Автоматизация процессов приготовления асбестоцементной массы

Замена асбеста на другие материалы сопряжена с одной щекотливой проблемой - насколько долговечными окажутся изделия с применением заменителей. Напомним, что подобные материалы выпускаются относительно недавно, чуть более 10 лет, но поступающая информация не внушает достаточного оптимизма. По данным технической службы США, в последние несколько лет участились сообщения о проблемах, связанных с безасбестовыми кровельными материалами, причем, сообщения касаются изделий, изготовленных разными производителями. И еще одна проблема, которую признали сами европейцы, - аллергия на заменители асбеста. В Швеции последнее время острейшей проблемой стал синдром аллергенных домов, в Германии резко увеличилось количество профессиональных заболеваний строителей, работающих с заменителями асбеста. Именно эти страны в числе первых отказались от использования асбеста в строительстве.

Правильность выбранной Россией позиции подтверждает тот факт, что Международная организация по стандартизации (ISO) разработала для асбестовой и асбестоцементной отраслей промышленности стандарт ISO 14001 по безопасности для окружающей среды. Международное агентство по изучению рака в 1995 году назвало металлургию и промышленность пластмасс основными источниками канцерогенов, но не асбестоцементная ни асбестодобывающая промышленность в перечень не включены.

 

 

II ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

2.1. Описание процесса приготовления асбестоцементной массы

 

Асбестоцементная масса – это смесь, состоящая из трех компонентов: цемента, асбеста и воды. Асбест в асбестоцементе является арматурой и для наиболее эффективного проявления армирующих свойств его нужно соответствующим образом приготовить. Суть подготовки асбеста заключается в том, чтобы как можно больше развить поверхность асбестовых волокон или, как принято говорить в асбестоцементной промышленности, увеличить степень его распушки. Достигается это путем предварительного раздавливания пучков волокон катками бегунов, а затем расщеплением в водной среде. После достижения определенной степени распушки асбест смешивают с цементом и  в виде асбестоцементной суспензии подают на формовочные машины. Следует иметь в виду, что на распушку подают так называемую смеску – шихту, состоящую из нескольких сортов и текстур асбеста. Соотношение сортов и текстур устанавливают технологической картой.

 

2.2. Описание системы автоматического регулирования процесса приготовления асбестоцементной массы.

 

Автоматизация процесса подготовки асбестоцементной массы должна обеспечить требуемую дозировку компонентов, распушку волокон асбеста, смешивание цемента и распушенного асбеста с водой и регулирование подач асбестоцементной массы в производство.

Автоматизация процессов приготовления асбестоцементной массы на различных заводах в зависимости от наличия оборудования, его компоновки и т.п. решается по-разному. В общем виде систему автоматизации заготовительного отделения с учетом достижений асбестоцементных передовых предприятий можно представить так, как она показана на рис.1. Основная задача этой системы состоит в том, чтобы обеспечить устойчивую работу формовочных машин путем своевременной подачи заданного количества асбестоцементной суспензии, имеющей высокое качество. Необходимое количество суспензии получают за счет точного дозирования сырьевых компонентов, высокое качество же обеспечивают за счет точного соблюдения параметров их обработки.

Cистема автоматизации предусматривает:

1) двухпозиционный контроль уровня  асбеста в бункерах; в зависимости  от степени заполнения бункеров  производится подача асбеста  или прекращается его поступление в бункера;

2) контроль поступления асбеста  с конвейера в бегуны, необходимый  для своевременной сигнализации  о наличии или отсутствии асбеста  на нем; эту величину контролируют при помощи отклоняющейся под воздействием массы асбеста пластинки, связанной с конечным выключателем и устанавливаемой на входе в бегуны;

3) двухпозиционный контроль заполнения  бункера цементом; при достижении верхнего или нижнего уровня подается сигнал, воздействующий на краны подачи цемента.

В голлендерах и смесителях уровень контролируют в трех точках, а в дозировочном бачке воды у бегунов – в двух. Сведения об этих параметрах необходимы для дозирования воды в суспензию. Степень распушки определяют лабораторным путем, потому что автоматического прибора для контроля этого параметра еще не создано. Уровень суспензии в ковшовой мешалке контролируют в двух точках.

Система автоматического регулирования действует следующим образом. Растаренный асбест разных марок в заданном весовом количестве засыпается в приемный бункер смесителя, перемешивается шнеками смесителя и поступает в бегуны для обмятия. В начале процесса обмятия в бегуны подается порция воды для увлажнения. Обмятая на бегунах порция асбеста периодически выдается в мешалку, в которую также периодически подается вода в заданном количестве.   Из   мешалки   водная  суспензия асбеста насосом перекачивается в голлендер, куда из дозатора подается порция цемента. Приготовленная асбестоцементная масса из голлендера периодически поступает в ковшовую мешалку для непрерывной подачи на формовочные  машины.

В значительной мере качество продукции определяет распушка асбеста. Различают  три   вида   распушки:   сухую,   мокрую  и полусухую. При сухом способе распушку производят на бегунах и пушителях. В бегунах разминаются пучки асбеста, нарушается связь между волокнами, а в пушителе (дезинтеграторе) происходит дальнейшее расщепление размятых пучков на отдельные волокна. В настоящее время для обминания асбеста все большее распространение получает валковая машина. В отличие от бегунов эта машина выпускает высококачественный обмятый асбест непрерывным потоком. Окончательно асбест распушивается в голлендере, а затем в него добавляют цемент и воду и перемешивают до получения однородной асбестоцементной массы. Голлендер представляет собой металлическую или железобетонную ванну, разделенную посередине продольной перегородкой, не доходящей до краев. В одной половине ванны расположен барабан, снабженный стальными ножами. Под барабаном на дне ванны помещена чугунная коробка, в которой находится гребенка, расположенная под углом 1,5...2,5° к оси барабана. Ванну наполовину заполняют водой, затем подают предварительно распушенный асбест. При вращении барабана (180... 240 мин) смесь увлекается в зазор между ножами барабана и гребенкой, перебрасывается через горку, проходит по ванне и вновь попадает под барабан. Циркуляция смеси продолжается до 10 мин, степень распушки волокна при этом должна составлять 90...95%. Затем загружают цемент, добавляют воду и производят дополнительное перемешивание. К концу перемешивания почти весь цемент адсорбируется на волокнах асбеста. Голлендер — аппарат периодического действия. Для непрерывного питания формовочной машины необходимо создать запас асбестоцементной массы в ковшовом смесителе (чане), который бы периодически пополнялся из голлендера. Перемешивание находящейся в ней массы осуществляется крестовиной с лопастями. На одном валу с крестовиной находится каркасный круг — «ковшовый элеватор». Ковши зачерпывают массу из чана и подают в приемную коробку листоформовочной или трубоформовочной машины. В настоящее время на предприятиях внедряются голлендеры непрерывного действия большой производительности. Вода и асбест непрерывно загружаются в ванну с одного конца голлендера, а готовая асбестовая суспензия выливается с другого конца. Производительность голлендера непрерывного действия соответствует производительности валкового обминателя.

 

2.3. Описание системы автоматического регулирования температуры воды в рекуператорах.

 

Воду в бегуны, распушители и смесители, необходимую для получения асбестоцементной массы требуемого состава, дозируют по времени, массе и уровню. Для поддержания постоянного гидростатического напора во всей системе регулируют уровень воды в рекуператорах, и в частности в сборнике чистой воды. Регулирование двухпозиционное с воздействием на регулирующий клапан. Кроме того, автоматически регулируют температуру воды изменением расхода пара в рекуператоре.

Рекуператорное отделение предназначено для очистки обработанной воды от примесей и для подогрева воды, поступающей обратно в производство. Температура технологической воды относится к фактору, ускоряющему коагуляцию волокон асбеста. Оптимальная температура суспензии, обеспечивающая наилучшие условия для адгезии зерен цемента к волокнам асбеста, зависит от минералогического состава цемента и его дисперсности. Температура воды является одним из существенных факторов, влияющих на фильтрационную способность асбестоцементной массы и производительность листформовочных машин. Таким образом, система автоматического регулирования должна обеспечивать температуру воды в рекуператорах, возможно более близкую к оптимальной.

Рекуператор, применяемый для рекуперации — очистки технологической воды с целью повторного ее использования, представляет собой сварной резервуар цилиндрической формы с коническим днищем. В процессе очистки технологической воды в рекуператоре происходит разделение ее на два потока;  первый — насыщенный зернами цемента и волокнами асбеста и второй — в большей  мере  очищенный  от  них. Технологическая вода от формовочных машин центробежными насосами подается в центральную трубу рекуператора и опускается по ней до начала конического днища. В результате того, что центральная труба расширяется к низу, скорость движения воды к выходу из нее несколько снижается. На выходе же из центральной трубы скорость воды резко снижается, затвердевшие крупные частицы цемента и асбеста продолжают по инерции двигаться в зоне конического днища вниз, при этом вода разделяется на два потока: один (больший), огибая центральную трубу и изменяя направление движения на 180°, поднимается по цилиндрической части рекуператора; другой (меньший) направляется в конусное днище, где отводится   через   проходной    кран. Скорость движения (подъема) воды по цилиндрической части рекуператора не должна превышать 3 мм/с. При такой скорости мелкие частицы цемента и волокна асбеста оседают и опускаются в коническое днище рекуператора. В результате этого вода, поднимающаяся по цилиндрической части рекуператора, очищается от частиц цемента и волокон асбеста, а вода в коническом днище насыщается ими. Поступившая наверх рекуператора очищенная вода через край корпуса по всей его окружности переливается в кольцевой желоб и по нему подается в сборник очищенной воды и далее направляется в производство.  Насыщенная вода из нижней части конического днища через проходной кран поступает на разжижение асбестоцементной массы.

В состав автоматического регулирования температуры воды в рекуператорах (рис.2) входят следующие элемента: термометры сопротивления, автоматический показывающий, записывающий и регулирующий трехточечный мост, регулирующий клапан с электроприводом и дистанционный указатель положения клапана. Термометры сопротивления установлены в каждом рекуператоре и подключены к мосту, но только термометр рекуператора чистой воды действует на регулятор,  а остальные два служат для контроля. Регулирующий клапан установлен на паропроводе рекуператора чистой воды.

Схемой предусмотрены два режима работы системы регулирования температуры воды: автоматический и дистанционный, который предусмотрен для ремонтных работ и в случае отказа автоматики. Схема обеспечивает поддержание заданной температуры воды в пределах ±2ºС, что соответствует техническим требованиям для нормальной работы машин. Внедрение этой системы позволяет увеличить производительность машин и снизить потери от брака более чем на 10%.

 

Рис.2. Принципиальная схема автоматического регулирования температуры

воды в рекуператорах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приборы  на щите

Приборы  на  щите оператора

Количество асбеста

Уровень асбеста в бункерах

Уровень цемента в бункерах

Расход цемента

Тонина помола цемента

Расход асбеста

Дозирование воды в бегунах

Распушка асбеста

Дозирование воды в распушитель

Фильтрационные свойства цемента с заданием по составу асбеста ХМС и тонины помола цемента

Дозирование воды в смеситель

Уровень сигнализации в ковшовой меша

Контроль

Регулирование и сигнализация

Контроль

Регулирование

Сигнализация

 

iii. Раздел автоматизации

 

3.1. Исходные данные к проекту

 

1.  Регулируемая величина: Температура воды в рекуператоре.

2.  Объект автоматизации: Рекуператор.

3. Исходные    данные    для    идентификации    объекта    автоматизации – dan(1401:1500).

4.  Интервал измерения (время  дискретизации) - Тs= 7 с.

5.  Передаточные функции:

•  Датчика: Кg = 0,6.

•   Регулируемого органа: Кро = 0,15.

•   Исполнительного механизма: .

 

3.2. Описание решаемой задачи автоматизации

 

Выбираем контур регулирования температуры воды в рекуператоре, из общего процесса регулирования (Рис.3).

                                                

 

На основе функциональной схемы контура САР процесса регулирования температуры воды в рекуператоре, составим структурно-функциональную схему (Рис.4), для определения автоматического регулятора.

 

 

 

 

На структурно-функциональной схеме приняты следующие обозначения:

З – Задатчик; Р – регулирующий орган; ИМ – исполнительный механизм;      ТОУ – технологический объект управления; Т – датчик температуры.

 

В системе автоматизации процесса приготовления асбестоцементной массы предъявляются специальные требования, которые должны обеспечить следующие положительные эффекты:

1. сокращение расхода топлива

2. увеличения качества продукции

3. уменьшения брака

Для получения таких положительных эффектов автоматическая система регулирования должна удовлетворять следующим требованиям:

•   Обеспечить статическую ошибку - не более 5 %.

•   Максимальное перерегулирование  - не более 10 %.

•   Время регулирования tр - не более 200 с.

•   Время нарастания - не более 35 с.

•   Запас устойчивости по амплитуде - не менее 10 дБ.

•   Запас устойчивости по фазе - от 30 до 80 град.

Для анализа САР процесса регулирования температуры воды в рекуператоре, составим алгоритмическую схему (Рис.5).

 

 

 

 

 

Для большинства элементов системы автоматизации, математические модели статических и динамических свойств известны:

Датчика: Кд = 0,6;  Регулируемого органа: Кро = 0,15;

Исполнительного механизма: .

Из-за недостаточной изученности ТОУ, для получения его математической модели, воспользуемся статистическими данными, полученными экспериментально, т.е. проведем идентификацию объекта автоматизации.