Технологиялық үрдістің басқару объектісі ретінде талдау

1 Технологиялық үрдістің басқару объектісі ретінде талдау

Дипломдық жобаның мақсаты мыс штейнін алу процесінің автоматтандыру жүйесін және ақпараттық қамтамассыз етуін жобалау болып табылады.

Құрылып жатқан автоматты жүйенің міндеті мыссыздандыру процесінің басқару технологиясын жаңарту болып табылады.

Шағылу пешінің ішіндегі тұрақты температура, мыссыздану процесінің уақытында және де соңғы өнімге де әсер етеді.

Бұл бөлімшеде автоматты жүйені ендіру, өндірістің мүмкіндігін жоғарылатып келесі міндеттерді шешуге мүмкіндік береді:

• 
  шығарылған өнім сапасын көтеру;
  
• 
  меншікті нормаға сай негізгі шығын және қосымша метериалдар, электроэнергия шығындарын төмендету;
  
• 
  диагностика жағдайында қолдану коэффициентінің арқасында технологиялық қондырғылардың өнімділігін жоғарылату.
  

Бұдан басқа автоматты жүйені мынадай көрсеткіштермен сипаталады:

• 
  өндірістің ұйымдастырылу деңгейін жоғарлату;
  
• 
  жұмысшы персоналдың еңбек жағдайын жақсарту;
  
• 
  өндірістің мәдениетін жоғарылату.
  

1. 
   Мыс штейнін алу процессінің қысқаша сипаттамасы
   

Мыссыздандыру бұл – қорғасынды рафинадтау кезендегі күрделі операция болып табылады. Ол пирометаллугиялық және электролиттік рафинадтау әдістері үшін міндетті болып табылады. Қорғасынды мыстан тазалау екі сатыда жүреді.

Бірінші сатысы температураны азайту арқылы қорғасындағы мыстың ерітіндісін төмендетуге негізделген. Қара қорғасынды 700-9000C – тан экветика температурасына дейін салқындатқан кезде Pb – Cu жүйесіндегі мыстың құрамы 0,06% және одан да төмен басақа қоспалар бар кезде төмендейді. Мыстың пайда болған кристаллдары, оның қосындылары мен қатты ерітінділерінің тығыздығы төмен болады және жоғарғы бетіне қалқып шығады. Мыс шликерін шумовка арқылы алып тасталанады. Шликерлерді алу кезенде 5-20% қорғасын ұсталынып қалады. Олар қара қорғасынның салмағаның 10-30% - ын құрайды.

Рафинациялаудың бұл сатысын екі рет жүргізеді. Неғұрлым температура жоғары болған сайын, соғұрлым шликер құрамындағы қорғасын төмен болады, сондықтан құрғақ шликерлерді құрамында 10-30%Cu, 50-70%Pb, 550-5600C температура кезінде алады.

Құрғақ шликерлерді қорғасыннан алған соң 0,5-0,6% Cu қалады. Ары қарай мысыздыадыру үшін ерітіндінің температурасын 360-3700C – қа дейін төмендетеді және қорғасыны жоғары шликерлерді алады. Майлы шликерлерді процестің басына қайтарады. Бұл алынулардың қара қорғасынның массасының 2-3% - ын құрайды.

Екінші стадияның – жіңішкелеп мыссыздандыру негізінде ерітілген мыстың күкіртпен химиялық реакциясы болып табылады. Ваннаның температурасын 340 – 3450С дейін төмендетеді және араластырғыштың көмегімен күкіртті қосады. Операцияны өткізу жағдайында күкітттің мысқа жақындығы қорғасынныңкіне қарағанда жоғары. Пайда болған мыс сульфиді қорғасында ерігіштіг шектелген және тығыздығы төмен болады. Сульфидті шликерлердің массасы қорғасынның 2-5% - ды құрайды. Оның құрамында 1-5%Cu, 3-4% S, қалғаны қорғасын. Бұл шликерлер айналымдағы өнім болып табылады. Қорғасындағы мыстың қалдығы 0,005% - дан көп болмайды. Екі стадияны да рафинациялау қазандықтарында жүргізеді.

Технологиялық процестің өрт кауіпсіздігі көбінесе физико – химиялық қасиеттерімен анықталады.

Ғимараттар мен бөлмелердің өрт және жарылыс қауіпсіздігі көрсеткіштерін категориялауда қолданылады, ГОСТ талаптарына сай құралады. ГОСТ – тар келесі талаптарды өрттің және жарылыстың алдын алу жүйесін анықтайды, өрттен және жарылыстан қорғау талаптарына ұйымдастыру және технологиялық шаралар қолданылады. Бұдан басқа, олар басты терминдермен анықтамалар, техникалық құжаттарды толтыруда қоладанылады.

Мыш штейнын алу процесінде дірілдеуді қарастырамыз. Дірілдеу бұл қатты бөлшектердің тербелісі, аппараттардың бөлшектері, машиналар, жабдықтардың, адам денесімен қабылданатын құбылыстар шайқалу ретінде дірілдеулер естілетін дауыстармен жүреді.

Орнықты дірілдеулер құралдардың және жабдықтардың тербелісі, дененің әр бөлігіне беріледі.

Жалпы дірілдеуде тербелістер бүкіл денеге жұмыс істеп тұрған механизмдерден жұмыс орнында еден, орындықтар және жұмыс алаңы арқылы берілді.

Ең қауіпті дірілдеудің жалпы жиілігі 6 – 9 Гц диапазонында жатыр, себебі адамның ішкі органдарының тербелісімен сәйкес келуі мүмкін, осының нәтижесінде резонанс орнайды.

Дірілдеуді сипаттайтын басты параметрлер – жиілік f (Гц); қозғалу амплитудасы; тербеліс жылдамдығы V(м/с).

Дауыстар ретінде адаммен қабылдайтын жиіліктері бар, олар: 16, 32, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.

Дірілдеудің параметрлерінің өзгеру диапазоны тыс мән болса, бұл түрде ол қауіпті емес, бірақ үлкен, сондықтан бұлардың нақты емес мәндерін өлшеу ыңғайлы, нақты мәнмен тыс мәннің логарифмдерінің емес. Бұл шама параметрлердің логарифмдік теңдеуі деп аталады, ал өлшем бірлігі – децибел.
1.2 Мыс штейнін алу процессінің физико – химиялық негізі
Қондырғыларда мыс құрамдас қорғасынды айдау үшін тасымалдаушы, циркуляциялаушы және құрылғылар болмағандықтан оны қолдану кезінде қарапайым және сенімді етеді.

Көп мөлшердегі шлактардың және магнетитті коркалардың пайда болуын азйту үшін сульфидизатор ретінде 60-65% Pb, 1-2% Fe, 14% S құрамдас сульфидті қорғасын концентратын қолданады. Мыс және сода концентраттарының өзара әсер ету реакциясы есебінен мыссыздандыру кезеінде қорғасын ерітіліп шығады.

Концентраттың шығыны қара қорғасындағы мыстың және штейндегі қорғасынның құрамымен анықталады.

4PS + 8NaOH = 4Pb + 3Na₂S + Na₂So₄ + 4H₂O (1.1)

4PbS + 4Na₂CO₃ = 4Pb + 3Na₂S + Na₂So₄ + 4CO₂ (1.2)

Бұл реакциялар ΔG – дің үлкен өзгеруімен жүреді және сульфидтен қорғасынды қалпына келтіру үшін бағытталған

4PbS + 4Na₂O = 4Pb + 3Na₂S + Na₂SO₄ реакциясындағы ΔG – дің мәні түрлі температураларда төменде келтірілген:

Шихтаның құрамына біршама мөлшерде кварцты флюсті қосады. Шлактың оптималды құрамы 1000⁰С балқу температурасы кезінде флюстің минималды шығыны келесідей 21-21% FeO, 22-24% SiO2, 7-13% CaO, 4% Na2O және 5-10%ZnO.

Штейнды және шлакты пештің қарама – қарсы ұзын бетінде орналасқан жақтаулары реттелетін терезе арқылы шығарылады. Шлак-штейнды қоспаның биіктігі 100-300мм – ге жетеді. Ең алдымен шалкты одан кейін штейнды шығарады. Котел-миксерде қорғасынның ары карай мұздатылуы және мыстың қалдықтарын шликерлер түрінде шығару жүзеге асады. Оларды қазандықтың жоғарғы жағынан кранмен бөліп алады және құйғыш машина арқылы пешке құяды.

Қорғасынды мыссыздандыру пешінің және шаңдылығы 1-3 м³/сағ штейннің газдары скрубберде мұздатылады және плавильді шахталы пештердің газдарымен қосылғаннан кейін тазалауға жіберіледі.
1.4 Мыс штейнін алу процессінің берілген басқару жүйесінің жазбасы
Бұл жүйені бақылауға және реттеуге қарапайым басқару жүйесі қолданылды. Технологиялық параметрлердің мәндерін өлшеу және көрсету құралдардың дәлдігі төмен және қателіктері жоғары болуының салдарынан үрдісті белгіленген жоба бойынша жүргізу көп қиындықтар туғызды. Сол себепті қондырғыда өтетін үрдістердің жалпы тұрақты жұмыс істеуі дәрежесі жеткілікті болмады. Көрсету және реттеу құралдарының мәндерін жылдам және тікелей қабылдау, өңдеу және қайта жіберу жүйесі нашар бейімделген. Сонымен бірге үрдісті жүргізу уақытында бөлінетін зиянды заттар, қорғасынның булары және аэрозольдары, күкіртті ангедрид, шахталы балқыту шлактарының шаңдары, жұмысшылар денсаулығына зиян келтіріп қана қоймай бақылау және реттеу құралдарының жұмысына да кері әсер етті. Мыс штейнын алу үрдісі кезінде бөлінетін түтінді газдардың шоғырлануы жоғары болуынан қолданылып жатқан жеңді фильтрлер зиянды заттардың барлық көлемін толығымен санитарлы нормаларға дейін тазалау мүмкіндік туғызбады. Сол себепті зиянды заттардың көп бөлігі атмосфералық ауаға тасталынып отырды.

Мыс штейнын алу үрдісінде келесі автоматты бақылау және реттеу контурлары қолданылған.

1. Пештегі жалпы газдың шығынын автоматты реттеу.

2. Табиғи газ – ауа қатынасын автоматты түрде реттеу.

3. Оттықтарға ауаны үрлеуді автоматты реттеу.

4. Газды автоматты таратуды реттеу.

5. Мыс штейнін пешінің және оттықтардың суыту элементтерінің дұрыстығын автоматты бақылау.

Барлық автоматты реттеу жүйесінде электронды реттегіш РПиБ қолданылады.

Судың суыту ортысының белгіленген мәннен ауытқуды сигналдау үшін орталықтандырылған «АМУР-80» бақылау машиналары қолданылған. Жергілікті қалқандарда оттықтарға берілетін ауа және табиғи газ шығынын бақылайтын және қазанда газдың сұйылту және қоректендіруші судың шығынын реттейтін құралдар орнатылған.

Берілген автоматтандыру жүйесі толығымен ескірген. Негізінен басқару жүйесі температура параметрлерін М-64, Л-64 типті логометрлер және миливольтмертлермен реттеу жүргізіледі. Екіншілі құралдар ретінде КСМ-3 автоматты көпірлер қолданады. Қысымды өлшеу КСД-3 үлгілі дифференциалды – трансформаторлы өлшеу схемасымен жүргізіледі. Шығынды өлшеу құрамында дифманометрі бар диафрагмалар қолданады.

Берілген мыс штейнын үрдісінің өнімділігі төмен. Сол себепті штейн үрдісінің негізгі өнім параметрлерін берілген ережеде көрсеткендей етіп ұстау, жаңа басқару жүйесін ендіре отырып жоғарғы экономикалық эффект алуға, профилактикалық жұмыстардың ұзақтығын қысқартуға, фьюмингтеу үрдісінің өту уақытын азайтуға, шлактан алынатын мырыштың көлемін және сапасын жоғарылату қарастырылу қажет.

Ол үшін жүйені қайта жөндеуден өткізу керек.

Осыған байланысты АҚ «ПК «Южполиметалл» мыс штейнын алу қондырғысын қайта құру. «Мыс штейнын алу қондырғы» жобасы жоспарланып отыр. Бұл жоспар комплексті жобаның бір бөлімі болып табылады. Жоба сәйкес нормалар және қауіпсіздік техника ережелерін сақтап күші бар стандарттармен және басшылық ететін материалдармен сәйкес орындалған.
1.5 Патенттік материалдар және техникалық әдебиеттерді талдаудың нәтижесі
Жобалау тапсырмасына байланысты, берілген бөлімде, техикалық сипаттамаларды, қоодану аймағын, Қазақстан Республикасының химиялық, мұнайхимиялық және басқа да экономика салаларында қолданылатын автоматтандыру құралдарының техникалық мүмкіндік спектрнің, патнеттік ізденіс өткізу есебі қойылады.

Ең алдымен мұндай түрдегі зерттеуді жүргізу, экономиканың түрлі сфераларына шет ел инвестицияларының түсуі, соның ішінде дамыған елдердің алдыңғы қатарлы автоматтандыру жүйелері мен құралдарының келуімен түсіндіріледі. Сондықтан мұндай анализдің өткізілуі, технологиялық процесстердің басқару және бақылау процессі кезіндегі автоматтандыру құралдарының белгілі техникалық комплексін іске қосумен сипатталады. Екіншіден техникалық әдебиеттердің және патенттік материалдардың анализі автоматтандыру жүйелерін және құралдарын таңдау, сатып алу және монтаждау бойынша шешімдерді мүмкіндік береді. Үшіншіден техникалық және программалық құралдардың анализі алдыңғы қатардағы технологияда дайындау және көтеп енгізілуі, құрастырылып жатқан автоматтандыру құралдарының сатып алуға кететін шығыдарды төмендетеді және технико – экономикалық эффективтілігі жоғарылайды

2.1 Басқару критерийін жасау мақсаты және құрастырылатын автоматтандыру жүйесіне қойылатын талаптар

Жобаланып жатқан автоматтандыру жүйесі мына жағдайларды қамтамасыз ету қажет:

• 
  Технологиялық регламентке сәйкес дайын өнімнің максималды шығуын;
  
• 
  Толық технологиялық үрдістің жүруін тұрақты бақылау;
  
• 
  Үрдістің өтуіне әсері бар барлық параметрлерді тұрақтандыру;
  
• 
  Негізгі технологиялық аппараттардың қалыпты жұмыс істеуі;
  
• 
  Қоршаған ортаны қорғау шараларды ұйымдастыру;
  
• 
  Жұмысшылардың жұмыс жағдайының қауіпсіздігі;
  

Мыс штейнын алу үрдісінің автоматтандырылған жұйесін жасау мақсатымыз, берілген негізгі параметрлерді регламент бойынша ұстану және жаңа басқару есептеу комплексін енгізу арқылы максималды экономикалық тиімділікке жету; профилактикалық жұмыстар периодын және ұзақтығын қысқарту, технологиялық қондырғының тоқтау уақытын қысқартуына әкеледі, технолог–операторлар және қызмет көрсету персоналының жұмыс уақытын қысқарту, реттеу сапасын жақсарту, оптималды реттеу есебінен, қоршаған ортаға қалдықтар тасталуын қысқарту.

Технологиялық объектіні басқаруының ТПАБЖ көмегімен жалпы мақсаты басқару критериінің талаптарын орындалу экстрималды мәнін ұстап тұру, басқару әсерінің мүмкін мәндер жиінін анықтайды.

Бұрын жасалған ТПАБЖ-не қарап жобалаумызға байланысты, жаңа ТПАБЖ жасау мақсатымызға келесілер кіреді:

– тез орындалатын және тактілі АРЖ қолдану; мысалы: каскадты;

– ескірген техникалық автоматтандыру жабдықтарын жаңаларына ауыстыру.

Осының барлығы біздің технологиялық үрдісті автоматты басқарудың жалпы мақсаты болып табылады. ТПАБЖ технологиялық басқару объектісінде қабылданған басқару критерийлерін орындауға және өңдеуге арналған.

Жаңа автоматтандыру жұйесі үрдісті реттеудің оптималды сапасын қамтамасыз ету және үрдістің жүру туралы толық көрініс беруі қажет. Үрдіс туралы ақпаратты көрнекті және қолайлы формада беру қажет, оператор техникалық үрдістің жүруін бақылауға, басқаруға және авариялық жағдайларды болдырмауға және үрдістің жүруін керекті технологиялық режимге қайтаруға мүмкіндік беру, қоршаған ортаның лайықсыз жағдайларына тұрақты болуы тиіс, жөндегенде және техникалық қызмет көрсеткенде ыңғайлы болуы тиіс [2].

Технологиялық басқару обектісінің анализдерінің нәтижесіне қарап, оның ішінде термо-химиялық, химиялық, жылуалмасу үрдістердің болып жатқанын көреміз. Осының нәтижесінде толық жүйені қарапайым бөліктерге бөліп қарастыруға болады.

Технологиялық басқару объектісінің декомпозициялық схемасы келесідей:

Сурет 2.1 – Мыс штейнын алу қондырғысының декомпозициялық схемасы

1 – Шағылғыш пеш

2 – Котел – миксер

3, 4, 5, 6 - бункерлер

Реламентпен бекітілген, мыс штейнын лу қондырғысында болып жатқан үрдістер алдында қойылған басқару міндеттерін шешкенде технологиялық параметрлердің барлық шектеулерін орындалуына қол жеткізуіміз қажет.

Үрдіске әсер ететін факторлардың көптігінен толық бөлім үшін осы міндетті шешу көп еңбекті қажет етеді. Осыдан келіп айнымалылар саны көп емес және өзіндік басқару міндеттерімен сипаталатын және олар режимді параметрлерді тұрақтандыру арқылы онай шешілетін толық үрдісті типті бөлімдерге бөлеміз.

Мыс штейнын алу қондырғысының негізгі аппараты шағылғыш пеш болып табылады.

Үрдісті басқару регламентпен қойылған жалпы міндеті: технологиялық параметрлердің шектеулерін орындағанда кейбір шектеулерді максималдау деп тұжырымдалады.

Бөлек қондырғыларды басқару міндеттері өлшенген режимді мәндер арқылы оңай анықталатын технологиялық параметрлер немесе критерилерді үйлесімді басқаруға бағытталған.

Қондырғылардың жұмысын реттеу және бақылау, ауаны бөлу қондырғының механизмдері және аппаратуралары технологиялық режимінің тиімділігіне жету, электр энергия және материалдардың меншікті төменгі шығыны арқылы, мыс штейнын алудан шыққан өнімдердің максималды шығысы және бекітілген сапаға жету көзделеген.

Өндіріс құралдары және автоматтандыру жабдықтары көмегімен өлшенетін мыссыздандыру қондырғысының негізгі параметрлері болып: қара қорғасынның температурасы және газдың (ауа, газ) температурасы және қысымы; қара қорғасын мөлшері; табиғи газдың және ауаның шығындары.

Мыс штейнын алу өндірісіндегі автоматтандыру жабдықтар және құралдарға қойылатын талаптар, біріншіден ортаның қасиеттерімен анықталады, олардың параметрлері өзгермелі. Мыссыздандыру қондырғыларымен жанасатын датчиктер торабының материалдарын таңдағанда штейнның температурасын ескеру қажет.