Поточные анализаторы

Технологическая линия завода ООО «Азия Цемент» оснащена двумя поточными анализаторами X1 SABIA для контроля качества сырьевой смеси, работающими на основе анализа активированного нейтронами мгновенного γ-излучения с использованием изотопа ²⁵²Cf. Поточные анализаторы установлены над ленточными конвейерами, подающими дозированный сырьевой материал в две сушилки-дробилки. Сырьевая смесь состоит из дробленого мела с влажностью 20—35 %, дробленого мергеля с влажностью 21—36 %, а также высушенных и молотых огарков (2 масс. %) и бокситовой глины (2 масс. %) с влажностью до 2 %. Дополнительно на ленточный транспортер подается крупка от сушилок-дробилок (50 т/ч), чтобы предотвратить налипание материала на ленты транспортеров. Производительность каждой сушилки-дробилки составляет 160—180 т/ч сырьевой муки.

Данные, полученные при помощи поточного анализатора, передаются на компьютер центрального пульта управления и используются оператором сырьевого отделения, чтобы регулировать в ручном режиме дозаторы, подающие компоненты сырья (мел, мергель, сухие огарки и бокситовую глину). В основном эти данные нужны для быстрого регулирования соотношения мела и мергеля при изменении качества доставляемого из карьера сырья.

По показаниям поточных анализаторов предварительно оцениваются качество сырьевой муки и тенденции изменения (снижения или повышения) коэффициента насыщения. Но для окончательного принятия решений используются данные, предоставленные центральной лабораторией завода, основанные на результатах анализов сырья, отобранного после сушилок-дробилок при помощи автоматических пробоотборников.

В таблице приведены основные различия, существующие при анализе сырья в лаборатории и с использованием поточных анализаторов.

Основные различия анализа сырья, проведенного поточными анализаторами, и лабораторного анализа

Необходимо различать определение качества сырьевой смеси и качества сырьевой муки. В нашем случае поточный анализатор отображает только качество сырьевой смеси, предварительно показывая изменения химического состава сырьевых материалов, но не учитывая ряд материальных потоков, влияющих на состав сырья. К неучтенным факторам относятся коэффициент рециркуляции крупки в сушилках-дробилках, пылеунос из теплообменника печи, пыль с электрофильтра и отбор части крупки с сушилок-дробилок для подачи на ленточные транспортеры сырьевых материалов.

Погрешность результатов измерения анализатора зависит в первую очередь от его калибровки (от параметров используемых для нее образцов). При эксплуатации погрешность зависит от толщины слоя материала на ленте (согласно паспортным данным оборудования) и размера кусков материала. Влияние всех остальных факторов (окружающей температуры, влажности материала) на погрешность измерения несущественно. Анализатор должен работать в диапазоне температур, указанных в паспорте оборудования. Как правило, если блок детектора обеспечивает работоспособность при помощи обогрева, то никаких проблем в морозных условиях не должно быть.

Зависимости от времени значений КН сырьевой смеси, полученных соглас­но данным приборов, установленных над конвейерами, и КН сырьевой муки по результатам анализа, выполненного в лаборатории, для обоих анализаторов имеют сходный характер. Использование поточных анализаторов позволяет благодаря оперативной передаче сигнала для регулирования КН поддерживать его значение в пределах от 0,9 до 1,0.

Краткие выводы о том, что необходимо для оптимальной работы анализаторов, заключаются в следующем:

1) толщина слоя материала, проходящего через анализатор, должна быть постоянной. Она регулируется путем изменения скорости движения ленты;

2) рекомендуется использовать качественные образцы для калибровки анализатора, чтобы выполнить ее согласно стандарту ASTM на динамической основе;

3) для обеспечения калибровки анализатора, архивирования и передачи данных необходимо качественное соединение с интернетом;

4) персонал, обслуживающий анализатор, должен пройти обуче­ние по радиационной безопасности и по эксплуатации данного устройства.

На нашем заводе в данный момент эксплуатируются поточные анализаторы состава цемент­ного сырья на основе метода PGNAA, в том числе анализатор отечественного производства АСЦС- 1000 от группы компаний РАТЭК (Россия).

В 2015 году «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» и компания «РатэкЛаб», входящая в состав группы РАТЭК, подписали соглашение о партнер­стве и взаимовыгодном сотрудничестве для решения задач кон­троля качества при производстве цемента.

Летом 2016 года на базе «РатэкЛаб» проведены лабораторные испытания опытного образца анализатора. Для его настройки и калибровки заводом было подготовлено несколько партий сырьевой муки. После доработки опытного образца с учетом некоторых замечаний результаты работы анализатора были признаны отвечающими требованиям технического задания.

Главное отличие производственных испытаний от лабораторных состояло в том, что на заводе анализатор работал в более жестком режиме. Он должен был определять химический состав в среднем 400 т сырьевой смеси в час при ее влажности до 23 %; при этом сохранять работоспособность и обеспечивать анализ контролируемых параметров смеси в условиях воздействия внешних факторов:

• повышенной влажности (98+2/-3) % при температуре 35 ± 2 °С;

• повышенной температуры (40 ± 2 и 50 ± 2 °С — соответственно рабочее и предельное значения);

• пониженной температуры (-25 ± 2 и -30 ± 2 °С — соответственно рабочее и предельное значения).

Поточный анализатор установлен после блока дозаторов. Используются два вида сырья и две добавки. Задача анализатора — передавать в непрерывном режиме результаты химического анализа подаваемого сырья в автоматизированную систему, которая на их основе сможет регулировать подачу добавок для достижения нужного состава смеси. Сейчас анализ сырья производится вручную лабораторией каждые 2 ч. Пробы усредняются при помощи пробоотборника. Данные лаборатории регулярно сравниваются с данными анализатора.

Алгоритм работы АСЦС-1000 автоматически корректируется с учетом изменений состава смеси на конвейере (осуществляется постоянная подстройка рабочего динамического диапазона) и позволяет получать с заданной точностью концентрации элементов в заданном диапазоне загрузки конвейера (300—450 т/ч) и при различных значениях влажности.

По мере работы анализатора система создает библиотеки данных, которые позволяют повысить точность определения всех необходимых элементов. В рамках регламентного обслуживания АСЦС-1000 автоматически обновляет алгоритм, как следствие повышается точность результатов анализа. В случае необходимости можно расширить список контролируемых элементов.

Одним из определяющих факторов, влияющих на погрешность результатов измерения при помощи анализатора, является его калибровка. В случае АСЦС-1000 она осуществляется с использованием реальных сырьевых смесей, получаемых на заводе. Этим обеспечивается быстрый переход на новую смесь при возникновении такой необходимости. Анализатор удобен в настройке, позволяет контролировать нестандартные примеси.

Специалисты «РатэкЛаб» при необходимости оперативно оказывают помощь в вопросах, связанных с работой анализатора.

На нашем заводе имеются технологические линии мокрого, полусухого и сухого способов производства. При подготовке сырья для получения качественного клинкера задействованы два поточных анализатора. Один из них анализирует химический состав шлама, второй — химический состав сырьевой смеси для производства клинкера по сухому способу. Оба анализатора работают с использованием радиоактивных изотопов ²⁵²Cf непрерывно в потоке, обеспечивая получение шлама или сырьевой смеси заданного химического состава, которые без корректировок сразу подаются на обжиг.

Для приготовления сырьевой смеси используются четыре сырье­вых компонента: мел (76—80 %), глина (16—20 %), зола (0—2,5 %) и железосодержащая добавка — огарки (1—3 %). При сухом способе все четыре компонента после предварительного дробления в двухвалковых дробилках попадают на общий ленточный транспортер. Таким образом, на ленточном конвейе­ре формируется сырьевая смесь, состоящая из четырех слоев: глины (снизу), затем мела, огарков и золы. После этого материал через пересыпку под углом 90° попадает на следующий ленточный транспортер, на котором и установлен поточный анализатор. На основании полученных от поточного анализатора через программный комплекс QCX данных о химическом составе сырье­вой смеси регулируются скорости подачи материалов пластинчатыми питателями мела и глины и весовыми дозаторами огарков и золы для поддержания заданного химического состава сырьевой смеси. При мокром способе мел и глиняный шлам проходят через мельницы самоизмельчения «Гидрофол» и попадают в смеситель, куда дозируются огарки и зола. Грубомолотый шлам проходит через анализатор, и он в потоке корректирует каждый компонент в шламе, который окончательно измельчается в шаровых сырьевых мельницах, а затем попадает в расходные горизонтальные бассейны и далее в печь.

Что касается заданных вопросов, сообщаем следующее:

1) за 3 года эксплуатации нашего «сухого» сырьевого отделения максимальная влажность сырьевой смеси в весенне-осенний период не превышала 20 %. Поэтому мы можем говорить о прак­тической погрешности в работе поточного анализатора только при этой влажности. Погрешность прибора определялась как среднеквадратическое отклонение коэффициента насыщения набираемых штабелей (по данным поточного анализатора). В весенне-осенний период она составляла 0,18—0,22; в летний — 0,10—0,15;

2) в условиях нашего климата зимой температура редко и ненадолго опускается ниже -30 °С, поэтому влияние температуры окружающей среды на точность работы поточного анализатора при температуре ниже –30 °С прокомментировать не можем. Что касается влияния окружающей среды на точность работы при температурах менее –30 °С, то никаких отклонений в работе анализатора замечено не было. Также отметим, что при низкой температуре окружающей среды для обогрева технологического участка, где установлен поточный анализатор, дополнительно включали дизельную тепловую пушку. В отсеке детекторов и шкафу с электроникой поддерживается необходимая температура. Согласно паспортным данным, эксплуатация самого анализатора в сборе может осуществляться при температуре от –30 до 60 °С, поэтому скорее всего вам потребуются более мощные обогреватели для отсека детекторов.

ОАО «Сухоложскцемент» с 2011 года эксплуатирует два поточных гамма-нейтронных анализатора. Один используется для анализа смеси известняка и аргиллита после дробилки, второй — для анализа сырьевой смеси перед питающим бункером сырьевой мельницы. Для повышения точности измерения химического состава рекомендуем вам обратить внимание на два важных момента:

1) на точность измерений существенно влияют характеристики слоя материала на ленточном конвейере, проходящего через анализатор. Нужно стремиться к максимальной равномерности слоя. Кроме того, очень важно, чтобы его толщина была достаточной. Следуйте рекомендациям изготовителя поточных анализаторов по диапазону значений нагрузки на 1 погонный метр ленты;

2) при пуске поточных анализаторов в эксплуатацию изготовитель, вероятно, выполнил их первоначальную калибровку, используя стандартные образцы. В ходе эксплуатации анализаторов вы могли заметить, что результаты измерения не совпадают с ожидаемыми или измеренными референтным методом значениями. Одна из возможных причин такого отклонения — различные структуры измеряемых материалов и материалов стандартных образцов, использованных для первоначальной калибровки. Для устранения этой проблемы необходимо выполнять процедуру, которую мы называем динамической калибровкой анализаторов. Вам потребуется сравнить средние за определенный период, например за месяц, значения измеряемых анализатором показателей химического состава с соответствующими значениями, измеренными в лаборатории референтным методом. При наличии расхождений вам нужно ввести соответствую­щие поправочные коэффициенты в программное обеспечение поточных анализаторов. По возможности и процедуре ввода поправочных коэффициентов вас наверняка сможет проконсультировать изготовитель поточных анализаторов.

Например, в вашем случае для динамической калибровки поточного анализатора, установленного на конвейере сырьевой смеси, вы можете использовать результаты определения химического состава проб сырьевой муки методом рентгеновской флуоресценции (X-Ray Fluorescence, XRF) или любым другим методом, который вы используете в лаборатории. Результаты могут быть, например, такими, как указано в таблице.

Результаты определения химического состава, масс. %

В идеале для динамической калибровки нужно использовать результаты определения референтным методом состава того же материала, для которого проводятся измерения при помощи поточного анализатора. Но отбор репрезентативных образцов этого материала не всегда возможен. В этом случае нужно выбрать и использовать наиболее подходящую базу сравнения. В вашем случае для динамической калибровки поточного анализатора, установленного в потоке смеси известняка и аргиллита после дробления, можно использовать, например, результаты лабораторного анализа проб сырьевой муки. Наверняка у вас есть данные о химическом составе остальных (корректировочных) компонентов сырьевой смеси, а также об общей массе (или доле) каждого компонента в сырьевой смеси за период. Отсюда можно рассчитать средний химический состав смеси известняка и аргиллита и сравнить со средними результатами с поточного анализатора.

Динамическую калибровку анализаторов нужно выполнять каждый раз после существенного изменения измеряемых материалов или их пропорций в измеряемой смеси. Возможно, динамическая калибровка потребуется и при существенном изменении влажности материалов, как в вашем случае. Рекомендуем вам выполнять калибровку периодически вне зависимости от изменения измеряемых материалов. Со временем интенсивность потока нейтронов, испускаемого радиоактивным источником, изменяется. Это также может приводить к искажению результатов измерений. Повторная калибровка потребуется и после очередной замены источника.

Какого-либо влияния изменения температуры окружающей среды на погрешность поточных анализаторов мы не замечали. Но наши анализаторы установлены в помещениях и не подвергаются таким значительным перепадам температур, как в вашем случае. Рекомендуем вам уточнить у изготовителя допустимый температурный диапазон эксплуатации поточных анализаторов.