скачать книгу бесплатно
Вспомогательные контуры
– Пневмотранспорт
УЧАСТОК ДИСТИЛЛЯЦИИ
На участке происходит регенерация аммиака из фильтровой и других жидкостей содового производства. Технологическая схема включает дистиллер, теплообменник дистилляции, узел внешнего перелива жидкости, конденсатор дистилляции, напорный бак, мешалку известкового молока, смеситель, испарители, пескоуловитель.
Регулирование
Задачей регулирования является оптимизация и поддержание стабильных параметров отгонки NH3 и СО2. Обеспечивается регулированием расходов фильтровальной жидкости, пара и известкового молока, а также регуляторами давления пара в общем паровом коллекторе и уровня фильтровой жидкости в напорном резервуаре.
Узлы регулирования
Конденсатор дистилляции
– Регулирование подачи парогазовой смеси, фильтровальной жидкости и охлаждающей жидкости
Теплообменник дистилляции
– Регулирование нагревания жидкости и подачи парогазовой смеси
– Регулирование уровня
Дистиллер
– Регулирование отгонки аммиака из жидкой фазы
– Регулирование подачи парогазовой смеси
Смеситель
– Регулирование расхода фильтровальной жидкости и известкового молока
Сложности работы арматуры
Образование гипсовых отложений на рабочих поверхностях арматуры. Необходимость шабрирования как седел, так и поворотного затвора. Избегание подпружиненных седел. Большее внимание к эрозионно-коррозионному износу поверхностей. Вероятность заклинивания, как по седлу, так и по поворотному затвору из-за образования отложений.
Влияние изменений в производительности и маневренности производства
Учитывая как рост производительности, так и ее частое изменение в зависимости от рыночных условий, часто задаются требования частого изменения нагрузки.
Применительно к клапанам это означает требование расширения диапазона регулирования. Это, в свою очередь, приводит к росту использования специализированных клапанов с расширенными расходными характеристиками.
Требования к устойчивости поддержания процесса
Большое значение начинает иметь также и поддержание устойчивых характеристик регулирования с ростом срока эксплуатации. Так, на основе анализа до 500 смен было выявлено, что среднемесячные потери по выпуску кальцинированной соды на одном из заводов составляли до 8% из-за отклонений технологического режима.
Многие из них можно было бы предотвратить, если реализовывать систему технической диагностики, в т.ч. и клапанов. Потери также значительно уменьшатся как за счет сокращения времени на поиск и ликвидацию, так и за счет предотвращения наступления отклонений. Для этого нужны смарт клапаны с развитой диагностикой.
Ужесточение экологических требований
Резкое ужесточение экологических требований привели к тому, что для опасных производств могут применяться клапаны с экологическими сертификатами, сертифицированными на отсутствие выбросов. Для примера, такие клапаны могут быть установлены на участках аммиака и подачи аммиачных рассолов, экспанзерного газа и др., имеющих высокую опасность для персонала. В частности, кратность воздухообмена, требуемая по нормам и СНиП должна составлять не менее 8–10.
Действительно так. Принятие обязательств по снижению экологического риска часто обязывает компании выделять в опасных производствах зоны и системы безопасности, где диагностика клапана должна проводиться на основании специализированных диагностических комплексов без нахождения оператора в опасной зоне.
Подходы к арматуре на основе высокого уровня автоматизации
Спецификой технологических схем содового производства является многоэлементность и, соответственно, как объект управления перед АСУ ТП, оно ставит задачи распределения и согласования нагрузок элементов технологического процесса и отделений.
Дальнейшее совершенствование АСУ ТП связано с расширением функциональных возможностей. Появляются аппараты большой единичной мощности, усложняется технология, создаются замкнутые оборотные циклы производства с целью достичь по возможности полной безотходности производства. Существенное значение в последнее время стали иметь вопросы энергосбережения и энергоэффективности, повышения уровня промышленной безопасности.
С необходимостью совершенствования АСУ ТП связано и появление децентрализованных систем управления. Функции в них значительно перераспределены. Первичная обработка информации осуществляется в автономных процессорах, а центральный процессор берет на себя решение только наиболее сложных задач. Клапан с насыщенной интеллектуальной частью также выполняет ряд диагностических и других задач, которые ранее выполнялись только системой автоматизации.
К слову сказать, если будет принята концепция распределенных систем управления с большой степенью ответственности полевого уровня автоматизации, то система диагностики FIELD CARE легко впишется в такую АСУ ТП.
Учитывая эти факторы, появились новые подходы на основе цифровых сигналов, реализуемых полевыми шинами для лучшего контроля за технологическими процессами. Они с успехом заменяют традиционные щитовые способы представления информации с большим числом операторов, отвечающих только за работу отдельного производственного участка. Это не обеспечивает требуемой согласованности и оперативности в управлении крупнотоннажными агрегатами. Большое число параметров, которые должны контролироваться и диагностироваться, привели к внедрению исполнительных устройств и средств автоматизации на основе возможностей современных АСУ ТП, построенных на высоком уровне обработке информации.
Таким образом, небольшой конфликт уже налицо. Современные распределенные системы автоматизации требуют и цифровых исполнительных устройств, а не достаточно устаревшего HART протокола…
Изменения в связи с ростом степени автоматизации
Благодаря появлению в системах автоматизации дополнительных функций, насыщенность технологических схем исполнительными и регулирующими органами значительно возросла. Количество регулирующих клапанов и функционально связанной с ними запорной арматуры также резко возросло, в связи, с чем актуальным становится вопрос использования клапанов и арматуры, имеющих значительно большую способность к интеграции в системы АСУ ТП, но и желательно, обладающих одновременно и регулирующей и отсечной способностью. Такие решения уже есть, например, у компании Jamesbury.
Рис. 2. Клапаны с конструктивными элементами, предназначенный для интеграции в системы автоматизации.
Изменения в арматурном хозяйстве предприятий
За последние 10–15 лет произошли существенные изменения в арматурном хозяйстве предприятий химической отрасли. Наблюдается устойчивая постоянная тенденция к замене клапанов возвратно-поступательного действия поворотной арматурой. Это особенно выражено в регулирующей арматуре. Возросла роль автоматизации в диагностировании массы однотипного оборудования в т.ч. и (арматуры), постоянно осуществляется перевод систем на цифровую обработку сигналов.
Наверное, можно сказать, что вторая по приоритетности задача будет – уменьшение затрат на обслуживание через полное применение автоматизации диагностики клапанов.
Широкое применение поворотной арматуры и замена седельных клапанов и задвижек
Если в старых решениях в основном применялись вентили, шиберные и клиновые задвижки и только мембранные и поршневые приводы и аналоговые позиционеры, в независимости от типа контура, то в настоящее время выделяются критические контуры регулирования, где необходимость снижения колебательности процесса наиболее высока. Это особенно связано с ростом использования в схемах автоматических анализаторов, а также увеличением числа измерительных контуров в целом. Для таких контуров регулирования все больше применяются специализированные мембранные приводы (для четвертьоборотных клапанов) и интеллектуальные цифровые позиционеры с применением системы диагностики.
Наиболее серьезным преимуществом поворотной арматуры в кристаллизующихся и загрязненных средах содового производства может быть малая площадь износа, концентрирующаяся только в месте трения и не являющаяся лифтом абразивных частиц к сальнику как в случае с клапанами возвратно-поступательного типа.
Будем использовать эти преимущества специальной арматуры Метсо, см. рис.3.
Рис. 3. Преимущества работы поворотной арматуры в тяжелых средах.
Эффективное применение поворотной арматуры должно привести к стабилизации области износа, росту количества циклов срабатывания, меньшим простоям, снижению затрат на техническое обслуживание и увеличению непрерывной работы. Ниже показываем иллюстрацию, рис.4.
Рис. 4. Сравнение поворотной и линейной арматуры. Большее число циклов при непрерывной работе – меньше простоев.
Специализация клапанов и специальные клапаны для сложных сред
Для сложных сред (перекись, щелочи, хлор, хлорсодержащие среды) созданы клапаны, имеющие высокий уровень защищенности, начиная от качества арматурного литья и до систем диагностики, сертифицированных по международным нормам безопасности, включая хлорбезопасность. Важность этого вопроса, где 95% сред имеют ионы хлора, наверное, не вызывает сомнений, рис.5.
Рис. 5. Клапан Jamesbury, сертифицированный для работы в щелочных производствах
Изменения в расчетах клапанов
Значительно усовершенствовались системы расчета регулирующих клапанов для сложных сред в т.ч. и химических производств. Только за последние несколько лет количество протестированных и теперь успешно рассчитываемых сред программой Nelprof выросло до 500, как и возможности коррозионного расчета материала относительно конкретных параметров среды и ее протекания через клапаны, рис.6.
Рис.6. Современные системы расчета клапанов на основе моделирования
Рис. 7. Характеристики разных типов клапанов
Все это без сомнения даст определенные преимущества для подготавливаемого предложения, особенно в качестве регулирования и повышения точности, рис.8
Рис. 8. Уменьшение вариабельности процесса при замене седловых клапанов на высокоточный клапан Neles ACE
Повышение интеллектуальности арматуры
Увеличение интеллектуальности и сложности клапанов, повышение требований к надежности и высокой скорости обработки информации привели к необходимости развития диагностики и сервиса. Для этих целей все больше привлекаются квалифицированные и сертифицированные производителем специалисты сервисных центров. Для поддержки клапанов в эффективном рабочем состоянии и с ростом использования цифровой технологии практически обязательным становится использование встроенных систем диагностики.
Происходит постоянное совершенствование самих клапанов и их инструментария. Наибольшему изменению подверглись приводы и позиционеры, в которых все большую роль начинают играть цифровые позиционеры и приводы с минимальным трением и повышенной точностью выполнения задания. Системы пневматики и преобразования сигнала уже стали единым целым и все больше сочетаются с приводом, также полностью интегрируясь в единый преобразовательный блок. Для опасных производств разработаны специальные позиционеры и устройства интеллектуальной отсечки во взрывозащищенном исполнении, рис. 9,10.
Рис. 9. Система диагностики отсечных клапанов для опасных производств
Рис. 10. Позиционер ND во взрывобезопасном исполнении для опасных производств
Хотя для любого западного инвестора важность этого вопроса не вызывает сомнений, однако для предприятия, желающего шагнуть из 60-х годов 20-го века сразу в 21-й век, наверное, этот переход будет слишком тяжел. Ведь чтобы так широко шагнуть, нужно иметь и образованный по цифровым технологиям персонал, и вытекающую из его желаний зарплату, культуру производства и пр. Правда и ответ напрашивается сам собой – сделать проект вместе с внешним сервисным обслуживанием, когда бы цифровая арматура обслуживалась бы специалистами, имеющими знание и опыт. Но посмотрим…
Изменение требований к КИП и А
Учитывая более высокие требования цифровых устройств к воздуху, предприятия одновременно с модернизацией контуров регулирования проводят и дополнительные мероприятия по подготовке воздуха, одновременно модернизируя системы подготовки инструментального воздуха, или устанавливая фильтры-регуляторы, как на сами клапаны, так и на системы пневмораспределения в целом.
Объем вспомогательных работ может существенно увеличиться и бюджет слишком вырасти. Хотя это, по сути, и не наш вопрос, однако, он может повлиять на решение предприятия.
Изменения в подходе сервису и ремонту
Необходимость снижения издержек за счет повышения ремонтопригодности. Снижение издержек также достигается и применением ремонтопригодной арматуры, где обслуживание и замена внутренних частей может производиться непосредственно на линии. Это – верхний вход на клапане, или простота разборки для поворотных заслонок, а лучше не снимать, а диагностировать…
Повышение требований к унификации
Требования к надежности и сокращению издержек с уменьшением числа производителей качественной арматуры приводят к необходимости дальнейшей унификации клапанов. Целью при этом является выявление дополнительных резервов по снижению эксплуатационных затрат. Производители стремятся разработать многофункциональные, но стандартные клапаны модульного исполнения, в которых внутренние элементы могут заменяться в зависимости от требований конкретного технологического процесса.
Далекое ли это будущее, когда моральное устаревание будет столь быстрым, что даже производители собственных клапанов не будут за ним поспевать. Чтобы немного снизить напряженность этой проблемы, тем более для предприятия, заложившего отдачу от инвестиций за длительное время, этот модульный подход и взаимозаменяемость элементов внутри модуля – спасение.
Изменение в подходах к закупкам и инвестициям
Выделение арматуры и КИП в отдельную спецификацию. Арматура, как один из специализированных элементов технологической линии все более часто выделяется в отдельную спецификацию, что позволяет очень индивидуально применить системы диагностики, сервисного обслуживания, обменного фонда. В то же время клапаны и арматура мировых производителей, выполняемая по проверенным интерфейсам, позволяет работать с различными системами автоматизации.
Все это вытекает из унификации. Она позволяет получить, и диагностику, и консигнационный склад, и обменный фонд. Наша цель будет – максимальное доказательство этого тезиса.
Экономия за счет снижения издержек за весь срок жизни проекта
Несмотря на рост стоимости интеллектуальных клапанов и систем обслуживания, компании находят значительную экономию за счет уменьшения простоев, снижения колебательности процесса, ужесточения технологических параметров, уменьшения неоправданных перерасходов материала, снижения потерь, уменьшения объема хранения запчастей и др.
Рис. 11. Снижение стоимости владения.
Максимальные затраты приходятся на технологические потери, а при расчете издержек на клапан – на обслуживание и ремонт. Их снижение позволит существенно уменьшить стоимость владения арматурой за весь цикл проекта. Наш инжиниринговый смарт калькулятор должен сыграть здесь свою роль. Тогда и финансистам будет легче показать истинные затраты, например, рассчитанные на тонну продукции за срок жизни проекта.
Рис. 12. Эффективность внедрения сервисного обслуживания на основе плановой диагностики
Источники экономического эффекта при модернизации производства с применением интеллектуальной арматуры и цифровых позиционеров ND 9000.
1. Снижение потребления сырья и дорогих химикатов за счет уменьшения погрешности регулирования с 3–5% до 1–1,5% (до 80% от общего экономического эффекта).
2. Повышение выхода кристаллов соды оптимального гранулометрического состава, особенно, по колоннам за счет повышения точности регулирования во взаимосвязанных контурах.
3. Снижение затрат на обслуживание и повышение долговременной стабильности технологического процесса при переходе на цифровые позиционеры с плановой диагностикой.
Еще один важный элемент подготовки предложения – это анализ референцев. Рассмотрим референцы Метсо в содовой промышленности. Метсо работает с основным производителем соды в мире – Бельгийской группой Solvay. Некоторые из 42 предприятий SOLVAY, с которыми работает МА:
SOLVAY SODI, Devnya, Bolgaria
SOLVAY SANAI, Turkey
SOLVAY SODA GMBh, Rheinberg, Germany
SOLVAY Corporation, Brussel, Belgium
SOLVAY, Rosignano, Italy
SOLVAY, Portugal
SOLVAY, Poland
SOLVAY SODA CARBONATE, Alexandria, Egypt
SOLVAY CARBONATE FRANCE, Dombasle, France
SOLVAY IBERICA, Martorell, Spain
Референцы – это самое главное. Предприятия – не научная лаборатория, где можно проводить опыты. А передача на тестирование в опытную эксплуатацию – долго, накладно и неопределенно. Если у вас есть работающие решения – это большая вероятность того, что они будут приняты и на новом предприятии.
Эти положения были использованы в качестве базовых для подготовки предложения по арматуре для содовых производств и применяемых решений, приведенных как в базовом техническом предложении, так и в предложениях по совершенствованию контуров регулирования.
Таким образом, уже на предварительном (подготовительном и информационном) этапе удалось собрать достаточно информации для анализа возможностей использования современных инжиниринговых решений для данного производства. Отметим, что этот этап по напряженности работы и отличимых выводов для дальнейшей проработки со специалистами является наиболее тяжелым и трудоемким. Невидимыми нитями он связан с решениями, которые предлагают конкуренты и собственным видением специалистов, что может абсолютно не соответствовать выводам и последующим решениям, предлагаемым компанией.
За предварительным этапом последовала следующая часть анализа, основанная уже на опросных листах, присланных специалистом КИП, которому было поручено провести работу по получению предложений. С ним же велась значительная по объему предварительная переписка, во многом основывающаяся на диагностических вопросах (см. табл. «Контрольные вопросы в Горобченко С.Л, Применение комплексного инженерно-стоимостного анализа для маркетинговых целей, ТПА – экспресс 1\2013»). Они суммировались в следующие проблемные пункты:
Особенности примененных технических решений по регулирующим клапанам по представленной спецификации
КЛАПАНЫ
