Модернизация теплообменных устройств с целью снижения энергозатрат

Построение графиков

Построение графика изменений сигнала во времени или как функции сигнала позволяют выявить некоторые интересные детали:

1. исключительные или необычные возмущения;

2. потерю значений;

3. периодические колебания.

Моделирование АИС

Основой разработки АИС является построение моделей производственных процессов, а также процессов сбора и обработки информации о ходе этих процессов.

Общая цель моделирования подчинена цели любых естественно - научных исследований - прогнозировать результаты предстоящих экспериментов.

Создание автоматизированной системы управления технологическим процессом измельчения является одним из этапов реконструкции обогатительной фабрики. АСУ ТП процесса измельчения предназначена для выполнения следующих задач:

1. управления технологическим процессом измельчения и классификации, руды на различных стадиях;

2. непрерывного измерения, контроля и регулирования технологических параметров;

3. диагностики и контроля состояния оборудования цеха измельчения.

Концептуальная модель.

Построение концептуальной (содержательной) модели конкретного объекта является первым этапом моделирования

Основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания к его математической модели.

Процесс измельчения как управляемый объект

Как управляемый объект, замкнутый цикл измельчения характеризуется следующими параметрами (рис. 4):

1. входные:

§ производительность цикла по исходной руде Q;

§ расход воды в мельницу Wм и классифицирующий аппарат Wкл;

§ гранулометрический состав C_x1 и физико-механические свойства руды у;

§ частота вращения барабана мельницы n;

§ количество мелющей среды ц;

§ влажность щ;

§ температура T₁ исходной руды.

2. выходные:

§ объемный расход слива классифицирующего аппарата q_сл;

§ плотность д_сл;

§ гранулометрический состав C_x2;

§ производительность цикла по готовому классу q_г;

§ мощность, потребляемая электроприводом мельницы P.

Управляющими воздействиями могут служить: производительность цикла по исходной руде Q; расход воды в мельницу Wм.

Цель моей работы создать систему управления процессом измельчения воздействием на подачу исходной руды в цикл и расхода воды в мельницу, т.е. регулировать и контролировать параметры Q и Wм, а также следить за состоянием оборудования.

Контроль загрузки барабана мельницы рудой и циркулирующая нагрузка замкнутого цикла измельчения - естественные индикаторы, отражающие ход процесса измельчения и реагирующие на изменение всех параметров цикла.

Степень загрузки мельницы рудой наиболее просто контролировать по уровню шума, производимого мелющими телами в зоне их падения.

При уменьшении уровня загрузки уровень шума возрастает, при увеличении - уменьшается.

Техническая реализация контроля наиболее проста при использовании амплитуды шумового сигнала.

В этом случае в состав датчика входят микрофон, выпрямительная приставка, сглаживающий фильтр и выходной делитель напряжения.

Датчик устанавливается вблизи мельницы в зоне падения шаров со стороны разгрузочной цапфы.

Звуковые колебания воспринимаются микрофоном, преобразующим звуковые колебания в э.д.с. шумового сигнала. Ток выпрямляется, сглаживается и используется в системе контроля и регулирования.

Недостаток этого метода контроля - чувствительность датчика к внешним звуковым помехам, например, от работающих рядом мельниц

Для устранения этого недостатка динамик или микрофон, воспринимающие шум мельницы, заключаются в специальный корпус с тройной звукопоглотительной решеткой на входе.

Итак, первая моя задача - стабилизация уровня загрузки барабана мельницы рудой с воздействием на частоту вращения привода.

Этот метод оправдывает себя, когда гранулометрический состав и физико-механические свойства исходной руды сравнительно постоянны.

Основное преимущество этого принципа управления - простота технической реализации. Использование его при автоматическом управлении дает увеличение производительности измельчительного агрегата до 10%.

В состав системы автоматического регулирования САР I (рис.5), реализующий этот принцип, входят следующие элементы:

1. Микрофон направленного действия	300 - 400 Гц
2. Преобразователь частоты в унифицированный сигнал тока или напряжения (Е/Е), расположенный на местном щите
3. Вторичный прибор Диск-250 М показывающий, записывающий, со встроенной звуковой сигнализацией (звонок громкого боя)
4. Автоматический регулятор системы "Каскад-2" Р-17, расположенный на щите оператора
5. Блок управления тиристорами
6. Блок тиристоров	800 - 1200 об/мин

Вторая задача - стабилизация расхода воды в барабан мельницы (Wм = const) с воздействием на положение регулирующего клапана трубопровода, подающего воду в мельницу. Этот принцип применим при условии стабилизации расхода руды в барабан мельницы,

Принцип прост в технической реализации САР II (рис.5) .В качестве датчика расхода воды 2а используют различного рода сужающие устройства. Регулятор расхода воды 2г через исполнительный механизм 2е воздействует на клапан трубопровода воды в мельницу. В состав системы автоматического регулирования САР II входят следующие элементы:

1. Преобразователь электромагнитный измерительный расхода жидкости (ПИР-1)	0,5 - 10 м3/ч
2. Преобразователь датчика ПИР-1 (преобразует естественный электрический сигнал в унифицированный токовый сигнал (Е/Е)), расположенный по месту
3. Вторичный прибор Диск-250 М показывающий, записывающий, расположенный на местном щите
4. Автоматический регулятор системы "Контур-2" РС-29, расположенный на щите оператора
5. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, расположенный на местном щите	0 - 100 % хода вала ИМ
6. Электрический ИМ типа МЭО-1,6/40		2е
7. Регулирующий клапан двухседельный Dу = 50 мм		2ж

Bi - ввод информации на ЭВМ оператора

Bo - вывод информации с ЭВМ оператора вход информации

Функциональная структура проектируемой системы

Существующая система на предприятии должна иметь два уровня системы управления, так все данные фиксируются на местном щите мастера и на ЭВМ оператора.

Первый (нижний уровень) должен осуществлять контроль результатов измерений и непосредственное цифровое управление по датчикам, исполнительным механизмам, выполнение необходимых переключений по командам верхнего уровня, автоматическим переключениям.

Второй (верхний уровень) выполняет функции отображения данных о состоянии технологического процесса, архивировании полученных данных. Кроме того, на этом уровне нужно организовать сохранение всех изменений всех параметров, которые осуществил оператор, в базу данных, справочную систему и удобный интерфейс.

Описание режимов функционирования объекта

В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления процессом измельчения можно разделить на следующие группы:

1. Режим нормальной эксплуатации;

2. Предаварийные режимы эксплуатации;

3. Аварийные режимы эксплуатации.

Допустимость тех или иных режимов работы определяется характеристиками и возможностями оборудования. В соответствии с общими принципами установка считается безопасной, если при длительной ее эксплуатации во всех режимах, включая аварийные, будет исключено серьезное повреждение потенциально опасных узлов, а также обеспечена соответствующая зашита персонала установки.

Режимы нормальной эксплуатации включают в себя основные фазы производственного процесса:

§ непосредственно сам технологический процесс;

§ подготовку к пуску технологического комплекса (ТК);

§ запуск ТК;

§ останов ТК.

Предаварийные режимы работы соответствуют следующим случаям:

§ параметры регулирования системы находятся в допустимых, но близких к критическим значениям;

К числу аварийных режимов работы ТК следует отнести:

§ отключение электрического питания;

§ прекращение подачи воды;

§ режим работы, при появлении различного рода больших и малых течей на оборудовании и трубопроводах;

§ режим работы при выходе за определенные границы различных параметров регулирования;

§ при выходе из строя различных контролирующих устройств (датчиков);

§ при обрыве связи с объектом.

Описание режимов должно быть представлено в виде логических правил, образующих базу знаний (БЗ).

Логические правила, описывающие возникновение аварийных ситуаций в технологическом комплексе измельчения руды:

Если прекращение подачи воды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если нарушение герметичности оборудования и трубопроводов, то остановка мельницы, питателя и конвейера, перекрытие вентилей на водоподводящих трубах.

Если прекратилась подача исходной руды, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.

Если вышли из строя контролирующие устройства, то остановка мельницы, питателя и конвейера, прекращение подачи воды.

Если обрыв ленты, то остановка мельницы, питателя и конвейера.

Если заклинивание ленты, то остановка мельницы, питателя и конвейера.

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Расчет плановой нормативной трудоемкости работ на эксплуатацию и ремонт теплообменника

1 Техническая характеристика теплообменника .

Таблица 1.1

Наименование, марка	Часовая производительность, QЧАС	Коэффициент интенсивности, КИ	Номинальная мощность двигателя, кВт	Суммарная мощность двигателей кВт
1	2	3	5	6
Теплообменник .	400	0,96	315	315

2 Расчет плановой нормативной трудоемкости работ на эксплуатацию и ремонт теплообменника .

Расчет эффективного фонда времени.

Для определения эффективного фонда времени работы 1-го конвертера, необходимо определить время нахождения его в ремонте, по структуре ремонтного цикла (Р_ц).

Структура ремонтного цикла:

Р_Ц = nТ_о + nТ_ТЕК + nК, (2.1)

где п - количество видов ремонта и ТО за период ремонтного цикла



Таблица 2.1 - Нормативы периодичности и продолжительности ремонтов технологического оборудования

Оборудование	Ремонт
	Вид	Периодичность мес	Продолжительность час	Трудоемкость чел час
1	2	3	4	5
Теплообменник .	ТО	1	16	29
	Т1	3	96	224
	Т2	30	120	420
	К	60	240	700

Длительность ремонтного цикла Р_Ц = 60 мес

Количество капитальных ремонтов nК =1

Количество текущих ремонтов

, (2.2)

где t_М.Р. - межремонтный период мес

Структура ремонтного цикла

Определяем структуру годового цикла работ с целью формирования плановых затрат на обеспечение данных работ в течении календарного года.

Структура годового цикла работ за последний год эксплуатации составляет

1Т₂+10ТО

Определяем плановый фонд простоев оборудования за период ремонтного цикла и за календарный год

3 Расчет планового коэффициента экстенсивного использования теплообменника .

Плановый коэффициент интенсивности использования теплообменника ., который указывает на использование конвертера во времени в производстве определяем по формуле:

,

т.е. 83% составляет Эффективный (полезный фонд рабочего времени) и 17% фонд плановых простоев.

Эффективный фонд рабочего времени составит

Плановая трудоемкость ремонтов и ТО в течение календарного года определяется на основе нормативной трудоемкости работ и структуры годового цикла.

Плановая трудоемкость работ за год составит:

При составлении плановой сметы затрат на проведение ТО и ремонтов. Оплата труда по каждому виду работ учитывается отдельными статьями, а, следовательно, годовая трудоемкость работ должна приводиться по видам работ:

Нормативная трудоемкость с учетом коэффициента потерь рабочего времени, который равен 1,43 составит:

4 Расчет годового баланса рабочего времени персонала, занятого на текущей эксплуатации

Расчет планового бюджета рабочего времени персонала

Плановый годовой фонд рабочего времени определяется на основании планового баланса рабочего времени, который составляется на 1^го работника соответствующий категории персонала.

Таблица 4.1 - Годовой плановый баланс рабочего времени 1^го рабочего

Элементы баланса	Число дней/часов
	Дробильщики	Мастер по ремонту оборудования	Ремонтный персонал
1	2	3	4
1 Календарный фонд времени	Тк	365	365	365
2 Праздничные дни и выходные дни	ПД ВД	115	115	115
3 Номинальный фонд времени	Тном	250/1800	250/2000	250/1800
4 Планируемые неявки, всего	ПлН	64	54	64
в том числе:
4.1 Дни отпуска		55	46	55
4.2 Дни по болезни		7	7	7
4.3 Дни прочих неявок		2	1	2
5 Эффективный фонд времени	ТэФ	186/1488	196/1568	186/1488
6 Коэффициент использования рабочего времени	Ки	0,74	0,78	0,74
7 Продолжительность смены		8	8	8

Баланс рабочего времени 1^го работника за год

5 Расчет плановой явочной и списочной численности персонала

Норма численности персонала на эксплуатацию и обслуживание теплообменника . - 2 чел агр.

Явочная численность плавильщиков на технологическую смену составляет:

человек на сутки с учетом из технологического режима:

Списочная численность:



Норматив затрат труда на эксплуатацию и обслуживание 1 - ой теплообменника:

Затраты на оплату труда из расчета 4 человек списочной численности будут учтены в составе затрат на эксплуатацию и обслуживание 1 - ой теплообменника.

6 Расчет состава затрат на содержание, эксплуатацию и ремонт привода

Содержание и обслуживание основных средств, которые находятся на балансе предприятия, предполагают учет затрат на текущее содержание и эксплуатацию и учет затрат при проведении ремонтных работ (текущие и капитальные ремонты)

Плановый фонд средств определяется путем составления плановой сметы расходов на год

6.1 Накопление средств амортизационного фонда

Сумму амортизации определяем по норме амортизации, Н_А с учетом первоначальной стоимости оборудования, Ф_П

6.2 Оплата силовой энергии

Стоимость силовой энергии определяем по средней номинальной мощности двигателей с учетом планового режима работы оборудования и стоимости электроэнергии по тарифу в плановом году



где

М_д - суммарная мощность двигателей, кВт

Т_кал - календарный фонд времени работы оборудования, дни

К_э - коэффициент экстенсивности

К_и - коэффициент интенсивности

К_п - коэффициент потерь электроэнергии в сети (1,1)

Т_см - число смен в течение суток

- продолжительность смены, час

Ц_см - цена 1 кВт час по тарифу, руб

- КПД двигателя, (0,85)

6.3 Стоимость материалов и запасных частей для нужд текущей эксплуатации и ремонтов

Плановая потребность в запасных частях и смазочных материалах для нужд текущего содержания и эксплуатации определяем по плановому годовому нормативу этих затрат (Н_Э), в % от балансовой стоимости конвертера КГ2 - 80Ц

Н_Э = 0,3

Н_ТР. =2,5

Н_КР = 4,5

Плановая потребность в материалах для нужд текущих ремонтов определяем по плановому годовому нормативу материалов (Н_ТР, %):

Плановая потребность в материалах для нужд капитальных ремонтов определяется по нормативу (Н_КР, %):

6.4 Расчет плановой сметы ФОТ персонала

Система оплаты труда - повременно - премиальная, по 2 группе ставок.

Таблица 6.4.1 - Тарифных разрядов технологического персонала

Профессия	Списочная численность	Тарифный разряд	Часовая тарифная ставка, руб
1	2	3	4
Дробильщик	5	4	30,14
	3	5	34,87

Таблица 6.4.2 - Тарифных ставок и разрядов слесарей - ремонтников закрепленных на ремонтах

Профессия	Тарифный разряд	Часовая тарифная ставка, руб
1	2	3
1 Слесари - ремонтники, занятые на текущих ремонтах	4	30,14
	5	34,87
	6
2 Слесари - ремонтники, занятые на капитальных ремонтах	4	30,14
	5	34,87
	6

Средний тарифный разряд для дробильщиков



Средний тарифный разряд для слесарей - ремонтников

Средняя часовая тарифная ставка для дробильщика

Средняя часовая ставка для слесарей - ремонтников занятых на текущих ремонтах

Средняя часовая ставка для слесарей - ремонтников занятых на капитальных ремонтах

Норматив фонда ДЗП для плавильщиков и слесарей - ремонтников

Норматив фонда ДЗП для мастера ИТР

Таблица 6.4.3 - Плановая смета ФОТ слесарей - ремонтников занятых на ремонтах

1 Наименование профессии	Ремонтники, занятые на ТР	Ремонтники, занятые на КР	Итого:
2 Нормативная трудоемкость, чел·часы	3 132	8 008	11 140
3 Средний тарифный разряд	4,4	4,4	4,4
4 Средняя часовая тарифная ставка, руб.	31,91	31,91
5 Тарифный фонд, руб.	379 857	379 857
6 За работу во вредных условиях, руб. %	30 389	30 389
7 За работу в ночное время, руб. 40%	151 943	151 943
8 Прочие надбавки, руб.
9 Премиальный фонд, руб. 21%	90 140	90 140
10 Фонд основной заработной платы, руб.	519	1 018 382
11 Фонд дополнительной заработной платы, ру.б	434 788	435 868
12 Фонд заработной платы, (по материку) руб.	1 450 648	1 454 250
13 Районный коэффициент 80%, руб.	1 160 519	1 163 400
14 Северные надбавки 80%, руб.	1 160 519	1 163 400
15 Годовой ФОТ, руб.	3 771 686	3 781 050
16 ЕСН, 30%, руб.	1 131 506	1 134 315



Таблица 6.4.4 - Плановая смета годового ФОТ дробильщиков

1 Наименование профессии	Дробильщики	Итого:
2 Списочная численность рабочих	9	9
3 Плановый фонд рабочего времени 1 - го рабочего, дни	186	115
4 Плановый фонд рабочего времени персонала, чел · дни	1 488	1 488
5 Средний тарифный разряд	4,4	4,4
6 Средняя часовая тарифная ставка, руб	31,91	31,91
7 Средняя дневная тарифная ставка, руб	255,28	255,28
8 Тарифный фонд	379 857	379 857
9 За работу в ночное время, руб 40%	151 943	151 943
10 За работу во вредных условиях, руб 8%	30 389	30 389
11 Премиальный фонд, руб 40%	90 140	90 140
12 Фонд основной заработной платы, руб	519 379	519 379
13 Фонд дополнительной заработной платы, руб	178 666	178 666
14 Фонд заработной платы (по материку), руб	698 045	698 045
15 Районный коэффициент 80%, руб	558 436	558 436
16 Северные надбавки 80%, руб	558 436	558 436
17 Годовой ФОТ, руб	1 814 917	1 814 917

Отчисления на социальные нужды 29 % 526 326 руб

Таблица 6.4.5 - Смета годового ФОТ ИТР

1 Перечень штатных должностей	Мастер ИТР
2 Количество штатных единиц, чел	1
3 Оклад штатной единицы, руб	7 700
4 Тарифный фонд, руб	50 035
5 Премиальный фонд 21%, руб	10 507
6 Фонд основной заработной платы, руб	60 542
7 Фонд дополнительной заработной платы, руб	16 710
8 Фонд заработной платы (по материку), руб	77 252
9 Районный коэффициент 80%, руб	61 802
10 Северные надбавки 80 %, руб	61 802
11 Годовой ФОТ, руб	200 856

Отчисления на социальные нужды 29 % 58 248 руб



Таблица 6.4.5 Смета затрат на содержание, эксплуатацию и ремонт теплообменника .

Статьи затрат	Сумма (руб.)
1	2
1 Содержание и эксплуатация оборудования, всего, в том числе: 1.1 Амортизация оборудования; 1.2 Затраты на электроэнергию; 1.3 ФОТ плавильщиков; 1.4 Отчисления на социальные нужды 30 %; 1.5 ФОТ мастера по ремонту оборудования 1.6 Отчисления на социальные нужды 30 %; 1.7 Материалы и запасные части; 1.8 Прочие расходы.	4 341 658
2 Затраты на текущий ремонт, всего, в том числе: 2.1 ФОТ слесарей - ремонтников; 2.2 Отчисления на социальное страхование 30 %; 2.3 Материалы и запасные части; 2.4 Прочие расходы.	4 980 244
3 Затраты на капитальный ремонт, всего, в том числе: 3.1 ФОТ слесарей - ремонтников; 3.2 Отчисления на социальное страхование 30 %; 3.3 Материалы и запасные части; 3.4 Прочие расходы. 4 Затраты на охрану труда	5 054 058
Всего по смете:

Таблица 6.4.6 - Плановая смета на эксплуатацию, текущее содержание и ремонт

Показатели	Ед. изм.	Сумма руб
1	2	3
Балансовая стоимость оборудования	руб	3 082 670
Коэффициент экстенсивного использования оборудования	___	0,83
Годовой объем затрат на текущее содержание, эксплуатацию и текущий ремонт, всего в том числе:	руб
3.1. амортизация;	руб	206 498,4
3.2. электроэнергия;	руб	366 15,4
3.3. комплектующие и запасные части %;	руб
3.4. ФОТ персонала с учетом ЕСН %;	руб
3.5. затраты на охрану труда	руб
3.6. прочие накладные расходы %.	руб
Оплата услуг подрядной организации по капитальному ремонту	руб
Нормативная трудоемкость ремонтов, всего в том числе:	чел·часы	11 140
5.1. текущие	чел · часы	3 132
5.2. капитальные	чел · часы	8 008
Средний квалификационный разряд штатного персонала	_	5,4
Средняя заработная плата одного штатного рабочего	руб
Коэффициент использования рабочего времени штатного персонала	_	0,7



ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В данной выпускной квалификационной работе произведена модернизация теплообменных устройств с целью снижения энергетических затрат. Основной целью модернизации теплообменных устройств является улучшение технологических параметров аппаратов с целью снижения энергетических затрат, а также в гарантированном повышении их производительности, снижении расхода топлива и увеличении срока службы теплообменных устройств. Достижение этих целей осуществляется за счет максимизации теплообмена, минимизации тепловых потерь, оптимизации распределения температур, скоростей и масс материальных потоков на всех участках теплообменного процесса.

Для решения этих задач в данной квалификационной работе произведено детальное обследование линии теплообмена, а затем, исходя из подробного анализа полученных данных, разработано несколько вариантов комплексной реконструкции, обеспечивающих достижение поставленных целей.

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости, необходимые для расчета основных параметров аппарата применительно к использованию в конкретных химических производственных процессах.



ЛИТЕРАТУРА

1. Каримов И. А. "Жахон молиявий и?тисодий ин?ирози , Ўзбекистон шароитида уни бартараф этишнинг йўллари ва чоралари - Т .: "Ўзбекистон" 2009.

2. З. Салимов. Кимёвий технологиянинг асосий жараёнлари ва курилмалари. Олий укув юртлари талабалари учун дарслик. Т.1. - Тошкент: Узбекистон,1994. -366 б.

3. З. Салимов. Кимёвий технологиянинг асосий жараёнлари ва курилмалари. Т.2. Модда алмашиниш жараёнлари. Олий укув юртлари учун дарслик. - Тошкент: Узбекистон,1995. -238 б.

4. Юсуфбеков Н.Р., Б.Э. Мухамедов, Ш.М. Гуломов. Технологик жараёнларни бошкариш системалари. - Тошкент: Укитувчи,1997. -704 б.

5. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1985. - 448 с.

6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 2005. - 787 с.

7. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1991. - 493 с.

8. Н.Б. Варгафтик, Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, М.; Наука, 1972. - 720 с.

9. Романков П. Г., Фролов В. Ф. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). - СПб: Химия, 1993. - 496 с.

10. Справочник химика / Под ред. Б.П. Никольского. Т. 6. - М.-Л.: Химия, 1966. - 642 с.

11. Карпенков А.Ф. Методические указания к курсовому проектированию по курсу "процессы и аппараты химической технологии". Мн.: БТИ, 1980. - 20с.

12. Павлов В.Ф., Павлов С.В. Основы проектирования тепловых установок. М.: "Высшая школа", 1987. - 212 с.

Размещено на Allbest.ru

...