Анализ факторов, влияющих на безопасность технологического процесса и разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи на примере ОАО «Волгоцеммаш»
1 Теоретические аспекты безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи 11
1.1 Основные сведения о предприятии ПАО «Волгоцеммаш» 11
1.2 Основные сведения об объекте исследования 13
1.3 Основные требования, предъявляемые к газифицируемым цехам
промышленных предприятий 14
1.4 Взрывоопасность и пожароопасность газового топлива 16
1.5 Токсичность газового топлива и продуктов его сгорания 17
1.6 Особенности безопасной работы при использовании газового топлива по
сравнению с другими видами топлива 20
1.7 Газоопасные работы и надзор за газовым хозяйством промышленных
предприятий 21
1.8 Анализ факторов, влияющих на безопасность технологического процесса
эксплуатации газовой нагревательной камерной печи 24
2 Анализ методов обеспечения безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи 26
2.1 Основные мероприятия по технике безопасности при работе на газовом топливе 26
2.2 Контрольно-измерительные приборы и система автоматизации для безопасной работы газовой печи 36
3 Разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи на примере ПАО «Волгоцеммаш» 45
3.1 Патентный обзор предлагаемых вариантов камерных печей 45
3.2 Выбор и обоснование предлагаемой модернизации камерной печи для ее
безопасной работы 57
3.3 Конструктивные решения модернизируемой печи 60
3.4 Выбор основного оборудования и дополнительных систем 63
3.5 Камерная печь как объект управления. Проектирование системы
автоматизации печи. Разработка алгоритма автоматизации 68
3.6 Функциональная схема автоматизации и выбор аппаратуры 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 84
Основной тенденцией современного развития технологии изготовления изделий металлургической и машиностроительной промышленности необходимость качественной термической обработки материала. Одним из основных препятствий является поддержание контроля температурного режима, который необходимо контролировать в нагревательной камерной печи с выкатным подом от 290 до 1350°C, а также сокращение расходов энергоресурсов при эксплуатации печи и уменьшение попадания опасных веществ в атмосферу.
Главным аспектом нагревательных камерных печей с выкатным подом является то, что их можно модернизировать конструкцию под различные габариты слитков и проведение полного цикла от нагрева слитка до закалки поковки.
Низкий технический уровень нагревательных камерных печей с выкатным подом влечет за собой качество продукции и увеличение расходов энергоресурсов для поддержания необходимого режима при работе печи, к примеру, увеличения расхода газа для поддержания температуры, что в дальнейшем приводит к увеличению вредных выбросов в атмосферу. А также к снижению производительности и степени безопасности технологического процесса резко снижаются. На сегодняшний день % нагревательных печей с выкатным подом находятся в критическом состоянии. После локальной реконструкции, резко возрастет качество продукции, уменьшение расхода энергоресурсов, повышения безопасности рабочего персонала, повышения производительности, и наконец, главным критерием это уменьшение себестоимости при производстве продукции.
Эффект будет достигнут при выборе газогорелочных устройств, необходимо переоборудование топок или создать спец агрегаты, правильно произвести наладку и эксплуатацию. Нарушив данные требования, повышается риск перерасхода газового топлива, что влечет, увеличивает в разы, аварии и несчастные случи.
Цель: данной работы является разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи.
Объект исследования - исследования является камерная печь с выкатным подом площадью 36 м2.
Предмет исследования: основное направление исследования — это обеспечение безопасности рабочего персонала при эксплуатации камерной нагревательной печи с выкатным подом.
Задачи исследования:
1) рассмотреть основные требования, предъявляемые к газифицируемым цехам промышленных предприятий;
2) проанализировать факторы безопасности технологического процесса исследуемого объекта;
3) рассмотреть мероприятия по устранению вредных факторов нагревательной печи;
4) проанализировать патентные разработки в области камерных печей;
5) произвести выбор и обоснование модернизации печи;
6) рассмотреть конструктивные решения модернизируемой печи;
7) спроектировать систему автоматизации модернизируемой камерной печи.
Новизна исследования:
1) рассмотрены теоретические аспекты безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
2) проведен анализ методов обеспечения безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
3) выявлены недостатки существующей системы автоматизации безопасности нагревательной печи;
4) проведена модернизация камерной печи для ее безопасной работы и разработан алгоритм автоматизации управления ею;
5) разработана автоматическая схема управления горелками камерной печи.
Методы и методология проведения исследования: нормативно-правовые документы РФ, это достижения, анализ научных статей, исследований зарубежных, а также отечественных авторов.
Теоретическая научная и практическая значимость: диссертации заключается в том, что:
- основываясь, на выводы технологического процесса печи выявлены недостатки существующей системы автоматизации безопасности нагревательной печи и недостаточность обеспечения безопасности технологических процессов при ее эксплуатации;
- проведена модернизация камерной печи для ее безопасной работы и разработан алгоритм автоматизации управления ею;
- разработана автоматическая схема управления горелками камерной печи.
Научная обоснованность и достоверность результатов исследования. Работа выполнена самостоятельно. Достоверность и обоснованность полученных результатов исследований, конструктивного решения модернизации печи, разработки алгоритма и функциональной схемы автоматизации управления печью обеспечена использованием современными системами автоматизации управления технологическими процессами в металлургии и машиностроении на основе ЭВМ, сравнением с данными, приведенными в научной и нормативной литературе.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
1) результаты теоретических исследований безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
2) результаты анализа методов при обеспечении безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
3) патентный обзор в области газовых нагревательных камерных печей;
4) конструктивное решение модернизации печи;
5) выбор основного оборудования и дополнительных систем печи;
6) алгоритм автоматизации управления печью;
7) функциональная схема автоматизации управления печью.
Апробация результатов. Выступление с докладами:
1) Международной научно-практической конференции
«ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ, ОБЩЕСТВА, ПРОИЗВОДСТВА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ» (Стерлитамак, 28 июня 2019 г.);
2) Международной научно-практической конференции
«ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ» (Киров, 26 августа 2019 г.).
В результате анализа при использовании комплексной методики оценки тепловой работы нагревательных печей (при выборе объекта исследования) установлены зависимости рт, рт. т и Ьт от производительности печи (рисунок 1, а) и от объема подсосов холодного воздуха (рисунок 1, б).
Основной тенденцией современного развития технологии изготовления изделий металлургической и машиностроительной промышленности необходимость качественной термической обработки материала. Одним из основных препятствий является поддержание контроля температурного режима, который необходимо контролировать в нагревательной камерной печи с выкатным подом от 290 до 1350°C, а также сокращение расходов энергоресурсов при эксплуатации печи и уменьшение попадания опасных веществ в атмосферу.
Главным аспектом нагревательных камерных печей с выкатным подом является то, что их можно модернизировать конструкцию под различные габариты слитков и проведение полного цикла от нагрева слитка до закалки поковки.
Низкий технический уровень нагревательных камерных печей с выкатным подом влечет за собой качество продукции и увеличение расходов энергоресурсов для поддержания необходимого режима при работе печи, к примеру, увеличения расхода газа для поддержания температуры, что в дальнейшем приводит к увеличению вредных выбросов в атмосферу. А также к снижению производительности и степени безопасности технологического процесса резко снижаются. На сегодняшний день % нагревательных печей с выкатным подом находятся в критическом состоянии. После локальной реконструкции, резко возрастет качество продукции, уменьшение расхода энергоресурсов, повышения безопасности рабочего персонала, повышения производительности, и наконец, главным критерием это уменьшение себестоимости при производстве продукции.
Эффект будет достигнут при выборе газогорелочных устройств, необходимо переоборудование топок или создать спец агрегаты, правильно произвести наладку и эксплуатацию. Нарушив данные требования, повышается риск перерасхода газового топлива, что влечет, увеличивает в разы, аварии и несчастные случи.
Цель: данной работы является разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи.
Объект исследования - исследования является камерная печь с выкатным подом площадью 36 м2.
Предмет исследования: основное направление исследования — это обеспечение безопасности рабочего персонала при эксплуатации камерной нагревательной печи с выкатным подом.
Задачи исследования:
1) рассмотреть основные требования, предъявляемые к газифицируемым цехам промышленных предприятий;
2) проанализировать факторы безопасности технологического процесса исследуемого объекта;
3) рассмотреть мероприятия по устранению вредных факторов нагревательной печи;
4) проанализировать патентные разработки в области камерных печей;
5) произвести выбор и обоснование модернизации печи;
6) рассмотреть конструктивные решения модернизируемой печи;
7) спроектировать систему автоматизации модернизируемой камерной печи.
Новизна исследования:
1) рассмотрены теоретические аспекты безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
2) проведен анализ методов обеспечения безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
3) выявлены недостатки существующей системы автоматизации безопасности нагревательной печи;
4) проведена модернизация камерной печи для ее безопасной работы и разработан алгоритм автоматизации управления ею;
5) разработана автоматическая схема управления горелками камерной печи.
Методы и методология проведения исследования: нормативно-правовые документы РФ, это достижения, анализ научных статей, исследований зарубежных, а также отечественных авторов.
Теоретическая научная и практическая значимость: диссертации заключается в том, что:
- основываясь, на выводы технологического процесса печи выявлены недостатки существующей системы автоматизации безопасности нагревательной печи и недостаточность обеспечения безопасности технологических процессов при ее эксплуатации;
- проведена модернизация камерной печи для ее безопасной работы и разработан алгоритм автоматизации управления ею;
- разработана автоматическая схема управления горелками камерной печи.
Научная обоснованность и достоверность результатов исследования. Работа выполнена самостоятельно. Достоверность и обоснованность полученных результатов исследований, конструктивного решения модернизации печи, разработки алгоритма и функциональной схемы автоматизации управления печью обеспечена использованием современными системами автоматизации управления технологическими процессами в металлургии и машиностроении на основе ЭВМ, сравнением с данными, приведенными в научной и нормативной литературе.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
1) результаты теоретических исследований безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
2) результаты анализа методов при обеспечении безопасности технологических процессов при эксплуатации газовой нагревательной камерной печи;
3) патентный обзор в области газовых нагревательных камерных печей;
4) конструктивное решение модернизации печи;
5) выбор основного оборудования и дополнительных систем печи;
6) алгоритм автоматизации управления печью;
7) функциональная схема автоматизации управления печью.
Апробация результатов. Выступление с докладами:
1) Международной научно-практической конференции
«ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ, ОБЩЕСТВА, ПРОИЗВОДСТВА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ» (Стерлитамак, 28 июня 2019 г.);
2) Международной научно-практической конференции
«ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ» (Киров, 26 августа 2019 г.).
В результате анализа при использовании комплексной методики оценки тепловой работы нагревательных печей (при выборе объекта исследования) установлены зависимости рт, рт. т и Ьт от производительности печи (рисунок 1, а) и от объема подсосов холодного воздуха (рисунок 1, б).
В работе была поставлена и полностью решена главная задача - разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1) в ходе исследования технологического процесса печи в ПАО «Волгоцеммаш» было выявлено, что отсутствие автоматического управления приводило к сбою температурного режима печи и длительности пребывания металлических изделий в них;
2) Недостаток воздуха и неполное сгорание газа вели к сажеобразованию. Что могло при определенных условиях привести к ее загоранию, а подсос воздуха в неплотности при определенной концентрации - к взрыву;
3) Для исключения выше сказанных явлений была проведена модернизация печи путем ее автоматизации с целью повышения степени безопасности технологического процесса;
4) Разработаны алгоритм и функциональная схема автоматизации управления печью.
Результаты исследований рекомендуется использовать в ПАО «Волгоцеммаш» при выпуске аналогичных печей для предприятий металлургии и машиностроения.
Автоматизация камерной печи обеспечит автоматический контроль процесса нагрева, контроль состояния оборудования. А это, несомненно, приведет к увеличению срока службы оборудования, увеличению качества расплава и производительности печи, уменьшению количества возникновения аварийных ситуаций. Будет обеспечена безопасность не только технологического процесса, но и безопасность работников, работающих вблизи печи, за счет вывода их в более благоприятную зону.
Содержание магистерской диссертации - Анализ факторов, влияющих на безопасность технологического процесса и разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи на примере ОАО «Волгоцеммаш»
Выдержки из магистерской диссертации - Анализ факторов, влияющих на безопасность технологического процесса и разработка методов обеспечения безопасности газовой нагревательной камерной печи на примере ОАО «Волгоцеммаш»