Совершенствование технологий Metso по обогащению полезных ископаемых

Brian Flintoff, старший вице-президент подразделения Technology Development компании Metso

Сегмент продукции и услуг компании Metso, связанный с добычей полезных ископаемых и строительством, имеет три направления: Services («Услуги»), Crushing and Screening Equipment («Оборудование для дробления и грохочения») и Mineral Processing Solutions («Решения по обогащению полезных ископаемых»).

Группа Mineral Processing Solutions (MPS) предлагает широкий ассортимент оборудования для тонкого измельчения и сепарации на предприятиях горнодобывающей промышленности. Но всё больше компания концентрируется на комплексной поставке оборудования, например, для схем тонкого измельчения, а также комплектные технологические системы.

№5 (105) 2012

Кроме того, группа MPS оказывает услуги по совершенствованию эксплуатационных характеристик оборудования и его доработки под конкретные сферы применения по проектированию новых или улучшению существующих схем технологических процессов и технологических режимов дробильно-обогатительных фабрик, по предоставлению услуг в области автоматизации предприятий. За совершенствование эксплуатационных характеристик оборудования отвечает подразделение Technology Development («Развитие технологий») группы MPS.

Основные возможности подразделения Technology Development

Специалисты подразделения Technology Development (TD) занимаются проектированием, анализом, оптимизацией и автоматизацией процессов обогащения полезных ископаемых на протяжении нескольких десятилетий. Недавно подразделение TD вышло на российский рынок и сейчас выполняет несколько проектов. В своей работе над конкретными проектами специалисты Metso используют ряд современных методов моделирования и управления технологическими процессами.

Мультифизическое моделирование

Мультифизическое моделирование предусматривает использование моделей основного принципа (например, ньютоновские законы движения) для описания поведения технологического оборудования. Для любой конкретной системы количество элементов и частиц очень велико, что требует чрезвычайно действенных вычислительных кодов и групп суперкомпьютеров для выполнения вычислений.

Компания Metso сделала серьезные инвестиции в эту сферу. Одна из задач компании – разработка виртуальных машин, которые будут способны оценить как технологические (например, производительность, качество продукта), так и механические характеристики (например, силы, износ) процесса, что сокращает цикл создания изделия и гарантирует, что запускаемые компанией Metso проекты отвечают поставленным целям применения. Команда специалистов TD осуществила моделирование конусных и гирационных дробилок, вибрационных грохотов, вальцовых дробилок высокого давления, мельниц полусамоизмельчения/самоизмельчения, мельниц типа Vertimill™, скрубберов, магнитных сепараторов, флотационных камер, сгустителей, пульповых насосов, бункеров, перегрузочных лотков.

В качестве примера рассмотрим задачу выбора наиболее подходящей конструкции лифтера мельницы. Основная цель – выбрать футеровку, которая обеспечит долгий срок службы до полного износа и наилучшую производительность мельницы. Поскольку мультифизический подход способен моделировать процесс износа (рассеяние энергии деформации сдвига) и оценивать изменения производительности (за счет изучения зоны критической энергии в спектре ударной энергии), можно быстро моделировать различные конфигурации лифтеров для получения той, которая будет обладать оптимальными рабочими характеристиками. Только после этого одна их конструкций будет испытана в технологической зоне. Таблица показывает сравнение производительности и срока службы старого профиля футеровки и нового, т.е. того, который был тщательно выбран. Выбор был сделан с использованием критерия финансового анализа – чистая приведённая стоимость.Сравнение производительности и срока службы старого и нового профилей футеровки

Мультифизическое моделирование – это новый инструмент для микромасштабной оптимизации установившихся режимов машин и их элементов, типа футеровок. Компания Metso является лидером в области использования данной технологии.

Моделирование Metso-ProSim®

Моделирование баланса заполнения установки берёт начало с конца 1960-х годов. Но комплексные пакеты программ, подобные Metso-ProSim®, начали появляться в начале 1990-х годов. Первоначально разработанные для поддержки оптимизации обогатительных фабрик, эти инструменты сейчас переросли в установки для геометаллургического прогнозирования и производственного планирования.

Модели баланса заполнения основаны на исследовании рабочих процессов, на эмпирических моделях. Например, при дроблении и измельчении мы используем понятие выбора (скорости, с которой частица данного размера, будет разрушаться в данном устройстве) и разрушения (распределение образованных частиц после такого разрушения) для описания работы агрегата. Стандартным является отслеживание функций выбора и разрушения по калибровке данных установки или использование предыдущей информации по калибровке из базы данных.

Моделирование баланса заполнения установки осуществляется на уровне макромасштаба, так как нас интересует поведение схем или установок.Лаборатторное оборуудование

Программа Metso-ProSim® представляет собой динамический имитатор, который можно использовать для выбора объёмов складских помещений с целью минимизации простоев. Она может быть использована для идентификации слабых мест технологического процесса. Программа дает возможность отслеживать эксплуатационные расходы. Недавно модели технического обслуживания были добавлены для учета запланированных и незапланированных простоев технологического оборудования. Цель на будущее для программы Metso-ProSim® – это виртуальная установка для анализа, оптимизации техпроцесса и обучения.

Хорошим примером оптимизации техпроцесса может служить выбор наилучших условий эксплуатации для шаровой мельницы. В этом случае проба из шаровой мельницы обогатительной фабрики измельчается при различных условиях её работы (уровне шаровой загрузки, распределении шаров, доли твёрдых фракций, скорости вращения мельницы) в лабораторной мельнице.

Программа Metso-ProSim® обеспечивает легкий механизм для импорта значений функции выбора (скорости разрушения и крупности частиц) в систему моделирования установки для оценки влияния изменения в рабочих параметрах. Этот метод более точен, чем обычные корреляции, используемые для вывода оптимального размера состава шаров.

Интеграция систем управления

Термин «Интеграция систем управления» используется для описания всех задач, относящихся к проектированию, монтажу и вводу в эксплуатацию автоматизированной системы управления технологическими процессами всей обогатительной фабрики, либо как части проекта нового строительства, либо как средства модернизации старой фабрики.

Эффективная интеграция систем управления требует: знания передовых методов управления промышленными процессами; опыта в проектировании электрооборудования, КИПиА и технологической разработке процессов и сопровождения процесса проектирования систем управления на фабрике с последующим монтажом и вводом в эксплуатацию. Компания Metso имеет достаточно опытную команду, которая специализируется исключительно на этой работе. Конечно, большая часть этой работы состоит в разработке принципа управления и системы защитной блокировки.Интеграция систем управления

Дополнительные задачи, такие как перечни КИП, порядок кабельной разводки, схемы электрических соединений, распределительные коробки и прочее, следуют далее. Параллельно существует спецификация автоматизированной системы управления технологическими процессами (например, «Распределённая система управления» Distributed Control System (DCS) или ПЛК (PLC) и сеть передачи данных с анализом нагрузки. Вспомогательные системы, такие, как анализаторы, системы управления лабораторной информацией, прогнозные диагностические системы, архивы данных, упреждающее регулирование, и ссылки на другое программное обеспечение предприятия, должны учитываться, наряду с дизайном человеко-машинного интерфейса и протоколами аварийной сигнализации и отчетности.

За установкой системы следует этап настройки контуров управления (например, нормы выборки, фильтрация, постоянные контроллера и прочее), калибровки приборов технологической зоны и выполнения большого числа проверок для обеспечения того, чтобы система работала точно по расчету.

В некоторых случаях есть необходимость в применении методов упреждающего регулирования. Компания Metso разработала надёжный контроллер, который автоматически адаптируется к любым изменениям режимов работы, и обеспечивает эффективное управление, если сравнивать с базовым пропорционально-интегральным регулятором с предварением (P&ID).

Упреждающее регулирование и измерение

Advanceed Process Control (APC) «Улучшенная система автоматического управления» – это отработанная технология, которая установлена на многих предприятиях по всему миру.

Программное обеспечение Optimizing Control System (OCS) «Оптимизирующая система управления» компании Metso лидируют в этой сфере.

Подобно многим другим прикладным программам APC, программа OCS построена вокруг ядра искусственного интеллекта (т.e. Embedded Fuzzy Logic – «Экспертной системы с встроенной размытой логикой»). Набор правил специфичен для каждой прикладной программы, и он эффективно берёт на себя большую часть принимаемых решений по установкам от оператора. Система APC управляет фабрикой, загрузка систем составляет обычно 99%.Структупа Optimizing Control System (OCS)

Система APC компании Metso применяет модели баланса заполнения, которые автоматически калибруются по фабрике, используя совершенные статистические методы. Таким образом, получается виртуальная модель, которая работает с алгоритмами оптимизации для расчёта наилучшего эксплуатационного режима фабрики. Конечно, эти цели фильтруются экспертной системой перед внедрением в систему управления фабрики. Это и есть мощная комбинация «Искусственного Интеллекта» и глубокого знания технологического процесса в виде математических моделей, которая делает компанию Metso лидером в части «Экспертных систем управления на базе моделей» Model-based Expert Control (MBEC).

Компания Metso продолжает развитие программного обеспечения OCS и недавно создала функциональную группу Model Predictive Control («Управление с прогнозированием по моделям»). Кроме того, теперь есть возможность динамического моделирования установок в рамках структуры моделей OCS. Это очень удобно для обучения операторов, для проектирования принципов упреждающего регулирования и для исследования воздействия добавляемых датчиков в схему технологического процесса. Дополнительно, компания Metso разрабатывает набор средств для горной промышленности на основе данных/изображений, которые позволят инженерам-технологам эффективно выявлять и устранять неполадки, оценивать рабочие показатели, улучшать/адаптировать принципы управления и другое.Интеграция систем управления

Параллельно компания Metso разрабатывает технологии усовершенствованных измерений, первоначально технических, но теперь – и акустических. Программы VisioTruck™, VisioRock™, VisioPellet™ являются инструментами технического зрения для непрерывной оценки гранулометрического состава материала, выгружаемого с самосвалов, на конвейерах или разгружаемого с питателей. Программа VisioBall™ подсчитывает шары, добавляемые в мельницу, а программа VisioFroth™ контролирует пенный слой и многие другие параметры, важные для пенной флотации. Наконец, программа AudioMill™ оценивает рабочее состояние мельниц на основе акустического анализа.

Выводы

Подразделение Technology Development обладает уникальными разработками, которые несомненно представляют интерес для российской горнодобывающей промышленности, и предлагает полный набор возможностей по управлению и моделированию техпроцессов.


 

ЗАО "Метсо Минералз СНГ"

www.metsominerals.ru  , www.metso.com

Журнал "Горная Промышленность" №5 2012, стр.24