Автоматический контроль подготовки и нагрева шихты ЦАМ
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА
Автоматизация
производственных процессов
наименование кафедры
Допускаю
к защите
Зав. кафедрой АПП
_____________ _____А.В.Баев_______
инициалы, фамилия
«_________»__________________2008г.
Автоматический контроль подготовки и нагрева шихты
ЦАМ
Наименование темы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
ЗАПИСКА
к курсовому проекту
ИрГТУ Д.032.04.1.105.ПЗ
шифр документа
Разработал студент
группы АТП-05-1________________
подпись
Руководитель________________
Половнева С.И.
подпись
Иркутск
2008
1. Системный анализ технологии
производства
1.1.
Описание технологического процесса производства анодной
массы
1.1.1. Характеристика сырья, топлива,
основных и
вспомогательных технологических
материалов.
Анодную массу для электролизеров
алюминиевого завода, приготавливают в специальном цехе - цехе анодной массы.
Процесс ее производства состоит из ряда операции, выполняемых в определенном
порядке. На рис. 1.1 представлена технологическая схема производства анодной
массы.
Твердые материалы (кокс)
|
|
Связующее (пек)
|
|
|
|
Предварительное дробление
|
|
Расплавление
|
|
|
|
|
Прокаливание
|
|
|
|
|
|
Охлаждение
|
|
|
|
|
|
Охлаждение
|
|
|
|
|
|
Классификация
|
|
|
|
|
|
Дозировка
|
|
|
|
|
|
Прогрев шихты
|
|
|
|
|
|
Смешение
|
|
|
|
|
|
|
Формирование
|
|
|
|
Готовая анодная масса
|
|
Рис. 1.1. Технологическая схема
производства анодной массы
В двух словах - технология производства
анодной массы представляет собой дробление сырого и/или прокалённого кокса,
прокаливание кокса с целью устранения органических соединений, охлаждение
прокаленного материала, вторичного дробления, рассева материала по фракциям,
пылеприготовления, дозирования составляющих анодной шихты, их нагрева и
смешение с пеком. В результате охлаждения данной субстанции получается анодная
масса.
В качестве исходного сырья для
изготовления анодной массы применяются -кокс нефтяной малосернистый ГОСТ
22898-78;
-
кокс
нефтяной сернистый. ТУ 38.101585-89;
-
кокс
нефтяной прокаленный для алюминиевой промышленности ТУ 38.1011341-90;
-пек каменноугольный ГОСТ 10200-83
марки Б, В; -пек нефтяной ТУ 38.401-66-75-92 ПНК-2 марки Б.
Коксовое сырьё транспортируется в
открытом виде в железнодорожных полувагонах навалом. Каменноугольный пек
поступает на склад пека в жидком (расплавленном) виде в термоцистернах или в
гранулированном виде в мешках. В качестве вспомогательных материалов при
производстве анодной массы используется топочный мазут ГОСТ 10885-85 или природный
газ ГОСТ 5542-87, а также шары стальные мелющие для шаровых мельниц ГОСТ
7524-89. и др.
1.1.2
Характеристика основного оборудования
Цех анодной массы алюминиевого завода
представляет собой комплекс транспортно - технологического оборудования,
связанного в единую непрерывную цепь механизмов
Кокс разгружается на железнодорожной
эстакаде через нижние люки полувагонов и грейферами транспортируется в приемные
бункера узлов дробления или складируется по пролетам склада.
Для качественного предварительного
дробления материала до крупности 75 мм применяется двухкаскадная схема
дробления кокса.
Для размола прокаленного кокса и рассева
его на фракции применяются хорошо зарекомендовавшие себя в цехах анодной массы
отечественной промышленности переделы среднего дробления, каждый из которых
состоит из молотковой дробилки, валковой дробилки и инерционного грохота.
Для получения тонких классов шихты в ЦАМ
используются шаровые мельницы.
Среднее
дробление, рассев и размол прокаленного кокса
Основным назначением передела среднего
дробления и рассева прокаленного кокса является получение компонентов коксовой
шихты, обеспечивающих заданный гранулометрический состав.
После дробления кокс двумя каскадами
элеваторов подается на рассев в грохота где рассеивается на четыре фракции:
свыше
8 мм - возврат; -8+4 мм - крупка 1; -4+2 мм - крупка 2; -2+0 мм - отсев.
Полученный после рассева на грохотах
кокс +8 мм (возврат) направляется на доизмельчение в двухвалковые дробилки,
основным назначением которых является получение крупки, откуда снова подается
на рассев.
Тонкий помол (пылеприготовление)
После рассева на грохотах отсев по
течкам и винтовым конвейерам направляется в бункера шаровых мельниц для
производства фракций тонкого помола (пыли), а часть идет в сортовой бункер
отсева.
Выход сортовых фракций (крупка, пыль) с
грохотов и дозаторов и их гранулометрический состав необходимо поддерживать в
пределах, обеспечивающих непрерывность технологического процесса и заданную
рецептуру сухой шихты:
-
крупка
1 - содержание фракции -8+4 мм - не менее 85%;
-
крупка
2 - содержание фракции -4+2 мм - не менее 85%;
-
пыль
- содержание фракции -0,08 мм - 58-64 %
Регулирование дисперсности коксовой пыли
осуществляется путем изменения количества стальных шаров и питания мельниц.
Подготовка
пека
Приемка
пеков
Поступающие пеки проверяются по
качественным показателям согласно схеме входного контроля.
Пеки, поступающие в термоцистернах, при
необходимости, разогреваются на пунктах разогрева до температуры 170-190 С, а
затем сливаются в пекоплавители.
Каменноугольные пеки, поставляемые на
завод, перед разгрузкой классифицируются на группы по температуре размягчения
и нерастворимым в толуоле (по данным входного контроля ОТК).
В соответствии с классификационной
оценкой пеки необходимо сливать (жидкий) или разгружать (гранулированный) в
специально предназначенные для каждой группы пекоплавители или пекоприемники.
Цистерны с нефтяным пеком в случае необходимости направляются на пункт
разогрева.
Нагрев
ведется до температуры 170 - 190°С.
Готовая
смесь пеков подается в производство (напорный бак РСО) с температурой не ниже
170°С.
Дозирование
углеродистых материалов
Для
приготовления анодной массы в зависимости от ее марки применяются следующие
грансоставы сухой шихты
Таблица
1. Гранулометрические составы шихты
Фракция, мм
|
Массовая доля фракции для марок
анодной массы
|
AM, АМК
|
АМС
|
АМН
|
АМП
|
|
|
Доля нефт. пека до 10 %
|
|
+8
-8+4
-4+2
-2+0.08
-0.08
|
не>2
14±2
18±2
по разности
31±2
|
не>2
16±2
18±2
по разности
29±2
|
не>2
11±2
14±2
по разности
Зб±2
|
не>2
24±2
по
разности
37±2
|
Тонина помола пыли после шаровой
мельницы (фракция -0,08 мм) должна выдерживаться в пределах 58-64 % для всех
видов массы.
По фактической чистоте рассева крупки 1
(фракция -8+4 мм), крупки 2 (фракция -4+2 мм) и тонине помола пыли дозировка
компонентов по дозаторам должна устанавливаться цеховым регламентом,
обеспечивающим заданный грансостав шихты.
2.1
Подбор устройств преобразования и передачи сигналов от
технологического
процесса
Средства измерения температуры
контактным способом включают в себя измерительные преобразователи, к которым
подводится среда, температура которой измеряется. Наиболее распространенными
средствами измерений являются термоэлектрические преобразователи и
термопреобразователи сопротивления.
Действие
термоэлектрического преобразователя основано на использовании зависимости
термоэлектродвижущей силы термопары термометрического чувствительного
элемента) от температуры. Термоэлектрические преобразователи позволяют измерять
температуру от -200 до 2000°С. Они изготавливаются следующих типов:
ТВР
- термопреобразователь вольфрам-рениевый;
ТПР
- термопреобразователь платинородиевый;
ТПП
– термопреобразователь платинородиевый-платиновый;
ТХА
(ТХК) - термопреобразователь хромель-копелевый.
Исходя из стоимости данных классов
преобразователей оптимальным выбором будет преобразователи типа ТХА или ТХК,
которые обеспечивают измеряемый диапазон температур (0..200°С), так и точность
измерения +/-2°С.
Ввиду того, что термопары будут
установлены в диски с температурой до 200°С, а длина провода термопары - 2000
мм, температура окружающего воздуха (рядом с подогревателем) достигает 55°С,
для подключения вторичных измерительных приборов используем термоэлектродные
(компенсационные провода). Известно, что термо-ЭДС, развиваемая
термоэлектрическим (термопарой), зависит от температуры свободных концов.
Поэтому для правильной оценки температуры по шкале измерительного прибора
свободные концы преобразователя «переносят» с помощью термоэлектродных
проводов в место с более постоянной температурой, чтобы в дальнейшем
автоматически или вручную вводить поправку на температуру свободных концов.
Согласно действующему ГОСТу 24335-80 «Провода термоэлектродные. Технические
условия» термопреобразователи с градуировкой XK(L)
подключаются к преобразователям термо-ЭДС в токовый сигнал посредством
компенсационных проводов ПТВЭ (хромель-копель).
Электромагнитный
расходомер "Взлет ЭР" предназначен для измерения расхода
электропроводных жидкостей в широком диапазоне температуры и вязкости. Прибор
позволяет измерять расход и объем питьевой, отопительной или сточной воды,
жидких пищевых продуктов, растворов кислот, щелочей, и других жидкостей.
Расходомер "Взлет ЭР" включен в Государственный реестр средств
измерений за № 20293-00 и имеет гигиеническое заключение Минздрава РФ
№78.1.6.421.Т.8872.11.00. По заказу расходомер оснащаются кнопкой обнуления
значения накопленного счетчиком объема, обеспечивая, таким образом, режим
ручного дозирования. Расходомеры оснащены интерфейсом RS232, который может
использоваться для связи с IBM-совместимым компьютером. По заказу приборы
оснащают токовым выходом (4…20 или 0…5 мА). Покрытие внутреннего канала
расходомера, контактирующего с жидкостью выполняют из фторопласта (при
измерении теплофикационной воды, пищевых продуктов, агрессивных жидкостей и
т.д.) или полиуретана (при измерении абразивных жидкостей и пульп), электроды -
из нержавеющей стали, тантала, титана.
Основные технические и
метрологические характеристики ЭРСВ-410
Наименование
параметра Значение параметра
Диаметр
условного прохода Dy, мм 10; 20; 32; 40; 50; 65;
80;
100; 150; 200
Измеряемый
массовый расход, т/ч
-
наименьший, Qv наим 0,028
– 11,32
-
переходной, Qv п1 0,13
– 52,7
-
наибольший, Qv наиб 3,4
- 1358
Наибольшая
температура измеряемой жидкости, °С 150
Минимальные
длины прямолинейных участков 3Dy и 2Dy
Максимальное
давление в трубопроводе, МПа 2,5
Питание
расходомера
Средний
срок службы 12 лет
Межповерочный
интервал - 4 года.
Лаботрный стенд включает в себя:
·
Бак
с водой;
·
Насос
“Кама”;
·
Исполнительный
механизм (ИМ): электродвигатель 27 В пост. ток;
·
Регулирующий
орган: шаровый кран Дy=25
mm;
·
Электромиагнитный
преобразователь расхода ВЗЛЕТ 410 ЭР;
·
Измерительная
ёмкость с датчиками уровня и электомагнитным клапаном;
·
Секундомер;
·
Блок
управления (ключи и кнопки управления + уровнемер);
Рис. 2 Функциональная
схема стенда
Вода
из бака (1) подается в напорную емкость (3), при помощи насоса (2). Напорная
емкость служит для стабилизации давления в системе, путем поддержания постоянного
столба воды.Вода из напорной емкости через регулирующий клапан (4) и
преобразователь расхода Метран 300ПР (5) самотеком поступает в измерительную
емкость (6). Регулирующий орган и исполнительный механизм (4) служат для
изменения расхода. Процент открытия РО можно задать при помощи кнопок “больше”,
“меньше”. При нажатии кнопки “пуск” закрывается клапан и измерительная емкость
заполняется водой. По мере заполнения емкости срабатывают датчики уровня и
реализуется следующий алгоритм:
·
при
нижнем уровне - включается секундомер;
·
при
вехнем уровне – останавливается секундомер, автоматически открывается клапан
для сброса воды. После сброса изменяется расход (процент открытия РО) при
помощи кнопок “больше”, “меньше” - система готова к новому циклу.
Метран-300 ПР -
вихреакустический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым
детектированием вихрей, предназначен
для технологического и коммерческого учета расхода и объема воды и водных
растворов в составе теплосчетчиков или счетчиков-расходомеров в заполненных
трубопроводах систем водо- и теплоснабжения.
Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом
детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы,
расположенной поперек потока.
Преобразователь состоит из
проточной части и электронного блока (рис. 1). В корпусе проточной части
расположены тело обтекания - призма трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели
ПИ1, ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1, ПП2 (3) и термодатчик (7).
Электронный блок включает в
себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с
блоком формирования выходных сигналов (6), собранные на двух печатных платах:
приемника и цифровой обработки.
На плате цифровой обработки
расположены два светодиода - зеленый и красный, выполняющие функцию индикаторов
состояния преобразователя. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе
преобразователя, а красный загорается при расходе меньшем, чем Q min, либо хаотичном характере
процесса вихреобразования.
Тело обтекания
расположено на входе жидкости в проточную часть. При обтекании этого тела
потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей
в которой с высокой точностью пропорциональна расходу.
За телом обтекания в
корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу две
пары стаканчиков, в которых собраны ультразвуковые пьезоизлучатели ПИ1, ПИ2 и
пьезоприемники ПП1, ПП2. На ПИ1, ПИ2 от генератора подается переменное
напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя через
поток, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются
модулированными по фазе. На ПП1, ПП2 ультразвуковые колебания преобразуются в
электрические и подаются на фазовый детектор.
Две пары пьезоэлементов
"излучатель-приемник" обеспечивают компенсацию влияния паразитных
факторов (вибрация трубопровода, пульсация давления), возникающих в проточной
части.
Для увеличения динамического
диапазона преобразователя за счет измерения малых расходов, где характеристика
преобразователя нелинейная и зависит от температуры теплоносителя, в проточную
часть установлен термодатчик. Сигнал от него автоматически вводится в программу
вычисления расхода в области малых его значений.
На фазовом детекторе
определяется разность фаз между сигналами с приемников первой и второй пары. На
выходе фазового детектора образуется напряжение, которое по частоте и амплитуде
соответствует интенсивности и частоте следования вихрей, которая в силу
пропорциональности скорости потока является мерой расхода.
Для фильтрации случайных
составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный
адаптивный фильтр и затем в блок формирования выходных сигналов. Для повышения
достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода
колебаний вихрей.
Таким образом, в результате
преобразований и программной обработки модуль формирует импульсный выходной
сигнал.
Проточная часть
преобразователя расхода представляет собой полый цилиндр специальной
конструкции, в котором установлены тело обтекания, термодатчик и вварены
стаканчики с пъезоэлементами. Установка преобразователя на трубопроводе про из
водится с помощью патрубков и фланцев. Геометрическая форма патрубков на входе
и выходе про точной части обеспечивает сохранение метрологических характеристик
и снижает требования к длине прямых участков трубопроводов до и после места
установки преобразователя.
Для увеличения срока
службы преобразователя его проточная часть изготовлена из нержавеющей стали.
Технические
характеристики:
Выходной
сигнал преобразователя:
-
токоимпульсный
(ТИ)
Параметры
выходных сигналов:
-
ток
нагрузки токоимпульсного выходного от 7 до 10 мА
-
сопротивление
нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 0 до 1,8 кОм (при напряжении
питания 36В), нагрузка должна быть связана с землей.
Питание:
18-36 В постоянного тока.
Таблица 1.
Основные технические параметры.
Наименование
преобразователя
|
Dy, мм
|
Пределы измерения
|
|
м3/ч
|
|
Q max
|
Q ном
|
Q min
|
Метран-300ПР-25
|
25
|
9
|
7,5
|
0,18
|
Основные достоинства
преобразователя:
- межповерочный интервал - 3
года;
- высокая надежность,
стабильность в течение длительного времени;
- отсутствие в проточной
части подвижных элементов;
- надежная работа при
наличии вибрации трубопровода, изменений температуры и давления рабочей среды;
- малые длины прямых
участков трубопроводов в месте установки преобразователя;
-
самодиагностика.
Поверка
преобразователя
Поверка
производится проливным или имитационным методом, согласно методике,
утвержденной госстандартом РФ, а также в соответствии с требованиями РД 50-660.
Для
поверки преобразователя расхода Метран-300ПР имитационным методом применяют
имитатор расхода "Метран-550ИР". "Метран-550ИР"
предназначен для формирования и выдачи сигнала, имитирующего вихреобразование в
проточной части преобразователя расхода при соответствующем значении расхода
жидкости, а также для измерения периода выходных сигналов вихревых
преобразователей расхода. Имитатор может применяться не только для поверки
преобразователей, но и для их настройки и проверки работоспособности в процессе
эксплуатации непосредственно на объекте без демонтажа с трубопровода.
Разработанная
методика беспроливной и бездемонтажной поверки вихреакустических
преобразователей расхода серии "Метран" с помощью имитатора
"Метран-550ИР" утверждена в Госстандарте РФ.
Преобразователь
расхода "Метран-300ПР" применяется как основной элемент счетчиков
тепла. Но в ряде случаев на объектах промышленного и жилищно-коммунального
хозяйства необходимо учитывать расход и объем энергоносителей и отображать эти
значения. Поэтому был разработан и серийно выпускается счетчик-расходомер
"Метран-З10Р". Его основу составляет преобразователь расхода
"Метран-300ПР". Счетчик является составным изделием, включающим в
себя первичные преобразователи расхода и температуры, а также вычислительное
устройство (вычислитель расхода "Метран-310ВР"), что позволяет
рассчитывать массовый расход и массу теплоносителя и, при необходимости,
отдельно учитывать количество горячей воды с заданной температурой.
Проведение
поверки проливным методом производится согласно методики поверки на
преобразователь расхода Метран-300ПР и Метран-310ВР. Определение относительной
погрешности расходомера производится по показаниям измеренных значений расходов
полученных на трех поверочных расходах. Эталоном на данной поверочной установке
является мерная емкость с калиброванным объемом 8 литров, эталоном времени
секундомер, встроенный в стенд (или таймер контроллера).
При проведении поверки в
ручном режиме работы стенда, вихреакустический расходомер Метран-300ПР работает
в комплекте с вычислителем расхода Метран-310ВР. Показания мгновенного расхода,
используемые для расчета погрешностей отображаются на ЖКИ Метран-310ВР.