Автоматизация процесса сгущения красного шлама

Содержание

      Введение      3

      Список  использованной литературы                                                          30

      Спецификация  на приборы и аппараты

 

Введение

 

      Автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций. Требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику.

     Автоматизация технологических процессов является решающим фактором в повышении производительности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, экономии сырья и энергии.

     Создание  средств измерения, контроля и управления оборудованием и техническими процессами характеризуется переходом от решения частных, относительно простых задач автоматизации к созданию на основе микроконтроллеров и другой микроэлектронной элементной базы устройств автоматики с программным управлением, обеспечивающих автоматический режим работы как автономно, так и в составе автоматизированных систем, решающих сложные функциональные задачи контроля и управления при большом объеме перерабатываемой информации.

     Процесс сгущения красного шлама на АО «Алюминий  Казахстана» является энергоемким  производство, что делает его очень дорогим, поэтому любое снижение энеpгозатpат ведет к большой материальной экономии. Основным способом снижения энеpгозатpат пpоцесса сгущения является стабилизация pежимных паpаметpов сгустителей. Это ведет к более качественному выходу пульпы после передела.

     Более стабильная pабота аппаратуры участка  позволяет стабилизиpовать в некотоpой степени и все пpоизводство в  целом (из-за очень жесткой связи  между пеpеделами). Стабилизация и  есть основная цель создания АСУ. 

 

      1 Описание технологического процесса и технологического оборудования 
 

     Всего на узле четыре сгустителя диаметром 40 м. Выдержанная пульпа из последних мешалок ниток выщелачивания центробежными насосами подается в распределительную (питательную) коробку сгустителя диаметром 40 м. Питание регулируется изменением производительности питающего насоса прикрыванием или открыванием клапана всаса.

     Для улучшения качества сливов и ускорения  осаждения используют специальные  добавки - синтетические флокулянты  «Алкар-600», «Сайтек», которые приготавливаются на участке №1, откуда откачиваются насосами и подаются в сгуститель.

     Осветленный алюминатный раствор через сливные  коробки, расположенные в верхней  части сгустителей, самотеком поступает в промежуточные баки слива, а затем на всас насосов, которыми подаются в мешалку нефильтрованного раствора узла контрольной фильтрации. Сгущенный шлам также непрерывно выводится через отверстия в нижней части сгустителей в мешалки слива, из которых откачивается на узел промывки красного шлама.

     Шлам  одного сгустителя обеспечивает питание одной нитки промывки.

     Ниже  на рисунке 1 технологическая схема узла сгущения представлена виде структурной схемы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 1 – Структурная схема узла сгущения 

     Эффективное функционирование узла сгущения при малом расходе энергии осуществляется при правильном подборе видов аппаратов. При производстве глинозема широкое применение нашли цепные мешалки.

     Мешалка представляет собой цилиндрический бак, который установленный на железобетонном фундаменте, как показано на рисунке 2.

Перемешивающее  устройство состоит из вала и прикрепленной  к нему траверсы. На траверсе подвешиваются волокуши на цепях. Волокуши присоединяются к нижней части вала цепями, чтобы во время работы они не могли касаться цилиндрической части мешалки. Вал внизу заканчивается коротышом, который вращается в подпятнике и служащий роль крепления между валом и днищем. Подпятник закреплен к днищу мешалки.   

  

     Рисунок 2 – Цепная мешалка в разрезе 

          Перемешивающее устройство приводится  в движение через редуктор от электродвигателя. Редуктор соединяется с валом крестовым сцеплением.

          Каждая мешалка имеет переливную  трубу для исключения попадания  раствора на крышку.

          Внутри мешалок выщелачивания  расположен барбатер для подогрева пульпы острым паром. Для транспортировки пульпы в мешалках выщелачивания имеются вертикальные перетоки.

     Цепные  мешалки просты в исполнении и  низки по цене, результативны по перемешиванию и многофункциональны. Но также имеются и минусы - малый  объем, тихоходность, что влечет за собой трудность производства однородного раствора как по сечению, так и по высоте; не подходят для перемешивания растворов с разными плотностями.

     При осаждении красного шлама бокситовой пульпы используется сгуститель ЦН-40, изображенный на рисунке 3. Он представляет собой стальной чан диаметром 40 м с коническим днищем и крышей, поддерживаемой центральной колонной. Внутри чана вращается крестообразная ферма, приводимая в движение через вертикальный вал, механизмом вращения. Механизм вращения расположен под чаном. В сгуститель диаметром 40 м питание подается в питающий стакан четырьмя трубопроводами диаметром 159 мм, заглубленных на 500-750 мм ниже зеркала слива и имеющие на конце отбойники, расположены в разных четвертях питающего стакана.   

     Питающий  стакан крепится на ферме перемешивания  и вращается вместе с ним. Служит для успокоения потока и равномерного распределения его по всему объему сгустителя.

     Для транспортировки сгущенного шлама  к центру конуса сгустителя, установлена  рабочая ферма, которая представляет собой жесткую трубную металлоконструкцию и состоит из четырех  крестообразных граблин. К граблинам на тросах подвешены волокуши (спаренные рельсы). Вращение от главного вала рабочей ферме передается через плиту верхней опоры, к которой приваривают балки рабочей фермы. Верхняя опора состоит из следующих составных частей: плита, втулка эксцентриковая, подшипник шариковый – радиальный, кожух, диафрагмы затвора. Плита представляет собой жесткую сварную конструкцию, с центральным отверстием, выполненным эксцентрично относительно оси главного вала.

       Главный вал представляет собой  трубопроводную конструкцию, с  фланцевым соединением отдельных  частей между собой. На кольцевую  площадку в верхней части вала  устанавливаются плиты верхней  опоры.

          Нижняя опора главного вала  служит для связи вала с  центральным редуктором и представляет  собой сварную цилиндрическую  конструкцию, опирающуюся на радиально-упорный  роликовый подшипник и опорное  кольцо. Механизм вращения представляет  собой центральный коническо– цилиндрический  редуктор, цилиндрическое зубчатое колесо, которое соединено с нижней опорой главного вала сгустителя, посредством шпоночного подвижного соединения. Вращение редуктора осуществляется двумя электродвигателями через клиноременную передачу и промежуточные редукторы типа ЦТИ. Осветленный слив отбирается через сливной порог в кольцевой желоб, расположенный внутри чана по периферии, из которого слив по коллектору поступает в бак слива.

          Отбор шлама осуществляется с  двух точек. Трубопровод имеет регулирующую заслонку, расходомер. На одной из разгрузок установлен плотномер. Шлам со сгустителей диаметром 40 м откачивается в шламовые мешалки. Регулировка отбора шлама может производиться в ручном и автоматическом режиме. Подробная характеристика сгустителей представлена

в таблице  1.

Сгуститель  предназначен для разделения разбавленной пульпы на твердую фазу (красный  шлам) и жидкую фазу (алюминатный  раствор) с получением осветленного раствора и сгущенного шлама.

          Принцип работы сгустителя. Исходная пульпа с мешалок разбавления насосами подается по питающим трубопроводам в аппарат и  сразу поступает в нижнюю часть зоны уплотнения и сгущения. Уплотнение и сгущение осуществляется по иному принципу, чем обычное отстаивание, из-за значительной разницы плотностей пульпы, находящейся в зоне уплотнения.

                Жидкая фаза вытесняется из  сгущаемой пульпы и направляется  в зону осветления расположенную  в верхней части сгустителя. При  этом уплотнённый шлам выполняет  роль фильтра, через который проходит жидкая фаза. В процессе фильтрования взвешенные частицы, содержащиеся в жидкой фазе, задерживаются в плотном слое шлама. Осветлённый раствор направляется к зоне осветления. Слив получается более чистым, чем при обычном отстаивании красного шлама. 

                                                                                   4

1 - перемешивающее устройство; 2 - вал (трубопитатель); 3 - корпус сгустителя; 4 - механизм вращения. 

     Рисунок 3 – Сгуститель 40 м в разрезе 

Таблица 1 – Техническая характеристика сгустителя

 

           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Характеристика производственного процесса как объекта автоматизации 
 

     Узел  сгущения является промежуточной частью производства глинозёма, поэтому его  входные и выходные параметры  в основном жёстко заданы смежными переделами (переделами выщелачивания, складом сульфата (узел приготовления флокулянта), промывки красного шлама и контрольной фильтрации).

     Входными  потоками рассматриваемого передела является поток пульпы с передела выщелачивания, поток флокулянта q_ф.

     Выходными потоками являются слив и разгрузка  сгустителя на промывку и контрольную фильтрацию.

     Входные и выходные параметры представлены на рисунке 4 

q - объемный расход пульпы в питании; _- плотность пульпы в питании;                                q_ф  -  расход флокулянта; площадь разгрузочного сечения; _р- плотность разгрузки; _с  - мутность слива; q_р, q_сл - объемные расходы сгущенного продукта и слива сгустителя; _ф , М_ф – скорость и момент фермы сгустителя. 

     Рисунок 4 - Входные и выходные параметры передела 

     От  эффективности узла сгущения зависит  эффективность последующих этапов производства глинозема.

     Устойчивое  протекание процесса сгущения зависит  от придерживания следующим ограничениям:

     -соответствие  заданной норме продуктивности передела сгущения;

     -недопущение  переливов и опорожнений буферных  ёмкостей;

     -соответствие  заданной норме химического состава  бокситовой пульпы;

     - соответствие заданной норме  режимных параметров технологических  установок. Это обосновывается тем, что небольшое отклонение от заданного технологического режима влечёт за собой серьёзные нарушения работы сгустителя, такие как авария или полная остановка.

     Для оценки качества химического анализа  каждые четыре часа из-под конусов  сгустителей берётся проба на химический контроль. Проверяется содержания твёрдого на литр слива сгустителя.

     На  узле сгущения предусмотрен следующий  технологический регламент относительно технологии производства, представленный в таблице 2. 

Таблица 2 – Технологический регламент узла красного шлама

 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        3 Техническое задание на создание системы автоматизации 

 

     Автоматизированная  система управления технологическим  процессом  (АСУ ТП) – это автоматизированная система управления для выработки  и  реализации управляющих    воздействий    на    технологический    объект  управления.

       Назначение АСУТП узла сгущения:

     -сбор, первичная обработка и распределение  информации, получаемой от датчиков  технологических и электротехнических  параметров в виде аналоговых, дискретных и  цифровых сигналов, включая прием-передачу информации  от других ПТК;

     -представление  информации и взаимодействие  пользователей с ПТК                   

(оператор-технолог, обслуживающий персонал ПТК);

     -дистанционное  управление приводами исполнительных  механизмов  заслонок, регулирующих  органов, электродвигателей и тому подобное;

      -автоматическое регулирование технологических  параметров, автоматическое логическое  и программное управление  технологическими  узлами по заданным параметрам;

       -информационно-вычислительная функция, реализующая алгоритмы расчетных формул, накопления, усреднения, архивации информации и тому подобное;

       -самоконтроль и самодиагностика  ПТК, подстройка прикладных программ  и заполнение информационной  базы, сбор и обработка информации  по технической диагностике ПТК  (инструментальная подсистема);

      -реализация алгоритмов сервисных  функций.

       Создание программно-технического комплекса АСУТП узла сгущения должно способствовать:

       -обеспечению эффективного управления  технологическими процессами на  участке;

       -повышению качества работы технологического передела  за счет внедрения новых систем автоматизации  и модернизации существующих;

      -повышению эффективности управления  работой технологического передела  на основе оперативной и достоверной  информации;

         -эффективному управлению параметрами  автоматизируемого оборудования;

      -повышению надежности работы  автоматизируемого оборудования;

         -повышению комфортности работы  оперативного и обслуживающего  персонала;

      -созданию базы для дальнейшего  увеличения производительности  передела и развития участковой системы управления.

     АСУТП узла сгущения должен решить следующие  задачи контроля, регистрации, сигнализации и управления:

     - контроль, регистрация, сигнализация  и управление расхода флокулянта  в сгуститель;

     - контроль, регистрация, сигнализация и управление  уровня в мешалке сгустителя;

     - контроль, регистрация и сигнализация  уровня в баке слива; 

     - контроль, регистрация, сигнализация  и управление расхода красного  шлама  исходящего из сгустителей;

     - контроль, регистрация, сигнализация  и управление плотности красных шламов разгрузки сгустителя;

     - контроль, регистрация, сигнализация  и управление расхода разгрузки  мешалки;

     - контроль, регистрация и сигнализация слива сгустителя в бак слива;

     -контроль, регистрация и сигнализация тока  нагрузки двигателя перемешивающего устройства.

     Данные  сведём в таблицу 3. 

Таблица 3 – Задание на автоматизацию

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      4 Разработка функциональной схемы технологического процесса и принципиальной электрической схемы 
 

     Современные технологические процессы отличаются многообразием параметров подлежащих контролю и регулированию.

     Электрические приборы обладают высокой чувствительностью, точностью регулирования, обеспечивают дальность связи и большую  емкость каналов передачи информации.

     Целью АСУТП является создание на основе серийно выпускаемых средств цифровой техники современной системы управления, обеспечивающей:

     - эффективную работу объектов  управления, повышение уровня безопасности  и безаварийности технологических  процессов;

     - требуемую точность, достоверность и своевременность предоставляемой персоналу оперативной информации;

     - адаптивность к возможным изменениям  технологических процессов и  алгоритмов управления, сокращение  затрат времени на ориентацию  персонала в режимной и оперативной  обстановке, своевременное выявление неполадок и отклонений;

     - улучшение культуры труда оперативного  и обслуживающего персонала;

     - автоматизацию ведения отчетной  документации;

     - предотвращение ошибочных действий  персонала путем своевременной  сигнализации и блокирования  ошибочных команд управления;

     - снижение затрат на эксплуатацию  и ремонт оборудования.

     Функциональная  схема систем  автоматизации  технологических  процессов является основным техническим документом, определяющим структуру и  характер систем  автоматизации  технологических  процессов,  а  также  оснащения   их приборами  и  средствами  автоматизации. На   функциональной  схеме дано упрощенное  изображение  агрегатов,  подлежащих   автоматизации,   а   также приборов,  средств  автоматизации  и  управления, изображаемых условными обозначениями по действующим стандартам, а также линии связи между ними.

     Cхема автоматизации регулирования и контроля узла сгущения предусматривает следующие системы:

     -система  автоматической стабилизации расхода  красного шлама из конуса сгустителей (предназначена для поддержания постоянного расхода красного шлама из конуса сгустителей, задание расхода шлама определяется оператором);

     -система измерения уровня осветленного раствора сгустителей;

     -система  измерения расхода слива по  сгустителям;

     -система измерения уровня в шламовых мешалках  сгустителей;

     -система  измерения расхода флокулянта  сгустителей (стабилизация твёрдого  в сливе сгустителя);

     - система измерения уровня в  мешалках слива.

     Разрабатываем функциональную схему автоматизации, на которой показано все технологическое оборудование, технологические связи, приборы и средства автоматизации, обозначены их установки (по месту, на щите) и позиции каждого прибора.

       В таблице 4 приведены условные обозначения элементов схемы и наименования технических средств, соответствующих каждому из этих обозначений. 

Таблица 4 – Условные обозначения элементов схемы и наименования технических средств