Управление процессом сушки древесины

Технология сушки древесины в сушильной камере предписывает определенные климатические условия на разных этапах процесса. Эти параметры (температура и влажность сушильного агента) задаются режимом сушки древесины. Следовательно, для управления процессом нужна аппаратура, измеряющая температуру воздуха, влажность воздуха и влажность пиломатериалов.

Условия перехода на следующую фазу режима сушки древесины

Окончание фаз режима "нагрев", "прогрев" "кондиционирование" осуществляется по времени. Фазы "сушка" должны заканчиваться при достижении пиломатериалом указанной в режиме влажности.

Некоторые поставщики не оснащают сушильные камеры влагомерами древесины, объясняя это тем, что процесс сушки пиломатериалов можно вести по времени (первое объяснение) или тем, что определение влажности древесины можно осуществить косвенным путем: по температуре и влажности воздуха (второе объяснение).

Первое объяснение неверно по следующей причине: продолжительность фазы режима сушки пиломатериалов зависит от региона (и даже места) произрастания, возраста дерева, вида распила и многих других факторов, следовательно это время не постоянно и не может являться надежным условием перехода на следующий этап сушки древесины.

Второе объяснение - по влажности и температуре воздуха можно рассчитать только влажность поверхностного слоя пиломатериала, а не его действительную влажность. Следовательно, существует очень высокая вероятность того, что переход на следующую фазу режима сушки будет проведен преждевременно, что в свою очередь приведет к еще большему градиенту влажности по толщине материала и так далее, пока пиломатериал не будет испорчен. Обычно сушильщики называют этот процесс засушкой поверхностного слоя.

Вывод из вышесказанного: наиболее надежным условием перехода на следующую фазу режима сушки древесины является влажность пиломатериалов. Следовательно блок измерения влажности пиломатериалов является необходимым для процесса сушки оборудованием.

Измерение влажности древесины

В настоящее время наибольшее распространение получил метод измерения влажности древесины по электрическому сопротивлению (кондуктометрический способ): в пиломатериал втыкаются электроды (иголки, штыри), влагомер измеряет электрическое сопротивление древесины и определяет влажность пиломатериала по заданным зависимостям электрического сопротивления разных пород дерева от влажности и температуры.

Точность метода невысока, примерно: +/-1% в диапазоне до 12%; +/-2% в диапазоне от 12% до 30%, свыше 30% точность определения влажности не нормируется. Более того, в связи с тем, что погрешность промышленно-выпускаемых измерителей влажности древесины поверяется по рабочим стандартным образцам (которые тоже имеют погрешность), точность влагомеров не превышает +/-2% для диапазона до 12% и +/-2,5% для диапазона от 12% до 30%.

В документации на влагомеры древесины некоторые фирмы указывают точность 0,1%. Такая точность получена на мерах электрического сопротивления, точность этих влагомеров при измерении влажности древесины будет той же, что приведена в предыдущем абзаце.

Тем не менее, применение кондуктометрического метода измерения влажности древесины вполне оправдано: во-первых, по мере уменьшения влажности точность возрастает, во-вторых, значительную часть погрешности составляет систематическая ошибка (все измерения отличаются от верных значений на постоянную величину), следовательно, при определении разности влажности отдельных досок (повышенные требования предъявляются к разбросу влажности отдельных элементов изделия) ошибка будет намного меньше.

Требования к измерению влажности древесины в сушильных камерах

При сушке пиломатериалов температура в сушильных камерах изменяется, следовательно требуется автоматическая температурная компенсация измерений влажности древесины. Без температурной компенсации дополнительная ошибка измерения будет в среднем 1% на каждые 10 градусов, например, при действительной влажности древесины 8% и температуре в камере 70 градусов такой влагомер покажет около 13%.

Влагомер должен быть отградуирован по древесине произрастающей в вашем регионе. Здесь не имеется в виду, что для каждого региона необходим свой влагомер. Просто покупая измеритель влажности древесины, убедитесь что фирма - изготовитель гарантирует достоверность его измерений в вашем регионе.

Измерение на переменном токе. На постоянном токе при влажности древесины более 25% можно делать не более одного - трех измерения в час (зависит от величины тока, протекающего через древесину), иначе со временем измеритель начнет занижать показания, на переменном токе этого не происходит и измерения можно проводить намного чаще.

Длина электродов должна быть не менее половины толщины доски. В процессе сушки наибольшую влажность имеет середина (по толщине) доски. Следовательно, если электроды не доходят до центра, показания измерителя влажности древесины будут занижены.

Рекомендуемое количество датчиков влажности древесины: 1 на каждые 10 - 12 куб. метров пиломатериала, но не менее трех на сушильную камеру.

Определение температуры и влажности воздуха (контроль климата)

Минимально - допустимое количество датчиков температуры и влажности воздуха в сушильной камере зависит от наличия или отсутствия смены направления воздушного потока (реверса). В камерах с нереверсивными вентиляторами достаточно иметь по одному датчику температуры и влажности, если вентиляторы реверсивные - датчиков должно быть по два. Некоторые сушильные камеры с реверсивной циркуляцией воздуха поставляются с 2 датчиками температуры, но одним датчиком влажности, это неправильно. Действительно, при прохождении через пиломатериал воздух остывает, так как тепло расходуется на испарение влаги, влажность воздуха увеличивается. Значит на входе и выходе из штабеля разные климатические условия. В режимах сушки, как правило, приведены параметры на входе в штабель. Следовательно, при реверсивной циркуляции воздуха, необходимо иметь 2 датчика температуры и 2 датчика влажности, чтобы вести управление климатическими условиями сушки древесины по датчикам со стороны входа воздуха в штабель.

Определение влажности воздуха

Определение влажности воздуха обычно осуществляется по одному из трех параметров: относительная влажность, равновесная влажность, психрометрическая разность. В прилагаемых к сушильной камере режимах сушки указан тот параметр, который измеряется установленными в камере датчиками. При необходимости можно преобразовать один параметр в другие с помощью специальных таблиц. Не вдаваясь в подробности, рассмотрим достоинства и недостатки каждого способа измерения.

Измерение относительной влажности

Электрические датчики относительной влажности, способные работать в условиях сушильных камер древесины, появились сравнительно недавно. Самым большим их недостатком является высокая цена. Вызывает сомнение возможность их продолжительной работы в условиях, возникающих при сушке древесины, скорее всего из-за загрязнения влагопоглощающего слоя точность измерений со временем будет понижаться. Обязательно должны иметь систему температурной компенсации. Достоинство: в отличие от психрометров не требуется подвод воды.

Измерение равновесной влажности (UGL-контроль)

Датчики равновесной влажности широко применяются в автоматике импортных сушильных камер. Сам датчик - тонкая прессованная пластина из целлюлозы, которая увлажняется при увеличении влажности воздуха и подсыхает - при уменьшении. Влажность пластины измеряется кондуктометрическим способом (фактически это тот же влагомер древесины, но измеряет влажность пластины). К достоинствам способа можно отнести дешевизну пластины, удобство применения при автоматизации процесса сушки пиломатериалов (при использовании других типов датчиков, в некоторых случаях, приходится преобразовывать результаты измерения в равновесную влажность, в данном случае равновесная влажность измеряется). Для датчика в отличие от психрометров не требуется подвод воды. Недостатки: из-за загрязнения рекомендуется менять пластину перед каждой сушкой, большая инерционность измерения (десятки минут), большая погрешность измерения на первых фазах процесса сушки древесины, в условиях высокой влажности воздуха (очень ответственный этап сушки).

Измерение психрометрической разности

Это самый распространенный способ определения влажности воздуха в отечественных сушильных камерах. Все просто и надежно: берется два термометра, на один из них накидывается тряпочка, концы которой опускаются в ванночку с водой. Термометр без тряпочки - "сухой" термометр, с тряпочкой - "влажный". Психрометрическая разность - это разность температур "сухого" и "влажного" термометров. Самый существенный недостаток - требуется система подлива воды в ванночку. Не смотря на простоту, этот способ имеет ряд достоинств:

1. Высокая надежность (например, при использовании медных термометров сопротивления, датчик - это фактически кусок медного провода, да еще и в "футляре" из нержавеющей стали).
2. Низкая инерционность (меньше минуты, позволяет более точно поддерживать заданный параметр).
3. Хорошая точность измерения (при попарном подборе термометров легко достигается точность измерения 0,1 градус).
4. Дает ряд интересных возможностей при создании автоматики на сушильные камеры (но это уже профессиональные секреты).

Очевидно, право на применение в сушильных камерах древесины имеют все три способа измерения влажности воздуха и выбор того или другого определяют конкретные местные условия. Но наилучшим для сушки древесины многие специалисты считают способ измерения психрометрической разности (я придерживаюсь того же мнения).

Измерение температуры воздуха

Сушильные камеры древесины, чаше всего оснащаются термометрами сопротивления, далее, по убывающей, идут термопары и полупроводниковые датчики. Писать здесь особенно не о чем - дело вкуса.

Процесс сушки древесины, способы управления

Управление процессом сушки древесины может быть автоматическим, полуавтоматическим или ручным.

Ручное управление

При современных требованиях к качеству высушенной древесины этот способ управления сушильными камерами может рассматриваться только как вспомогательный, аварийный. Системы управления процессом сушки древесины (автоматика и полуавтоматика) в обязательном порядке должны иметь режим ручного управления. Рано или поздно возникают внештатные ситуации, требующие вмешательства оператора. Для этого и нужен режим ручного управления.

Автоматическое управление ( полная автоматизация процесса сушки пиломатериалов )

Оборудование камер сушки автоматикой позволяет обеспечить оптимальные по качеству и цене условия сушки древесины. Трудно составить полный список требований к автоматическому управлению сушильной камерой. С одной стороны, чем больше - тем лучше, с другой - чем больше - тем дороже. Поэтому привожу необходимый минимум того, что должна обеспечивать автоматика:

1. Измерение параметров сушильного агента и влажности древесины (подробности см. выше).
2. Всем, без исключения, исполнительным оборудованием камеры сушки должна управлять автоматика.
3. Весь процесс сушки древесины должен производиться автоматически, но при этом оператор должен иметь возможность вмешательства в процесс в любое время.
4. Автоматика должна учитывать "физику" процессов, происходящих в сушильной камере, например, для изменения влажности воздуха в камере иногда лучшим вариантом является изменение температуры. Это особенно актуально при переходе с фазы на фазу режима сушки. Алгоритмы управления сушильной камерой должны исключать некорректные операции, например, нельзя проводить увлажнение при открытых шторах приточно-вытяжной вентиляции, производить увлажнение "холодной" камеры и т.д.
5. В автоматике должна быть обеспечена возможность изменения и добавления новых режимов сушки. Опытный технолог всегда захочет что-то изменить в режимах, создать режимы для отдельных производственных условий: для быстрой сушки древесины, для более качественной, для зимы, для лета и т.д., а неопытный через год - полтора приобретет опыт, а значит... (см. про опытного технолога). Кроме того, может быть со временем, нужно будет сушить древесину, на которую в библиотеке системы управления режимов нет. Согласитесь, лучше эти режимы найти и в вести в систему, чем покупать новую.
6. Запись процесса сушки пиломатериалов (всех измеренных параметров) и представление этой информации в виде таблиц и графиков. Это нужно по двум причинам. Первая: уже сейчас некоторые покупатели сухого пиломатериала требуют запись процесса сушки, и, скорее всего, число таких покупателей будет возрастать. Вторая причина: таблицы и графики значительно облегчат работу технолога по изменению и составлению новых режимов сушки.
7. Работа с автоматикой сушильных камер должна быть проста, удобна, и не требовать высокой квалификации обслуживающего персонала.
8. При возникновении неисправности и невозможности продолжения процесса, автоматика должна установить исполнительные механизмы сушильной камеры в положения, обеспечивающие условия, при которых древесина может находиться продолжительное время без ухудшения своих свойств. Это даст время на ремонт оборудования и спасет в случае, если сигнал об остановке не был замечен вовремя.

Полуавтоматическое управление (частичная автоматизация процесса сушки пиломатериалов)

Системы полуавтоматического управления устанавливаются на небольшие сушильные камеры, автоматика на таких камерах имела бы слишком большой срок окупаемости.

Полуавтоматика так же, как и автоматика, должна содержать блоки электроники для измерения параметров сушильного агента и влажности древесины. Управление отдельными исполнительными механизмами сушильной камеры, не требующими периодических переключений, осуществляется вручную. Например, вентиляторы: в небольших камерах не требуется реверс воздушного потока, поэтому вентиляторы включаются в начале сушки пиломатериалов и выключаются при ее окончании.

Поддержание заданных климатических условий при сушке древесины осуществляется с помощью недорогих, серийно-выпускаемых блоков - регуляторов температуры и влажности воздуха. Переход с фазы на фазу режима сушки производится оператором вручную: на регуляторе устанавливаются новые значения температуры и влажности воздуха. Время перехода на следующую фазу режима определяется или по времени (для фаз "нагрев", "прогрев", "влагообработка", "кондиционирование"), или по влажности пиломатериалов (для фаз "сушка").

Что выбрать?

При объеме загрузки 20 и более куб. метров древесины, мы рекомендуем ставить на сушильные камеры автоматику, на меньшие камеры - полуавтоматику. Естественно эта граница приблизительна и зависит от конкретных условий производства. Где-то на 15-ти кубовые сушильные камеры ставится автоматика, а где-то полуавтоматика на 20-ти. Решать придется Вам.

Мы предлагаем

УНЛ ИТА (структурное подразделение при ООО НПП "Томская электронная компания") выпускает следующую электронику для сушильных камер древесины:

• Система автоматического управления конвективными сушильными камерами древесины КСК.
• Стационарные влагомеры древесины для сушильных камер серии СВД
  Предназначены для систем автоматики, полуавтоматики или сбора информации. На эти влагомеры получено свидетельство утверждения типа.