· Развернутое НСИ;

· Возможна работа АПГ.

Вывод информации:

· Набор сводок;

· Вывод информации в графическом виде;

· Список событий.

Недостатки:

· Надёжность системы зависит от надёжности связи с групповымконтроллером;

· Возможности системы ограничены возможностями группового контроллера;

· Микроконтроллер самостоятельно поддерживает только простые алгоритмы управления МНР и таймерное АПГ;

Распределенная система тип 2 «Тролль», (рис 4.7):

Создана в средине 90 годов, используется до настоящего времени.

Краткое описание работы системы:

Блок управления двумя электролизёрами самостоятельно обрабатывает информацию и принимает решение на регулирование по полному перечню алгоритмов. БУ передает хранимую информацию на верхний уровень (База данных).

С верхнего уровня можно перепрограммировать БУ или изменить его настройки. Мониторы, подключенные к верхнему уровню через общезаводскую сеть, отображают информацию в режиме реального времени.

Рис. 4.7 «Структурная схема распределенной АСУТП тип 2»

Схема построения:

· Верхний уровень - для хранения архивных данных, НСИ, связь с заводской сетью;

· Нижний уровень (БУ) - для расчёта управляющих воздействий, хранение текущих данных;

· Контроллер тока и напряжения серии - для передачи данных о токе и напряжении серии в БУ и на верхний уровень;

Возможности настройки:

· Нет необходимости в программисте, все изменения в алгоритмы вносятся технологами самостоятельно;

· Развернутое НСИ;

· Возможна работа АПГ с поддержанием концентрации по градиенту напряжения.

Вывод информации:

· Набор и формирование сводок;

· Вывод информации в графическом виде;

· Список событий.

Недостатки:

· Система требует более высокого уровня подготовки технологов.

4.2.2 использование АСУТП на отечественных алюминиевых заводах

На сегодняшний день структура применения различных АСУТП на отечественных заводах выглядит следующим образом (рис. 4.8):

Для получения высоких технико-экономических показателей очень важно применить эффективную автоматизированную систему управления технологическим процессом. В проекте предлагается АСУТП «Тролль-5».

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.8 Виды АСУТП электролиза на алюминиевых предприятиях



4.2.3 АСУТП «ТРОЛЛЬ-5»

Далее по тексту, вопросы рассматриваются применительно к современнымсистемам АСУТП, в первую очередь АСУТП «ТРОЛЛЬ-5».

Возможности, которые предоставляет АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» компании «ТоксСофт», можно условно разделить на две группы - прямо влияющие на эффективность электролиза и те, которые создают предпосылки, позволяющие улучшить технологию производства.

К первым, несомненно, относятся алгоритмы предупреждения анодных эффектов и ликвидации нестабильных колебаний напряжения в ванне.

Ко вторым относятся эффективность обнаружения сбоев оборудования, максимальная защита технологического оборудования, контроль над соблюдением технологической дисциплины, широкие возможности анализа протекания технологического процесса и эффективные рычаги влияния на него.

Главными достоинствами системы являются:

* Полный контроль и управление процессом подачи энергии в каждый электролизёр;

* Полный контроль и управление технологическим процессом электролиза алюминия в масштабах корпуса, цеха, завода.

Решение перечисленных выше задач невозможно без объединения в одном комплексе трех составляющих: технологического оборудования, комплекса управляющих технических средств, современных мощных алгоритмов обработки информации.

В АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» входят следующие компоненты:

* Комплекс управляющих технических средств «ТРОЛЛЬ-5», включающий в себя блоки управления электролизёрами, сетевое и компьютерное оборудование;

* Программное обеспечение «ТРОЛЛЬ-5», включающее в себя программное обеспечение управления электролизёрами, программное обеспечение анализа накопленной информации и подготовки отчетов, системное программное обеспечение;

4.2.4 Функции АСУТП «ТРОЛЛЬ-5»

АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» предназначена для автоматического управления технологическим процессом электролиза алюминия в масштабах электролизного корпуса, серии, цеха или завода и выполняет следующие функции:

Функции контроля и управления технологическим процессом:

· Измерение и сглаживание напряжения электролизёра - комплекс обеспечивает замер напряжения на каждом электролизёре один раз в 55 миллисекунд. Измеренное напряжение сглаживается и усредняется каждую секунду, 3 секунды и 3 минуты. Также происходит вычисление приведённого напряжения для каждого электролизёра.

· Поддержание межполюсного расстояния (МПР) - на основании вычисленного приведённого напряжения автоматически выдаются сигналы на двигатели перемещения анода для удержания заданного МПР электролизёров.

· Обнаружение и устранение МГД-нестабильности (волнения) -- автоматически определяется наличие волнения в электролизёре путем выделения характерных колебаний напряжения электролизёра. При превышении амплитуды волнения над пороговым значением автоматически повышается напряжение уставки, а после гашения волнения уставка снижается по заданному алгоритму.

· Обнаружение и сопровождение анодных эффектов (АЭ) - комплекс определяет наличие АЭ и выдает соответствующее предупреждение: зажигает лампу на электролизёре, информирует оператора на верхний уровень и выдает голосовое сообщение по громкоговорящей связи в корпус. Во время АЭ система подает необходимое для гашения АЭ количество глинозёма (при помощи АПГ) в электролизёр. Алгоритм корректно определяет повторные анодные эффекты.

· Управление частотой АЭ - комплекс не только поддерживает заданную частоту АЭ для каждого электролизёра, но и позволяет задавать время каждой вспышки. Комплекс предоставляет возможность «заказать» внеплановый анодный эффект.

· Контроль шумов электролизёра - алгоритм анализирует шумы, выдает информацию и пытается минимизировать среднюю амплитуду шумов.

Функции сопровождения регламентных операций:

· Управление при выливке металла - комплекс обеспечивает сопровождение выливки металла, стабилизирует тепловой баланс электролизёра, контролирует правильность действий технологического персонала.

· Подергивание анодного кожуха - функция автоматической компенсации изменения положения анодного кожуха при сгорании анода (для электролизёров с верхним токоподводом).

· Перестановка штырей - производится автоматическое сопровождение перестановки штырей для электролизёров с верхним и боковым подводом тока. Комплекс обеспечивает два режима перестановки штырей.

· Сопровождение режимов электролизёра - комплекс обеспечивает специальные режимы для пусковых электролизёров и для электролизёров на капремонте.

· Сопровождение обработок - в случае, если технологическое оборудование АПГ не установлено или не функционирует, функция сопровождения поточных обработок позволяет задавать расписание обработок и корректно сопровождать как обработки по расписанию, так и обработки вне расписания;

· Перетяжка анодной рамы -- сопровождение регламентной операции для электролизёров с обожжёнными анодами и электролизёров с верхним подводом тока.

· Устранение перекоса анодной рамы - для электролизёров с двумя двигателями привода анода. Позволяет как вручную (с пульта БУ), так и автоматически (при наличии датчика перекоса, например, Компании «ТоксСофт») устранять перекос анодной рамы.

Дополнительные функции:

· Защита оборудования электролизёра - за счёт контроля токов двигателей комплекс позволяет выявлять проблемное оборудование и не допускает выхода из строя оборудования приводов анода на электролизёре.

· Измерение тока серии и напряжения корпусов - осуществляет контроллер тока и напряжения серии.

· Контроль «нуля» серии - является частью алгоритмов, реализуемых контроллером тока и напряжения серии.

· Контроль АЭ на соседних электролизёрах - комплекс корректно обрабатывает известный эффект, когда во время анодного эффекта на одном электролизёре, на соседних также возникают возмущения.

· Контроль гальванически связанных цепей - комплекс «ТРОЛЛЬ-5» обеспечивает полную электрическую изоляцию оборудования группы электролизёров. Алгоритм контроля не позволяет работать двигателям внутри группы одновременно, что позволяет избежать выход из строя оборудования из-за попадания потенциала серии.

· Контроль наружной температуры - при наличии датчика температуры окружающего воздуха (например, Компании «ТоксСофт»), комплекс отслеживает понижение температуры и автоматически переводит двигатели в зимний режим работы, корректирует уставки и т.п.

Структура комплекса технических средств

Структура комплекса технических средств (КТС) приведена на рис. 4.9. Основу аппаратного обеспечения системы составляют блоки управления электролизёрами «ТРОЛЛЬ-5», установленные в корпусе электролиза. Группа БУ соединена между собой по коаксиальному кабелю. Группы подключены по схеме «звезда» к концентратору сети корпуса (КСК), представляющего собой оптоволоконный хаб сети ArcNet. К концентратору подключается также и Контроллер тока и напряжения серии (КТНС), установленный на КПП, который производит замер и раздачу по блокам управления значения тока серии.

Концентраторы сети корпусов подключены по оптоволоконному кабелю к маршрутизатору системы «ТРОЛЛЬ-5». Маршрутизатор устанавливается в помещении пультовой АСУ ТП. Там же установлены серверы системы: сервер реального времени (СРВ) и сервер базы данных (СБД). С одной стороны, серверы получают информацию от маршрутизатора системы. С другой стороны, серверы открывают доступ к данным из заводской сети. Любой компьютер, подключенный к сети предприятия, может иметь доступ как к данным в реальном времени (через СРВ), так и к накопленным данным, сводкам, отчетам (через СБД).

В базовую поставку КТС «ТРОЛЛЬ-5» входят следующие компоненты:

· Технологическая сеть ArcNet - предназначена для организации обмена данными между блоками управления и программно-техническими средствами верхнего уровня; физически представляет собой оптоволоконную сеть ArcNet, которая обеспечивает передачу информации с гарантированным временем доступа и отсутствие коллизий. По сравнению с предыдущими версиями системы не претерпела значительных изменений за исключением того, что в качестве транспортного протокола теперь используется протокол TCP/IP.



Рис. 4.9 - Структура аппаратного обеспечения системы «ТРОЛЛЬ-5»

· Блоки управления «ТРОЛЛЬ-5» - предназначены для управления одним или двумя электролизёрами, выполняют автоматическое технологическое управление, оперативное управление с панели, временное хранение и передачу информации по сети; устанавливаются в непосредственной близости от подключаемых электролизёров.

· Контроллер тока и напряжения серии - предназначен для измерения тока и напряжения серии, передает данные по сети блокам управления нижнего уровня; устанавливается в помещении КПП.

· Сервер реального времени - осуществляет сбор оперативной информации и предоставляет возможности оперативного дистанционного управления. Организует совместную работу всех компонентов системы.

· Сервер базы данных - хранит архивную базу данных, обрабатывает запросы к ней со стороны различных клиентов, формирует сводки и отчеты.

· Сетевое оборудование верхнего уровня -- к сетевому оборудованию верхнего уровня относятся концентраторы сети корпуса и маршрутизаторы (роутерьО. Концентратор сети корпуса объединяет оптоволоконные лучи технологической сети корпуса в единый кабель. Маршрутизатор объединяет технологические сети корпусов в единую технологическую сеть участка, цеха или завода и осуществляет маршрутизацию пакетов данных, циркулирующих из сети верхнего уровня в технологическую и обратно. В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное устройство, так и обычный компьютер с соответствующим программным обеспечением.

· Рабочее место (АРМ) системы -- представляет собой персональный компьютер, подключенный к сети предприятия. На АРМе выполняется программа «клиент системы «ТРОЛЛЬ-5», настроенный для конкретных целей использования (МОНИТОР оператора, АРМ старшего мастера, генератор сводок, АРМ руководителя и т.п.).

Система сигнализации анодных эффектов

Система сигнализации АЭ предназначена для формирования звукового сигнала (сирены) в корпусе электролизного цеха при наступлении анодного эффекта на каком-либо электролизёре. В электролизном корпусе может быть размещено произвольное количество каналов сигнализации.

Концентратор сети корпуса предназначен для объединения оптоволоконных лучей технологической сети от групп БУ в один сегмент, который подключается к маршрутизатору через оптоволоконный кабель.

Маршрутизатор «Спайдер» предназначен для объединения технологической сети ArcNet и сети верхнего уровня Ethernet в единую транспортную магистраль, объединяющую верхний и нижний уровни комплекса технических средств управления.

Маршрутизатор представляет собой четыре промышленных компьютера фирмы Advantech, объединенных в одном шасси. Каждый компьютер, будучи соединен с сетью Ethernet верхнего уровня, с одной стороны, и с технологической сетью ArcNet через соответствующий КСК, с другой стороны, обеспечивает беспрепятственный пропуск только тех сетевых пакетов, которые относятся к «подведомственному» ему участку технологической сети. Так как в качестве сетевого транспортного протокола на всех уровнях используется протокол TCP/IP, маршрутизация сетевых пакетов обеспечивается стандартными средствами операционной системы, установленной на компьютере маршрутизатора.

Маршрутизатор в описанной выше конфигурации допускает подключение 9 корпусов, или электролизного цеха. Использование протокола TCP/IP позволяет легко наращивать сеть при подключении следующих цехов путем простого подключения дополнительных маршрутизаторов.

Компьютеры верхнего уровня

К компьютерам верхнего уровня относятся: сервер реального времени, сервер базы данных и компьютеры различных АРМ.

Серверы системы используются для хранения базы технологических параметров и для организации совместной работы программного обеспечения верхнего и нижнего уровней. Серверы также используются в качестве мостов между сетью верхнего уровня и сетью предприятия. В качестве серверов используются компьютеры на серверной платформе с повышенной надёжностью.

Компьютеры АРМ являются компьютерами в промышленном исполнении.

Подключение дополнительного оборудования

Комплекс технических средств «ТРОЛЛЬ-5» позволяет подключать дополнительное контрольно-измерительное и управляющее оборудование как компании «ТоксСофт», так и сторонних производителей.

Дополнительное оборудование (для контроля и управления процессом электролиза) к системе «ТРОЛЛЬ-5» подключается разными способами:

Подключение к Блоку Управления «ТРОЛЛЬ-5»

К блоку управления «ТРОЛЛЬ-5», через специализированный разъем, по сети RS-485 подключаются различные датчики (возможно подключение исполнительных устройств). В основном это два типа оборудования:

Датчики, постоянно установленные на электролизёрах. Например, датчик перекоса анодной рамы фирмы ТоксСофт. Датчик перекоса позволяет оперативно измерять угол перекоса анодной рамы, и соответственно автоматически выравнивать раму;

Переносные портативные приборы для разовых замеров. К таким приборам относятся разрабатываемые датчики температуры расплава и ликвидуса, а также датчик концентрации. При такой работе, прибор подключается к БУ «ТРОЛЛЬ-5», в нескольких секунд БУ опознает прибор и по мере (и по окончании) работы получает данные из прибора, хранит и передает далее на верхний уровень.

Подключение в технологическую сеть

Оборудование, которое работает на уровне группы электролизёров, корпуса или серии в целом, может быть подключено к технологической сети корпуса. К такому оборудованию относятся, например бригадный контроллер и шкафы работы с радиоприемниками крановых весов.

Структура программного обеспечения

Программное обеспечение АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» логически можно разделить на три основных компонента: программное обеспечение нижнего уровня, программное обеспечение верхнего уровня и сетевое программное обеспечение.

Программное обеспечение нижнего уровня

Программное обеспечение нижнего уровня входит в состав поставки блоков управления «ТРОЛЛЬ-5» и КТНС. Управляющие программы БУ «ТРОЛЛЬ-5» способны работать автономно и независимо от программного обеспечения верхнего уровня. Иными словами можно сказать, что основной интеллект комплекса сосредоточен на нижнем уровне и максимально приближен к основному объекту управления - электролизёру.

Программное обеспечение нижнего уровня создано на языке C++ в инструментальной среде Borland C++ 3.1.

Способ управления электролизёрами для получения алюминия заключается в поддержании температурного режима электролизёра путем регулирования межполюсного расстояния. Способ включает операции: измерение напряжения на электролизёре и тока серии, расчёт текущего значения приведённого напряжения U_np и скорости его изменения во времени dll_np/dt, сравнение вычисленных значений с заданными и принятие решений о регулировании межполюсного расстояния.

Управление электролизёром осуществляют регулированием межполюсного расстояния перемещением анода вверх/вниз.

Сетевое программное обеспечение

В качестве программного обеспечения маршрутизаторов используется операционная система Windows XP, сконфигурированная соответствующим образом. В качестве альтернативы может быть использована операционная система Linux.

Программное обеспечение верхнего уровня

Программное обеспечение верхнего уровня «ТРОЛЛЬ-5» серьезно отличается от предыдущих версий. Новая концепция построения ПО «ТРОЛЛЬ-5» предполагает наличие в системе одного АРМ оператора независимо от того, сколько корпусов (вплоть до 12-ти) включено в систему. Таким образом, при внедрении АСУ ТП «ТРОЛЛЬ-5» в масштабах цеха, количество компьютеров, выделенных непосредственно под систему, составляет не более трех: АРМ оператора цеха, сервер реального времени и сервер базы данных. Программное обеспечение АРМ оператора цеха построено таким образом, что оператору нет необходимости неотрывно наблюдать за протеканием процесса на экране компьютера. В случае возникновения ситуации, которая требует вмешательства оператора, программа АРМ привлечет его внимание и зафиксирует время реакции.

Как было показано в предыдущих разделах, внедрение АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» позволяет кардинально улучшить различные параметры процесса электролиза.

Кроме прямого снижения затрат за счёт стабилизации технологического процесса, АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» позволяет снизить издержки, обусловленные несоблюдением технологической дисциплины и сбоями оборудования электролизёра. Электрические и программные средства защиты двигателей анодной рамы позволяют исключить проблемы, связанные с выходом из строя одного или обоих двигателей. Программы защиты оборудования и обнаружения нестабильности сводят к минимуму потери от «ухода» электролизёра и подмыкания на анод.

Отличительной особенностью АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» является способность не только обнаруживать сбои оборудования, но и передавать диагностику неисправности оператору на верхний уровень системы. Следует отметить и то, что АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» дает возможность получать подробнейшую информацию о работе одного электролизёра, звена, бригады или корпуса в целом за любой промежуток времени в виде таблиц, отчетов, гистограмм или графиков. Эту информацию можно группировать, анализировать и обрабатывать любым требуемым способом. Открытость системы приводит к тому, что пользователь может сам работать с базой данных технологического процесса, получая нужную ему информацию в нужном виде. Огромный массив данных, сохраняемый системой «ТРОЛЛЬ-5», позволяет администрации завода, технологам, старшим мастерам и бригадирам всегда иметь под рукой необходимую информацию для принятия технологических и административных решений.

Полный контроль за соблюдением персоналом технологической дисциплины, и возможность анализировать работу корпуса на любом уровне трудно выразить в виде цифр, но, несомненно, использование этой стороны системы «ТРОЛЛЬ-5» не может не отразиться на оценке её эффективности.

В целом, оценки показывают, что система автоматизации «ТРОЛЛЬ-5» окупается в течение 12 - 14 месяцев после сдачи в эксплуатацию.

Вывод

По официальным данным Надвоицкого Алюминиевого Завода (Таблица 4.2), внедрение АСУТП «Тролль-5» в объёме 2 корпусов электролиза позволило добиться следующих технико-экономических показателей:

Таблица 4.2

№	Показатель	Значение
	Технологические показатели
1	Увеличение выхода по току, %	1.5
2	Снижение расхода электроэнергии с учётом снижения частоты АЭ, %	2,47
3	Увеличение тока серии, кА	1,00
Экономические показатели
1	Снижение себестоимости, $/т Al	26,06
2	Увеличение выпуска металла, т	1 068
3	Годовой экономический эффект, $	882 259
4	Срок окупаемости, лет	1,13

С 2001 года Саянский алюминиевый завод, оснащенный АСУТП «Тролль-5», после решения проблем с работоспособностью АПГ и ЦРГ, переведен на управление ваннами по концентрации глинозёма с использованием алгоритмов «ТоксСофт».

Это позволило:

· повысить силу тока в среднем по заводу на 11,8 кА;

· повысить выход по току на 5,2%;

1. В настоящее время компанией «ТоксСофт» создана АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» высокого мирового уровня, которая позволяет собирать, хранить и обрабатывать большое количество данных, использовать Internet технологии для удаленного управления электролизёрами.

2. Разработано прогрессивное программное обеспечение «ТРОЛЛЬ 2000» с алгоритмами управления, позволяющими эффективно управлять процессом электролиза в реальных российских условиях.

3. АСУТП «ТРОЛЛЬ-5» является открытой системой, не требующей присутствия программистов при настройке системы. Обученный технологический персонал при определенных навыках имеет возможность самостоятельно настраивать параметры АСУТП.

4. Эффективность использования даже современных систем АСУТП и АПГ на прямую зависит от подготовленности и стремления персонала освоить и наиболее полно использовать возможности системы.

5. Разработанная система АПГ на основе дозатора «Концура», позволяет эффективно использовать для производства алюминия глинозёмы любого качества.

6. Повышение эффективности производства может быть достигнуто лишь при комплексном использовании АСУТП и АПГ.



5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ технологического процесса по вредным и опасным факторам

Электролиз алюминия относится к категории вредных и опасных производств (рис.5.1.). В процессе электролиза выделяется большое количество вредностей в виде газов и пыли, токсикологическая характеристика которых представлена в таблице №5.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5.1 Анализ вредных и опасных факторов

* - конвекционное и лучистое тепло;

¦ - брызги расплавленного металла;

Ў - вредные газы;

Ш - поражения электрическим током;

Д - производственная пыль;

? - возможность получения травм.

В корпусе выделяется следующие вредности:

- фтористые соединения в виде пыли и газа;

- окись углерода;

- сернистый ангидрид.

В воздухе рабочей зоны, кроме пыли фтористых солей, находится много пыли глинозёма крупностью порядка 1 мкм, которая также представляет собой опасность для здоровья работающих. От электролизёров в корпус поступает значительное количество тепла.

Таблица 5.1

Токсикологическая характеристика процесса электролиза

Наименование веществ	Физические свойства	ПДК, мг/м3	класс токсичности	Характерное воздействие на организм человека
	уд.вес. г/см3	t плав °С	t.кип. °С
Глинозём	3,9	1 030	3 300	6,0	4	Вызывает хроническое поражение дыхательных путей, алюмикоз легких
Фтористый водород	газ	-	-	0,5	1	Раздражает слизистую оболочку дыхательных путей и глаз, хроническое отравление и отложение фтора в костях и зубах.
Криолит	2,95	1 010	1 704	1,0	2	Ухудшает состав крови, при попадании во внутрь вызывает тяжелые отравления, хронические заболевания зубов и костей
Фтористый натрий	2,79	979	1 704	1,0	2	Ухудшает состав крови, действует на нервную систему и желудочно-кишечный тракт.
Фтористый алюминий	2,88	возг	1 070	1,0	2	Аналогичен криолиту
Фтористый кальций	3,18	1 418	2 500	1,0	2	Аналогичен фтористому натрию, но менее токсичен
Фтористый магний	3,00	1 263	2 230	1,0	2	Разрушает мышечную ткань, вызывает заболевание костей и зубов
Четырех фтористый кремний	газ	-	-	0,5	1	Раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, изъязвление слизистой оболочки носа
Угольная пыль	-	-	-	6,0	4	Заболевание дыхательных путей и легких
Сернистый ангидрид	-	-	-	10,0	5	Раздражает слизистую носа, нарушает обменные процессы, вызывает кашель.
Окись углерода	-	-	-	20,0	5	Вызывает удушение, головную боль, головокружение, шум в ушах, тошноту, слабость, судороги
Двуокись углерода	-	-	-	-	-	Раздражает кожу, слизистые оболочки, вызывает головную боль, шум в ушах, усиленное сердцебиение, головокружение, обмороки
Пыль алюминия	2,7	658	2 500	6,0	2	Раздражает слизистые оболочки, вызывает воспаление кожи, опухоли, появление гнойников, сильно поражает глаза

5.2 Производственная санитария

5.2.1 Вентиляция в корпусах электролиза

Работа электролизников и анодчиков относится к работам средней тяжести - 6 разряда. Для создания оптимальных условий труда для данного разряда работ необходимо создать оптимальные условия микроклимата рабочей зоны (табл.2).

Таблица 5.2

Микроклимат рабочей зоны

Время года	Условия	Температура, °С	Влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с.
Холодное	Оптимальные	17-19	40-60	0,2
	Допустимые	15-21	до 75	не более 0,4
Теплое	Оптимальные	20-22	40-60	0,3
	Допустимые	16-27	до 70	0,2-0,5

Улучшение условий труда в рабочей зоне достигается с помощью системы приточной вытяжной вентиляции. Назначение её - многократное разбавление и эвакуация из рабочей зоны различных производственных вредностей. Воздух, нагретый теплом излучаемым электролизёрами, поднимается и удаляется из корпуса через аэрационный фонарь. Свежий воздух через проемы в стенах первого этажа и металлические решетки перекрытия второго этажа попадает в рабочую зону.

Рассчитаем воздухообмен, необходимый для удаления излишка тепла и фтористых соединений из рабочей зоны. Определим для эвакуации перечисленных вредностей необходимые площади проточных проемов (проемы в стенах первого этажа корпуса) и вытяжных проемов аэрационного фонаря.

а) Расчёт воздухообмена для летнего периода времени.

где: L₁ - воздухообмен, кг/час;

L_Р.З. - количество воздуха, удаляемого из рабочей зоны через укрытия всех электролизёров корпуса, кг/час;

Q_K - количество тепла, выделяющегося в рабочую зону от конструктивных элементов электролизёров вт;

0,29 - удельная теплоемкость воздуха вт/кг, °С;

T_Р.З. - температура рабочей зоны, °С;

t_n - температура наружного воздуха, °С;

t_УK - температура воздуха, удаляемого из корпуса, °С.

Площадь неплотностей укрытия электролизёра на 315 кА (по практическим замерам на ТадАЗе с пересчетом на проект) составляет ? 0,83 м². Скорость просасывания воздуха через неплотности, при которой нет выбивания газа из укрытия, должна быть 2 м/сек (выводы научной части института ВАМИ).

Тогда подсос воздуха из корпуса через укрытия для одного электролизёра ОА на 315 кА составит:

0,83 · 2 · 3 600 = 5 976 м³/час.

L_p.з = 5 976 · 101,6 · 1,175= 713 415 кг/час,

где: 5 976 - подсос воздуха для одного электролизёра;

101,6 - количество работающих электролизёров в корпусе;

1,175 - удельный вес воздуха при 27°С, кг/м³.

Принимаем среднюю летнюю температуру воздуха 22°С (для района г. Братска), т.е. t_n = 22°C, тогда:

°C,

где: 5 - перепад температур (факт САЗа).

где: 0,65 - коэффициент для корпусов электролиза алюминия.

Q_K = 428 155 ·1,163 · 101,6 = 50 591 137 вт,

где: 428 155 - количество тепла, выделяющегося от конструктивных элементов одного электролизёра (см. тепловой расчёт), ккал/час;

1,163 - переводной коэффициент ккал/час.в.вт;

101,6 - количество работающих электролизёров в корпусе, шт.

или

,

где: 1,147 - удельный вес воздуха при температуре 30°С, кг/м³

Внутренний объём корпуса равен:

V = L · B · H = 833 · 28,5 · 20,55 = 487 867 м³

Тогда кратность воздухообмена:

б) Расчёт воздухообмена для зимнего периода времени.

1)Теплопотери через ограждающие конструкции корпуса определим по формуле [7]:

где: F - площадь ограждающих конструкций, м²;

К - коэффициент теплоотдачи:

- для железобетонных плит = 1,2

- для стекла = 0,65

t_BK - температура в рабочей зоне корпуса, принимаем = +15°С (факт БрАЗа),

t_H - температура наружного воздуха, принимаем = -23°С;

S - толщина ограждения

- стеновые железобетонные панели = 0,08 м.

- стекло = 0,005 м.

Площадь продольных и торцевых стен корпуса:



F_CT = (20,55 - 4 - 2,4) · 833 · 2 + (20,55 · 28,5) · 2 = 24 745 м²,

где: 4 - высота отметки второго этажа, м;

2,4 - высота остекления, м;

20,55 - высота корпуса, м;

833 и 28,5 - длина и ширина корпуса, м.

Площадь перекрытия отметки 4,0 м:

F_ПЕР = 28,5 · (833 - 30) - 102 · 4,28 · 16,5 = 30 089 м²,

где: 4,28Ч16,5 - габариты катодного кожуха, м.

Площадь остекления:

F_ОСТ=2,4 · 833 · 2 = 3 998м²

Потеря тепла стенами:

где: г_пр, г_выт - удельный вес приходящего, уходящего воздуха, кг/м³

Н_пр, Н_выт - потеря давления при прохождении воздуха в приточных и вытяжных поёмах, кг/м².

е_пр, е_выт - коэффициент местного сопротивления приточного и вытяжного проёмов, соответственно равны 3,2 и 9,4

при t_пр = +22^оС г_пр = 1,19 кг/м³

при t_выт= +30^оС г_пр = 1,147 кг/м³

Н_пр = h_пр·(г_пр - г_выт)

Н_выт = h_выт·(г_пр - г_выт)

где: h = 20,8 м - вертикальное расстояние между серединой приточных и вытяжных проёмов,

Н_пр=16 · (1,19 - 1,147) = 0,655 кг/м²

h_выт= 20,8 - 16 = 4,8 м

Н_ВЫТ = 4,8 · (1,19 - 1,147) = 0,206 кг/м²

Площадь приточных и вытяжных проемов в проектируемом корпусе составляют:

F_ПР = 833 · 3 · 2 = 4 998 м²

F_ВЫТ = 833 · 4,5 · 2 = 7 497 м²

Таким образом, пропускная способность приточных и вытяжных проемов проектируемого корпуса обеспечит требуемую естественную вентиляцию.



5.2.2 Защита от теплового излучения

Вследствие выделения большого количества тепла при проведении технологического процесса в основных металлургических цехах требуется значительный теплообмен, особенно в летнее время.

Для предотвращения перегрева работающих в горячих цехах организуют естественную и механическую приточную вентиляцию, причем подаваемый механической вентиляцией воздух в ряде случаев охлаждается и увлажняется.

Для предотвращения заболеваний органов зрения необходимо применять очки с синими светофильтрами, которые защищают от инфракрасных и видимых лучей.

Для предупреждения ожогов при контакте с нагретыми и раскаленными поверхностями оборудования и инструмента рабочие снабжаются суконными рукавицами с брезентовыми или кожаными накладками, ботинками или валенками. Опасность получения термических ожогов может возникать при выливке металла. Для защиты от брызг или капель расплавленных продуктов плавки рабочие снабжаются суконными или войлочными брюками и курткой, защитными очками.

5.2.3 Освещение

Один из факторов, влияющих на производительность и безопасность труда, является рациональное освещение производственных помещений и рабочих мест. Освещение применяется естественное и искусственное. Равномерное естественное освещение в корпусе достигается посредством двух рядов оконных проемов, расположенных на высоте с отметкой +8,4 м и 10,8 м по боковым стенам корпуса, и сверху через аэрационный фонарь.

Выполняемые работы в корпусах относятся к работам 6 разряда, т.е. работы, требующие общего наблюдения за ходом технологического процесса. Коэффициент естественного освещения для данного разряда работы составляет 0,3%.

Для 6 разряда работ норма искусственного освещения составляет 75 люкс. В качестве источника света принимаются ртутные лампы высокого давления.

Напряжение в осветительной сети 220 в.

В корпусах используются светильники прямого света, расположенные на высоте 17 метров. Расстояние между светильниками принимается равным шагу колонны, т.е. 6 метров.

Кроме системы общего освещения применяется система аварийного освещения. Она устанавливается с независимым источником питания или автоматически переключается на него в случае аварии.

Система аварийного освещения создает на рабочих местах для продолжения работ освещенность 5% нормы, т.е. 1,5 люкс, что также достаточно и для эвакуации людей.

5.2.4 Водопровод и канализация, отопление

Системы водопровода и канализации здания должны отвечать требования соответствующих строительных норм и правил. Устройство систем водоснабжения, канализации и отопления в помещениях, где используются вещества, способные при взаимодействии с водой вызвать взрывы или пожар, должно исключать возможность попадания влаги на эти опасные вещества. Соединение сетей хозяйственно-питьевого водопровода с сетями водопроводов, подающих воду технического качества, не допускается.

Канализационные сливы технических устройств должны иметь гидравлические затворы и фланцевые соединения.

5.2.5 Бытовые помещения

В бытовых помещениях цеха электролиза криолит-глинозёмных расплавов имеются камеры сушки спецодежды, респираторная, прачечная, мастерская по ремонту обуви и спецодежды, ингаляторий и здравпункт.

Основу бытовых помещений составляют:

a) гардеробные уличной и домашней одежды;

b) гардеробные рабочей одежды;

c) душевые комнаты;

d) умывальные (1 кран на 7 человек);

e) уборные.

В гардеробной рабочей и чистой одежды устанавливаются шкафы. Гардеробная рассчитана на 300 человек. В цехе 8 гардеробных чистой одежды и 8 гардеробных рабочей одежды.

5.3 Чрезвычайные ситуации

5.3.1 Противопожарная профилактика

Электролиз алюминия характеризуется работой с расплавленным металлом при температуре 950 - 970°С, по степени опасности относится к категории «Г».

При данной категории производства по пожарной безопасности, при двухэтажном исполнении корпуса и при площади пола

28,5 Ч 805,5 = 22 957 м², принимаем первую степень огнестойкости [15]. В соответствии с этим элементы строительных конструкций приняты со следующими пределами огнестойкости: стены из железобетонных панелей 80 мм - RE 30; покрытие из сборных железобетонных плит 200 мм - RE 30; колонны железобетонные 1500Ч500 - R 120.

Для тушения пожаров применение воды категорически запрещено из-за наличия токопроводящих частей. В корпусе имеются стенные огнетушители типа ОУ-5, ОУ-8, а также предусматривается тушение пожара имеющимися в наличии сырьем: криолитом, глинозёмом. Для оповещения пожара внутри бытовых помещений предусмотрен внутренний водовод.

При категории «Г» и первой степени огнестойкости расстояние до выхода не ограничено.

5.3.2 Аварийные ситуации

Наиболее часто встречающейся аварийной ситуацией в электролизных корпусах является прорыв расплава из шахты ванны на отметку ±0,00. Прорыв расплава может привести к разрыву тока серии. Кроме того, если расплав попадает на ошиновку, возможно её расплавление, что приведет к аварийному отключению серии и длительному простою для замены ошиновки.

Чтобы избежать этого, при прорыве расплава опускают анод и забивают место прорыва оборотным электролитом с добавками глинозёма и фтористого кальция. Одновременно, защищают ошиновку от расплава стальными листами. Если таким образом удалось остановить течь расплава, то ремонт футеровки проводят без отключения электролизёра, иначе электролизёр отключают на капитальный ремонт.

5.4 Охрана окружающей среды

По мере ускорения темпов научно-технического прогресса воздействие людей на природу становится все более мощным. И в настоящее время оно уже соизмеримо с действием природных факторов, что приводит к качественному изменению соотношения сил между обществом и природой. На современном этапе человечество поставлено перед фактом возникновения в природе необратимых процессов, новых путей перемещения и превращения энергии и вещества. В природу внедряется все больше и больше новых веществ, чуждых ей, порой сильно токсичных для организмов. Часть из них не включается в естественный круговорот и накапливается в биосфере, что приводит к нежелательным экологическим последствиям.

Загрязняющие вещества, попавшие в природную среду, способны перемещаться порой на значительные расстояния. Закономерность этих процессов изучена еще недостаточно.

Накопление промышленных отходов, обуславливая высокий уровень загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы, способствует повышению заболеваемости людей и животных, ускорению коррозии машин и металлического оборудования, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, ускоренному и нерациональному использованию природных ресурсов и энергии, ухудшению многих свойств экологических систем, гибели некоторых уникальных природных территориальных комплексов, исчезновению отдельных видов животных и растений.

Если не принять решительных мер, ограничивающих воздействие промышленности на природу, то это воздействие может оказаться критическим не только для природы, но и для самой промышленности, становясь препятствием для её дальнейшего развития.

Газоочистка

В последние годы за рубежом и на отечественных заводах широкое применение находят «сухие» способы очистки газов от вредных веществ. Особенно хорошо этот «сухой» способ зарекомендовал себя на электролизёрах с обожжёнными анодами, от которых не выделяются смолистые вещества.

«Сухие» методы очистки газов основаны на адсорбции фтористого водорода окисью алюминия (глинозёмом), являющийся сырьем для производства алюминия. При этом не требуется регенерации фтора, как в «мокрой» газоочистке, работающей на отечественных алюминиевых заводах, оборудованных электролизёрами с самообжигающимися анодами. При «сухой» газоочистке уловленные фтористые соединения вместе с глинозёмом возвращаются в процесс электролиза. «Сухая» газоочистка обеспечивает высокие стабильные степени очистки газов.

В настоящем проекте для очистки электролизных газов принимается «сухая» газоочистка. «Сухая» схема очистки представляет собой 2-х ступенчатую аппаратно-технологическую схему, включающую:

1 ступень («сухая») - очистка от фтористого водорода и пыли;

2 ступень («мокрая») - очистка от диоксида серы и доулавливание фтористого водорода, пыли, оставшихся в газах после 1 ступени очистки.

Отходящие газы от укрытий электролизёров по внутренним и внешним газоходам поступают в реакторы-адсорберы с фонтанирующим слоем адсорбента-глинозёма. Реактор-адсорберпредставляет собой цилиндрический аппарат с пережимом в центральной части. Газ подается тангенциально под пережимом и выходит в верхней конусной части аппарата. В реакторе над пережимом одновременно подается свежий и рециркулированный глинозём. Количество подаваемого свежего глинозёма составляет 50% от общего количества глинозёма, поступающего на электролизную серию (2 корпуса). Над пережимом, по его горловине проложен коллектор аэрационного воздуха. Подача воздуха на аэрацию производится газодувками. В реакторе происходит процесс химосорбции фтористого водорода оксидом алюминия:

А1₂О₃ + nHF>А1₂О₃ · nHF

После реакторов электролизные газы поступают в рукавные фильтры, где осуществляется разделение твердой и газовой фаз. Рукавные фильтры устанавливаются над реакторами.

Фторированный глинозём осаждается на внешней поверхности рукавов фильтра и периодически сбрасывается с них в бункер, откуда удаляется шнеками. Сбрасывание происходит при помощи импульсов сжатого воздуха, подаваемого компрессорами сверху и снизу внутрь рукава. Сжатый воздух подается осушенным. Для чего в блоке газоочистки предусмотрены установки осушки воздуха. Часть уловленного в фильтрах фтористого глинозёма в количестве, равном количеству поступающего свежего глинозёма, отводится в силос фторированного глинозёма, откуда направляется пневмотранспортом в корпуса электролиза. Остальная часть фторированного глинозёма поступает на рециркуляцию в реакторы.

Газ, обеспыленный и очищенный от газообразных, твердых фторидов, пыли в 1 «сухой» ступени очистки, подается в полые скрубберы для «мокрой» очистки от диоксида серы и доулавливания фторидов, пыли. Полый скоростной скруббер представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну с нижним боковым входом газа, оросителями в рабочей зоне и каплеулавителями в верхней части. Оросители расположены в два ряда. Факелы распыла оросителей нижнего яруса направлены вверх, а верхнего - вниз. Очищаемый газ проходит через скруббер снизу - вверх противотоком орошающему содовому раствору. Раствор подается в скруббера циркуляционными насосами и разбрызгивается с помощью оросителей. Этот содовый раствор готовится в отделении регенерации. При взаимодействии диоксида серы и фтористого водорода с содой в циркуляционном растворе образуются сульфат натрия. При этом происходят реакции:

2NaCO₃+SO₂+H₂O = 2NaHCO₃ + Na₂SO₃

2NaHCO₃ + SO₂ = Na₂SO₃ + 2CO₂^{^} + H₂O

2Na₂SO₃+O₂ = 2Na₂SO₄

2NaCO₃ + HF = 2NaHCO₃ + NaF

NaHCO₃ + HF = NaF + H₂O + 2CO₂^{^}

Часть циркулирующего раствора от скрубберов насосами непрерывно выводится в отделение регенерации, а часть возвращается в скруббера.

Для удаления капельной жидкости, выносимой очищенными газами, в верхней части скруббера предусмотрена батарея каплеулавителей с лопастными завихрителями.

Очищенные газы из скруббера выбрасываются в атмосферу через выбросные свечи диаметром 3 000 мм и высотой 90 м, установленные на скрубберах.

Для каждой серии электролиза, состоящей из двух корпусов, предусматриваются два блока газоочистки. Один блок газоочистки очищает газы от двух полукорпусов. Блоки газоочистки располагаются в межкорпусном дворике. В блок газоочистки устанавливаются четыре модуля «реактор-рукавный фильтр» с дымососами, два скруббера (один рабочий, один резервный) с комплектом насосного хозяйства. В каждом блоке предусмотрена установка осушки сжатого воздуха, используемого для импульсной продувки рукавов фильтров. Все оборудование блока газоочистки располагается в отапливаемом помещении.

На отметке ±0,00 устанавливаются дымососы, компрессора, насосы, на отметке +5,00 м - реакторы, на отметке +24,00 м - рукавные фильтры, на отметке +8,4м - скруббера. Здание блока газоочистки - многоэтажное.

5.5 Техника безопасности

При обслуживании электролизёров работающий персонал в корпусах должен знать причины возможных электропоражений и меры защиты от них. Для этой цели в условиях производства разрабатываются соответствующие правила и инструкции по электробезопасности, обязательные при эксплуатации серий электролизёра. Для обеспечения электробезопасности ведения работ в корпусах в проекте согласно действующим “Правилам безопасности при производстве глинозёма, алюминия, магния, кристаллического кремния и электролитического силумина” ПБ 11-493-02, предусматриваются следующие мероприятия:

· полы первого этажа выполняются из асфальтобетона на битумно-щебеночном основании для электроизоляции от земли;

· полы второго этажа выполняются из асфальтобетона по бетонному основанию, нанесенному на железобетонные перекрытия, оклеенные рулонной изоляцией из гидролизола;

· все железобетонные конструкции первого этажа, перекрытия рабочей отметки +4,00м, стены и колонны второго этажа выполняются с защитным слоем бетона поверх арматуры;

· строительные колонны на высоту 3,5 м от рабочей площадки имеют усиленную изоляцию;

· аэрационные проемы первого этажа закрываются сетчатыми заземленными ограждениями с целью предотвращения произвольного попадания людей в это помещение;

· в торцах корпуса выполняются стенки из неэлектропроводных материалов, отделяющие часть первого этажа, в которой расположены катодные кожухи и катодная ошиновка электролизёров, с целью предотвращения произвольного попадания людей;

· катодный кожух электроизолируется от опорных железобетонных конструкций;

· катодная ошиновка электроизолируется от опорных бетонных столбиков;

· обрамление шинных проемов в полу второго этажа на участках операния стальных плит перекрытия выполняются из сборных брусков, изготовленных из бетона повышенной плотности В-8 (марка 400);

· металлическим плитам перекрытия рабочей площадки придается катодный потенциал соответствующего электролизёра;

· трубопроводы сжатого воздуха и вкуум-сети изолируются от строительных конструкций и имеют электроизоляционные разрывы через каждые 40 м;

· газоходы от электролизёров изолируются от строительных конструкции и перед выходом из корпуса имеют электроизоляционные разрывы; питание электродвигателей на электролизёрах выполняется от силовой сети через разделительные трансформаторы;

· в мостовых и анодных кранах предусматриваются три ступени для защиты от замыкания на «землю»;

· исключается попадание осадочной и другой влаги в рабочую зону корпуса.

При работе в корпусах электролиза каждый работник должен знать и строго выполнять технологические инструкции, инструкции по технике безопасности и по ремонту оборудования.

Все рабочие, вновь поступившие на завод или переведенные с одной работы на другую, должны получить непосредственно на рабочем месте инструктаж по технике безопасности. К самостоятельной работе эти рабочие допускаются после окончания обучения, сдачи экзаменов и получения удостоверения. Все рабочие электролизных цехов не реже двух раз в год должны проходить повторный инструктаж по технике безопасности, безопасным приемам и методам работы. К обслуживанию электролизёров допускаются рабочие, обеспеченные исправной и сухой спецодеждой, спецобувью и индивидуальными защитными средствами.

При всех работах с расплавленным электролитом и металлом необходимо помнить, что брызги электролита и алюминия, попадающие на кожу, вызывают плохо заживающиеся ожоги.

Разбрызгивание электролита и металла происходит при внесении в них непрокаленных предметов. При выливке металла, перелива металла из ковша в ковш и других подобных операциях необходимо точно знать, что в случае возможны взрывы с выбросами расплава.

При заливке металла на подину ванны после капитального ремонта следует прогревать подину и анод до температуры выше 100°С, чтобы избежать выбросов металла. Свежий глинозём и фторсоли нельзя загружать непосредственно в расплавленный электролит поскольку они содержат влагу, загружать их следует только на корку электролита.

Ни при каких операциях нельзя вставать на корку электролита. Все операции по обработке ванн разрешается выполнять при защите лица специальным щитком, а головы - каской или шляпой.



6. Экономика и организация труда

Организация труда и экономическая часть.

В настоящей части записки рассматриваются 2 варианта строительства цеха электролиза:

I вариант (проектный): цех электролиза с 4-я корпусами, оборудованными электролизерами с обожженными анодами на силу тока 315 кА. Мощность цеха по алюминию-сырцу 357,2 тыс. т. в год.

II вариант (базовый): цех электролиза с 8 корпусами, оборудованными электролизерами с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом типа С-8Б на силу тока 158 кА. Мощность цеха по алюминию-сырцу 282,32 тыс. т. в год.

6.1 Организация труда в корпусе электролиза

Основными операциями по обслуживанию электролизёров в корпусе являются:

· ведение технологического процесса электролиза алюминия;

· периодическая пробивка корки электролита, загрузка глинозёма в электролизёры напольными машинами;

· загрузка фтористых солей в бункера АПГ и в электролизёр;

· обслуживание анодного хозяйства;

· выливка металла.

Операции по ведению технологического процесса, по периодической пробивке электролитной корки, загрузке глинозёма и фторсолей в бункера АПГ и электролизёры выполняются электролизниками.

Обслуживание анодного хозяйства (загрузка анодной массы, перестановка штырей, перетяжка анодной рамы обслуживание газосборников с горелками) ведется анодчиками.

Операции по выливке металла из электролизёров осуществляются выливщиками.

На штыревых и мостовом кранах работают машинисты кранов.

Ежесменный обход механического и электрического оборудования, обеспечение его правильной эксплуатации, устранение внезапных мелких неисправностей выполняются дежурными слесарями и электриками.

Для уборки пыли с полов рабочей площадки и площадки +0,00 в корпусе работает уборщик корпуса на пылеуборочной машине.

Основная производственная единица в корпусе электролиза - бригада электролизников. Этой бригадой выполняется весь комплекс обслуживания и контроля за работой электролизёров корпуса. Бригада электролизников обеспечивает выполнение плановых заданий, выпуск металла высокого качества, расход сырья и электроэнергии в установленных нормах.

Во главе бригады стоит бригадир - наиболее опытный и квалифицированный электролизник. Бригада разбита на звенья. Каждым звеном руководит старший электролизник из наиболее квалифицированных рабочих.

Организационное и техническое руководство по обслуживанию электролизёров осуществляется старшим мастером корпуса, указания и распоряжения которого обязательны для мастеров и рабочих. Старший мастер корпуса следит за точным соблюдением всеми сменами технологической инструкции и принимает меры для устранения допущенных нарушений.

Электролитический способ получения алюминия - процесс непрерывный. Электролизёры обслуживаются электролизниками посменно. Работой смены руководит сменный мастер, указания и распоряжения которого обязательны для всех рабочих смены.

Коллектив звена обслуживает электролизёры определенной бригады в течение данной смены. Звено анодчиков входит в состав смены электролизников и непосредственно подчиняется мастеру смены.

Согласно сложившейся практике работы в корпусах БрАЗа, ИркАЗа, КрАЗа принимаем график работы:

6 - часовой рабочий день;

8 - часовая рабочая смена.