CC BY
50
Датчики и исполнительные устройства объекта автоматизации
Рис. 2. Структурная схема АСУ ТП десорбции золота Кочкарской ЗИФ
■ контроль температуры в емкости с богатым элюатом, расходной щелочью, в десорберах, после теплообменника;
■ контроль давления в десорберах, на выходе из индукционных нагревателей;
■ контроль расхода богатого элюата на электролиз;
■ автоматическое измерение концентрации золота в элюатах;
■ регулирование температуры в индукционных нагревателях;
■ регулирование расхода элюата после десорбе-
ров;
■ нагнетание требуемого давления центробежным насосом;
■ отключение нагрева при превышении давления и температуры в нагревателях и десорберах;
■ автоматическое переключение потоков;
■ сигнализация уровней, давления, температуры.
К контроллеру выдвигались определенные требования. Программируемый базовый контроллер должен:
■обеспечивать поддержку стандартных протоколов обмена данными с использованием сетей Ethernet, ProfiBus-Dp;
■располагать возможностью расширения, а также не требовать сложного монтажа или обслуживания;
■обладать высокой надёжностью и отказоустойчивостью в работе;
■быть способным к автономной работе на время отсутствия связи со станциями верхнего уровня;
■программироваться посредством языков, соответствующих международному стандарту IEC 61131-3.
Технический аспект. АСУ ТП десорбции золота Кочкарской ЗИФ ОАО «ЮГК» можно условно, ориентируясь на реализуемые функции и используемые аппаратно программные средства, разбить на следующие уровни (рис. 2):
■ уровень датчиков и исполнительных механизмов, программируемых логических контроллеров (нижний уровень);
■ уровень взаимодействия системы с операторами (верхний уровень).
Комплектация оборудования нижнего уровня производилась по следующим критериям:
■ применение устройств преимущественно отечественного производства;
■ применение устройств обладающих достаточной надёжностью и точностью;
■ применение устройств, использующих стандартные сигналы.
Все первичные приборы обеспечивали дистанционную передачу информации в виде унифицированного токового сигнала 4-20 мА или дискретных сигналов.
В качестве исполнительных механизмов применяли клапаны с электроприводами управляемые дискретными сигналами через бесконтактные реверсивные пускатели. Сигналы нижнего уровня системы представлены в таблице.
Сигналы нижнего уровня системы управления
Тип Кол- Назначение
сигнала во
Входные сигналы контроллера
Аналого- 18 Расход элюата, уров-
вый ни, давление, температура
Состояние вводных
Дискрет- электрических секций,
ный 44 состояние электро-
(сухой кон- магнитных защелок,
такт) состояние клапанов, состояние насосов
Выходные сигналы контроллера
Аналого- 3 Управление тирри-
вый (4-20 сторными стойками
мА)
Управление исполни-
тельными механизма-
Дискретный (сухой контакт) ми, включение/выключение сило-
36 вых электрических стоек, включе-
ние/выключение насосов, управление магнитными защелками
Центральное управляющее устройство в системе выполняет следующие функции:
■ приём сигналов от датчиков, установленных на объекте управления;
■ обработка сигналов и приведение диапазонов измерения к инженерным единицам;
■ реализация алгоритмов управления объектом в режиме реального времени;
■ формирование управляющих сигналов на исполнительные механизмы объектауправления;
■ передача и приём данных по сетям Ethernet и ProfiBus-DP.
Нижний уровень управления процессом представлен контроллером Siemens серии S7-300 (Германия) и включает в себя:
■ программируемый логический контроллер S7 315-2DP (управляющий контроллер);
■ модули ввода - вывода (аналоговые и дискретные).
Управляющий контроллер, кроме сбора данных и выдачи управляющих сигналов, обеспечивает реализацию алгоритмов управления технологическим процессом.
Использование контроллеров Siemens серии S7-300 предоставляет разработчику АСУ ТП ряд преимуществ:
■ лёгкость монтажа и простота обслуживания;
■ простота расширения системы и возможность наращивания количества модулей ввода-вывода контроллера без увеличения избыточности системы;
■ наличие удобной многофункциональной среды программирования контроллеров-Step 7
■ большой объём внутреннего ОЗУ и быстродействие, что позволяет разработчикам организовать реализацию алгоритмов управления большой сложности непосредственно на ПЛК;
Базовые контроллеры комплектуются необходимыми модулями ввода вывода, обеспечивающими приём сигналов от датчиков и выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства. В проекте АСУ ТП десорбции золота Кочкарской ЗИФ использовали следующие модули:
■ шестнадцатиканальный модуль дискретного ввода - 1шт.;
■ шестнадцатиканальный модуль дискретного вывода - 1шт.;
■ восьмиканальный модуль аналогового ввода -3 шт.;
■ восьмиканальный модуль аналогового вывода;
■ коммутационный процессор CP-343-1.
Контроллеры Siemens характеризуются как высоконадёжные устройства, широко применяемые на различных промышленных объектах, и имеют российские сертификаты об утверждении типа и о соответствии стандартам.
Модульный контроллер Siemens размещен в шкафу фирмы Rittal (рис. 3).
На верхнем уровне системы были реализованы следующие функции:
■ опрос по сети контроллера (модулей ввода-вывода) и обработка оперативной информации о ходе технологического процесса;
Рис. 3. Шкаф Rittal с устройствами управления процессом
■ реализация пользовательского интерфейса в удобной и интуитивно понятной для оператора форме;
■ ведение архивов параметров технологического процесса, протоколов событий и действий оператора;
■ приём от оперативного персонала уставок для алгоритмов регулирования и передача их по сети управляющему контроллеру.
■ вывод на экран панели удаленного доступа Siemens TP-177A оперативной информации о процессе.
Верхний уровень в описываемом проекте АСУ ТП десорбции золота реализован на базе IBM PC совместимых персональных ЭВМ (ПЭВМ) стандартной комплектации под управлением Microsoft Windows® XP Professional SP2.
ЭВМ, укомплектованная SCADA-системой WinCC (Германия), образует современный и достаточно мощный АРМ оператора технологического процесса.
Компьютер верхнего уровня (АРМ оператора) и контроллер уровня управления процессом (модули ввода-вывода) объединены сетью стандарта Ethernet со скоростью до 10 Мбит/с. Использование сети Ethernet позволяет подключать к системе дополнительные АРМ, размещённые на удалённых ПЭВМ. Электропитание оборудования АРМ-операторов осуществлялось через источники бесперебойного питания (ИБП) производства APC, которые, помимо фильтрации сетевых помех, обеспечивают работу системы не менее 20 минут после отключения первичного электропитания.
Панель удаленного доступа и контроллер уровня управления процессом объединены сетью стандарта ProfiBus-DP (последовательный интерфейс передачи данных) со скоростью до 12 Мбит/с.
Рис. 4. Мнемосхема процесса десорбции
Программный аспект. В АСУ ТП десорбции золота из активных углей в качестве средств разработки программного обеспечения использовались среда программирования контроллеров Step 7 и SCADA-система WinCC.
Прикладное программное обеспечение логики управления АСУ ТП разработано средствами среды программирования контроллеров Step 7 и состоит из семи программных модулей:
масштабирования входных параметров; управления нагревом; переключения потоками; управления насосами; управления регулирующим клапаном; масштабирования выходных параметров; управления панелью удаленного доступа Siemens TP-177A.
Прикладное программное обеспечение, формирующее интерфейс оператора, реализовано средствами WinCC.
Интерфейс оператора использует мнемосхемы, отображающие состояние процесса десорбции золота. Кроме того, в состав средств интерфейса оператора входят протокол событий и действий операторов, а также набор исторических трендов, хранящих информацию о работе оборудования за последнее время. Мнемосхема процесса десорбции приведена на рис. 4.
Взаимодействие интерфейса оператора с основным контроллером осуществляется по средствам протокола S7.
Выводы. Кафедрой АПП ИрГТУ разработана централизованная АСУ ТП отделения десорбции золота. Внедрение системы на Кочкарской ЗИФ привело к стабильности процесса десорбции, повышению извлечения золота, экономии энергоресурсов и, кроме того, к существенному улучшению условий труда операторов-техно-логов.
Исследование индукционного нагрева щелочных растворов показало, что данное направление имеет большие перспективы для широкого применения в угольно-сорбционной технологии извлечения золота.
Библиографический список
1. Ёлшин В.В., Голодков Ю.Э. Исследование автоклавной десорбции золота из активных углей // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. №2. С 29-32.
2. Ёлшин В.В. Теория и практика сорбционного извлечения благородных металлов из растворов и пульп активными углями: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Иркутск, 2000.
40 с.
3. Сапрыкин Е.В. Индукционные электронагреватели: эффективные технологии теплоснабжения объектов // Оборудование. Регион. 2007. № 8 (16).
4. Элериум: официальный сайт. // http://www.elerium-tm.ru/
УДК 669.712.013
ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОТЛОЖЕНИЙ В АППАРАТАХ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
1 1 В.В. Кондратьев1, Э.П. Ржечицкий2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Произведен обзор по теории образования отложений солей в аппаратах глиноземного производства и рассмотрены существующие способы удаления отложений. Проведено теоретическое моделирование и предложен наиболее вероятный механизм образования отложений. В результате серий экспериментов разработан оптимальный комплекс-реагент для удаления отложений из аппаратов и трубопроводов глиноземного производства, превосходящий существующие аналоги. Ил. 9. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: технология «Байер-спекание»; отложения солей; производство глинозема; выпарные аппараты.
METHODS TO SOLVE THE PROBLEM OF DEPOSITS IN THE APPARATUSES OF ALUMINA PRODUCTION V.V. Kondratiev, E.P. Rzhechitsky
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article makes a review on the theory of salt deposit formation in the apparatuses of alumina production, and examines the existing methods of deposit removing. A theoretical modeling is performed. The most probable mechanism of deposit formation is offered. As a result of series of experiments the authors develop an optimal complex- reagent for the removing of deposits from the apparatuses and pipelines of alumina production that surpasses the existing analogues. 9 figures. 5 sources.
Key words: "Bayer-sintering" technology; salt deposits; production of alumina; evaporators.
Процесс получения глинозема по технологии Байер-спекание сопровождается определенными трудностями, которые препятствуют достижению проектных показателей производства. Одной из таких трудностей является образование отложений в системах оборотного водоснабжения и аппаратах глиноземного цеха. Отложения уменьшают пропускную способность оборотных систем, забивают запорную аппаратуру, а также отлагаются непосредственно на теплообменных стенках аппаратов, что приводит к нарушениям теплового режима работы оборудования.
Определение причин образования отложений в оборотных системах глиноземного производства уже проводилось ранее на Ачинском глиноземном комбинате и Богословском алюминиевом заводе, а также подобная задача решалась для Братского алюминиевого завода (проблема образования отложений в трубопроводах содовой газоочистки газов электролизного производства [1]).
Характерный состав осадков в оборотных системах водоснабжения практически во всех случаях близок и составляет, %:
Са - 15-20; Ре - 0, 5-1,0;
Мд - 3-7; ЗЮ2 - 2-3;
А1 - 10-20; № - 3-4;
Б04 - 3-4; К - 0, 5-1,0;
С02 - 15-20; п.п.п. - 30-35.
Причины образования осадков на Богословском алюминиевом заводе заключаются в следующем. Оборотная вода глиноземного производства имеет состав, г/дм3:
№20о6щ - 2, 5-5, 0; Са - около 0,8; №20кауст - 1, 2-3, 0; Мд - 2,0-3,0; №20гарб - 1, 3-2, 5; Б04 - 1,3-1,4.
А1203 - 1, 2-3,5;
Подпитка оборотных систем производится производственной водой, которая имеет состав, мг/дм3: №20общ - 40-90; Мд - 10-20; А1 - 0, 1-0,5; Б04 - 10-40.
Са - 30-40;
При смешении мягкой щелочной воды оборотных систем и подпиточной, относительно жесткой, воды происходит процесс умягчения последней, что приводит к образованию отложений кальция и магния.
В присутствии гидратной щелочи происходит распад гидрокарбонатных ионов, обеспечивающих растворимость кальция и магния, вследствие чего совершается выпадение в осадок соединений кальция и магния по реакциям:
Са2+ + С03 ^ СаС03 | Мд2+ + 20И" ^ Мд (0Н)2
Эти соединения образуют отложения на оборудо-
1 Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий, тел.: (3952) 723988.
Kondratiev Victor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Innovative Technologies, tel.: (3952) 723988.
2Ржечицкий Эдвард Петрович, кандидат технических наук, инженер первой категории, тел.: (3952) 723988.
Rzhechitsky Edward, Candidate of technical sciences, Engineer of the first category, tel.: (3952) 723988.
вании, а также являются центрами кристаллизации для последующего процесса образования осадков.
Обследование промливневой канализации Богословского алюминиевого завода выявило наличие отложений на внутренних поверхностях труб, лотков и коллекторов. Отложения имели достаточно прочный поверхностный слой толщиной от 1-2 мм до 4-5 см. Структура отложений слоистая, под прочным поверхностным слоем основная масса осадка достаточно рыхлая и легко удаляется механическим способом. Также известно, что соединения кальция и магния легко удаляются крепким щелочным раствором на начальном этапе образования. В последующем происходит постепенная кристаллизация соединений алюминия и кремния, что приводит к упрочнению отложений и трудностям при эксплуатации коммуникаций и оборудования.
На рис. 1 представлен внешний вид самоупрочнившихся отложений из трубопроводов содовой газоочистки Братского алюминиевого завода, которые подобны отложениям в оборотных системах Богословского алюминиевого завода. На рис. 2 показан внешний вид отложений в системах золо- и шлакоудаления ТЭЦ. Хорошо различается слоистая структура отложений.
Рис. 1. Отложения из растворопроводов содовой газоочистки Братского алюминиевого завода: А - поверхность отложений, контактирующая с раствором газоочистки; Б - поверхность отложений, прилегающая к гуммировке трубы; В - радиальный срез отложений
Наиболее трудноразрешимой проблемой при эксплуатации оборудования глиноземного производства является образование накипно-коррозионных отложений на рабочих поверхностях теплообменных аппаратов (кожухотрубчатых подогревателей на участках выпарки и другого оборудования). При увеличении температуры и давления, растворенные вещества могут образовывать твердые отложения плотностью свыше 3 г/см3 на поверхностях из любых материалов [2]. Чаще всего эти отложения представляют собой
минеральные вещества (карбонаты, бикарбонаты, сульфаты, силикаты, хлориды) и их комбинации. Кроме того, любые технологические водные растворы содержат нерастворимые суспензии, либо циркулирующие с ней, либо дающие отложения (красный оксид железа Ре203; магнетит Ре0; медь и оксиды меди Си, Си0; силикат кальция СаБЮ2).
Рис. 2. Внешний вид отложений в системах золо- и шлакоудаления ТЭЦ
Образование накипно-коррозионных отложений неизбежно приводит к нарушению теплообмена, резкому уменьшению коэффициента теплопередачи, выходу из строя важнейших элементов теплообменного оборудования, а также коррозионным разрушениям базового металла.
Известно [2], что под слоями накипно-коррозион-ных образований переменной плотности протекает локальный коррозионный процесс - самый опасный вид коррозионного разрушения. Причины локальной коррозии - местные градиенты температур и концентраций коррозионно-активных элементов при величине рН среды порядка 10,0, а также «точечные» электрохимические потенциалы, вызванные переменным по толщине диффузионным барьером из продуктов отложений и гетерогенностью металлической поверхности.
Другая негативная сторона заключается в том, что отложения толщиной в 1 мм снижают коэффициент теплопередачи на 8-9 %. Например, мощность водогрейных котлов значительно снижается с ростом толщины накипно-коррозионных отложений (рис. 3).
Рис. 3. Потеря мощности водогрейных котлов с ростом накипно-коррозионных отложений
