Проектирование цементных заводов (стр. 47 )

Децентрализованное управление с помощью локальных систем управления первого (нижнего) уровня иерархии должно коорди­нироваться управляющими системами второго уровня, определя­ющими целевые установки, задания, ограничения и любые другие способы влияния на управление первым уровнем.

Такая двухуровневая иерархия может быть расширена до лю­бого числа уровней, где каждый уровень управления должен под­держивать значения агрегированных переменных, задаваемые вы­шестоящим уровнем, и, в свою очередь, устанавливать критерии и ограничения для подчиненных уровней управления.

Рассмотрим представленную на рис. 9.5. укрупненную функци­ональную структуру ИАСУ основным производством цементного завода. Данная схема является обобщением ряда перспективных разработок, предназначенных для вновь строящихся или реконст­руируемых отечественных цементных заводов. В большой степени она соответствует также техническим решениям, положенным в основу действующих автоматизированных систем, разработанных в последние годы передовыми зарубежными фирмами.

В соответствии с представленной схемой ИАСУ современного цементного завода имеет трехуровневую функциональную струк­туру, причем нижний уровень образуют системы автоматизации (СА) отдельных технологических процессов, средний уровень — автоматизированная система оперативно-диспетчерского управ­ления (АСОДУ) и верхний уровень — автоматизированная систе­ма управления производством (АСУП).

К общим функциям СА нижнего уровня, реализуемых на ос­нове программируемых контроллеров и (или) микропроцессорных комплексов, относятся:

автоматический контроль состояния оборудования и хода тех­нологического процесса (сбор и первичная обработка информа­ции);

автоматическое программно-логическое управление группами взаимосвязанных механизмов агрегатов (сблокированный про­граммный пуск и останов);

автоматическое регулирование (стабилизация) режимных па­раметров технологического процесса как в установившихся, так и в переходных режимах;

автоматическая диагностика состояния технологического про­цесса и оборудования по данным автоматического контроля.

Система среднего уровня, АСОДУ, представляет собой сово­купность АРМ персонала основных технологических служб це­ментного завода. Автоматизированные рабочие места создаются на основе персональных компьютеров общего назначения или предназначенных специально для АСУ ТП вычислительных ком­плексов, оснащенных, как и ПЭВМ, дисплеем, клавиатурой и принтером.

АРМ технологов-операторов участков подготовки сырья, об­жига и помола цементной шихты функционируют в тесном вза­имодействии с СА соответствующих технологических процессов, реализуя функции выработки заданий и уставок контурам регу­лирования систем автоматизации. Кроме того, они осуществляют расчеты и логические процедуры, связанные с:

оптимизацией режимов работы и выработкой рекомендаций технологам-операторам;

длительным хранением информации (смена, сутки, декада), не­обходимой для работы оператора и ее представления на видео­терминалах и устройствах печати в виде динамических мнемос­хем, диаграмм, графиков, таблиц, отчетных сводок;

организацией диалога оператора с техническими средствами АСУ ТП с помощью универсальной или функциональной клави­атуры и видеотерминала.

АРМ начальника смены (диспетчера производства) предназна­чено для:

контроля и учета работы основного оборудования, расходов и запасов материальных и энергетических ресурсов по цехам и агрегатам;

общей сменной отчетности по производству;

оперативного управления производством в виде согласования нагрузок и режимов работы отдельных цехов и агрегатов.

АРМ персонала заводской лаборатории реализует функции ар­хивирования и статистического анализа качества исходного сырья полуфабрикатов и цемента; ведения документации о характеристи­ках материалов, производимых отдельными цехами и агрегатами, и в целом способствует принятию рациональных оперативных ре­шений по стабилизации и улучшению качества продукции.

АРМ персонала горного цеха предназначено для ведения баз данных геолого-маркшейдерской информации; построения моде­лей месторождения и проведения расчетов, связанных с опреде­лением качества и запасов материалов; планирования разработки карьеров и оперативного управления добычными работами.

АРМ персонала отделения отгрузки цемента осуществляет:

регистрацию данных, полученных при взвешивании отгружа­емого цемента;

заполнение и печать сопроводительных документов (наклад­ные на отгрузку и доставку, накладные возврата, грузовые счета);

статистическую обработку данных; промежуточное накопление сопроводительных документов.

Система верхнего уровня, АСУП, предназначена для органи­зационно-экономического управления производством в целом. Она должна быть реализована в виде отдельных взаимосвязан­ных информационными потоками АРМ, установленных непосред­ственно в отделах и подразделениях заводоуправления. В состав АСУТП входят автоматизированные рабочие места технического директора (главного инженера); персонала производственно-тех­нического отдела (ПТО) и, в частности, главного технолога пред­приятия; персонала отдела главного механика (ОГМ); персонала отдела главного энергетика (ОГЭ); персонала планового отдела (ПО); персонала отделов снабжения (ОСИ) и сбыта (ОСБ); пер­сонала бухгалтерии.

Создание каждого из перечисленных АРМ преследует цели автоматизации рутинных работ, облегчения и ускорения выпол­нения стандартных функций конкретного пользователя, реализа­ции новых функций с использованием широких возможностей компьютерной техники.

В целом, АСУП, как головной компонент ИАСУ, обеспечивает решение комплекса задач:

планирования производственной программы на год, квартал, месяц;

формирования нормативных и плановых показателей по рас­ходу материальных и энергетических ресурсов, по производи­тельности труда, по заработной плате, по себестоимости продук­ции;

управления материально-техническим обеспечением производ­ственного процесса;

сбыта и финансов, включая расчет плановых, фактических и прогнозных показателей по поставкам готовой продукции и рас­четам с потребителями;

бухгалтерского учета производственно-хозяйственной деятель­ности предприятия.

В рамках концепции интегрированной АСУ все подсистемы АСУ и ТП АСУП должны быть реализованы на базе распре­деленных локальных сетей, связывающих между собой отдель­ные контроллеры, ЭВМ, АРМ, пульты контроля и управления. Все сети должны быть, в свою очередь, связаны между собой информационными потоками. Подобная техническая структура является основой централизованной системы обмена информа­цией, обеспечивающей каждого пользователя необходимыми дан­ными работы смежных подсистем. Специальная обработка дан­ных при их обмене обеспечивает требуемый уровень агрегирования информации, отвечающий конкретному иерархи­ческому уровню.

Так, например, технолог-оператор постоянно получает теку­щую информацию о состоянии управляемого им технологического процесса, а при необходимости — данные о характеристиках предшествующих и последующих процессов технологической це­почки. Диспетчер предприятия получает данные о среднесменных показателях со всех участков производства. Техническому ди­ректору по запросу предоставляются сводки показателей за сут­ки, неделю, месяц. Вместе с тем централизованная информаци­онная система должна обладать достаточной гибкостью, чтобы при необходимости предоставить руководителю предприятия или диспетчеру текущие данные о работе любого производственного участка или агрегата.

Необходимо заметить, что в ближайшей перспективе интег­рация управления производственным процессом будет обеспечи­ваться, главным образом, за счет широких возможностей обмена информацией и представления ее различным службам в форме, удобной для принятия рациональных решений по планированию и оперативному управлению. Можно, однако, ожидать, что в дальнейшем будет неуклонно повышаться доля участия вычис­лительной техники в выработке и реализации таких решений. Речь может идти, в частности, о решении задач комплексной оптимизации режимов всей последовательности технологических процессов от добычи сырья до отгрузки цемента; оперативного управления пуском-остановом агрегатов с учетом запасов в бу­ферных емкостях и состояния всего парка технологического обо­рудования; составления графиков ремонта оборудования с учетом индивидуальных показателей работы каждого агрегата; опти­мального перспективного планирования производства с учетом состояния сырьевой базы, возможностей технологического обору­дования, региональных потребностей в продукции и рыночной конъюнктуры и т. д.

Завершая раздел, относящийся к разработке ИАСУ, следует обратить внимание на несколько технических проблем, от реше­ния которых существенным образом зависят реальные успехи в деле комплексной автоматизации современного цементного про­изводства на основе средств вычислительной техники.

Во-первых, необходимо оснастить отрасль достаточно полным набором требуемых датчиков, имеющих соответствующие характе­ристики достоверности, оперативности, точности, надежности. Кро­ме распространенных стандартных датчиков температуры, давле­ния (разрежения), расхода газовых потоков и т. д., необходимо уделить особое внимание таким специфическим приборам, как ана­лизаторы химического состава, газоанализаторы, анализаторы влажности, качества клинкера, тонкости помола, расходомеры жидких и сыпучих веществ. Только наличие названных средств автоматического контроля, несмотря на их относительно высокую стоимость и существенные затраты на эксплуатацию, позволит получить значительный экономический эффект от АСУ ТП.

Во-вторых, важно разработать для всех подсистем АСУ ТП базовый комплекс однотипных микропроцессорных средств вы­числительной техники, обладающих полным набором программ­ных модулей контроля и регулирования; наличием языка логи­ческого управления для реализации блокировочных зави­симостей, используемых при управлении-пуском-остановом меха­низмов; наличием развитых типовых средств проектирования ди­алога пользователя с ЭВМ, позволяющих формировать на экране дисплея мнемосхемы, графики, таблицы, аварийные сигналы и сообщения.

В-третьих, целесообразно разработать базовые структуры АСУП с использованием однотипных (например, IBM-совмести­мых) персональных ПЭВМ и стандартных программных продук­тов (электронные таблицы, стандартные средства организации диалога, формирования отчетов, построения графических изобра­жений).

В-четвертых, необходимо разработать типовые технические и программные средства межмашинного обмена, позволяющие стандартным путем объединять различные компоненты подсистем АСУ ТП и АСУП в единую информационную сеть.

Учитывая, что все перечисленные проблемы в основном ре­шены передовыми зарубежными фирмами и находятся в той или иной стадии решения отечественными специализированными ор­ганизациями, можно рассчитывать на быстрый прогресс в области ИАСУ цементного производства в нашей стране.

10. ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ

Развитие производства неизбежно связано с вредным воздей­ствием на природу, приводящим к загрязнению атмосферы и во­ды, а также ухудшению условий жизни людей. В 1991 году введен в действие новый Закон РФ «Об охране окружающей природной среды».

Принятый закон практически является комплексным норма­тивным актом. В нем отражены «экологические требования при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вво­де в эксплуатацию предприятий», а также вопросы нормирования природопользования, экологической экспертизы и экономического механизма охраны окружающей природной среды.

Нормативными и методическими документами Госстроя, Мин­здрава и Минэкологии определяются требования к проектной документации и рекомендации при разработке материалов по ох­ране природы.

В соответствии с СНиП 1.02.01—85 в состав проектной доку­ментации входит раздел «Охрана окружающей природной среды». Раздел состоит из следующих подразделов: «Охрана атмосфер­ного воздуха от загрязнения»; «Охрана поверхностных и подзем­ных вод от загрязнения и истощения»; «Восстановление (рекуль­тивация) земельного участка, охрана недр». В разделе также необходимо отразить решения по снижению шума.

Состав и содержание раздела изложены в Пособии по состав­лению раздела к СНиП 1.02.01—85.

Раздел по охране окружающей среды должен выполняться на всех стадиях разработки проектной и предпроектной документа­ции: выбор площади для строительства нового предприятия, ТЭО (ТЭР), проект (рабочий проект).

На каждой стадии материалы проходят согласование в орга­нах системы Минздрава РФ и экологическую экспертизу в ор­ганах Минэкологии.

Верховный Совет 27 ноября 1989 г. принял постановление «О неотложных мерах экологического оздоровления страны», в ко­тором определил, что, начиная с 1990 г., финансирование работ по всем проектам и программам открывается только при наличии положительного заключения государственной экологической экс­пертизы.

Первоначально вопросы охраны окружающей среды рассмат­риваются на первой предпроектной стадии — выбора площадки для строительства нового предприятия (или расширения).

При выборе места размещения объекта необходимо всесторон­не проработать вопросы воздействия предприятия на окружаю­щую территорию и средства защиты вод, земель, воздуха, насе­ления, животного и растительного мира. При этом учитывается существующее фоновое загрязнение атмосферы и водоемов от соседних предприятий.

При разработке раздела необходимо привести характеристики состояния природной среды до строительства проектируемого пред­приятия и после. Перечень рассматриваемых вопросов практически одинаков для каждой стадии проектирования, разница лишь в сте­пени проработки исходных данных. На предпроектной стадии ис­ходные данные принимаются на основе заводов — аналогов по мощности, способу производства цемента и другим параметрам.

Основная предпроектная стадия, на которой производится раз­работка и согласование материалов по охране окружающей сре­ды,— технико-экономическое обоснование строительства (рекон­струкции) предприятия (ТЭО). Только в случае положительного заключения экологической экспертизы можно приступать к раз­работке проекта.

Проекты, не удовлетворяющие экологическим требованиям, не подлежат утверждению, а работы по их реализации не финан­сируются учреждениями соответствующих банков.

Рассмотрим состав подразделов. 1. Охрана атмосферного воздуха от загрязнения.

В этом подразделе кратко освещаются следующие вопросы:

— характеристика физико-географических и климатических условий района;

— уровень существующего загрязнения атмосферы;

— характеристика источников выбросов загрязняющих ве­ществ в атмосферу (в случае реконструкции приводятся также данные по действующему производству);

— оценка ожидаемых приземных концентраций путем прове­дения расчета рассеивания, сравнение их с существующими и нормативными (ПДК);

— комплекс атмосфероохранных мероприятий;

— мероприятия на периоды особо неблагоприятных метеоро­логических условий (НМУ);

— размер санитарно-защитной зоны, с учетом результатов расчета рассеивания;

— предложения по нормативам предельно допустимых выбро­сов (ПДВ);

— экономическая оценка воздухоохранных мероприятий.

Подраздел разрабатывается, как правило, генпроектировщиком на основе природоохранительных стандартов и методик по нормированию выбросов (ГОСТ 17.2.3.02—78, ОНД 1—84, ОНД —86).

Исходные данные по климатическим характеристикам, суще­ствующему уровню загрязнения, ситуационный план местности (при реконструкции — генплан действующего производства) за­прашиваются через заказчика.

Исходные данные по перечню источников выделения вредных веществ, параметрам и составу выбросов в атмосферу, выбору систем обеспыливания и очистки отходящих газов и запыленного воздуха выдают технологи — разработчики проекта (предпроектной документации).

В расчетах учитываются организованные и неорганизованные выбросы, твердые и газообразные. Кроме непосредственно цемзавода, в качестве загрязнителей атмосферы, рассматриваются: карьеры, котельные, авто - и железнодорожный транспорт. Рас­четы производятся по отраслевым методикам, согласованным с Госкомприроды РФ.

Основными вредными веществами, учитываемыми в выбросах цемзавода, являются: пыль неорганическая, окислы азота, серы, углерода. При работе автотранспорта кроме этих компонентов отмечаются еще углеводороды, формальдегид, бензпирен, сажа.

Количество загрязняющих веществ (г/с), содержащихся в вы­бросах в атмосферу, рассчитывается по формуле:

(10.1)

где М — количество загрязняющего вещества, г/сек); V — объем отходящих газов, м3/с; q — концентрация веществ в газе до очи­стки, г/м; т] — степень очистки пылеулавливающей установки, (в долях).

Валовые (годовые) вибросы (т/год) определяются по формуле:

(10.2)

где G — валовый выброс за год, т/год; т — период времени в течение года, за который производится выброс в атмосферу, час/год.

Продолжительность валовых выбросов за год определяется по времени работы источника выделения загрязняющих веществ, т. е. технологического оборудования. В случае нового строитель­ства — по нормативному коэффициенту использования оборудо­вания.

Объем отходящих газов (аспирационного воздуха) задается технологами, исходя из технологических расчетов и параметров устанавливаемого технологического оборудования.

Расчет выбросов пыли в атмосферу производится на основа­нии рекомендаций в ведомственных нормах по проектированию — ВНТП 06—91, по концентрациям выделяющейся пыли от раз­личного технологического оборудования и по способам очистки. На предпроектной стадии также можно принимать отдельные параметры по аналогам ранее выпущенной проектной докумен­тации или с учетом работы аналогичных переделов на действу­ющих заводах.

В расчетах необходимо принимать среднеэксплуатационные степени очистки газов, а не паспортные. Например, для рукавных фильтров и электрофильтров — 99,0, в то время как паспортные данные —99,5—99,9 %.

При выборе системы очистки газов необходимо учитывать концентрацию пыли, дисперсность, удельное электрическое со­противление, абразивность.

При большой начальной концентрации пыли (более 15— 20 г/м3) применяется двух - и трехступенчатая очистка. На пер­вой ступени обычно предусматриваются шахты, циклоны, а да­лее тканевые или электрические фильтры. Критерием эффективности очистки является расчетная концентрация газов на выходе в атмосферу, которая не должна превышать величины 50^-100 мг/м3.

Неорганизованные выбросы пыли, образуемые, в основном, в узлах перегрузки и хранения материалов в незакрытых складах, а также в карьерах при добыче и переработке пород, рассчиты­ваются по методике НИПИОТстрома.

Расчет газообразных выбросов от тепловых агрегатов цемен­тного производства (вращающиеся печи, сушильные барабаны, сырьевые мельницы с подсушкой) выполняется в соответствии с методическими указаниями НИПИОТстрома.

Наибольшее значение среди этих компонентов имеют оксиды азота. На основе проведенных натурных исследований выясни­лось, что при сжигании топлива образуются и далее выходят из труб с отходящими газами соединения азота в виде монооксида азота (NO). При этом в атмосферном воздухе монооксид азота окисляется до диоксида азота (NOi), который является более ток­сичным веществом. Коэффициент трансформации монооксида азота в диоксид для технологических установок цементной про­мышленности принимается равным 0,8. Коэффициент этот сильно зависит от природных условий и поэтому в дальнейшем будет уточняться отдельно для каждого региона России.

Суммарное содержание NOX в отходящих газах вращающихся печей в значительной степени зависит от содержания азота в топливе, температуры сжигания топлива, коэффициента избытка воздуха, способа утилизации отходящих газов.

Обследование большой группы заводов, с разными типами печей, показало, что наибольшие концентрации оксидов азота (NOX) в отходящих газах наблюдаются у вращающихся печей мокрого способа производства — 0,5—0,7 г/нм3. Наименьшее со­держание оксидов азота отмечается у печей сухого способа про­изводства, оборудованных декарбонизаторами — 0,1—0,2 г/нм.

Вопросы снижения концентрации оксидов азота в выбросах вращающихся печей являются наиважнейшими на сегодняшний день. Учитывая, что большое влияние имеет режим сгорания топлива, основными первичными мероприятиями будут работы по стабилизации режима печи, уменьшению величины сжигаемо­го топлива, оснащению приборами контроля параметров отходя­щих газов.

Оксиды серы в отходящих газах имеются в очень незначи­тельных количествах или полностью отсутствуют, т. е. связыва­ются карбонатом кальция, содержащимся в сырьевой смеси и продуктах пылевыноса.

Монооксид углерода также практически отсутствует при нор­мальном режиме работы печи при жидком и газообразном топ­ливе; при твердом топливе (уголь, сланцы) концентрация моно­оксида углерода в выбросах вращающихся печей обычно не превышает 1 г/нм3.

Для оценки распространения загрязняющих веществ в при­земном слое атмосферы (на уровне дыхания) необходимо выпол­нение расчета рассеивания на ЭВМ по одной из согласованных в Минэкологии программ. Результаты расчетов, представляющие собой поле приземных концентраций определенного вещества в окрестностях предприятия, сравниваются с санитарными норма­тивами — ПДК (предельно допустимые концентрации).

Под ПДК понимают такую концентрацию вредных веществ, которая при ежедневном воздействии на человека в течение дли­тельного времени не вызывает в его организме каких-либо па­тологических изменений или заболеваний. Регламентированы ПДК для большинства применяемых в промышленности веществ. Имеются различные виды ПДК: в воздухе рабочей зоны— ПДКр. з., в воздухе населенного пункта — максимально-разовая концентрация ПДКм. р. и среднесуточная концентрация ПДКС. С.-

При расчетах рассеивания, в соответствии с ОНД — 86, в качестве нормативной рассматривается максимально-разовая концентрация — ПДКм. р.

Перечень ПДК загрязняющих веществ определяется списком, утвержденными Минздравом РФ и Минэкологии РФ, который периодически корректируется и дополняется.

Код	Наименование веществ	Класс опасности	ПДК, кг/м3
максимальная	среднесуточная
0110	Ванадия пятиоксид	1	-	0,0020
0194	Угольная зола теплоэлектростанций (с содержанием оксида кальция 35-40%, дисперсностью до 3 мкм и ниже не менее 97%)	2	0,050	0,020
0203	Хром шестивалентный (в пересчете на триоксид хрома)	1	0,015	0,0015
0301	Азота диоксид	2	0,085	0,040
0304	Азота монооксид	3	0,400	0,060
0328	Сажа	3	0,150	0,050
0330	Сернистый ангидрид	3	0,500	0,050
0337	Углерода монооксид	4	5,000	3,000
0703	Бенапирея	1	-	0,1 мкг/100 м3
2902	Взвешенные вещества	3	0,500	0,1500
2903	Зола сланцевая	3	0,300	0,100
2904	Мазутная зола (теплоэлектростанций в пересчете на ванадий)	2	-	0,0020
2907	Пыль неорганическая, содержащая диоксид кремния в %: выше 70 (динас и др.)	3	0,150	0,050
2908	70-20 (шамот, цемент и др.)	3	0,300	0,100
2909	Ниже 20 (доломит и др.)	3	0,500	0,150
2918	Пыль цементного производства (с содержанием оксида кальция более 60% и диоксида кремния более 20%)	3	-	0,020

В таблице 10.1 приведены величины максимально-разовых и среднесуточных ПДК для наиболее распространенных в выбросах цементного производства веществ.