Prosessien tehokkuuden ja turvallisuuden parantaminen käytännössä
•
0 likes•676 views
Kalle Jokinen, suunnitteluinsinööri, Insta Automation Oy
Recommended
Recommended
More Related Content
More from Prizztech
More from Prizztech (20)
Prosessien tehokkuuden ja turvallisuuden parantaminen käytännössä
- 1. Etumatkaa automaatiolla Kalle Jokinen – Insta Automation Oy
- 2. Agenda 15.10.2015Kalle Jokinen2 Boliden Harjavalta Automaatio Bohassa Case 1: Lauhteenkäsittely Case 2: Rikkihappotehtaat
- 3. Boliden Harjavalta 3 15.10.2015Kalle Jokinen • Päätuotteet ovat kuparikatodi, kulta, hopea ja nikkelikivi • Sivutuotteena yhtiö valmistaa rikkihappoa ja rikkidioksidia • Vuonna 2014 liikevaihto 193 M€, liikevoitto-% 15,3 ja tuotannon arvo noin 1050 M€
- 4. Boliden Harjavalta - Prosessit 4 15.10.2015Kalle Jokinen • Harjavallassa sijaitsevat kupari- ja nikkelisulatto sekä rikkihappotehtaat – Anodikupari – Nikkelikivi – Rikkihappo – Rikkidioksidi • Porissa sijaitsevassa kuparielektrolyysissä jatkojalostetaan Harjavallassa valmistettua anodikuparia – Katodikupari – Useita eri jalometalleja
- 8. Automaatio Bohan tehtailla 15.10.2015Kalle Jokinen8 • Kaikki Bohan laitokset ovat hyvin pitkälle automatisoituja • Automaatiojärjestelmä on ollut vuodesta -95 Valmetin/Metson järjestelmä. Lisäksi käytössä on jonkin verran logiikoita. • Nykyisin Harjavallan DCS-järjestelmä koostuu 26 ACN prosessipalvelimesta • Säätöratkaisuna lähes aina DNA:n tarjoama pid-toimilohko, josta käytetään vain P- ja I-osaa = PI-säätö • Kuparin liekkisulatusuunin tuotteen ”kuparikiven” kuparipitoisuutta säädetään MPC-säätäjän tyyppisellä ratkaisulla
- 9. Säätöjen ylläpito Bohassa • Historiassa on panostettu järjestelmän ylläpitoon ja sovelluksen konfigurointiin • Säätöjen kriittinen tarkastelu on ollut vähäisempää • Säätöjen virityksiä on tehty yritys-erehdys periaatteella kaikkein villeimpiin säätöpiireihin • Muutaman viime vuoden aikana asiaan on herätty 15.10.2015Kalle Jokinen9
- 10. Tyypillisiä ongelmia 15.10.2015Kalle Jokinen10 • Säätäjiä ei ole viritetty ikinä, vaan käytössä on ”tehdas asetukset” • Mitta-arvot värähtelevät => epäoptimaalinen toiminta • Puskurisäiliöiksi suunnittelut säiliöt eivät toteuta tehtäväänsä • Mitta-arvot karkaavat kauas asetusarvosta kuormitushäiriön sattuessa • Ylimääräistä energian käyttöä • Ylimääräistä rasitusta prosessilaitteille • Säätörakenne on usein yksinkertainen takaisinkytkentä • Kuormitushäiriöissä säädöillä kestää pitkään ajaa mitta-arvo takaisin asetusarvoon => prosessin toiminta ei pysy optimaalisella tasolla • Kaskadisäätöä käytettäessä ei ole huomioitu windup-ilmiötä, joka huonontaa huomattavasti säätöpiirin toimintaa ja tarkkuutta
- 11. Case 1: Lauhteenkäsittely • Tavoite: arseenin eristys ja stabilointi ferriarsenaatti kipsisakaksi loppusijoittamista varten • Kolmivaiheinen hapetus ja saostusprosessi, jossa tavoite saavutetaan ferrosulfaatin, paineilman ja mekaanisen sekoituksen avulla • Prosessin tärkeimmät parametrit ovat Fe:As-moolisuhde ja vallitseva pH 15.10.2015Kalle Jokinen11
- 14. 15.10.2015Kalle Jokinen14 Ongelmia: - pH-säätö ei toimi - Kuormituspiikkejä lauhteen syötössä
- 15. 15.10.2015Kalle Jokinen15 Lauhde ajetaan vakiovirtauksella reaktoreille Liian iso asetusarvo
- 18. 15.10.2015Kalle Jokinen18 Askelmainen muutos Säädettävä suure CV Ohjaus MV aika aika Viive Aikavakio Dynaaminen prosessimalli ∆ ∆ெ Vahvistus = ∆ ∆ெ Prosessimalli: - viive - aikavakio - vahvistus Säätäjän parametrit lasketaan prosessimallin avulla. Virittäjä voi valita useista eri viritysmenetelmistä tilanteeseen sopivimman
- 20. 15.10.2015Kalle Jokinen20 Pumppusäiliö toimii puskurina pH-säätö toimii riittävän hyvin
- 21. Saavutetut hyödyt pähkinänkuoressa • Lauhteiden puskurointi ja ajo pumppaussäiliöstä tasaisemmaksi ja automatisoiduksi • pH ”aina” optimaalisella alueella => todennäköisyys arseeni ylityksiin vähenee • Optimaalinen pH takaa sen, että ferrosulfaatti käytetään aina täysin hyödyksi • Henkilöstö voi keskittyä muihin lauhteenkäsittelyn ongelmiin 15.10.2015Kalle Jokinen21
- 22. Case 2: Rikkihappotehtaiden kuorman hallinta • Sulatoilta tulevan kaasun määrä ja laatu vaihtelee – Cu-kiven konvertointi on panosprosessi • Rikkihappotehtaiden on pystyttävä käsittelemään mahdollisimman suuri määrä sulattokaasuja – putkistojen tulee pysyä aina alipaineessa – kuorman muutoksiin on pystyttävä reagoimaan mahdollisimman nopeasti – kaasukuorma on jaettava mahdollisimman optimaalisesti kahden kontaktointiosaston välillä 15.10.2015Kalle Jokinen22
- 23. 15.10.2015Kalle Jokinen23 ~ 200 000 Nm3/h ~ 69000Nm3/h Systeemin rakenne
- 24. Tilanne ennen projektia • Rikkihappotehtaiden säädöt toimivat laiskasti, josta seurasi – putkistojen paineelle menoa => päästöjä – liian kovia imuja => riskinä tehtaan pysähtyminen lukitukseen – kaasukuorman epäoptimaalinen jakautuminen – Operaattoreilla ei ollut ”hallitsen prosessin” tunnetta => sulaton rajoittaminen herkästi, kun lähestyttiin maksimikapasiteettia 15.10.2015Kalle Jokinen24
- 25. Toimenpiteet • Säätöjen toimintaa tutkittiin ensin kerätyn historiadatan perusteella • Prosessikokeet ja mallinnus • Matlabin Simulinkillä tehtiin simulaattori, jolla voitiin suunnitella uusia säätörakenteita joustavasti • Lopulta tehtiin iso joukko muutoksia säätörakenteisiin ja viritettiin säätäjät 15.10.2015Kalle Jokinen25
- 28. 15.10.2015Kalle Jokinen28 Takaisin- ja myötäkytkentä
- 30. Muutoksia ja hyötyjä • Rikkihappotehtaan kaasulinjojen alipaineen säätöpiireihin lisättiin myötäkytkentöjä sulaton mittaustiedoista – säätöpiirit kykenivät pitämään alipaineen asetusarvossa huomattavasti paremmin vaikka ohjausliikkeet vähenivät • Muutettiin R6- ja R7-tehtaan keskinäistä ajofilosofiaa, jolloin kaasukuorma saatiin kohdennettua paremman hyötysuhteen omaavalle R7-tehtaalle – käyttöpäällikön karkea arvio vuosittaisesta energian säästöstä 100-150 t€ – R7-tehtaan parempi konversio pienentää SO2-päästöä • Lisättiin rajoitussäätäjiä jolloin ajo lähempänä esimerkiksi alipaineen lukitusrajaa oli tasaisempaa 15.10.2015Kalle Jokinen30