Автоматизация технологического процесса производства цемента

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1.Описание технологического процесса производства цемента

2.Описание функциональной схемы автоматизации

3.Выбор приборов и средств автоматизации

Заключение

Список использованной литературы

Спецификация

 

 

 

 

 

Введение

За последние  годы на предприятиях цементной промышленности были созданы условия для ускорения  технического прогресса и решения  многих важных задач совершенствования  техники и технологии. При этом следует подчеркнуть, что технический  прогресс осуществлялся путем широкого проведения таких мероприятий, как  оснащение предприятий современным  оборудованием, новыми средствами механизации  и автоматизации, внедрение передовой  технологии, интенсификация производственных процессов, рациональная организация  труда, выпуск продукции, отличающейся наибольшей эффективностью и высоким  качеством.

Техническое развитие цементной промышленности связано с использованием более  производительных и усовершенствованных  обжиговых и помольных агрегатов, значительно превосходящих по мощности установленное ранее технологическое  оборудование, и с лучшими условиями  труда при их обслуживании.

Технологические процессы современных промышленных установок характеризуются оптимальными значениями параметров, в ряде случаев  критическими и сверхкритическими, малым допустимым диапазоном отклонения их от оптимальных, обеспечением определенного  соотношения между ними.

Надежность  и достоверность технологического контроля и автоматического управления во многом определяются качеством наладки  контрольно-измерительных приборов, средств автоматизации, систем и  устройств технологической сигнализации, защиты и блокировки. Поэтому при  подготовке специалистов-техников по монтажу и наладке систем контроля и автоматического управления наладочным работам должно уделяться особое внимание.

 

 

 

 

Наладка средств измерений и систем технологического контроля предусматривает комплекс работ по их проверке и настройке, обеспечивающих получение достоверной информации о значениях контролируемых величин и ходе того или иного технологического процесса. Этот комплекс работ для строящихся объектов выполняется в три стадии.

На первой стадии выполняются подготовительные работы, изучение и анализ основных проектных решений и предмонтажная  проверка средств измерений. На этой стадии заказчик предоставляет производственное помещение для организации приобъектной лаборатории и проектную документацию по автоматизации с соответствующими инструкциями и технологическими картами.

На второй стадии выполняются работы по проверке правильности монтажа средств измерения  и систем технологического контроля, автономная наладка и подготовка систем к включению в работу для  обеспечения индивидуальных испытаний  технологического оборудования. С целью  сокращения сроков ввода объекта  в эксплуатацию автономная наладка  может выполняться одновременно с производством монтажных работ  по совмещенному монтажно-наладочному  графику. Включение в работу отдельных  приборов и систем производится в  процессе индивидуальных испытаний  и комплексного опробования агрегатов  и технологического оборудования на инертных средах и постепенного замещения  их рабочими продуктами.

На третьей  стадии выполняются работы по комплексной  наладке систем технологического контроля и доведению их параметров до значений, при которых они используются в процессе нормальной эксплуатации. Сдача налаженных систем автоматизации в эксплуатацию производится, как по отдельным узлам, так и комплексно по установкам, цехам, производствам.

Эффективная работа любого производства обеспечивается только комплексной наладкой с участием специалистов различных специализированных организаций и производственных подразделений.

Для более  эффективной работы цементного завода, повышения производительности труда  и увеличения объемов производства необходима замена устаревшего оборудования на более совершенное. Это достигается  с помощью инвестиций и инвестиционных проектов. Эффективность инвестиционного  проекта определяется соотношением результата вложений и инвестиционных затрат. Результат применительно  к интересам инвестора может  представлять прирост национального  дохода, экономию общественного труда, снижение текущих расходов по производству продукции, рост дохода или прибыли  предприятия, снижение энергоемкости  и ресурсоемкости продукции, уменьшение уровня загрязнения окружающей природной  среды и другие показатели. Затраты  включают в себя размеры инвестиций, необходимых для осуществления  технико-экономического обоснования  или бизнес-плана реализации инвестиционного  проекта, на приобретение и монтаж оборудования, на производство строительно-монтажных  работ, а также на другие многочисленные расходы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического процесса производства цемента

 

Современный цементный завод представляет собой  сложный комплекс технологического оборудования, обеспечивающий переработку  сырьевых материалов (известняков, мела и др.) в цемент. Цемент выпускается  различных видов и марок, применяется  в больших количествах в качестве основного строительного материала. В цементной промышленности получили распространение в основном мокрый и сухой способы производства. Структурная технологическая схема  производства цемента по мокрому  способу показана на рисунке 1.

В качестве исходных материалов для процесса обжига и образования клинкера используются искусственно приготовленные смеси  из карбонатных и глинистых пород.

Измельчение твердых сырьевых материалов, транспортируемых с помощью специальных питателей  и дозаторов в сырьевое отделение  со склада, осуществляется в помольных  агрегатах — шаровых трубных  мельницах. Одновременно с измельчением до определенной тонкости помола сырьевых материалов в мельнице происходит смешивание известняковых и глинистых компонентов, а также добавок (огарков). На заводах, использующих пластические материалы, вторичная стадия измельчения осуществляется в болтушках, где происходит отмучивание, или в мельницах "Гидрофол". Шлам перекачивается центробежными  насосами в усреднительные бассейны: сначала в вертикальные шламбассейны, а затем в горизонтальные.

Подготовленная  сырьевая смесь заданного химического  состава, определенной влажности и  тонкости помола подается в обжиговую  вращающуюся печь, где происходит спекание и химическое превращение  смеси, в результате чего получается новый, обладающий особыми свойствами материал — клинкер.

После выхода из печи клинкер охлаждается и  подается на клинкерный склад, а затем - на помол. Завершающий этап получения  цемента — это измельчение  и смешивание клинкера с добавками (гипс, песок и др.) в цементных  мельницах. Полученный цемент после  мельниц подается пневмокамерными  или пневмовинтовыми насосами в  силосы запаса.

Существует  так же сухой способ производства цемента. При сухом способе производства цемента сырьевая смесь готовится  в виде сырьевой муки. Компоновка оборудования на новых технологических линиях осуществляется с последовательным размещением (и работой) отдельных  агрегатов: сырьевая мельница — силос  сырьевой муки — вращающаяся печь и т. д.

Все основные процессы цементного производства являются непрерывными, все вспомогательные  процессы имеют также высокий  уровень механизации; это создает  благоприятную обстановку для автоматизации  всех процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание функциональной схемы автоматизации

 

Функциональная  схема автоматизации сырьевой мельницы показана на рисунке 2. Схемой предусматривается  контроль, автоматическое регулирование, дистанционное управление и сигнализация.

Из рассмотренных  условий работы трубной шаровой  мельницы при измельчении сырьевых материалов мокрым способом в процессе нормальной работы агрегата требуется  контролировать следующие параметры:

-уровень  загрузки материала в первой  камере мельницы;

-уровень  загрузки в зоне шламообразования (во второй камере);

- расход  известняка и дополнительных  компонентов, подаваемых в мельницу;

- расход  глиняного шлама на входе в  мельницу;

- расход  воды на входе в мельницу;

- вязкость  сырьевого шлама на выходе  из мельницы.

Рисунок 1- Структурная схема производства цемента

 

 

Указанные параметры измеряются автоматическими  приборами. Для контроля уровня загрузки материалом шаровой трубной мельницы в начале первой камеры и в зоне шламообразования применяется электроакустическое  устройство "звуковой энергии", интенсивность  которой зависит от степени загрузки мельницы материалом.

Микрофонное устройство 1а, расположенное вблизи первой камеры мельницы, воспринимает частоту шума, издаваемого работающей мельницей на этом участке, и преобразует ее в электродвижущую силу. Усилительно-преобразующий блок 1б (УПБ) преобразует и усиливает электродвижущую силу в напряжение постоянного тока, пропорциональное частоте этой ЭДС. Сигнал от УПБ через преобразователь 5д поступает на автоматический электронный потенциометр 5в.

Аналогичным образом электрический сигнал от микрофонного датчика 4а, расположенного вблизи второй камеры мельницы, передается через усилительно-преобразующий блок 4б на вторичный прибор 5в.

Величины  частот, характеризующих степень  загрузки шаровых трубных мельниц, и диапазоны их изменения (от состояния  мельницы, когда она полностью  выработана и работает без поступления  в неё материала, до полной её нагрузки материалом), зависят от типа и размеров мельниц, а также от принятой возможным  обеспечить такое преобразование сигналов, при котором осуществлялась бы запись на определенных участках по ширине диаграммы  потенциометра.

Как указывалось  выше, на работающей мельнице параметры  отклоняются от нормы. Поддержание  выбранного режима помола обеспечивается системой автоматического регулирования (САР). Стабильное качество шлама (вязкости и тонкости помола) обеспечивается за счет автоматического регулирования:

-уровня  загрузки первой камеры мельницы  с воздействием на подачу материалов  в мельницу;

-расхода  воды на мельницу (уровня загрузки  второй камеры — в зоне шламообразования);

-расхода  глиняного шлама; 

за счет коррекции с предварением от изменения  уровня загрузки в первой камере, на системы автоматического регулирования  подачи воды и глиняного шлама.

На функциональной схеме показан технологический  процесс с подачей двух твердых  компонентов, глиняного шлама и  воды. В действительности на цементных  заводах встречаются различные  решения процесса мокрого помола сырья:

-подача  твёрдого компонента (известняка) и  воды;

-подача  твёрдого компонента (известняка) и  глиняного шлама, когда вся  вода поступает вместе с глиняным  шламом;

-подача  твёрдого компонента (известняка), воды  и глиняного шлама;

-подача  твёрдого компонента (известняка) и  воды; расход глиняного шлама  незначительный (влажность глиняного  шлама не отличается от влажности  сырьевого шлама более чем  на 3-5%);

-подача  твёрдого компонента (известняка), воды (в количестве не более 10% от  общего расхода), глиняного шлама.

Для каждого  из этих вариантов системы автоматического  регулирования могут несколько  отличаться друг от друга, но во всех случаях  обязательными являются два контура  автоматического регулирования: уровня загрузки первой камеры мельницы и  уровня загрузки второй камеры мельницы (расхода воды на мельницу), которые  могут функционировать самостоятельно. Рассмотрим условия автоматического  регулирования уровня загрузки первой камеры мельницы. В зависимости от выбранной технологии помола сырья  технологическими схемами предусматривается  установка двух питателей сырья  с одновременным их включением в  работу (одновременной подачей твердых  компонентов), а также с включением одного или другого. В случае одновременной подачи сырья двумя питателями при настройке САР учитывается суммарный расход твердых компонентов.

Выше  упоминалось, что при эксплуатации мельниц возможно изменение гранулометрического  состава сырья. Так, если расход подаваемого  в мельницу сырья поддерживать постоянным, то на крупном сырье шлам будет  недоизмельчаться, на мелком—переизмельчаться. При постоянном уровне загрузки материалом первой камеры на крупном сырье шлам будет переизмельчаться, а на мелком — недоизмельчаться. Для того чтобы  уменьшить колебания тонкости помола шлама и свести их до минимума, схемой предусматривается поддержание  определенного соотношения между  изменением уровня загрузки первой камеры и расхода подаваемого в мельницу сырья. Это соотношение поддерживается автоматически (путем настройки  электронными регуляторами).

От усилительно-преобразующего блока 1б сигнал, пропорциональный уровню загрузки первой камеры сырьем, поступает на вход электронных регуляторов (основного компонента 1в и дополнительного компонента 7а).

Регуляторы 1в и 7а через магнитные усилители 1з,7д воздействуют на исполнительные механизмы 1ж, 7м, которые сочленены  с плужковыми сбрасывателями тарельчатых  питателей.

На вход каждого регулятора 1в, 7а подается также сигнал (пропорциональный расходу материала в мельницу) от индуктивного датчика, встроенного в исполнительный механизм 1ж,7г.

Выбор такого соотношения возможен путем совмещения статических характеристик регулятора со статическими характеристиками объекта. Последние выражаются такими зависимостями  частот шума камер мельниц от расходов сырьевых материалов в мельницы, при  которых соблюдаются условия  поддержания постоянства тонкостей  помола шлама после мельниц при  всех изменениях свойств сырья (размолоспособность, гранулометрия), поступающего на вход мельницы. Статическая характеристика объекта находится экспериментальным  путем отдельно для каждой мельницы. При снятии характеристики мельница должна вводиться в два независимых режима работы:

- с непрерывной подачей самого  крупного и трудноразмалываемого  материала. При этом подача  материала должна быть такой,  при которой обеспечивалось бы  получение шлама с заданной  тонкостью помола. Для установившегося  (временно) режима определяются значения  частоты шума первой камеры  f1" и расхода сырья в мельницу Q_c';

- с непрерывной подачей самого  мелкого и легкоразмалываемого  материала. В этом режиме должны  быть сохранены условия измельчения,  т. е. получаемый шлам должен  иметь то же заданное значение  тонкости помола. Для установившегося  режима определяются значения  частоты шума первой камеры  f1" и расхода сырья в мельницу Q_c". Расход воды в обоих случаях должен соответствовать заданной влажности шлама, а расход шлама — заданному химическому составу (титру).

В первой камере сырьевой мельницы осуществляется процесс дробления, и материал, перемешиваясь  с водой, еще не образует шлама  требуемой вязкости. Объясняется  это тем, что вода перемешивается с материалом не в полной мере и  жидкая фаза может быстрее переходить из первой во вторую камеру (явление  усиливается в момент переходного  режима). По указанным причинам установка  регулятора соотношения материал—вода  в первой камере не обеспечит нормальной работы помольного агрегата. Схемой предусматривается  автоматическое регулирование расхода  воды в определенной пропорции по отношению к количеству сухих  компонентов (известняк, сухая глина  и др.) сырья, проходящего зону шламообразования (вторая камера). Уровень (количество) сырья  в зоне шламообразования контролируется микрофонным датчиком 4а. От усилительно-преобразующего блока 4б сигнал, зависящий от уровня загрузки в зоне шламообразования, подается на регулятор расхода воды 2в (регулятор глиняного шлама 6в). На вход регулятора 2в подается также сигнал от дифманометра 2б, пропорциональный расходу воды. Сигнал по расходу глиняного шлама поступает на регулятор 6в от расходомера 6б.

Основной  задачей системы регулирования  влажности шлама является поддержание  необходимого соотношения между  уровнем загрузки в зоне шламообразования, пропорциональным расходу сырья, и  расходом воды, подаваемой в мельницу. Эта задача выполняется путем  статической настройки системы  автоматического регулирования  влажности шлама, т. е. совмещением  характеристик регулятора со статической  характеристикой объекта. Последняя  выражается зависимостью потребного общего расхода воды на мельницу Q_B (включая воду, вносимую вместе с материалом) от частоты шума в зоне шламообразоваиия f₁₁ при постоянной заданной влажности сырьевого шлама и изменении величины расхода сырья.

На функциональной схеме автоматизации процесса помола сырьевых компонентов, а также на блок-схеме регулирования загрузки мельницы введены и показаны корректирующие воздействия от изменения уровня загрузки в первой камере на системы  автоматического регулирования  подачи воды и глиняного шлама  от усилительно-преобразующего блока  1б (уровень загрузки в первой камере). Сигнал через дифференциатор 1л поступает на регулятор расхода воды 2в, а через дифференциатор 6е — на регулятор расхода глиняного шлама 6в.

На основании  расчетных данных устанавливают  заданные значения величин времени  дифференцированиями демпфирования  и добиваются более устойчивой работы всей системы автоматического регулирования  процесса помола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор приборов и средств автоматизации

 

Рисунок 16 - Контуры регулирования

 

1. С помощью  микрофонного устройства УМ-3М  1а контролируется уровень загрузки  в первой камере сырьевой мельницы. Оно устанавливается вблизи неё  (во втором межболтовом промежутке  от начала мельницы со стороны  падения шаров) таким образом,  чтобы микрофонная головка размещалась  в непосредственной близости  от трубной поверхности мельницы  и ось микрофона располагалась  под углом 45⁰ к горизонтали.

Второе  такое микрофонное устройство УМ-3М 4а монтируется в зоне шламообразования на расстоянии 0,35-0,4 длины мельницы от её начала: при длине мельницы 12 м это расстояние составляет 4,3 м, при длине 15 м-6 м и т. д. Сигнал от микрофона воспринимается усилительно-преобразующим  блоком УПБ – 2М.

2. Приборы  автоматические следящего уравновешивания КСМ4, КСМ4И, КСП4-1в и 3б в данной схеме автоматизации, КСП4И, КСУ4 Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные выше электрические сигналы и активное сопротивление.

По виду входного сигнала приборы разделяются на группы:

-Приборы  для измерения напряжения и  силы постоянного тока — потенциометры  (КСП4, КСП4И, КСУ4);

-Приборы  для измерения активного сопротивления  — мосты (КСМ4, КСМ4И).

По защищенности от воздействия окружающей среды и устойчивости к механическим воздействиям приборы разделяются на следующие исполнения:

-обыкновенное - по ГОСТ 12997—76;

-тропическое  - по ГОСТ 17532—77;

-взрывобезопасное - (вид защиты — искробезопасная  электрическая цепь) по ГОСТ 18311—72.

Приборы обыкновенного исполнения предназначены  для работы в условиях, нормированных  по ГОСТ 15150—69 для климатического исполнения "УХЛ" (обычного для групп приборов КСП4, КСП4И, КСМ4, КСМ4И, КСУ4) категории  размещения 4.2, но при температурах окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности окружающего  воздуха до 80%.

Приборы КСМ4И, КСП4И с искробезопасными измерительными цепями предназначены для работы в комплекте с серийно выпускаемыми первичными преобразователями, не имеющими собственного источника питания, сосредоточенных  индуктивностей или емкостей, которые  могут быть установлены во всех взрывоопасных  помещениях и наружных установках, содержащих взрывоопасные концентрации смесей паров или газов с воздухом НА, ИВ, ПС категории, групп Т1, Т2, ТЗ, Т4, Т5 согласно классификации ГОСТ 12.1.011—78. Приборы КСМ4И, КСП4И устанавливаются  только вне взрывоопасных помещений.

Технические параметры прибора:

Основная  погрешность приборов по показаниям, выраженная в процентах от нормирующего значения, не превышает пределов допускаемых  значений, равных ±0,25% или ±0,5%. За нормирующее значение для приборов КСП4, КСП4И, КСУ4 принимают: разность верхнего и нижнего предельных значений входного сигнала,

если  нулевое значение находится на краю диапазона измерения входного сигнала  или вне него; сумму абсолютных предельных значений входного сигнала, если нулевое значение находится  внутри диапазона измерения.

Нормирующее значение выражается в единицах тока для потенциометров КСУ4, в единицах напряжения для потенциометров КСП4, в единицах сопротивления для  мостов КСМ4.

3. Диафрагма камерная ДК-0,6 ( на рисунке 2а)

Камерная  диафрагма ДК-0,6 применяется для  измерения расхода жидкости, пара или газа по методу переменного перепада давления в комплекте с преобразователями  разности давления или дифманометрами в системах контроля, регулирования  и управления технологическими процессами.

Диафрагма камерная состоит из диска и корпусов кольцевых камер. Для уплотнения между плоскостью соприкосновения  камер и диска вставлена прокладка.

 

Таблица12 Технические характеристики:

Условный проход Dу, мм	Обозначение диафрагмы при условном давлении до 0,6 Ру, МPа
50	ДК 0,6-50

 

4. Дифманометр  ДМ-3583М (2б)

Описание  прибора:

Предназначены для пропорционального преобразования разности давлений в выходной унифицированный  сигнал взаимной индуктивности.

Преобразователи (дифманометры) применяются в системах контроля, автоматического регулирования  и управления технологическими процессами при измерении расхода жидкости, газа или пара по разности давления в сужающих устройствах, разности вакуумметрических  и избыточных давлений, уровня жидкости по давлению гидростатического столба, находящегося под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

Технические параметры прибора:

Преобразователи выпускаются с верхними пределами  измерений соответствующими ряду: 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25 кПа (160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500 кгс/м2) 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 кПа (0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/см2).

Нижний  предел измерения равен нулю. Предельно допускаемое рабочее избыточное давление мПа(кгс.см2):16(160). Пределы изменения взаимной индукции:

-для  ДМ3583М: 0-10 мГн 

-для  ДМ-3583ФМ: +-10 мГн

Класс точности: 1,5

Температура окружающей среды: от -30 до 50 °C

Выходной  сигнал дифманометра прямо пропорциональный перепаду давления

Условия эксплуатации:

Преобразователи предназначены для измерения  параметров неагрессивных газов  и жидкостей при температуре  окружающего воздуха от минус 30 градусов до плюс 50 градусов по Цельсию и относительной  влажности до 95 процентов.

Преобразователи с верхними номинальными пределами  измерений 1,6; 2,5; 4,0 кПа (160; 250; 400 кгс/м2) предназначены  только на предельно допускаемое  рабочее избыточное давление 16 МПа (160 кгс/см2).

5. Прибор  КСД3 относится к приборам дифференциально-трансформаторным

Краткое тех. описание:

Для измерения  вакуумметрического давления, расхода, уровня и других неэлектрических  величин, преобразованных во взаимную индуктивность. Пределы допускаемой  погрешности, в % от нормирующего значения: по показаниям и преобразованию ±1,0, по регистрации, регулированию и  сигнализации ±2,5. Выходной сигнал: устройства преобразования 0-5, 4-20, токовый 4-8мА, пропорционально-интегрального  регулирующего устройства 0-5мА.

6. Вискозиметр  ротационный РВ-3

Принцип его работы основан на зависимости  сопротивления вращающегося шара, погруженного в жидкость, от вязкости этой жидкости. Вискозиметр состоит из датчика- ротора, вращающегося от электропривода конденсаторного типа, вторичная  обмотка которого включена в измерительную  схему. При изменении вязкости скорость электродвигателя меняется, что приводит к изменению напряжения в мостовой схеме измерительной цепи. Вискозиметр  имеет несколько выходов: на вторичный  прибор и систему регулирования. Прибор градуируется в относительных  единицах в пределах 0-100%. Вращение ротора на воздухе соответствует положению 0, а полностью заторможенное состояние  ротора-100%.

Влажность шлама определяется методом высушивания  и взвешивания определенной порции шлама. Тонкость помола измеряется ситовыми приборами путем взвешивания  и просева проб на ситах.

 

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте была разработана  функциональная схема автоматизации управления мокрого помола сырьевых материалов при производстве цемента.

Выбраны приборы и оборудование – цементная  мельница, микрофонное устройство, приборы следящего уравновешивания, диафрагма камерная, дифманометр, вискозиметр  ротационный; разработана таблица  соединений и подключений, схема  соединений внешних проводок, перечень составных частей щита, рассчитаны погрешности измерительных приборов: приведенная погрешность прибора КСУ2 равная 0,25 не превышает класс точности равный 1,5 , то прибор годен к эксплуатации.

Так же ввод нового оборудования привёл и к другим результатам: привлечению дополнительных инвестиций; увеличению затрат на капитальный  ремонт в процессе эксплуатации оборудования; увеличению амортизационных отчислений; увеличению расходов на послегарантийное сервисное обслуживание и покупку  запасных частей.

Помимо  расчетных данных в данном проекте  были полностью рассмотрены аспекты  внедрения АСУТП на цементном  заводе.

 

 

Список использованной литературы

 

1 ГОСТ 2.105-95 ЕСКД Общие требования к текстовым  документам.

2 ГОСТ 2.701-76 ЕСКД Схемы. Виды и типы. Общие требования.

3 Гальперин  М.В. Автоматическое управление.- М.: ФОРУM: ИНФРА-М, 2004

4 Горошков  Б. И. Автоматическое управление - М.: Издательский центр

"Академия", 2003.

5 Экономика  строительства Под редакцией  И. С. Степанова. М. : Юрайт, 1997