Проект электролизного цеха

Потребность глинозема в сут:

Принимаем 15^ТИ дневный запас глинозема:

Размеры силосных башен: Н = 25 м

D = 9m

Насыпной вес глинозема р = 1,3 т/м³

(7.4)

Количество силосных башен:

(7.5)

Принимаем 6 башен на серию.

Принимаем 24 силосных башен на цех.

7.3 Расчет количества вытяжных труб

Принимаем 4 вытяжные трубы размером Н = 120 m и D = 6 m из расчета одна труба на серию.

7.4 Расчёт количества вспомогательного оборудования

1) Самоходные машинки для пробивки корки электролита

Принимаю по 6 машинок на корпус (2 из них запасных).

Итого по цеху 48.

2) Пневматические машинки для извлечения штырей

Принимаю по 6 машинок на корпус (2 из них запасных).

Итого по цеху 48.

3) Пневматические машинки для правки штырей

Принимаю по 6 машинок на корпус (2 из них запасных).

Итого по цеху 48.

4) Пневматические машинки для забивки штырей

Принимаю по 6 машинок на корпус (2 из них запасных).

Итого по цеху 48.

5) Барабаны для чистки штырей

Принимаю по 1 барабану на корпус.

Итого по цеху 6.

6) Вакуум-ковши

Принимаю для выливки металла ковш емкостью 2 тонны.

Для обеспечения нормальной выливки на корпус достаточно 5-ти ковшей (один из них в резерве). Итого по цеху 30 ковшей.

7) Ковши для транспортировки металла в литейное отделение

Принимаю 3 ковша (один резервный) емкостью 2 тонны на корпус.

Итого по цеху 18 ковшей.

8) Бункера для глинозёма

Завозка глинозёма от силосных башен к электролизёрам осуществляется саморазгружающимися бункерами, ёмкостью 5 тонн. Количество бункеров на один корпус 2 шт. Итого по цеху 16 шт.

9) Транспортные средства

Мостовые краны. В каждом корпусе предусматривается 2 крана грузоподъёмностью 30 т и два - 10 т. В литейном отделении предусматривается 2 крана грузоподъёмностью 10 т. Итого по цеху 26 шт.

Электрокары. Принимаю четыре электрокары для транспортировки жидкого металла в литейное отделение, четыре электрокары для завозки глинозёма по корпусам и две электрокары в резерв. Итого по цеху 10 шт.

Погрузчики. В литейном отделении принимаю шесть электропогрузчиков и два в резерв. Итого по цеху 8 шт.

7.5 Выбор системы автоматического регулирования

Для автоматического регулирования и контроля предусматривается система автоматического регулирования «Электра - 160».Итого по цеху 6 шт.

7.6 Расчёт оборудования для литейного оборудования

Принимаю, что литейное отделение будет разливать 30% металла на мелкогабаритные чушки, 50% на крупногабаритные чушки и 20% на слитки.

Расчёт количества установок для разливки металла производится по формуле:

(7.6)

где Q - количество выливаемого металла, т/год;

Р - производительность установки, т/год;

Т - количество часов году;

t - время простоя оборудования, часов в год.

1) Конвейер для разливки металла на мелкогабаритные чушки.

Производительность конвейера 4,3 т/час, время простоя 766 часов в год[БАЗ]:

2) Установка для литья крупногабаритных чушек.

Производительность установки 12 т/час, время простоя 1225 часов в год[БАЗ]:

3) Установка для литья слитков (миксер-печь).

Производительность установки 6,3 т/час, время простоя 1225 часов в год[БАЗ]:

8. Специальная часть

8.1 Разработка мероприятий по эффективному обжигу подин электролизеров

Основными направлениями развития производства алюминия являются снижение удельного расхода электроэнергии, сырья и увеличение срока службы алюминиевых электролизёров.

На срок службы оказывают влияние различные факторы, такие как: конструктивные и проектные разработки, материалы и монтаж, эксплуатация, а также качество обжига и пуска. По оценкам различных специалистов операция обжига катода на 30-40% определяет ресурс работы электролизеров.

Все методы обжига катода алюминиевого электролизера сводятся к единой цели, к подготовке материалов подины к процессу электролиза, т.е. повышение температуры катода от комнатной до температуры электролиза без создания экстремальных температурных градиентов в материалах подины.

В настоящее время только три метода обжига представляют общий практический интерес и распространены в алюминиевой промышленности: обжиг на коксе, на расплавленном металле и пламенный обжиг. Причины, по которым одному из методов отдаётся предпочтение, являются традиции, убеждения, а также исследования.

Большинство методов обжига не могут обеспечить полный и равномерный прогрев подины. Неравномерное распределение температуры, как на поверхности, так и внутри, недостаточная глубина коксования межблочных и периферийных швов - всё это снижает срок службы катода.

Неравномерный прогрев подины может привести к образованию трещин в блоках. Неравномерное распределение температуры по рабочей поверхности катода может стать причиной образования трещин от термического шока при заливке расплава. По этой причине при дальнейшей работе электролизёра может возникнуть разрушение подины и как следствие прорыв металла и аварийное отключение электролизёра.

Основные достоинства и недостатки различных методов обжига приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Основные достоинства и недостатки различных методов обжига

Метод обжига	Преимущества	Недостатки	Общие недостатки
Пламенный обжиг	Существует возможность минимизировать градиент температур по поверхности подины и в объеме. Возможна автоматизация регулировки скорости нагрева.	Окисление поверхностного слоя подины с увеличением его пористости. Сложен в аппаратурном исполнении и трудоемок. Требуются повышенные меры безопасности.	Слабая воспроизводимость положительного результата. Всегда существует вероятность неоднородного прогрева футеровки.
Обжиг на коксе	Высокоинтенсивный, безопасный, относительно простой.	Неизбежно быстрые и локальные перегревы подины. Высокие градиенты температур по поверхности и в объеме. Недостаточный прогрев периферии.
Обжиг на металле	Относительно однородное конечное тепловое поле, прост в исполнении, безопасен, меньшее выделение вредных веществ.	Неизбежные локальные перегревы подины и отставание в нагреве периферии, возможность проникновения металла в подину.

При обжиге электролизёра перед пуском необходимо придерживаться следующим требованиям:

- прогреть всю футеровку электролизёра достаточно медленно, что бы избежать температурных напряжений.

- прогреть равномерно все рабочие поверхности, чтобы избежать температурных напряжений и минимизировать температурные градиенты.

- проследить, чтобы произошёл полный пиролиз набоечной массы на всей территории, чтобы обеспечить оптимальные характеристики обжига.

- сжигание испарений.

- продление срока службы электролизёров.

- предотвращение трещин на подине.

Топливный обжиг позволяет достигнуть все эти цели, успешно провести пиролиз и сжигание испарений из связующей массы; ослабить напряжение в структуре, обеспечивая равномерность электро- и теплопроводности и минимизируя пористость графита.

Выполнение этих требований очень трудно добиться, если применять электрический обжиг.

Пламенный обжиг электролизёров обеспечивает лучшее распределение температур в катоде и лучший метод контроля. Наиболее распространённым методом является прямое горение за счёт горелок у поверхности катода. При использовании этого метода может быть достигнуто распределение температуры, близкое к однородному по всей поверхности подины электролизёра. Использование пламенного обжига обеспечивает однородную скорость подъёма температур, улучшенное распределение температуры в катоде.

При пламенном обжиге подины электролизёра нужно строго придерживаться регламента обжига, который в свою очередь зависит от конструктивных особенностей электролизёра, материала блоков и подовой массы, возможности обжиговой установки, температуры окружающей среды и др.

Оптимальной температурой поверхности подины в конце обжига можно считать 800 ⁰С. К концу обжига межблочные швы должны быть с коксованы по всей глубине. Периферийные швы должны быть прогреты до 400 - 450 ⁰С.

Для набойки подины используется как горяченабивная, так и холоднонабивная подовые массы. При нагреве подины в подовой массе протекают различные физико-химические процессы (выделение растворённой влаги и газов синтез молекул полукокса, переход полукокса в кокс). Каждый из процессов протекает в своём интервале температур. Для холоднонабивной подовой массы, используемой на БАЗе, температурный интервал образования полукокса составляет 250 - 350 ⁰С. Для получения качественных швов необходимо снизить темп термообработки при прохождении интервала коксообразования 250 - 350 ⁰С. Рекомендуемая скорость термообработки должна составлять 6 - 7 ⁰С/час.

С 1999 года электролизный цех БАЗа перешёл с обжига на металле на пламенный обжиг подин электролизёров. Обжиг проводился установкой сконструированной специалистами БАЗа. Продолжительность обжига составляла 12 часов. Переход на пламенный обжиг позволил избежать локальные перегревы подины, отставание в нагреве периферии, проникновение металла в подину, снизить, но не исключить процент электролизеров с протеками при пуске. Переход с обжига на металле на пламенный обжиг позволил увеличить срок службы электролизёров с 51,4 мес. (1999 год) до 55,77 мес. (2003 год).

Наряду с положительными факторами пламенного обжига перед обжигом на металле специалисты электролизного цеха столкнулись с рядом трудностей, связанных непосредственно с конструкцией установки, такими как:

- недостаточный контроль в управляемости пламенем горелок (происходило гашение пламени при регулировки горелок;

- неполное и неравномерное спекание подовой массы;

- повышенный расход дизельного топлива;

- неполный контроль регламента обжига.

При обжиге данной установкой применялось горизонтальное укрытие подины электролизёра, что могло привести к перегреву периферийного шва.

В декабре 2003 года Богословским алюминиевым заводом была приобретена автоматизированная установка пламенного обжига фирмы «HOTWORK». Приобретение данной установки позволило полностью контролировать параметры нагрева, отбор и передачу данных, добиться полного и равномерного спекания подовой массы, снизить расход дизельного топлива в 2 раза, а также полностью исключить протёки металла при пуске электролизёра.

При обжиге электролизеров с использованием установки «HOTWORK» удалось перейти с горизонтального укрытия подины электролизёра на вертикальное, что позволило уйти от перегрева периферийного шва. (рисунок 8.1.)

Рисунок 8.1 - Вертикальное укрытие подины электролизера

Теплоизоляционное укрытие состоит из стальных листов толщиной 2 мм, футерованных асбестовыми листами, по вверх которых находится слой фетра для лучшей теплоизоляции. Укрытия ставят по всему периметру анода, так чтобы верхняя грань располагалась под анодными штырями, а другая упиралась, в нижний край периферийного шва. С торцов укрытия предусматривают отверстия для установки горелок. Периферийный шов утепляют слоем криолита толщиной 10 см.

Установка состоит из:

- из двух горелок, которые располагаются между анодом и катодом параллельно поверхности катода (под горелки подкладываются стальные листы для предотвращения выгорания подовых блоков) рисунок 8.2;

- шкафа управления;

- осушителя сжатого воздуха.

Рисунок 8.2 - Расположение горелок

Размещение установки в электролизном цехе при обжиге электролизёра приведено на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 - Размещение установки в электролизном цехе при обжиге электролизёра

На подине устанавливаются 6 термопар. Компьютер автоматизированной установки пламенного обжига считает «среднее» по 5 термопарам. Сверхтемпературная термопара (1А) устанавливается в центре подины и выполняет роль зонда контроля максимальной температуры. В работе используются термопары ТХА-0496-01-2000. Схема расположения термопар приведена на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 - Схема расположения термопар

Перед пуском электролизёра на обжиг в компьютер машины вводится регламент обжига. Регламент обжига состоит из следующих разделов:

- начальная температура;

- конечная температура;

- время выполнения сегмента;

- количество сегментов задания.

В течении всего обжига осуществляется автоматический и визуальный контроль над подъёмом температуры.

С декабря 2003 года по февраль 2004 года с помощью установки «HOTWORK» было обожжено 19 электролизёров. Длительность обжига составила 72 часа.

Регламент обжига электролизёра №94

Начало обжига:

Дата 15.02.2004

Время 22:00

Конец обжига:

Дата 18.02.2004

Время 22:00

Таблица 8.2 - Обжиг электролизера

Сегменты	Начальная температура, 0С	Конечная температура, 0С	Часы	Скорость нагрева,°С / час
1	0	150	1	150
2	150	400	5	50
3	400	700	15	20
4	700	950	45	5,55
5	950	980	3	10
6	980	980	3	0
			72

Общее время на обжиге 72 часа Конечная температура 980 ⁰С

Рисунок 8.5 - Рабочее напряжение, уровни металла и электролита на электролизере №94 в пусковой период



Рисунок 8.6 - График подъёма температуры на электролизёре №94

На рисунке 8.5 представлена динамика снижения рабочего напряжения, уровни металла и электролита на электролизере №94 в послепусковой период. Анализ диаграммы показывает, что снижение рабочего напряжения на электролизере также происходило быстрее, чем ранее благодаря хорошему равномерному обжигу подины и высоким конечным температурам поверхности подины.

За весь период работы установки «HOTWORK» специалистами электролизного цеха проводились мероприятия по подбору оптимальных параметров регламента обжига, усовершенствованию конструкции укрытия электролизёра.

В апреле 2004 года на электролизёре №138 был проведён обжиг продолжительностью 60 часов, с использованием новой конструкции укрытия.

Регламент обжига электролизёра №138

Начало обжига:

Дата 23.04..2004

Время 21:00

Конец обжига:

Дата 26.04.2004

Время 08:00

Таблица 8.3 - Обжиг электролизера

Сегменты	Начальная температура, 0С	Конечная температура, 0С	Часы	Скорость нагрева,°С / час
1	0	150	1	150
2	150	400	5	50
3	400	700	15	20
4	700	950	33	7,58
5	950	980	3	10
6	980	980	3	0
			60

Общее время на обжиге 60 часов Конечная температура 980 ⁰С

Переход с 72 часового обжига на 60 часовой позволил увеличить количество обжигаемых установкой «HOTWORK» электролизёров с 5 до 7 штук в месяц. Параметры пускового периода такие, как снижение рабочего напряжения, уровни металла и электролита остались на прежнем уровне, и соответствуют диаграмме приведённой для электролизёра №94.

При обжиге электролизёра №138 взамен сборного укрытия, конструкция которого приводилась выше, применялись муллитокремнезёмистые плиты марки МКРГП - 500 производства Сухоложского огнеупорного завода.

Использование нового типа укрытия позволило упростить его конструкцию, снизить вес и теплопроводность.

За счёт уменьшения теплопроводности укрытия произошло снижение расхода дизельного на 500 литров.

1. По сравнению с обжигом, проводимым на заводе ранее, новая автоматическая установка имеет неоспоримые преимущества в плане качества проведения обжига:

- происходит полное сгорание топлива и его экономичное использование;

- равномерное распределение температуры по всей площади подины и всему объему угольной футеровки;

- имеется возможность плавного подъема температуры;

- снятие показаний температуры подины осуществляется с термопар автоматически;

- имеется возможность контроля регулирования пламени горелок и подъема температуры;

- имеется эффективная возможность защиты подовых и боковых блоков от окисления;

- температура поверхности подины к концу обжига приближена к температуре ведения процесса электролиза.

Как можно увидеть из графика в работу электролизёр «включается» после заливки 4 ковшей электролита. Напряжение устанавливается в пределах 9В.

Пуск электролизёра предусматривается без анодного эффекта [8].

8.2 Совершенствование метода обжига алюминиевых электролизёров

Для эффективного обжига подин электролизёров в данном дипломном проекте мной предлагается проводить обжиг, избегая градиентов температуры по площади подины. Для этого подину целесообразно во время обжига защищать легкоплавкой солевой смесью (tл<400°C), которая будет выравнивать температуру по площади подины. Наиболее пригодны для этой цели хлориды щелочных и щёлочноземельных металлов (MgCl₂, СаСl₂, NaCl, KC1 и др.) в силу низкой температуры плавления, хороших поверхностных свойств и достаточно низкой стоимости.

В этих солях необходимо предусмотреть наличие дисперсных частиц (Al₂O₃, MgO, углерод), «заиливающих» дефекты футеровки.

Весьма полезной может оказаться реакция гидролиза MgCl₂:

MgCl₂ + 3H₂О = MgOv +2НСl^ (1)

в силу образования тугоплавкого оксида магния, заполняющего дефекты футеровки. Следует отметить, что, в связи с высокой гигроскопичностью MgCl₂, эта реакция будет происходить не только на поверхности подины, но и внутри дефектов и пор подины. При этом если MgO, образовавшийся на поверхности подины, в дальнейшем растворится в электролите, то MgO, образовавшийся внутри подины, останется там, снизив вероятность попадания туда расплавленного алюминия и электролита.

Для формирования солевой оксидно-углеродной смеси можно использовать как синтетические продукты, так и попутные пром. продукты ряда производств.

Таким образом, проведение данной работы целесообразно и обосновано, поскольку герметизация подины алюминиевого электролизёра во время обжига солевой оксидно-углеродной смесью позволит повысить срок службы электролизёра [9].

9. Перспективы развития автоматизации электролизного производства

9.1 Обзор современных систем управления сериями алюминиевых электролизеров

В настоящее время на алюминиевых заводах России и стран СНГ находятся в эксплуатации разнообразные типы электролизеров: от первых разработок с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока 50 кА до электролизеров на силу тока более 300 кА с обожженными анодами, оснащенных системами автоматизированной подачи глинозема (АПГ).

Такое же разнообразие представляют и системы управления этими электролизерами. От первых модификаций систем типа «Алюминий», «Электролиз» до систем управления отечественной разработки: ТРОЛЛЬ, ШУЭ БМ, NEVA, CAAT-1, «Электра» и зарубежных фирм Siemens, FF Electronika, CELTROL.

Главная задача этих систем - повышение выхода по току путем поддерживания основных параметров процесса на заданном уровне, а также стабилизация их в как можно более узких пределах. И чем сложнее система, тем больше параметров она использует для управления. При всем многообразии заложенных в систему управления параметров, по сути, все сводится к регулированию теплового баланса электролизера посредством изменения межполюсного расстояния и стабилизации тока серии, поддержание концентрации глинозема и фтористого алюминия в заданных пределах.

Перечисленные системы управления имеют значительные различия в структуре, конструкции, элементной базе, программном обеспечении и несовместимы одна с другой. Такая ситуация сложилась исторически из-за значительного временного периода, в течение которого разрабатывались и поставлялись системы управления.

Проводя системотехнический анализ современных систем управления электролизерами, можно выделить типовые блоки (модули), которые в том или другом виде входят в состав всех систем управления, как отечественных, так и зарубежных.

· блок управления - осуществляет управление на нижнем уровне;

· блок представления информации - служит для представления информации и сигнализации о ходе технологического процесса в корпусе электролиза;

· блок задания режимов управления - техническая реализация различных режимов работы оборудования;

· силовой блок - обеспечивает управление приводом анодного массива, перемещением анодного кожуха и т.д.;

· блок АПГ - решает задачи управления пневматическими пробойниками и дозаторами автоматизированной системы подачи глинозема и фтористых солей в электролизер;

· блок реализации климатических условий - служит для обеспечения необходимых климатических условий для работы оборудования, устанавливаемого в шкаф управления электролизером. [10]

9.2 Информационно-управляющая система MES

Сложность управления электролизером осложняется тем, что нужно управлять сотнями отдельных электролизеров, при этом технологу необходимо руководствоваться многими технологическими параметрами по каждому электролизеру не измеряемыми АСУТП (температура и химический состав электролита, электрический баланс электролизера, расход глинозема, форма рабочего пространства, объемы жидкого электролита и металла, вес вылитого металла и др.). Большинство из этих параметров измеряются вручную и заносятся в свои базы данных. Принимая решение о каких-либо корректирующих действиях технологу необходимо, прежде всего, произвести полный мониторинг всех параметров по их отклонению от нормального диапазона, с учетом всех технико-экономических показателей.

Эту сложную задачу поможет ему решить интегрирование всех существующих локальных АСУТП и баз данных в единую систему следующего уровня - информационно-управляющую систему MES, которая формируют информацию о ходе производственного процесса, используя данные предыдущего уровня и представляют их технологу в удобной и понятной форме для принятия управленческих решений, а затем доводят принятые решения до руководства подразделений.

Система MES определяется как совокупность программных функций, отличающихся от функций систем планирования ресурсов предприятия (ЕКР), автоматизированного проектирования и программирования (CAB/САМ) и автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

9.3 Основные функции MES для электролизного производства

Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) - контроль состояния: технологического оборудования, управление материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ. Учет поступающего сырья, сведений о его характеристиках.

Оперативное / Детальное планирование (ODS) - расчет ожидаемой наработки металла, основанный на заданных электрических параметрах электролиза, технических характеристиках оборудования и состоянием технологии.

Диспетчеризация производства (DPU) - управление регламентными технологическими работами на электролизерах (загрузка глинозема и фторсолей, завозка анодной массы, и глинозема, выливка металла, перетяжка анодной рамы, переключение анода и другие технологические операции на электролизерах), согласно требованиям технологических инструкций.

Управление документами (DOC) - формирование, контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих технологический процесс, ведение плановой и отчетной документации, управление нормативной документацией.

Сбор и хранение данных (DCA) - взаимодействие с информационными подсистемами АСУТП, электролизного цеха, ОТК, ЦЗЛ в целях получения, накопления и обработки технологических параметров и управляющих воздействий. Интеграция с автоматизированными рабочими местами технологов и руководителей производства.

Управление персоналом (LM) - Обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме.

Управление качеством продукции (QM) - анализ данных измерений качества продукции в режиме реального времени на основе информации поступающей с производственного уровня, обеспечение должного контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.

Управление производственными процессами (PM) - мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений технолога. Анализ причин возникновения отклонений.

Управление техобслуживанием и ремонтом (MM) - Управление техническим обслуживанием, капитальным и текущим ремонтом оборудования и механизмов для обеспечения их эксплуатационной готовности. Формирование паспортов электролизеров.

Отслеживание истории продукта (PTG) - визуализация информации о металле, вылитом с каждого электролизера (время выливки, вес, химический состав, дальнейший технологический маршрут, исполнитель). Учет готовой продукции по корпусам и литейному отделению.

Анализ производительности (PA) - Предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций. Сравнение плановых и фактических показателей.

Система МЕS является инструментом повышения прибыльности электролизного производства без привлечения значительных инвестиций за счет:

снижения себестоимости продукции;

снижения потерь производства;

снижения количества технологических нарушений;

увеличения физического объема производства;

снижения энергопотребления;

снижения запасов на технологических этапах;

повышения качества продукции;

повышения временной точности исполнения производственных заданий;

повышения оперативности управления;

увеличения срока службы электролизёров, за счёт анализа и управления факторами, влияющими на срок службы электролизёров.

повышения информационной прозрачности производства [11].

10. Строельная часть

10.1 Общие сведения о строительной площадке

Строительство цеха электролитического получения алюминия выберем в районе города Краснотурьинск. В этом районе имеется разветвленная сеть железных дорог.

Рельеф местности - не затопляемая равнина. Преобладающее направление ветров - западное и северо-западное, с некоторым увеличением повторяемости северных ветров в зимнее время.

Среднегодовая температура воздуха + 20°С. Абсолютный минимум до -50°С, максимальная температура + 36°С.

Среднегодовая скорость ветра 2,9 -3,4 м/с.

Климат района резко - континентальный.

По количеству осадков район относится к зоне среднего увлажнения. Грунт площадки суглинистый с допустимой нагрузкой 4 кг/см². Продольную ось корпусов располагаем по углом 45°С к северо-западному направлению.

Глубина промерзания грунта около 2 метров.

Размещение цеха по технологическим требованиям необходимо производить в отдельных зданиях, соединенных между собой коридорами. Расположение складов сосредоточенное, что позволяет иметь минимальную протяженность ж/д путей.

10.2 Краткая характеристика здания и его основных конструктивных элементов

Одноэтажное промышленное здание. Длина всего здания составляет 390 метров. Шаг колонн равен 6 метрам. Пролет здания длиной 24 метра. Высота здания равна 14,4 метра. В здании установлен опорно-мостовой кран грузоподъемностью 30/10 т. Здание отапливаемое. На кровле здания смонтирован фонарь.

1) Каркас. Каркас здания выполняется из железобетона в соответствии с ТП 101-76, что обеспечит надежность конструкции и позволит сэкономить до 60% стали.

2) Колонны. 2 ряда крайних и 1 ряд средних колонн. Колонны двухветвевые (железобетонные) размером поперечного сечения 600х2400 мм (подкрановой ветви) и 500х500 мм (надкрановой).

В здании крайние колонны устанавливаются с привязкой 0 мм. У торцевых осей привязка 500 мм. В поперечном температурном шве привязка равна 500 мм.

Привязка к крайним осям: Привязка к торцевым осям: Привязка в поперечном температурном шве:

500 500 500

Рисунок 10.1 - Привязка колонн к осям

3) Конструкция подкрановых балок. Подкрановые балки выполняются из железобетона. Расстояние между координационной осью колонны и осью кранового рельса принимается 750 мм.



1 - стальная крепежная планка, 2 - бетон, укладываемый после монтажа и крепления балки, 3 - шайбы.

Рисунок 10.2 - Конструкция крепления железобетонной подкрановой балки

4) Фундаменты. Под колонны каркаса предусматриваются отдельные фундаменты с подколонниками стаканного типа. По способу устройства фундаменты монолитные. Колонны с фундаментом соединяются жестким крепление с помощью бетона.

Рисунок 10.3 - Монолитный тип фундамента

Стены опираются на фундаментные балки, укладываемые между подколонниками фундаментов на железобетонные столбики трапециевидного сечения 300х600 мм.



1 - песок, 2 - щебеночная подготовка, 3 - тугоплавкий асфальт,

4 - гидроизоляция, 5 - колонна, 6 - шлак.

Рисунок 10.4 - Фундамент крайнего ряда

5) Несущие конструкции покрытия. Принимаются сегментные железобетонные фермы.

Рисунок 10.5 - Сегментная железобетонная ферма

6) Фонарь. Для обеспечения необходимого уровня освещенности и воздуха обмена в корпусе предусмотрен светоаэрационный фонарь прямоугольного типа. Фонарь выполнен с металлическими ветроотбойными щитами, ширина фонаря 12 метров. Несущие конструкции фонаря - стальные.

7) Окна. Принимаются оконные переплеты. По конструктивному решению - створные, открывающиеся внутрь и наружу.

8) Двери. В каждом пролете в торцах здания оборудуются ворота, а в боковых стенах однопольные двери.

Определение строительного объема электролизного цеха

Электролизёров в ряду, шт.	44
Длина одного электролизёра, м	6,74
Ширина прохода между электролизёрами, м	1,5
Число проходов, шт.	42
Ширина центрального проезда, м	15
Длина двух торцевых площадок, м	50

1) Определение ширины корпуса, м:

, (10.1)

где - ширина электролизёра, м;

- количество рядов;

- расстояние от ванны до стены, м;

- расстояние между рядами электролизеров, м.

2) Определение высоты корпуса

Принимаю высоту корпуса 14,4 м.

3) Определение длины корпуса, м:

(10.2)

где - длина электролизера, м;

- число электролизеров, шт.;

- число проходов, шт.;

- длина двух торцевых площадок, м;

- ширина центрального проезда, м.

Принимаем величину длины корпуса, кратную 6 м. Она составит 426 м.

10.3 Расчет площади бытовых помещений

Бытовые здания предприятий предназначены для размещения в них помещений обслуживания работающих: санитарно-бытовых, здравоохранения, общественного питания, торговли и службы быта, культуры.

Расчет санитарно-бытовых помещений

Расчет заключается в определении площадей помещений: гардеробных, душевых, санузлов. Для обслуживания рабочих и ИТР предусмотрены санитарно-бытовые помещения в соответствии с санитарными нормами и правилами СНиП 2.09.04-87* «Административные и бытовые здания» и СНиП 2-92-76 «Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий».

Гардеробные

Расчет гардеробных производится из списочного состава рабочих на участке. Всего работающих 1108 человек, из них 1071 мужчина и 37 женщин. Каждому рабочему, для производственных процессов группы 2а предусматриваются общие шкафы с двумя отделениями для рабочей и чистой спецодежды (СНиП 2.09.04-87*, таблица 6*).

Размер одного отделения шкафа составит: 0,33х0,5 (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5), где 0,33 и 0,5 - ширина и глубина отделения шкафа.

Площадь шкафа составит 2 • 0,33 • 0,5 = 0,33 м² на одного человека. Площадь, занимаемая шкафами, составит:

у женщин: 37 • 0,33 = 12,21 м²;

у мужчин: 1071 • 0,33 = 353,43 м².

Ширину проходов между рядами шкафов принимаем 2,0 м у мужчин и 1,4 м у женщин (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5). Площадь проходов должна составлять:

у женщин: 37 • 0,33 • 2 • 1,4 = 34,19 м²;

у мужчин: 1071 • 0,33 • 2 • 2 = 1413,72 м².

Таким образом, площадь гардеробных составит:

женской: 12,21 + 34,19 = 46,40 м²;

мужской: 353,43 + 1413,72 = 1767,15 м²;

всего: 46,40 + 1767,15 = 1813,55 м².

Душевые

Расчет умывален, туалетов, душевых помещений производится на число работающих наибольшей (по количеству человек) смены. Количество работающих в дневную смену 374 человека, из них 347 мужчин и 27 женщин.

Количество душевых сеток из расчета 1 душ на 7 человек (СНиП 2.09.04-87*, таблица 6*), полезная площадь одного душа 0,9 • 0,9 = 0,81 м² (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5).

Количество душевых кабин составит:

у мужчин: 347/7 = 50 шт.

у женщин: 27/7 = 4 шт.

Площадь, занимаемая душевыми кабинками, составит:

у мужчин: 50 • 0,81 = 40,50 м².

у женщин: 4 • 0,81 = 3,24 м².

Ширина проходов между рядами открытых кабин душевых 1,5 м. (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5).

Площадь проходов составит:

у мужчин: 50 • 0,9 • 1,5 = 67,50 м².

у женщин: 4 • 0,9 • 1,5 = 5,40 м².

Таким образом, площадь душевых составит:

мужской: 40,50 + 67,50 = 108,00 м²;

женской: 3,24 + 5,40 = 8,64 м²;

всего: 108,00 + 8,64 = 116,64 м².

Санузлы

Согласно СНиП 2-92-76 количество унитазов и писсуаров составляет:

для мужчин: на 30 человек - 1 унитаз, на 30 человек - 1 писсуар.

347/30 = 12 унитазов;

347/30 = 12 писсуаров.

для женщин: на 15 человек - 1 унитаз.

27/15 = 2 унитаза.

Размер в плане кабинок уборных составляет 1,2х0,8, где 1,2 и 0,8 - глубина и ширина кабинок уборных (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5). Площадь кабинки уборных составляет: 1,2 • 0,8 = 0,96 м².

Площадь кабинок уборных составит:

у мужчин: (12 + 12) • 0,96 = 23,04 м²;

у женщин: 2 • 0,96 = 1,92 м².

Ширина проходов от оборудования до стены - 1,3 м, от оборудования до стены, напротив которой установлено оборудование, - 2,0 м (СНиП 2-92-76).

Площадь проходов составит:

у мужчин: 12 • 0,8 • 1,3 = 12,48 м²;

у женщин: 2 • 0,8 • 2 = 3,20 м².

Площадь тамбура принимают 0,4 м² на единицу оборудования, но не менее 2 м² (СНиП 2.09.04-87*, таблица 7). В тамбуре предусматривается 1 умывальник на 4 кабинки (СНиП 2-92-76).

Площадь тамбура составит:

у мужчин - 9,6 м²;

у женщин - 2 м².

Таким образом, площадь санузлов составит:

мужской: 23,04 + 12,48 + 9,60 = 45,12 м²;

женской: 1,92 + 3,20 + 2,0 = 7,12 м²;

всего: 45,12 + 7,12 = 52,24 м².

Умывальные

Размещают смежно с гардеробными рабочей одежды. Количество кранов составляет из расчета 1 кран на 20 человек (СНиП 2.09.04-87*, таблица 6*).

у мужчин: 347/20 = 18 кранов;

у женщин: 27/20 = 2 крана.

Расстояние между осями кранов умывальников 0,65 м (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5), а длина умывальника 0,57 м.

Длина умывальной составит:

у мужчин: 0,8 + 0,285 + 0,65 • 17 + 0,285 + 0,8 = 13,22 м.

у женщин: 0,8 + 0,285 + 0,65 + 0,285 + 0,8 = 2,82 м,

где: 0,8 расстояние от умывальника до стены а 0,285 составляет половину длины умывальника.

Ширина проходов между рядами умывальников 1,8 м (СНиП 2.09.04-87*, таблица 5).

Площадь умывальной составит:

у мужчин: 13,22 • 1,8 = 15,02 м²;

у женщин: 2,82 • 1,8 = 5,08 м²;

всего: 15,02 + 5,08 = 20,10 м².

Общая полезная площадь бытовых помещений:

S = 1813,55 + 116,64 + 52,24 + 20,10 = 2002,53 м².

Помещения здравоохранения

Согласно СНиП 2.09.04-87* при списочной численности свыше 300 работающих должен быть предусмотрены фельдшерские здравпункты. Площадь здравпункта 114 м² (СНиП 2.09.04-87*, таблица 8).

Помещение предприятий общественного питания

В данном проекте предусматривается столовая, работающая круглосуточно. На одно посадочное место приходится 4 человека в дневную смену. Итого мест в столовой:

374 / 4 = 94.

Общая площадь составляет:

94 • (1,1 + 0,5 + 0,36 + 1,3) = 307 м²,

где 1,1; 0,5; 0,36; 1,3 - норма площадей под буфет, склад, торговый зал, кухню.

В столовой предусматривается раздевалка, умывальник, туалет.

Их площадь составит:

25 + 1,5 • 1,5 + 2 • 5 = 38 м².

Итого площадь под столовую: 307 + 38 = 345 м².

На каждом корпусе предусматриваются чайные комнаты по две на серию и одну на литейное отделение. Площадь одной чайной комнаты 18 м². Итого общая площадь чайных: 18 • 9 = 162 м².

Заключение

В данном проекте выполнен расчет цеха электролитического получения алюминия производительностью 160 тыс. тонн в год.

В проекте представлено обоснование места строительства электролизного цеха, рассмотрены вопросы снабжения его сырьем, водой и энергией. Осуществлен выбор типа электролизера и его основных параметров, а также описание его конструкции. Выполнен конструктивный расчет электролизера, а также рассчитаны материальный, электрический и тепловой балансы. На основании расчетов выбрано оборудование электролизного цеха.

Рассмотрены вопросы автоматизации, безопасности и экологичности технологического процесса.

В специальной части проекта рассмотрено внедрение автоматизированной установки пламенного обжига «HOTWORK». Такое внедрение позволило полностью контролировать параметры нагрева, отбор и передачу данных, добиться полного и равномерного спекания подовой массы, снизить расход дизельного топлива в 2 раза, полностью исключить протёки металла при пуске электролизёра, а также удалось перейти с горизонтального укрытия подины электролизёра на вертикальное, что позволило уйти от перегрева периферийного шва.

Список использованных источников

1. Дистергефт Л.В., Выварец А.Д. Технико-экономическое обоснование инвестиционного проекта. Учебное пособие. Екатеринбург: Свердуприздат, 1997. 58 с.

2. Костюков А.А., Киль И.Г. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971. 559.

3. ТИ БАЗ, 2006, 18 с.

4. Борисоглебский Ю.В., Минцис М.Я. Металлургия алюминия. Новосибирск: Наука, 1999. 184 с.

5. Обжиг и пуск алюминиевых электролизеров/ Б.С. Громов [и др.]; Общ. Ред. Б.С. Громова. - М.: Издательский дом (Руда и металлы), 2001. - 396 с.

6. Информационные системы в металлургии: Учебник для вузов/ Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. - 617 с.

7. Бисеров А.Г. Расчет алюминиевых электролизеров: методические указания для выполнения курсового проекта / сост. А.Г. Бисеров, Д.В. Пучнин. Краснотурьинск: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 45 с.

8. Багаев Б.М., Злобин В.С., Тихомиров В.Н., Евменов В.А., Новиков А.Н. Оптимизация нагрева подины алюминиевого электролизёра топочными газами. // Цветные металлы. - 1997. - №9. - С. 66-68.

9. Тезисы ХI научно-практической конференции «Алюминий урула-2006». Обжиг алюминиевых электролизеров/ В.В. Крюков, А.К. Ногай, В.В. Ефимов, В.Н. Испаров: МИСиС, ОАО «Волгоградский алюминий», г. Волгоград.

10. Анализ современных систем управления сериями алюминиевых электролизеров / Ю.И. Фролов [и др.]. // Цветная металлургия. 2004. №7. С. 81 - 83.

11. http://www.insapov.ru/mes.html

12. Деев П.З. Техника безопасности в производстве алюминия. М., «Металлургия», 1978. 20 с.

13. ГОСТ 12.1.003 - 74. Оборудование производства. Общие требования безопасности. М.: Изд. стандартов, 1975. 9 с.

14. Охрана труда в цветной металлургии/ Ю.В. Зубарев, В.А. Пискунов. М.: Металлургия, 1990. с 31.

15. Белов С.В., Девисилов В.А., Козьяков А.Ф., Морозова Л.Л., Сивков В.П., Спиридонов В.С., Якубович Д.М. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов средних проф. учеб. заведений. М.: Высш. шк., НМЦ СПО, 2000. 160 с.

16. Электро-металлургия алюминия и магния/ М.М. Ветюков, А.М. Цыплаков, С.Н. Школьников. М.: Металлургия, 1987. с 186.

17. Безопасность технологических процессов и производства. Кукин и др.

18. СП 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. М.: Стройиздат, 1985. 36 с.

19. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение

20. Денисенко Г.Ф. Охрана труда: учеб. пособие для ВУЗов / Г.Ф Денисенко. М.: Высшая школа, 1985. 319 с.

21. http://www. rudiplom.ru

16. Правила техники безопасности на электротехнических установках (ПУЭ). М.: Энергия, 1978.

22. http://www. rudiplom.ru

23. Нормативы численности основных рабочих, занятых на предприятии алюминиевой промышленности. Часть 3. Электролиз алюминия, литье первичного алюминия и его сплавов / Запорожье. 1984.

24. Типовые структуры и типовые штаты ИТР и служащих заводоуправлений, основных и вспомогательных цехов предприятий алюминиевой промышленности, 3-е изд. / Ленинград: ВАМИ. 1980.

Размещено на Allbest.ru