Автоматизация технологического процесса на торфоперерабатывающем предприятии

На протяжении нескольких лет ГПО «Белтопгаз» участвует в реализации государственной программы строительства энергоисточников на местных видах топлива, направленной на увеличение объемов использования местных видов топливно-энергетических ресурсов в промышленности. Одним из мероприятий этой программы является реконструкция торфобрикетного завода филиала «ТБЗ Сергеевичи» в п. Правдинский, проводимая УП «МИНГАЗ». На сегодняшний день работы по реконструкции торфобрикетного завода близки к завершению.

Реконструкция брикетного цеха и котельной филиала «ТБЗ Сергеевичское» УП «МИНГАЗ» осуществляется с внедрением отвечающих современным требованиям технических решений и применением автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) на базе промышленного контроллера.

Рис. 1. Брикетный цех «ТБЗ Сергеевичское» после реконструкции

Картинку №2 удалить.

Управление производством в целом представляет собой оптимизационную задачу по снижению затрат на производство продукции при соблюдении определенных ограничений, предусмотренных техническим регламентом. При изготовлении торфяных брикетов таким ограничением являются влажность и геометрические размеры брикета. Система автоматизации, внедренная на ТБЗ «Сергеевичское», учитывает эти показатели, а также позволяет получить оперативные и архивные статистические данные, в том числе такие, как:

– удельный расход энергоносителей – расход тепловой и электрической энергии на тонну произведенной продукции за час, день, смену;

– количество произведенной продукции за час, день, смену и т.д.;

– количество сырья, используемого для производства брикетов, и выработка пара на технологические нужды и для отопления жилого фонда поселка;

–часы наработки основного технологического оборудования).

АСУ ТП также реализует такую важную функцию, как оперативный контроль за работой оборудования с выдачей информации о неисправностях в форме, удобной для восприятия человеком.

Рис.2. Рабочее место оператора

Алгоритм работы оборудования торфобрикетного завода

Алгоритм работы технологического оборудования торфобрикетного завода условно можно разделить на три этапа.

Первый этап – подготовительный. Он включает выгрузку сырья, его подготовку и транспортировку до приемных бункеров сушилок «ЦЕМАГ». Выгрузка осуществляется автоматически при помощи вагоноопрокидывателя, либо с использованием приспособления для открывания люков груженых вагонов. Через просеивающие решетки фрезерный торф сепарируется в бункеры, под которыми располагаются пластинчатые питатели, оборудованные частотными преобразователями. Параллельное расположение питателей позволяет производить шихтовку фрезерного торфа по зольности, влажности и насыпному весу. Координация данного процесса осуществляется оператором с пульта управления путем изменения скорости вращения приводов питателей при помощи частотных преобразователей.

Транспортировка сырья осуществляется ленточными, скребковыми и винтовыми транспортерами, также оснащенными частотными преобразователями, информация о работе которых выводится на экран оператора завода.

На первом этапе сырье проходит несколько стадий обработки:

– магнитную сепарацию (железоотделение) для удаления из торфа металлических включений;

– дробление, измельчение и отделение инородных включений. Отсев крупных включений и древесных остатков осуществляется сепараторами. Мелкие фракции торфа, прошедшие через сепаратор, попадают в молотковую дробилку, а крупные – на ленточный конвейер отсева. В дробилках торф под действием вращающихся молотков измельчается и усредняется. Полученные мелкие фракции попадают через течки на валково-дисковые грохоты и далее на ленточный конвейер мелкой фракции;

– распределение сырья по бункерам сушилок и топливным бункерам котельной осуществляется автоматически с выводом информации на экран компьютера. Поток сырья распределяется системой плужковых сбрасывателей в зависимости от загрузки бункеров. При заполнении приемных бункеров происходит каскадное отключение транспортеров подачи сырья.

Второй этап – сушка сырья. Этот процесс также автоматизирован. Его сущность заключается в удалении влаги из материала испарением за счет организованной подачи тепла и прохождения сырья в паротрубчатых сушильных установках «ЦЕМАГ». С учетом влажности исходного сырья вычисляется необходимое давление и расход пара, поступающего в межтрубное пространство барабана сушилки, а также минимально необходимое количество оборотов барабана, обеспечивающее сушку сырья до установленной влажности. Автоматическая сушка сырья является важным элементом автоматизированной системы и позволяет достичь оптимального расхода энергоносителей.

Третий этап – брикетирование и складирование готовой продукции. Для брикетирования в прессовом отделении установлено пять прессов Б8232. Скорость вращения их маховиков регулируется при помощи частотных преобразователей, что позволяет обеспечить плавный запуск оборудования, а также согласованность работы прессов и сушилки «ЦЕМАГ».

На производстве внедрена также автоматическая система контроля размеров брикета. Если толщина продукта, поступающего из пресса на охладительные лотки, ниже установленных параметров, автоматически включаются подпрессователи (на каждом прессе отдельный и независимый), оборудованные частотным регулированием. Это позволяет увеличивать или уменьшать количества дополнительного сырья, при этом оно распределяется по прессам в нужных пропорциях. После выхода из канала готовые брикеты попадают в приемный лоток, по которому поступают на склад готовой продукции, частично охлаждаясь при движении. Готовая продукция через ломатели лент брикета, расположенных на охладительных лотках, попадает на систему ленточных конвейеров и транспортируется в накопительные бункеры.

Очередным этапом реконструкции брикетного завода является устройство узкоколейной железной дороги для отгрузки готовой продукции с последующей транспортировкой ее на железнодорожные пути широкой колеи для доставки потребителям Беларуси, стран ближнего и дальнего зарубежья.

Контроль и управление этим процессом осуществляется с помощью компьютера. На мониторе отображается мнемосхема, на которой схематично обозначены основное оборудование, технологические параметры процесса и  кнопки управления. Процесс выгрузки бункеров и управление движением транспортом является полностью автоматизированным.

Рис. 3. Мнемосхема, отображающая технологический процесс и параметры работы оборудования в режиме рабочего времени

     Работа (функционирование) автоматизированной системы и ее взаимодействие с оператором

Технический комплекс АСУ ТП включает в себя промышленный контроллер Siemens Simatic s7-300; рабочие места оператора по сушке торфа и мастера смены, оборудованные персональными компьютерами; системы контрольно-измерительных приборов, приборов учета торфа, поступающего на производство и в котельную, приборов учета тепловой и электрической энергии.

Рис. 5. Контроллер Siemens Simatic s7-300 технического комплекса АСУ ТП торфобрикетного завода «Сергеевичское» УП «МИНГАЗ»

Управление технологическим процессом можно осуществлять как в дистанционном (автоматическом) режиме, так и в местном (ручном). Дистанционный режим работы может быть полностью автоматическим (система сама выбирает оптимальный режим работы), и полуавтоматическим, когда существует возможность ручной регулировки давления и, соответственно, расхода пара на сушилки, скорости движения транспортеров, скорости вращения сушильных барабанов, количества оборотов маховиков прессов. Все эти параметры задаются на персональном компьютере, установленном на рабочем месте оператора.

Управление производительностью

Возможность просмотра и анализа удельных расходов тепловой и электрической энергии на тонну производимой продукции реализована в виде таблицы, а функция разбивки данных по различным временным отрезкам, таким как час, смена, сутки, месяц и т.д. позволяет анализировать и оптимизировать расходы энергоносителей в зависимости от характеристик поступающего сырья, а также определять эффективность действий персонала при ручной корректировке работы системы автоматического управления.

Автоматический учет готовой продукции осуществляется при помощи бесконтактных щелевых датчиков. Системой формируются отчет и схематический график о количестве изготовленной продукции на каждую единицу прессового оборудования с возможностью вывода на печать. Учет поступающего сырья осуществляется при помощи тензометрических весов на конвейерных лентах. Для удобства информация об изготовленной продукции, поступающем сырье и затратах энергоносителей на изготовление тонны продукции сводится в таблицу.

Таблица, отображающая статистические данные о работе каждой единицы технологического оборудования

Контроль времени наработки оборудования позволяет осуществлять планирование и своевременное технического обслуживания. Система заблаговременно предупреждает о необходимости технического обслуживания или текущего ремонта каждой единицы оборудования. Информация о часах наработки оборудования выводится в виде таблицы и графика.

Существует возможность оперативного контроля работы оборудования с выдачей информации об его неисправности. Так, на мнемосхеме отображаются токовые нагрузки на электрические двигатели технологического оборудования, что позволяет в режиме реального времени отслеживать нагрузку на каждый элемент технологической цепочки и предупреждать вероятность его перегрузки или аварии.

Таким образом, за счет обеспечения оптимальных режимов работы оборудования достигается экономия топливно-энергетических ресурсов.

В настоящее время УП «МИНГАЗ» осуществляет также реконструкцию котельной ТБЗ «Сергеевичское», расположенной в п. Правдинский. Котельная относится к объектам, включенным в Государственную программу строительства энергоисточников на местных видах топлива в 2010–2015 годах, утвержденную постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 19 июля 2010 года № 1076.

При реконструкции используются энергосберегающие технологии с высокой степенью автоматизации, что согласно расчетам РУП «Белнипиэнергопром» позволит обеспечить годовой экономический эффект в объеме порядка 483 т. у.т.

Технологическое помещение котельной

В котельной предусмотрена установка трех котлов ДКВр 10-13 КШ-ГМ с топкой системы Шершнева для сжигания в качестве топлива фрезерного торфа с массовой долей влаги не более 52 % и зольностью не более 23 %.

Пневматические топки системы Шершнева, примененные в котлах ДКВр 10-13, используются для сжигания фрезерного торфа много десятилетий. Основными достоинствами топок данного типа являются отсутствие движущихся механизмов в объеме основного горения, надежность и простота эксплуатации.

При автоматизации процесса были применены водяные экономайзеры и трубчатые воздухоподогреватели, позволяющие повысить коэффициент полезного действия котлов. Для обеспечения полноты и эффективности сгорания топлива в топке и достижения более высоких значений коэффициента полезного действия в локальную систему автоматического управления внедрен регулятор тепловой нагрузки котла, формирующий задание частотному преобразователю тягодутьевых механизмов с учетом концентрации свободного кислорода в уходящих дымовых газах. Регулятор нагрузки питателей торфа, учитывающий концентрацию оксида углерода в уходящих дымовых газах, обеспечивает поддержание эффективного режима работы котлов.

Так как поступающее на сжигание топливо имеет переменную влажность, то все вышеуказанные регуляторы оперируют картами в режиме 3D, позволяющими учитывать такой дополнительный параметр, как влажность топлива. При этом регулятором в расчет применяется средневзвешенное значение, указанное в режимных картах, а корректировка параметров осуществляется с учетом фактического содержания кислорода и оксида углерода в уходящих дымовых газах.

Схема регулирования режимов котла при работе на фрезерном торфе

Коэффициент полезного действия котла после автоматизации процесса составляет 88 %, что свидетельствует о высокой эффективности внедренного программного комплекса локальных вычислительных систем котлоагрегатов.

Кроме того, вспомогательное теплотехническое оборудование котельной оснащено собственной системой локального управления, имеющей функцию горячего резерва.

Наглядно объем внедрения средств автоматизации в ТБЗ «Сергеевичское» представлен на интерфейсная схеме котельной и брикетного цеха предприятия.

Интерфейсная схема котельной и брикетного цеха

Рисунок удалить (не информативен).

Заключение

Примененные при реконструкции брикетного цеха и котельной решений по автоматизации производственного процесса позволило обеспечить максимальные эффективность и производительность оборудования, а контроль показателей его работы, в том числе учет часов наработки, фиксация отказов и внештатной работы, обеспечил своевременное и качественное выполнение технического обслуживания и текущего ремонта. Совокупность положительных эффектов от внедрения систем автоматического регулирования позволило сократить себестоимость и обеспечить постоянство качества выпускаемой продукции, а также повысить культуру производства.