CC BY
66
ЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
УДК 621.313.3-83-52
Андрюшин И.Ю., Головин В.В., Косенков А.В.
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В ОАО «ММК»
Пятилетка, прошедшая со времени подведения итогов, связанных с 75-летием УГЭ и 70-летием ЦЭТЛ ОАО «ММК» [1, 2], была непростой, мировой финансово-экономический кризис существенным образом отразился на металлургии. Не всё, что было запланировано, удалось реализовать, пришлось снизить объемы производства. Так, в 2009 году Магнитогорский металлургический комбинат произвел 8,7 млн т стали, что на 35% меньше, чем в 2007 году [3]. Но, несмотря на кризис, были введены в эксплуатацию по контракту с фирмой «SMS SIEMAG» толстолистовой стан горячей прокатки 5000 и машина непрерывного литья заготовки - составная часть технологической линии стана 5000, а также агрегат полимерных покрытий № 2 в цехе покрытий. В начале 2010 года в кислородно-конвертерном цехе введён комплекс внепечной обработки стали, состоящий из агрегата «печь-ковш» и двухпозиционного вакууматора.
В результате реализации этого проекта ОАО «ММК» получил широкие возможности в производстве горячекатаного и толстолистового проката с высокими качественными характеристиками, полученными по самым современным технологиям обработки металла давлением. Комплекс МНЛЗ-6 и толстолистовой стан 5000 предполагают возможность выпуска практически любого вида толстолистовой стали, исждя из максимальных требований ктрубам большого диаметра, которые выдвигают нефтегазовые компании: толщина стенки до 50 мм с прочностнымихаракгеристиками до Х120. Технологические возможности стана позволяют выпускать продукцию для нефтяных платформ, работающихв условиях Арктики, для строительства мостов, изготовления котлов, су достали, в том числе для танкеров, российских ВМС, современных судов ледового класса, что позволит комбинату занять лидирующие позиции среди производителей подобного проката на территории РФ.
В 2009 году в ОАО «ММК» был реализован контракт с итальянской компанией «FATA HUNTER» по строительству агрегата полимерных покрытий (АПП) № 2. Производительность агрегата - 200 тыс. т/год.
Новый агрегат имеет ряд преимуществ перед АПП № 1, введенным в строй в 2004 году. В частности, в его технологической линии установлена правильно -растяжная машина, обеспечивающая плоскостность металла в соответствии с условиями потребителей. Серьезное внимание уделено экологической составляющей проекта: АПП № 2 оснащен установкой реге-
нерации сольвента, что позволяет утилизировать отходы после чистки растворителями ванн и роликов при переходе с одного цвета на другой. В составе оборудования агрегата впервые на комбинате установлены новые узлы: горячий и жшодный ламинаторы. Горячий ламинатор позволяет наносить на металл декоративный рисунок, холодный - защитную пленку уже на готовую продукцию, для того чтобы предотвратить ее повреждение при перевозках или дальнейшей переработке. Металлопрокат с нанесенным полимерным покрытием востребован в строительной отрасли, производстве бытовой техники и мебели, машиностроении. Самым емким рынком листа с покрытием является строительная индустрия, потребляющая примерно 60% данного вида продукции.
Характеристика современных электроприводов ОАО «ММК»
Структура современного электрооборудования, установленного в ОАО «ММК», ориентирована на расширенное применение электроприводов и преобразовательной техники ведущих электротехнических компаний мира, в их числе фирмы «Siemens», «General Electric», «Danfoss», «ABB», «ASI Robicon» и др. (рис. 1). В 2009 году к ним добавилась немецкая фирма «Con-verteam». Стратегическим партнером ОАО «ММК», по-прежнему, является фирма «Siemens» (рис. 2). Такой выбор обусловлен опытом наладки иуспешной эксплуатации электрооборудования данной фирмы - это преобразователи постоянного тока «Simoreg DC» и «Simoreg CM», преобразователи частоты (ПЧ) «Simovert», «Micromaster», «Sinamics», устройства плавного пуска типа «Sicostart», программируемые контроллеры «Simatic».
Реконструкция и техническое перевооружение производства идут по следующим направлениям:
- полная замена морально и физически устаревших производств;
- ввод в эксплуатацию принципиально новых технологических комплексов;
- модернизация отдельных агрегатов и узлов.
Изменения в структуре электрооборудования (по
двигателям, преобразователям и контроллерам) за последние семь лет приведены в табл. 1.
Доля преобразователей переменного тока неуклонно возрастает (рис. 3). Их отличают жрошие статические и динамические характеристики, простота налад-
ки, удобство обслуживания, легкая встраиваемость в современные АСУ ТП, высокая надежность [4]. Так, в качестве характеристики наработки на отказ преобразователей частоты нового поставщика - фирмы «Соп-уейеат», за первые полгода эксплуатации средневольтные ПЧ типа МУ7308, от которых запитаны двигатели горизонтальных и вертикальных валков прокатной клети стана 5000, отказов не имели. А наработка более 300 единиц, установленных на стане низковольтных ПЧ типа ЬУ7000, составила более 100 тыс. ч.
Наряду с модернизацией основного технологического оборудования, ОАО «ММК» активно внедряет большое количество грузоподъемных кранов, выполненных с применением преобразователей частоты и короткозамкнутых асинхронных двигателей. Динамику внедрения частотно-регулируемых электроприводов (ЧРП) на грузоподъемных механизмах можно проследить по табл. 2. На 2010 год количество кранов на базе системы ПЧ-АД (142 ед.) составило 18,5% от общего количества подъемно-транспортных механизмов (764ед), эксплуатируемых в ОАО «ММК». В табл. 3 приведены типы преобразователей частоты, применяемых на подьемныхкранахОАО «ММК».
В настоящее время злободневным является вопрос реконструкции электроприводов тепловых электростанций комбината. Объектами внедрения ЧРП либо реконструкции существующих электроприводов с внедрением ПЧ являются вспомогательные механизмы собственных нужд, обеспечивающие работу
электростанции. Диапазон мощностей электроприводов составляет от 160 до 1250 кВт, напряжение - от 3 до 10 кВ, что затрудняет практическое внедрение ПЧ, выполненных по схеме с автономным инвертором напряжения (АНН), в том числе ПЧ фирмы SIEMENS.
Как известно, серийный выпуск высоковольтных ПЧ с АПН в настоящее время недостаточно отлажен, за исключением многоуровневых ПЧ, которые сложны и дороги. Как один из перспективных рассматривается вариант внедрения преобразователей частоты Power Flex 7000 фирмы «Allen Bradley», хорошо зарекомендовавших себя на многих тепловых объекгахРФ [5].
Использование современных преобразователей невозможно без применения современных систем управления. В ОАО «ММК» большое распространение получили цифровые системы управления электроприводами, которые реализуются на базе контроллерныхустройств (рис. 4). Использование контроллеров существенно упрощает решение широкого ряда задач. Так, при применении контроллеров легко реализуются регуляторы, удобна настройка системы регулирования, визуализированы процессы, происждящие внутри системы регулирования, возможны наблюдение и корректировка внутренних переменных Кроме того, появляется масса других возможностей на усмотрение проектировщиков и пользователей современной техники. Применение в приводной технике цифровых систем управления электроприводами и технологическими процессами также является оправданным средством с технико-экономи-
□
Рис. 1. Распределение преобразовательной техники на отечественную и импортную
П i п i п
Рис. 2. Распределение преобразовательной техники по основным фирмам-производителям в 2010 г.
Е
3
Рис. 3. Распределение преобразовательной техники по роду тока
Э
Рис. 4. Контроллеры, установленные в ОАО «ММК» ---------Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2011. № 3.
Таблица 1
Состав электрооборудования электроприводов ОАО «ММК»
Наименование 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Общее количество двигателей: 63308 62279 59809 82063 82985 156657 164167
из них постоянного тока 12799 12139 10913 13802 13804 71352 75052
из них переменного тока 50509 50140 48896 68261 69180 85305 89115
Общее кол-во преобразователей: 2617 3052 3543 3574 3750 4962 5034
из них отечественных 2161 2147 2095 2095 2051 1911 1783
из них импортных 456 905 1448 1479 1649 3051 3251
из них постоянного тока 2238 2256 2272 2288 2301 2207 1133
из них переменного тока 379 796 1271 1286 1449 2755 3901
Общее кол-во контроллеров: 454 484 563 604 633 860 1683
Начиная с 2007 года учтены двигатели коксохимического производства, до этого входившего в состав ЗАО «Русская металлургическая компания».
Таблица 2
Внедрение ПЧ на грузоподъемных механизмах
Г од ввода в эксплуатацию Общее количество кранов Количество кранов с релейноконтакторным электроприводом Количество кранов с частотно-регилируемым электроприводом
до 1960 г. 125 125 -
1961-1970 гг. 146 146 -
1971-1980 гг. 130 130 -
1981-1990 гг. 192 192 -
1991-2000 гг. 20 20 -
2001-2010 гг. 151 11 142
Всего в ОАО «ММК» 764 4 6 142
Таблица 3
Распределение крановых электроприводов по типам и фирмам-изготовителям
Цех Тип преобразователя частоты Фирма-производитель Общее количество ПЧ Количество промышленных контроллеров
Аглоцех Unidrive SP Control Techniques 4 -
Атлант ОбнинскЭнергоТех 25 -
Цех покрытий Sinamics S120 Siemens 24 5
Simovert VC Siemens 7 -
Micromaster 440 Siemens 8 -
ЛПЦ-5 Simovert VC Siemens 16 4
ЛПЦ-9 Simovert VC Siemens 37 23
Micromaster 440 Siemens 63
ЭСПЦ Sinamics S120 Siemens 27 13
Dynahoist Vacon 48
Атлант ОбнинскЭнергоТех 10 -
КХП Dynahoist Vacon 44 4
Сортовой цех Dynahoist Vacon 54 9
МНЛЗ-6 Sinamics S120 Siemens 78 12
ЛПЦ-11 Simovert VC Siemens 55 32
Micromaster 440 Siemens 64
Всего в ОАО «ММК» - - 564 102
ческой точки зрения. Так, по отношению к аналоговым системам, цифровые позволяют получить высокую степень интеграции элементов и более низкие массогабаритные показатели.
Благодаря наличию встроенных цифровых систем управления в современных ПЧ, их внедрение в электроприводах ТЭЦ рассматривается не только как мероприя-
тие, позволяющее экономить электроэнергии, но и с точки зрения обеспечения технической возможности совершенствования управления технологическим процессом. Как правило, мощность котлового и насосного оборудования в несколько раз превышает расход потребителей, что влечет за собой сверхнормативные потери и неоправданные затраты [6]. Поэтому передначаломмодер-
низации электропр иводо в вспо мо гательных м еханизм о в электростанции необходимо провести технико-экономическое обоснование, позволяющее определить не только сроки окупаемости затрат на внедрение ПЧ, но и правильно организовать технологический процесс с учётом возможностей электропривода с частотным регулированием. Целесообразно оценить возможность использования ПЧ не только в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, но и как составляющих ком -плексныхсистемныхрешений с подключением широкого набора средств автоматизации технологического процесса. Такие решения позволяют получить дополнительный эффект, который заведомо больше, нежели простая экономия электрической энергии.
Модернизация производства в ОАО «ММК» продолжается. На очереди строительство и пуск в 2011 году нового листопрокатного цеха № 11, включающего пятиклетевой стан-тандем 2000 жшодной прокатки, совмещённый с непрерывно-травильным агрегатом, агрегат непрерывного горячего цинкования и ещё один агрегат непрерывного горячего цинкования, совмещённый с агрегатом непрерывного отжига. Пуск ЛПЦ-11 позволит наладить на Магнитке производство высококачественного автомобильного листа, удовлетворяющего самым высоким требованиям.
Список литературы
1. Журавлев Ю.П. Развитие энергетики ОАО «ММК» в современных условиях // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2006. № 2. С. 3-5.
2. Головин В.В. К 70-летию ЦЭТЛ ОАО «ММК» // ВестникМГТУ им. Г.И.
Носова. 2006. № 2. С. 5-6.
3. Головин В.В., КссвнювА.В., Раэворотнев В.П. Опыт внедрения современ-
ных электроприводов вОАО«ММК» // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 149-156.
4. Головин В.В, КфащаевАС. Промышленное внедрениеи опытэксптуа-тации современных электроприводов в ОАО «ММК» // Регулируемый электропривод. Опыт и перспективы применения. М.: МЭИ, 2006. С. 9-35.
5. Лазарев Г.Б. Опыт и перспективы применения частотнорегулируемых асинхронных электроприводов в электроэнергетике России // Новости приводной техники. URL: http://www.privod-news.ru/may_03/25-3.htm. (25.04.2011).
6. Проекты АСУ тех нологических процессов и установок с применением
частотно-регулируемых приводов.
URL: http://w w w. promdriv e. ru/load/33.pdf.
Bibliography
1. Zhuravlyov JU.P. development of open joint-stock company «ММК» power engineering in modern conditions // the Bulletin of МГТУ of G.I.Nosova, 2006. № 2. with. 3-5.
2. Golovin V.V. To 70 anniversary central electro technical laboratory («ЦЭТЛ») open joint-stock company «ММК» // the Bulletin of МГТУ of G.I.Nosova, 2006. № 2. with. 5-6.
3. Golovin V.V., Kosenkov A.V., Razvorotnev V.P.Opyt of a implementing of modern electric drives in open joint-stock company «ММК» // Izvestija T ulGu. Engineering science. number. 3: in 5 part. T ula: Publishers TulGu, 2010. part 2. With. 149-156.
4. Golovin V.V., Karandaev A.S. industrial a implementing and field experience of modern electric drives in open joint-stock company «ММК» // the Controlled-velocity electric drive. Experience and application prospects. M: МЭИ, 2006. With. 9-35.
5. Lazarev G. B. Experience and prospects of application of frequency-controlled asynchronous electric drives in electric power industry of Russia // News of power-driven engineering. 25.04.2011 http: // www.privod-news.ru/may _03/25-3. htm
6. Designs of an automatic control system of processes and installations wih application of frequency-controlled drives. <http: // www.promdrive.ru/ load/33.pdf.
УДК 621.313.3-83-52
Сарваров А.С., Анисимов Д.М., Усатый Д.Ю., Петушков М.Ю., Вечеркин М.В.
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ ГОП ОАО «ММК» И ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», как предприятие с полным металлургическим циклом, в своей основе содержит множество технологических участков и производств, начиная от добычи и обогащения руды, заканчивая выпуском товарной продукции в виде листового и сортового проката, а также изделий глубокой его переработки. Комбинат начал свою производственную деятельность с создания горнорудной базы и развития горно-обогатительного производства (ГОП), что позволило в кратчайшие сроки, начиная с 1932 г., осуществить производство чугуна и стали.
В процессе подготовки шихты участвует значительное количество механизмов и технологических агрегатов, оснащенных преимущественно асинхронным электроприводом.
Асинхронные двигатели (АД) в промышленности являются наиболее массовыми в применении. На рис. 1, а приведена количественная картина распределения двигателей переменного тока по мощности в ОАО «ММК», включая синхронные, по состоянию на 2004 г. [1].
В целом на комбинате в это время использовалось свыше 85 тыс. электродвигателей переменного тока и
около 15 тыс. двигателей постоянного тока. К настоящему времени переход к электроприводам переменного тока становится массовым, и практически все вводимые новые производственные мощности и технологические агрегаты на комбинате реализованы на электроприводах переменного тока.
Подобного типа диаграммы приведены по ГОП ОАО «ММК» на рис. 1, б. По состоянию этого года в эксплуатации наждится 10489 электродвигателей переменного тока и в том числе около 400 высоковольтных Доля высоковольтных двигателей составляет 3,7%, а суммарная установленная мощность их достигает 25%.
Разнообразие и сложность технологических процессов в ГОП характеризуется использованием широкого круга механизмов, количество которых по основным видам механизмов представлено диаграммой на рис. 2, а. Наиболее массовыми в горнорудном производстве, как в целом в промышленности, являются насосы и вентиляторы (эксгаустеры). В количественном отношении на долю механизмов данного типа приходится свыше 30%. СпецифичнымидляГОП являются буровые станки, кон-
