Автоматизация складов материалов и изделий

 

 

3 Технические  средства  автоматики, используемые  при автоматизации складов материалов  и изделий

 

3.1 Схемы  размещения оборудования на цементных  заводах

Современный цементный завод — это высокомеханизированное и автоматизированное предприятие, на котором основные технологические процессы (обжиг и помол) ведутся в автоматическом режиме с использованием управляющих вычислительных машин. На заводах также действуют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП). 
Опыт внедрения АСУ в цементной промышленности свидетельствует о том, что применение современных технических средств позволяет достигать высоких технико-экономических показателей на предприятиях с различными технологическими схемами и масштабами производства. Особую роль приобретает АСУ при вводе мощных технологических линий на предприятиях, работающих по сухому способу производства цемента. 
Производство цемента относится к категории непрерывных технологических процессов с постоянной нагрузкой. Задача такого рода процессов заключается в получении в единицу времени заданного количества продукта определенного качества. В связи с этим все отдельные технологические агрегаты и связывающие их вспомогательное оборудование и транспортные средства должны быть подобраны и скомпонованы таким образом, чтобы их производительность соответствовала заданной (дробление, помол, обжиг и т. д.) предъявляются соответствующие технические требования: получение клинкера заданного химико-минералогического состава при минимальном расходе топлива и максимальной производительности печного агрегата. 
Схема компоновки оборудования цементного завода, работающего по мокрому способу, представлена на рисунке 3.1.1

Рисунок 3.1.1 – Схема размещения оборудования цементного завода мокрого способа производства

Известняк из вагонетки / выгружают в бункер 2 питателя 3, который подает известняк на первичное дробление в щековую дробилку 4 для измельчения на куски размером 200—300 мм. От щековой дробилки известняк ленточным конвейером 5 транспортируют на вторичное дробление в молотковую дробилку 6 для измельчения его до размеров 20—25 мм. Затем ленточным конвейером 7 измельченный известняк подают на склад 32. 
Глину из вагонетки 9 выгружают в бункер пластинчатого питателя 10, откуда ленточным конвейером 11 направляют на измельчение в валковую дробилку 12. Измельченную глину перемешивают с водой в глиноболтушке 13 и насосами перекачивают в резервуар 8.

Известняк и смесь глины с водой поступает в барабанную мельницу 33 для совместного тонкого измельчения с добавлением воды. Выходящая из мельницы сырьевая смесь (шлам) насосами перекачивается в цилиндрические бассейны 14, в которых корректируется ее химический состав, а затем в бассейн 15, где она постоянно перемешивается крановым пневматическим смесителем. Из бассейна через дозирующие устройства 16 шлам проходит во вращающуюся печь 17 на обжиг. 
Во вращающейся печи после ряда физико-химических и химических изменений шлам превращается в клинкер. Вращающиеся печи работают на газообразном, жидком или твердом топливе, которое подают через форсунки. Обожженный продукт (клинкер) из печи поступает в холодильные установки 18 и далее на грубое измельчение в дробилку ударного действия 23, а затем па склад 26. Вылежавшийся клинкер размалывают в цементной трубной мельнице 25, оборудованной аспирационными устройствами 24. 
Добавки предварительно измельчают в дробилке 31, а затем ленточным конвейером 30 подают на склад 29. Далее добавки сушат в барабанах 28 и конвейером 21 транспортируют на склад измельченного гипса 26. 
Цемент из мельницы поступает в цилиндрические железобетонные резервуары — цементные силосы, где хранится в течение 2—3 недель. Из силосов цемент направляют пневмотранспортом в спецвагоны 22 (или цементовозы) или через бункер 19 в упаковочную машину 20 Упакованный в бумажные мешки цемент грузят в обычные железнодорожные вагоны 21. 
При сухом способе производства (рис. 3.1.2) известняк проходит двухстадийное дробление в щековой 6 и молотковой 5 дробилках. Глина измельчается в валковой дробилке 2 и сушится в барабане 1. Затем известняк и глина через бункера 7, оборудованные дозаторами 4, конвейерами 3 направляется в трубную мельницу 8 на совместный помол и одновременную подсушку газами, поступающими от запечных теплообменных устройств. Измельченный материал воздушным потоком увлекается в сепаратор 9, где производится его разделение на тонкую и грубую фракцию. Затем тонкая фракция через Циклоны 33, аэрожелобы 32 и дозирующие устройства поступает в силосы (склад) 31 сырьевой муки, а грубая Фракция через сепаратор 9 на домол в мельницу.

Рисунок 3.1.2 - Схема размещения оборудования цементного завода сухого способа производства

Сырьевая мука из силосов, оборудованных устройств вами смесительной аэрации, аэрожелобом 30 и питателями транспортируется в циклонные теплообменники 13, где нагревается выходящими из печи газами до 700—800°С и частично декарбонизуется. Из теплообменников сырьевая мука самотеком поступает во вращающуюся печь 14. Клинкер, выходящий из печи, охлаждается в холодильнике 16. Затем клинкер пластинчатым конвейером 17 направляется в силосный склад 18, оборудованный дозаторами 19\ на этом же складе находятся необходимые добавки. Со склада клинкер и добавки ленточным конвейером 20 подаются на помол в барабанную мельницу 26, оборудованную сепаратором 28. Тонкая фракция от мельницы через циклоны 23, пневмокамерный насосом 24 перекачивается в силосный склад 29, грубая — через аэрожелобы 27, 25, элеватор 21 и центробежный сепаратор 28 — на домол в мельницу. Помольный агрегат оборудован аспирационным устройством 22, холодильник — электрофильтром 15 печь — скруббером 12, электрофильтром 11 и дымососами 10, через которые обеспыленные газы или воздух выходят в атмосферу. Цемент со склада грузят в железнодорожные вагоны или в автоцементовозы.

 

 

3.2 Проектирование систем автоматизации  складов цемента

 

На складах цемента широко применяется пневматический транспорт. Технологическая схема склада цемента приведена на рисунке 3.2. Из железнодорожных вагонов или цементовозов цемент разных марок поступает в силосы приобъектных складов. Каждый силос оборудован донными разгружателями 18Р—25Р с электропневматическим управлением. Из силосов склада через донные разгружатели 18Р—25Р цемент шнеками с приводами 16Д и 17Д подается в промежуточный бункер. Из него цемент под действием собственной массы поступает в приемные воронки и при открытых шиберах 14С или 15С быстроходными напорными шнеками подается в смесительные камеры насосов 12Д или 13Д. Шнек имеет переменный шаг, уменьшающийся по направлению движения материала, что необходимо для создания пылевой пробки, предотвращающей прорыв сжатого воздуха из смесительной камеры.

Сжатый воздух через краны 1 ОС или 11С подается в нижнюю часть смесительной камеры и, перемешиваясь с материалом, транспортирует его по трубо-

проводам к циклонам III бетонного узла. Из циклонов цемент шнеками 5Д или 6Д при открытом одном из затворов (1С, 2С, ЗС или 4С) поступает в соответствующий бункер IV.

Приобъектные склады цемента имеют две секции бункеров рабочую и запасную.

В соответствии с технологической схемой предусматривается следующий порядок пуска механизмов: сначала включаются донные разгружатели 18Р или 19Р, 20Р или 21Р, 22Р или 23Р, 24Р или 25Р, затем включается шнек 16Д или 17Д, подающий цемент в промежуточный бункер из силосов склада цемента. При подаче цемента из промежуточных в расходные бункеры последовательно включают: пневмоцилиндр шибера 14С или 15С, пневмовинтовой насос 12Д или 13Д, пневмоцилиндр крана воздуха ЮС или 11 С, шибер 9С, циклон 7Д или 8Д, шнек 5Д или 6Д, пневмоцилиндр шибера 1С, 2С, ЗС или 4С.

Система управления складов должна предусматривать возможность загрузки и разгрузки силосов и возможность передачи цемента из одного силоса в другой.

 

Рисунок 3.2 -  Технологическая схема склада цемента завода железобетонных изделий

 

При разработке проекта системы автоматизации склада цемента необходимо:

1. в цементных силосах, промежуточных и расходных бункерах предусмотреть установку уровнемеров с подачей от них сигналов на мнемосхемы;
2. контролировать положение шиберов и кранов (конечными выключателями) с выводами сигналов на мнемосхему;
3. предусмотреть датчики закупорки шнеков;
4. предусмотреть манометры на трубопроводах сжатого воздуха;
5. разработать блокировочные связи ПТС склада цемента, предпусковую сигнализацию с выдержкой времени перед включением механизмов;
6. предусмотреть возможность продувки транспортных трубопроводов перед включением пневмонасосов. Продувка производится как перед началом подачи материала, так и после останова всех механизмов;
7. предусмотреть аварийный останов пневмовинтового насоса при длительном повышении тока двигателя насоса, останове предыдущих по пуску механиз мов, образовании цементной пробки в трубопроводах и снижении давления сжатого воздуха. Известен серийно выпускаемый комплекс технологического оборудования к складам цемен та, предназначенный для приема цемента из транспортных средств и подачи его пневмотранс портом в расходные бункеры. Комплекс (рис. 3) состоит из силоса /, камерного насоса 6, приемного устройства 5, аэрирующего устройства 7, цементопроводов 8, аэрожелобов 2, соединяющих силосы, пневмораспределительных кранов 3 и воздухопроводов 4. Он легко привязывается к существующему оборудованию бетоносмесительных узлов при помощи трубопроводов.

 

 

Рисунок 3.2.2 -  Схема склада для приема цемента из транспортных средств

 

Работой комплекса можно управлять как с отдельного пульта (при наладке), так и дистанционно, из помещения управления бетоносмесительной установкой (при автоматизированном режиме работы).

С пульта управления краном 3 подключается тот силос, из которого будет забираться цемент или куда он будет подаваться. Из другого силоса или из приемного устройства 5 цемент через аэрирующее устройство 7 по аэрожелобу 2 поступает в камерный насос б, После наполнения его закрывается загрузочное устройство, а пневмораспределительный кран камерного насоса переключает в него подачу воздуха. Давление в насосе поднимается до (7 - 9)х 104 Н/м2, и осуществляется выгрузка цемента по цементопроводу из камерного насоса в расходный бункер или силос. По мере опорожнения насоса давление в системе падает, датчиком давления включается управляющее реле, и вся система возвращается в исходное положение. Цикл повторяется автоматически.

Установка такого типа может быть рекомендована для применения на небольших предприятиях.

Для перевозки цемента разработана установка автоматической загрузки транспортных средств (рис. 3.2.3).

Она состоит из весов /, универсального циферблатного указателя 3 с подвижным диском, автоматического арретира 2, загрузочного хобота 8 с затвором 6, датчиков 7, пультов управления 4 и 5 и устройства для отсоса запыленного воздуха (на рисунке не показано).

При загрузке шофер устанавливает цементовоз на весовую платформу и с помощью выносного пульта 5 заводит конец хобота в горловину машины. При правильной установке хобота весы разарретируются. При нажатии шофером пусковой кнопки стрелка и поворотный диск поворачиваются на угол, соответствующий массе цементовоза. Начинается его загрузка. При полной загрузке цементовоза затвор 6 автоматически закрывается и включается тельфер подъема хобота. Весы арретируются, и включается светофор, разрешающий выезд цементовозу. На счетчике числа загруженных машин данного типа прибавляется единица.

 

Рисунок 3.2.3 -  Схема установки для загрузки цементовозов. Рассмотренные установки вошли в типовые проекты складов заводов строительной промышленности

 

3.3 Автоматизация складов цемента

Для хранения цемента  в условиях бетоносмесительной установки  применяются специализированные склады цемента. Чаще всего такой склад  выглядит как группа из металлических или железобетонных цилиндров с воронкообразным дном и называется силосным складом цемента, а одна такая конструкция – силосом.

В России наибольшее распространение получили силосные склады цемента, которые состоят из металлических или железобетонных силосов. Как правило, цемент на предприятие поступает в железнодорожных вагонах - хопрах или автомобильным транспортом – цементовозами. В арсенале компании ИЦ ПРОМСЕРВИС имеется ряд готовых решений по перегрузке цемента из хопров в цементные силосы. Основным является выгрузка шнеком в пневмовинтовой насос. Далее по цементопроводу цемент поступает вместе со сжатым воздухом в выбранный силос. Также нами практикуется безвоздушная раздача цемента – с помощью нории (ленточный элеватор), далее раздача шнеками. У каждого из этих способов есть свои достоинства и недостатки. Поэтому, если у Вас стоит задача в разгрузке хопров, проконсультируйтесь с нашими инженерами. Они подберут оптимальное решение – с минимальной ценой и низкими трудозатратами. Также, по Вашему желанию, возможна разработка полного пакета конструкторской документации, поставка оборудования, изготовление металлоконструкций, монтаж и наладочные работы, т.е. на нашей базе подобные работы проводятся «под ключ».

Система управления складами цемента предназначена для автоматического контроля уровня цемента в цементных силосах, выдаче требуемой марки цемента по команде оператора из бетоносмесительного отделения и перекачке цемента из одной емкости в другую. Последняя функция не дает цементу «слеживаться» и особенно удобна при длительном хранении цемента на складе. В последнее время актуальны стали проблемы контроля расхода и учета прихода цемента. Поэтому, программная часть нашей системы управления содержит базу данных, в которой фиксируются все параметры прихода и расхода цемента с указанием поставщика, марки, времени, данных об изготовителе и т.д..  На основе этих данных формируются различные отчеты, которые можно распечатать, отослать по почте или экспортировать во внешнюю бухгалтерскую программу. Таким образом, обеспечивается полный контроль, и исключается возможность хищения цемента со склада. Текущую массу цемента можно вычислить, основываясь на показаниях датчика непрерывного контроля уровня. Для этого нужно знать геометрию емкости цемента и удельную плотность цемента. Вроде бы, все просто, но… цементможет быть «вспушен», а может «слежаться», изменяя свой удельный вес. Расчетная масса будет изменяться пропорционально в существенном диапазоне.  

 

Рисунок 3.3.1 – Автоматизация склада цемента

Основные задачи, которые должны решаться на уровне склада цемента – это загрузка цемента в силос из специализированных железнодорожных вагонов (хоперов), хранение в оптимальных условиях и точное дозирование его выдачи согласно технологическому рецепту приготовления смеси (бетона или строительного раствора). Основные проблемы, которые возникают на этом уровне – это правильный расчет массы и объема цемента в силосах, своевременная и точная его выдача по команде оператора, динамический учет расхода, прихода и остатков. Устаревшие системы  дозирования и контроля, установленные  на многих площадках БСУ, не справляются  с этими функциями. Как результат, возникают ошибки в дозировании цемента, которые приводят к нарушениям технологических рецептов, перерасходу материалов и повышению себестоимости готовой продукции. К тому же устаревшие системы не позволяют осуществлять полноценный контроль и предупреждать нецелевое расходование цемента (кражи). 

Рисунок 3.3.2 - Силос цемента с элементами автоматики   1 - силос цемента; 2 - датчик непрерывного  контроля уровня цемента; 3 - самоочищающийся фильтр; 4 - аварийный сбросной  клапан; 5 - датчик давления внутри  силоса; 6 - датчик верхнего уровня  цемента; 7 - датчик нижнего уровня  цемента; 8 - система сводообрушения; 9 - отсечной аварийный клапан; 10 - цементопровод; 11 - выгрузочный затвор; 12 - пневмовинтовой насос; 13 - система взвешивания  силоса (тензоопоры); 14 - система управления  складами цемента; 15 - компьютер бухгалтера; 16 - цементовоз;