Модернізація системи управління рекуперативних колодязів цеху Бл-2

План

Вступ

1. Аналіз стану справ у галузі

2. Вступна частина

3. Мета створення Системи

4. Опис об'єкту

5. Характеристика засобів КВП і автоматики

6. Характеристика метрологічного забезпечення

7. Умови експлуатації об'єкта автоматизації і характеристика навколишнього середу

8. Характеристика інформаційного забезпечення

9. Функціонування Системи

9.1 Регламент реалізації кожної функції

10. Економічний ефект від впровадження АСУ (БЛ-2) (на комірках 13-16)

10.1. Вихідні дані

10.2 Розрахунок

10.2.1 Планове річне виробництво 4 н / к (групи)

10.2.2 Економія палива за рахунок зниження питомої витрати умовного палива

10.2.3 Економічний ефект

10.2.4 Економія металу за рахунок зниження чаду

10.2.5 Економія зниження втрат металу в угар

10.2.6 Сумарна економія

10.2.7 Термін окупності

Вступ

Модернізація системи управління рекуперативним нагрівальними колодязями в ОНК цеху Блюмінг-2 ВАТ «Міттал Стіл Кривий Piг»

Модернізація системи управління рекуперативним нагрівальними колодязями в ОНК цеху Блюмінг-2 полягає в заміні морально і фізично застарілих системи КВП і виконавчих механізмів на сучасну автоматизовану систему управління на базі промислових логічних контролерів з організацією автоматизованих робочих місць (АРМ) нагрівальник на групах колодязів і АРМ старшого нагрівальник .

Кошторисна вартість модернізації (для яч. № 13-16) - 2130000 грн

Терміни будівництва - 15 місяців

Термін окупності модернізації - 20 місяців

1. Аналіз стану справ у галузі

У нових економічних умовах на перший план виходять питання економії енергії та ресурсозбереження в промисловості. Особливе значення питання зниження витрат при виробництві продукції набувають у чорній металургії, яка характеризується високою енерго-і матеріаломісткістю. Так, тільки при нагріванні злитків в обтискному цеху витрачається 22-25 кг у.п. / т. стали, втрати металу від окислення тільки за один нагрів складають 2,0-2,5%, а за весь переділ від злитка до готового прокату - 4,0-4,5%. При цьому, необхідно зазначити, що витратні показники в чорній металургії України і в цілому по країнах СНД в кілька разів перевищують аналогічні величини, досягнуті в найбільш розвинених країнах. За даними європейських експертів щорічний перевитрата енергоресурсів при існуючому рівні чорної металургії в країнах СНД значно перевищує 1 млрд. доларів США у вартісному обчисленні і це відставання постійно збільшується, так як за останні два десятиліття питомі витрати на виробництво стали найбільш розвинених країн були знижені на 25 - 30%.

У світовій практиці є досвід нагрівання злитків з підвищеним тепломісткості. Технологія нагрівання злитків з рідкою серцевиною застосовується на Маріупольському металургійному комбінаті ім. Ілліча, ВАТ «Міттал Стіл Кривий Piг», Запоріжсталь, за кордоном. У відповідності з експериментальними даними збільшення часу транспортування на 1 годину еквівалентно додаткової витрати палива на 3,5-4,0 кг. у.п. / т. стали, додаткового чадові внаслідок збільшення часу нагрівання. Температура поверхні злитків у момент посада на різних заводах відрізняються і зазвичай знаходяться в межах 940-1040 ° С. Частка рідкої фази в зливках у момент посада залежить від хімічного складу сталі, форми і розмірів злитка. Незважаючи на те, що ця технологія досить добре відома (ізотермічна або «адіабатно» витримка в першому періоді до повної кристалізації сталі, і потім нагрівання до заданого температурного стану), її реалізація, як і подальше підвищення температури посаду вимагає високої кваліфікації персоналу, постійного контролю теплового стану злитку як, при відстої і транспортуванні, так і в процесі нагрівання, так як прокатка не повністю закристалізовувався металу може призвести до створення аварійної ситуації і підвищеному шлюбу.

Зниження теплосодержания злитків при видачі досягається зниженням контрольної температури і зменшенням часу перебування металу в колодязі, усуненням «пересиджування». Зазвичай останнє пов'язане з організаційними проблемами, які не завжди можуть бути усунені. Знаходження металу в колодязі з високою температурою призводить до перевитрати палива (близько 1,5 кг у.п. / т. сталі на кожну годину «пересиджування»), підвищеному чадові, а в деяких випадках до перегріву або навіть пережогу сталі. Єдиним рішенням даної проблеми є використання спеціальних режимів нагріву (режим «термоса», нагрів по мінімуму окалиноутворення або витрати палива і т.д.), які добре відомі, але для їх реалізації необхідно наявність математичних моделей і інструментальних засобів для їх реалізації. Зниження контрольної температури печі дозволяє знизити витрату палива і зменшити втрати металу від окислення, однак його реалізація можлива лише за наявності контролю та зворотного зв'язку з енергосиловим параметрами процесу прокатки.

Таким чином, реалізація розглянутих вище заходів, вимагає наявності сучасних засобів контролю та автоматичного керування тепловим процесом прокатки, в основу якого повинні бути покладені не тільки алгоритми управління, а й математичні моделі кристалізації і нагріву, що виключають вплив суб'єктивного фактора і кваліфікації персоналу, що враховують вплив зовнішніх умов на роботу обладнання. При цьому необхідно відзначити, що дана пропозиція не є революційною, тому що на багатьох передових заводах за кордоном і в країнах СНД вже працюють аналогічні системи, які показали ефективність такого підходу до вирішення проблем енерго-і ресурсозбереження.

Основними заходами, що дозволяють знизити витрату палива, зменшити втрати металу від окалиноутворення і підвищити якість нагрівання для даного типу колодязів є наступні:

• підвищення теплосодержания завантажуються в колодязь злитків;

• зниження теплосодержания злитків при видачі з колодязів;
  удосконалення існуючих та розробка і впровадження нових прогресивних режимів нагріву (по мінімуму окалиноутворення, витрати палива, максимуму продуктивності і т.д.);

удосконалення системи контрольно-вимірювальних приладів та впровадження комп'ютеризованих систем автоматичного керування процесом нагрівання; підвищення теплового к.к.д. за рахунок підвищення якості спалювання суміші та зменшення втрат тепла.

В даний час на комбінаті «Запоріжсталь» (м. Запоріжжя) знаходиться в експлуатації розроблена і впроваджена НВО "ДОНІКС" (м. Донецьк) багаторівнева система управління нагрівом злитків в ОНК обтискного цеху. Система забезпечує автоматичну реалізацію алгоритмів нагрівання злитків, управління температурою в робочому просторі, співвідношенням газ / повітря і тиском в колодязі. Крім того, забезпечується візуалізація параметрів процесу нагрівання на рівні нагрівальник групи, старшого нагрівальник. Контрольовані параметри, температура, витрата палива та інші заносяться в базу даних, яка за загальнозаводського інформаційній системі доступна для обробки старшим майстром ОНК і співробітниками теплотехнічної лабораторії. За рахунок впровадження автоматизованої системи управління нагрівом вдалося реалізувати раціональні діаграми нагрівання при затримках у видачі злитків, які часто мають місце у зв'язку з транзитною прокаткою металу по лінії слябінг - листовий стан, коли з-за збоїв на будь-якій ділянці, припиняється рух металу по всій лінії . За рахунок виключення суб'єктивного фактора з управління процесом нагрівання практично виключений шлюб металу по нагріванню, перепал поверхні злитків при забезпеченні достатнього для транзитної прокатки теплосодержания. Зниження витрати палива становить 2-2,5 кг. у.п. / тонну нагрітої сталі.

У жовтні 2005р. на ВАТ «Міттал Cтіл Кривий Piг» передана перша частина Робочої документації на Автоматизовану систему управління тепловим режимом нагрівальних колодязів цеху Блюмінг-2. Проект розроблений НВО «Донікс» (м. Донецьк) для групи нагрівальних колодязів № 4. Вартість розробки становила 300 тис. грн. без ПДВ.

2. Вступна частина

«Автоматизована система управління тепловим режимом нагрівальних колодязів цеху Блюмінг-2» (надалі Система) призначена для автоматизованого керування технологічним процесом нагрівання злитків у нагрівальних колодязях обтискного цеху, а також інформаційного забезпечення оперативно-технологічного персоналу.

3. Мета створення Системи

1. Поліпшення управління технологічним процесом нагрівання злитків за рахунок надання оперативного виробничому персоналу повного обсягу інформації про хід технологічного процесу і результати роботи
   нагрівального колодязя.

2. Скорочення питомої витрати палива і втрат металу у вигляді окалини за рахунок корекції температурного режиму в залежності від темпу прокатки.

3. Поліпшення умов прокатки металу за рахунок зменшення відхилення температури злитків, які видаються з колодязя, від заданого значення.

Підвищення технічного рівня виробництва та поліпшення умов праці за рахунок зручності отримання інформації та керування технологічним процесом, а також діагностики роботи технічних засобів Системи.

Створення основи для спрямованого підвищення якості прокатної продукції відповідної ISO 9001:2000.

4. Опис об'єкту

Об'єктом управління є нагрівальні колодязі рекуперативного типу з опаленням однієї верхньої пальником, які призначені для нагріву злитків перед прокаткою на стані Блюмінг-13 00 та на безперервно-заготовочних стані 900/750/500 без проміжного нагрівання.

Нагрівальні колодязі в кількості 48 штук згруповані у групи по 4 колодязя. Усього груп 12. В даний час в експлуатації 9 груп - 36 осередків. Блок № 4 знаходиться на консервації з 1993 року.

Кожен колодязь має: керамічна трубчастий рекуператор (для підігріву інжектіруемого повітря), трубчастий металевий U-образний рекуператор (для підігріву інжектується повітря), трубчастий металевий W-подібний рекуператор (для підігріву змішаного газу), систему кнурів і регульований димової шибер, індивідуальний підведення газу і повітря, систему теплового контролю і автоматичного регулювання режиму нагрівання злитків.

Кожен криницю обладнаний напольно-кришкових краном. Шлаковидалення сухе через льотки в подині. Площа поду колодязя 32,5 м ^2, місткість - 16 +17 (12 +13) злитків вагою 8,5 (12,5) т.

Колодязі опалюються коксодоменной сумішшю газів калорійністю 1700 ккал / нм ^3. Максимальна теплова потужність нагрівального колодязя 9 Гкал / год.

Тиск змішаного газу в цеховому колекторі 500 кгс / см ^2. Температура підігріву змішаного газу 250-300 ° С.

Контроль за температурою в колодязі здійснюється за допомогою імпульсної термопари, встановленої в торцевій стіні колодязя. При нагріванні металу нагрівальник контролює за показаннями приладів, що реєструють наступні параметри:

• температура в робочому просторі;

• температура повітря після керамічного рекуператора;

• температури палива та стисненого повітря після металевих рекуператорів;

- Витрата змішаного газу;

- Витрата інжектується повітря;

- Тиск в робочому просторі.

Тиск інжектується повітря 1,7 кгс / см ^2. Температура підігріву інжектується повітря 300 ° С.

Температура підігріву інжектіруемого повітря в керамічному трубчастому рекуператорі 600-650 ° С.

Кожен криницю обладнаний пальником типу «труба в трубі». Повітря з керамічного рекуператора інжектується до пальника інжектується повітрям.

Максимальна температура в колодязі 1300 ° С, тиск під кришкою повинно бути позитивним у межах 20-25 Па.

Кожен колодязь має окремий димохід з шибером. Максимальна температура димових газів перед металевим рекуператором 600 ° С.

Локальна апаратура теплового контролю і регулювання змонтована на панелях КВП в 4 приміщеннях-блоках (по дванадцять колодязів у блоці).

Посад і видача зливків з колодязів проводиться при вимкненій подачі газу і повітря. Припинення та поновлення подачі газу і повітря проводиться автоматично при відкриванні та закриванні кришки колодязя (технологічна відсічення).

Нагрівальник обслуговує кілька колодязів (не обов'язково сусідніх груп). Приміщення старшого нагрівальник розташоване між 6-й і 7-й групами колодязів.

5. Характеристика засобів КВП і автоматики

Кожен криницю обладнаний системою теплового контролю і автоматичного керування, що складається з наступних вузлів:

- Вимірювання та регулювання температури;

- Вимірювання витрати змішаного газу і інжектується повітря і регулювання співвідношення газ / повітря;

виміру тиск в робочому просторі колодязя і регулювання положення димового шибера;

вимірювання температур змішаного газу після металевого рекуператора, інжектіруемого повітря після керамічного рекуператора, температури інжектується повітря після металевого рекуператора, газів, що відходять;

- Датчиків положення регулюючого органу витрати газу, повітря і шибера.

Ручне управління виконавчими механізмами, технологічна і аварійна сигналізація.

Підсистема ручного дистанційного керування виконавчими механізмами складається з блоку ручного управління БРУ-10, на якому відображається регульований параметр і положення регулюючого органу.

Ручне дистанційне управління ІМ дросельних заслінок здійснюється безпосередньо після натискання кнопок "Більше", "Менше" на блоках ручного управління БРУ-10. Для контролю зміни положення для дросельних заслінок і зміни регульованих параметрів БРУ-10 має вбудований вузол індикації, що складається з одного 4-х розрядного семисегментного індикатора і одного лінійного 21 сегментного світлодіодного індикатора.

Контроль температури в робочому просторі колодязя здійснюється з цифрового 4-х розрядному семисегментний індикатор МТМ-402.

Технологічна і аварійна сигналізація включає в себе реле тиску про магістралях змішаного газу і інжектується повітря, світлову та звукову сигналізацію про зниження тиску газу або повітря нижче допустимого рівня і відсічною клапан у магістралі змішаного газу. При зниженні тиску газу або повітря нижче припустимого рівня або при зникненні напруги живлення відбувається автоматичне закриття відсічного клапана в магістраль змішаного газу.

Контроль і регулювання температури в робочому просторі колодязя.

Система контролю температури в колодязі складається з платинородій-платинової термопари, перетворювача сигналу термопари MTM-400AU і модуля вводу аналогових сигналів 1794-/F4 /, встановленого в лінійці керуючого контролера з процесорним модулем 1794-134 ceput FiexLogix виробництва Allen Bradley. Регулювання температури в колодязі здійснюється зміною витрати змішаного газу.

Вимірювання і регулювання витрат змішаного газу і інжектується повітря і регулювання співвідношення газ / повітря.

Система вимірювання витрат змішаного газу і інжектується повітря складається з звужуючих пристроїв, встановлених в магістралях подачі на нагрівальний колодязь змішаного газу і інжектується повітря, датчиків тиску Метран-100-ДД з функцією корнеізвлеченія і модулів вводу аналогових сигналів 1794-F4 /, встановлених в лінійці исправляющего контролера і процесорним модулем 1794-/.34 серії FlexLogix виробництва Allen Bradley. Регулювання витрати змішаного газу і інжектується повітря здійснюється за допомогою видачі керуючого впливу з модуля управління 1794-OV16P, встановленого в лінійці керуючого контролері з процесорним модулем 1794-І34 серії FlexLogix виробництва Allen Bradley на тиристорні трифазні підсилювачі типу ФЦ-0620.

Регулювання горіння газу здійснюється регулюванням співвідношення газу і повітря. L зв'язку з труднощами виміру загальної витрати повітря перед пальником, прийнята системі регулювання співвідношення газу та інжектується повітря. У цю систему включено програмний задатчик для автоматичної корекції коефіцієнта надлишку повітря, тому що при малій витраті газу необхідно врахувати значне надходження повітря з керамічного рекуператора під впливом гідростатичного напору.

Контроль та регулювання тиску в колодязі

Підтримка постійного тиску в робочій камері колодязя проводиться за допомогою комплекту приладів, що складається з датчика тиску-розрідження Метран-100-ДИВ і модуля введенні аналогових сигналів 1794-134, встановленого в лінійці керуючого контролера і процесорним модулем 1794-134 серії FlexLogix виробництва Allen Bradley. Регулювання тиску в робочій камері колодязя здійснюється за допомогою видачі керуючого впливу і модуля управління 7794-OY16P, встановленого в лінійці керуючого контролера і процесорним модулем 1794-114 серії FlexLogix виробництва Allen Bradley на тиристорний трифазний підсилювач типу ФЦ-0620 для управління виконавчим механізмом поворотного шибера.

6. Характеристика метрологічного забезпечення

Таблиця 1.

Метрологічне забезпечення.

Перелік каналів регулювання.

7. Умови експлуатації об'єкта автоматизації і характеристика навколишнього середу

Приміщення управління КВП, в яких передбачається розміщення комплекту технічних засобів Системи, характеризуються наступними показниками:

- Температура навколишнього повітря від 0 ° С до +50 ° С

- Відносна вологість при 25 ° С до 95% без конденсації

- Атмосферний тиск від 84 до 107 кПа

- Вібрація до 1,5 д

Мережа для живлення Системи:

• номінальне значення однофазного змінного напруги 220В;

• коливання напруги живлення: +15 / -10%;

• частота живлячої напруги 50 ± 1,0 Гц;

• коефіцієнт вищих гармонік, не більше 5%.

За ступенем пожежо-і вибухобезпеки приміщення мають категорію "В" згідно з "Переліком виробництв з встановленою категорією вибуховою, вибухопожежною, і пожежної небезпеки, проектованих підприємств МЧМ", затвердженим Мінчорметом СРСР 09.1975г.

8. Характеристика інформаційного забезпечення

Робота колодязів контролюється за щитовим приладів і документується за допомогою одержання різних діаграм самописних приладів. Здійснюється реєстрація на діаграмах наступних параметрів:

• температура в колодязі;

• витрата змішаного газу на колодязь;

• витрата інжектується повітря на колодязь;

• тиск в робочому просторі колодязя;

• температура інжектується повітря після металевого рекуператора;

• температура інжектіруемого повітря після керамічного рекуператора;

• температура змішаного газу після металевого рекуператора;

• температура відхідних газів.

Формування масивів даних

Управління нагріванням металу в ОНК цеху блюмінг-2 ведеться, із застосуванням аналогових регуляторів, завдання на які вводить нагрівальник, згідно з технологічними картами нагріву. Віддаючи належне високій культурі обслуговування обладнання КВПіА співробітниками підприємства, слід все ж відзначити, що застосовується устаткування застаріло на сьогоднішній день і морально і фізично. Більшість приладів відпрацювало 18-20 років, в даний час промисловістю не випускаються. Так, застосовувані нормуючі перетворювачі не мають цифрових виходів для підключення комп'ютерної керуючої техніки і навіть вихідних аналогових сигналів, придатних для подальшого перетворення.

Недоліками існуючої технології нагріву металу є: неточність в роботі регуляторів і контрольно-вимірювальних приладів, призначених для забезпечення нормальної роботи нагрівального колодязя;

використання паперових кругових діаграм для реєстрації ходу технологічного процесу ускладнює аналіз режимів нагріву металу при виникненні питань, що стосуються якості нагріву і прокатки;

- Залежність процесу нагрівання від дій оператора, що є суб'єктивним чинником;

неконтрольований процес спалювання палива в зв'язку з особливостями роботи системи подачі повітря в пальниковий пристрій і значними коливаннями тиску і калорійності компонентів змішаного палива;

складність вибору режиму нагріву по численних вхідних даних, що може призводити до помилок.

Зазначені недоліки в організації управління нагріванням не дозволяють здійснювати в даний час у стабільному режимі більш складні та ефективні технології нагріву металу, які можуть забезпечити економію палива і зниження втрат металу в угар.

9. Функціонування Системи

1) Функції нижнього рівня Системи.

а) Збір технологічної інформації від датчиків:

• температура в робочому просторі колодязя;

• витрата змішаного газу;

- Витрата інжектується повітря;

- Температура змішаного газу

- Температура інжектується повітря після металевого рекуператора;

- Температура інжектіруемого в-ха

• температура відхідних газів;

• тиск в робочому просторі колодязя;

- Положення регулюючого органу виконавчого механізму регулювання витрати змішаного газу;

• положення регулюючого органу виконавчого механізму регулювання витрати інжектується повітря;

• положення шибера;

• положення ключів управління і перемикачів режимів роботи Системи.

2. Забезпечення обміну технологічною інформацією з АРМ старшого нагрівальник.

3. Управління виконавчими механізмами для підтримки заданих з АРМ нагрівальник значень температури в колодязі і витрат змішаного газу, інжектується повітря.

d) Введення і індикація режиму роботи і технологічних параметрів роботи колодязя, тестування і контроль стану вхідних і вихідних ланцюгів за допомогою стандартних засобів введення і виведення інформації;

5. Контроль достовірності показань датчиків вимірювальних каналів і контроль працездатності виконавчими механізмами з сигналізацією порушень;

f) Постійне визначення готовності до роботи Системи управління з відображенням інформації на екрані АРМ нагрівальник;

h) Архівування технологічних параметрів і системних повідомлень з прив'язкою за часом за три доби.

2) Функції верхнього рівня Системи.

1. Забезпечує обмін технологічною інформацією з АРМ нагрівальник на групі.

2. Забезпечує вивід на екран АРМ старшого нагрівальник технологічної інформації по кожному колодязя на вимогу старшого нагрівальник.

3. Має необхідний сервіс щодо ведення, перегляду, копіювання та реєстрації виробничої, технологічної та діагностичної інформації.

4. Архівування технологічних параметрів і системних повідомлень з прив'язкою за часом за місяць з наданням графіків зміни технологічних параметрів по кожному колодязя за минулий період.

9.1 Регламент реалізації кожної функції

Всі функції Системи повинні виконуватися в реальному масштабі часу, в темпі технологічного процесу.

Час початку відпрацювання виконавчим механізмом команди управління повинно бути не більше 2 сек.

Час оновлення мнемосхем та даних на екрані АРМ нагрівальник повинно бути не більше 2 сек.

10. Економічний ефект від впровадження АСУ (БЛ-2) (на комірках 13-16)

10.1 Вихідні дані

Планове виробництво на 2006 рік (гаряче) 3481600т

Вартість впровадження АСУ на 4-х н / к (група) 2440000 грн

Кількість працюючих колодязів 30 н / к

Зниження питомої витрати умовного, палива після впровадження АСУ на 4-х н / к до 9,5% (2,2 кг у.п. / т)

Плановий питома витрата умовного палива на 2006 рік

22 кг у.п. / ц.р.

Орієнтовна ціна 1 т.у.п. на рік 226 грн (за цінами лютого на 2006 рік)

Норма чаду металу в н / к 12 кг / т

Зниження чаду металу до 2 кг / т

Орієнтовна вартість 1 т металу 1100 грн

10.2 Розрахунок

10.2.1 Планове річне виробництво 4 н / к (групи):

3481600 х 0,133 = 463053 т,

де 0,133 = 13,3% - для 4-х н / к від загального числа працюючих колодязів (4 н / к / 30 = 0,133)

10.2.2 Економія палива за рахунок зниження питомої витрати умовного палива:

463053 х 2,2 = 1018,717 т.у.п. / рік

10.2.3 Економічний ефект:

1018,717 х 226 грн = 230230 грн / рік

Зниження чаду металу за рахунок підвищення точності вимірювань витрати газу та повітря в період томління металу (фактично в даний час до 80% металу з підвищеним тепломісткості, а 90% часу нагріву витрати газу та повітря на існуючих приладах фіксуються в 30% зоні похибка вимірювання (сумарна ) до 10%).

Впроваджувані кошти ЗВТ мають похибка - 0,5%.

10.2.4 Економія металу за рахунок зниження чаду:

463053т х 2кг / т = 926106кг = 926т

10.2.5 Економія зниження втрат металу в угар:

926т * 1100грн = 1018600грн

10.2.6 Сумарна економія:

230230 + 1018600 = 1248830грн/год

10.2.7 Термін окупності:

2440000/1248830 = 1,95 року = 23 місяці