Amreyah Cimpor Cement Co., Египет

Реализация ценных решений для цементной промышленности при помощи IndustrialIT

компании АББ

Перепечатано из журнала

ЯНВАРЬ 2004

Цемент упрочняет деловые связиИстория

Компания Amreyah Cement Co. (AMCC) была создана для цементной промышленности Египта в 1978 г. Эта страна имеет давнюю традицию производства цемента: первый цементный завод промышленного типа был построен здесь более 100 лет назад. За прошедшее столетие цементная промышленность Египта чрезвычайно сильно выросла и се-годня является одной из самых крупных в странах среднего Востока. Девять египетских цементных компаний произво-дят совместно примерно 32,5 миллиона тонн цемента в год. Потребление цемента на душу населения в 2002 г. соста-вило примерно 392 кг. С середины 1970-х годов египетский рынок приобрел очень важное значение для АББ, компании удалось стать исключительным поставщиком всей электро-техники почти для всех цементных компаний Египта. Пос-ледний пример деятельности АББ на этом рынке – полная электрификация линии по производству цемента АССС, которая находится примерно в 30 км к западу от Александ-рии, возле побережья Средиземного моря.

На первом этапе этого проекта в 1983 -1987 гг. консор-циумом в составе АББ (в то время BBC, Brown Bovery Ltd., Швейцария) и Polysius, Франция, были построены для АМСС две производственные линии с мощностью печей по 3300 тонн в день. Подразделение АББ, специа-лизирующееся на электрификации цементных заводов, было ответственно за поставку и установку комплекта электротехнического оборудования и средств управле-ния производственным процессом для двух производс-твенных линий.

В 2001 г. новый владелец - компания Cimpor, Порту-галия, решил учредить новую компанию АССС с про-изводственной линией мощностью 1,5 миллиона тонн обычного портландцемента в год; эту линию также строила фирма Polysius в консорциуме с Orascom, а концерн АББ участвовал в качестве субподрядчика Polysius, поставившего полный комплект электротех-нического оборудования и средств управления произ-водственным процессом.

Объем поставки АББ в этом проекте включал пос-тавку, установку и ввод в эксплуатацию высоковоль-тного распределительного устройства на 66 кВ для главной распределительной подстанции; все силовые и распределительные трансформаторы, распредели-тельное устройство на 6,3 кВ и т.д. Проект рас-пространялся и на средства управления произ-водственным процессом, включая системы оптимизации и контрольно-измери-

тельное оборудование, а также комплект обору-дования для инфраструктуры завода, например, резервный источник электропитания, систему заземления и грозозащиты, системы вентиляции и кондиционирования, систему внутренней связи, все кабели, стройматериалы и т.д.

ЭнергораспределениеНа любом цементном заводе энергия, получае-

мая от сети высокого или среднего напряжения, или, в некоторых случаях, от собственной элект-ростанции, должна распределяться по нагрузкам среднего или низкого напряжения. Для цемент-ного завода с объемом выпуска 1 миллион тонн цемента в год, потребность в энергии составля-ет 25-30 МВА. Эта энергия должна быть преоб-разована в энергию среднего напряжения для питания в основном мощных приводов, далее распределительными трансформаторами энергия преобразуется в низковольтную для питания малых приводов и вспомогатель-ных потребителей. В целях безопасности и надежной эксплуатации завод снабжается электроэнергией от высоковольтной сети по двум независимым подающим линиям электропередачи.

Новая производственная линия АССС питается от действующей распреде-лительной подстанции на 66 кВ через силовой трансформатор на 27 МВА, резервный фидер на 6,3 кВ питается от действующего силового транс-форматора на 27 МВА. Новая цементная мельница №5 по-лучает энергию от действую-щего распределительного устройства на 6,3 кВ.

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20042

Заглавная статья журнала текущего месяца, авторы которой Макс Лехманн, руководитель отдела продаж, цементная промышленность и Эрнст Гейгер, руководитель проектов, цементная промышленность, компании АBB Switzerland Ltd., описывает недавний проект электрификации новой производственной линии для АССС в Египте, обеспечивающий полный контроль и управление этой производственной линией с использованием новейшей технологии IndustrialIT.

Распределительная сеть высокого напряжения

Действующая распределительная сеть на 66 кВ питающая линии №1 и №2 АССС, поставленные концерном АББ в 1985 г., была дополнена одним дополнительным фидером для нового силового трансформа-

тора на 27 МВА для линии №3. Поскольку действующее распределительное уст-ройство на 66 кВ представляло собой устройство с элегазовой изоляцией (ENK), а новое распределительное уст-ройство имело модульную конструкцию (EXK-0), то потребовалась установка комплекта адаптеров для соединения распределительных устройств различ-ного типа. Технические характеристи-ки обеих систем в этом случае были полностью идентичны.

Распределительная сеть среднего напряжения

Действующее напряжение распре-делительной сети завода составляет 6,3 кВ. Распределительное устройство представляет собой комплектное рас-пределительное устройство с элегазо-выми выключателями или выключате-лями нагрузки. Система с одной шиной рассчитана на ток 2500 А, уровень отказа составляет 31,5 кА.

Имеются три распределительных центра:

● Главное распределительное устройство для энергопитания печей; центральная система коррекции коэффициента мощ-ности; вспомогательные потребители и фидер питания секции сырьевых мель-ниц. Это главное распределительное устройство получает электропитание от нового силового трансформатора на 27 МВА, а в качестве резервного источника питания используется существующий си-ловой трансформатор линии №2 АМСС.

● Распределительная подстанция для секции сырьевых мельниц;

● Распределительная подстанция для цементной

мельницы №5, питаемая от имеющейся главной под-

станции линии №2 АМСС.

Подсоединение действующего завода к новой линии

Как было упомянуто выше, главное распредели-тельное устройство на 6,3 кВ также получает питание от имеющегося силового трансформатора на 27 МВА для линии №2 в качестве резервного источника пита-ния для новой линии в случае технического обслужи-вания или неисправности. Для того, чтобы обеспечить переключение, был установлен специальный щит с двумя выключателями, позволяющими подавать энергию новой линии от нового силового трансформа-тора на 27 МВА (стандартный режим работы) к имею-щемуся силовому трансформатору линии №2 (режим технического обслуживания).

Специальная система блокировки предотвращает перегрузку действующего силового трансформатора и допускает кратковременную параллельную работу действующего и нового трансформаторов. Ограниче-ние во времени, в данном случае, объясняется необхо-димостью избежать повреждений в случае перегрузки токами короткого замыкания при параллельной работе двух трансформаторов. Указанный щит рассчитан на уровень отказа 40 кА. Элементы управления располо-жены на передней панели щита.

Компенсация коэффициента мощности и фильтры

Для улучшения коэффициента мощности (cos φ) в сети энергопитания всего завода и для уменьшения воздействия гармоник заводских энергопотребителей на гармоническое искажение напряжения, была уста-новлена система фильтров и компенсации коэффици-ента мощности в сети завода 6,3 кВ. При проектирова-нии системы сделаны следующие допущения:

● мощность короткого замыкания при напряжении 66 кВ: 3500 МВА;

● значение импеданса (Z) силового трансформатора на 27 МВА: 12%

● входное напряжение: 66 кВ ±10%

● частота тока сети: 50Гц ±1%.

В результате установки силового косинусного кон-денсатора (PFC) должны быть достигнуты следующие цели:

● Величина коэффициента мощности: 0,95 - 1,0

● Искажение формы напряжения при напряжении 6,3 кВ: ниже значений, предусмотренных требованиями стандарта IEC1000-3-6, класс среды 2

Исходя из этого было, решено установить цент-ральную систему PFC на главной шине новой линии с напряжением 6,6 кВ с полной емкостью, обеспечи-вающей 5,1 МВАр и разделить систему на 3 секции с индивидуальной настройкой.

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20043

В дополнение к указанной центральной системе PFC, установленной на уровне 6,3 кВ, каждый их двух электро-двигателей двух цементных мельниц №5 был оборудован батареей конденсаторов на 450 кВАр вместе с дросселем и гасящим резистором для прямой компенсации.

Электродвигатели и приводыВысоковольтные двигателиВсе нерегулируемые электродвигатели с выходной мощ-

ностью более 200 кВт питаются от сети среднего напряже-ния 6,3 кВ. Двигатели с контактными кольцами, установлен-ные в приводах сырьевой и цементной мельниц, а также в вентиляторах фильтров цементной мельницы, оснащены датчиками температуры, которые установлены в обмотках статора и в подшипниках, датчиками вибрации и подогрева-телями. Стартеры роторов имеют жидкостные реостаты.

Приводы с регулируемой скоростьюЗа прошедшие 15 лет в цементной промышленности

все чаще стали использоваться приводы с регулируемой скоростью. Основная причина - экономия электроэнергии, затрачиваемой в производственных процессах. С учетом последних достижений в производстве мощных полупро-водников для среднего напряжения, концерн АББ может предложить блоки мощностью до 20 МВА.

В данном случае для новой производственной линии были установлены два блока приводов DriveIT ACS 1000, обеспечивающие работу вентилятора сырьевой мельницы мощностью 3000 кВт и скоростью вращения от 100 до 1000 оборотов в минуту и вентилятора предварительного нагрева мощностью 2200 кВт и скоростью вращения от 100 до 1000. Оба блока питаются от сети с напряжением 6,3 кВ. Кроме того, установлены 20 блоков DriveIT ASC 600 с диапазоном мощностей от 11 до 750 кВт. Вращающаяся обжиговая печь также оснащена приводом переменного тока с регулируе-мой скоростью в пределах от 150 до 1500 оборотов в мину-ту мощностью 750 кВт.

Низковольтные двигатели с нерегулируемой скоростью

Все приводы мощностью до 200 кВт представляют собой двигатели с нерегулируемой скоростью с короткозамкнутой обмоткой и соответствуют требованиям стандартов МЭК, имеют класс изоляции F, класс защиты корпуса IP55 и рас-считаны на работу при температуре окружающего воздуха 45°С. Всего было установлено около 550 двигателей.

Система управления производственным процессом

Система AББ IndustrialIT является первой полностью законченной и единой системой контроля и управления предприятием. Система предлагает предприятиям средство интегрированного управления автоматикой производства, оптимизацией ресурсов и активов, и управление коллектив-ными бизнес-процессами в режиме реального времени. Она спроектирована для того, чтобы определять соотношение стоимость/производительность, начиная с низкого уровня технических решений по автоматизации узлов и участ-ков и до очень крупных, в масштабах всего предприятия, мероприятий с вертикальной структурой и управлением несколькими предприятиями. Система затрагивает вопросы экономического и производственного контроля нескольких предприятий одновременно, а также более традиционные вопросы регулирующего контроля производственного пред-приятия и мероприятия по технике безопасности.

По своей архитектуре система контроля состоит из четырех функциональных групп: от оперативного контроля

и наблюдения до полностью интегрированных инструмен-тальных средств, а именно:● контроль и управление участком: обеспечение полного

набора услуг по руководству производством, регулирова-нием и пооперационному контролю посредством интер-фейсов ввода/вывода;

● контроль и управление производственным предприяти-ем: обеспечение мощного пакета продуктов и услуг для контроля и управления заводом, построение сети комму-никаций и управление работой этой сети;

● пользовательский интерфейс: обеспечение ряда продук-тов для просмотра и сбора данных, начиная с производс-твенного процесса до уровня завода и всего предприятия в условиях многофункциональной рабочей среды;

● инструментальные средства системы по проектированию и техническому обслуживанию: обеспечение единого комплекта средств проектирования, внедрения и обслу-живания, разработанного для поддержки полной авто-матизации проекта, включая планирование, управление конфигурацией системы, ввод в эксплуатацию и состав-ление документации по системе;

Структура аппаратного обеспечения системы управления производственным процессом может быть разделена на три автономных области управления, иерархически организо-ванные в следующие уровни:● уровень I: управление производственным процессом;● уровень II: рабочие места операторов;● уровень III: руководство и оптимизация.

Конфигурация системы управленияКонфигурация системы управления производственным

процессом строится таким образом, чтобы все предприятие управлялось из одного центрального поста управления. Для упаковочной установки устанавливается дополнитель-ный пост управления с оптоволоконным каналом передачи данных быстродействующей локальной сети Ethernet для обеспечения функций управления производственным про-цессом на месте.

За центральным постом управления размещаются в шкафах шесть производственных контроллеров ControlIT AC800M. Таким способом, обеспечивается защита наиболее важной аппаратуры управления производством от пыли и воздействия высоких температур. Кроме того, при такой конфигурации линии связи, ведущие к серверам и интер-фейсам человек-машина остаются короткими. Размещение всего комплекта аппаратуры в одном здании хорошо защи-щает аппаратуру от электрических помех. Оптоволоконные линии связи Profibus-DP обеспечивают дистанционное под-соединение каждого контроллера к панелям ввода-вывода в помещениях с электрооборудованием, которые находятся в непосредственной близости к производству.

Коммуникация обеспечивается по двум независимым сетями связи для обеспечения оптимального функциони-рования. Сеть управления объединяет все контроллеры и сервер связи. Сеть завода объединяет все рабочие станции операторов, сервер связи и аспектный сервер. Обмен дан-ными между сетью управления производственным процес-сом и сетью связи завода осуществляется через серверы связи.

На рабочих местах операторов установлен портал поль-зовательского интерфейса OperateIT на базе Windows 2000.

Портал используется для наблюдения и управления производственным процессом, встроен в клиентский сервер Industrial и состоит из различных пакетов для управления станцией оператора, графического представления, обработ-ки событий и сигналов тревог, представления направления

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20044

• • •••• •• ••• • ••••• •• • • • • • •• • •• • •• • • • • • • •

развития, отображения состояния системы и отчетов.

Новая технология Aspect Object позволяет пользователю снимать любую информацию с каждого объекта производс-твенного процесса, например, датчика, контура управления, двигателя, привода, трансформатора или подстанции. При-нцип построения этой технологии обеспечивает быстрый и простой доступ к информации о проведении технического обслуживания, состоянии системы, работе логики, к схемам и т.д.

Специальный пакт программ AББ Plant Explorer позво-ляет инженерам пользователя строить свои собственные модели производственного процесса.

Центральный пост управления состоит из четырех рабо-чих мест операторов, три из них оборудованы дисплеями с двумя экранами с высокой разрешающей способностью. С этих мест осуществляется управление установками измель-чения сырья, обжигом и размолом цемента. Для контроля перемещения сырья достаточно одного экрана. Среди пе-риферийных устройств рабочего места оператора имеются лазерные и цветные струйные принтеры, установленные в центральном посте управления. Рабочее место инженера также размещено в центральном посте управления, что позволяет инженерам вносить изменения в программные приложения.

Местный пост управления упаковочной установкой обо-рудован одним местом оператора с лазерным принтером.

Системы инфраструктуры для электротехнического оборудования

Эффективность промышленного производства зависит не только от установленного там основного электрического и механического оборудования, но и от правильно организо-ванной инфраструктуры для этого оборудования.

Надежная инфраструктура промышленного предприятия включает следующие компоненты:● подстанцию и комнату с электротехническим оборудова-

нием с оптимальной схемой размещения;● кабельное хозяйство;● оборудование для установки и наладки;● заземление и грозозащиту;● освещение мест производства и окружающей террито-

рии;● системы пожарообнаружения и пожаротушения;● системы коммуникации;● кондиционирование и вентиляция.

Правильный выбор габаритов и удачное позициониро-вание оборудования на месте, подбор нужной технологии помогают экономить не только при инвестициях, но и при эксплуатации, и эта экономия служит существенной прибав-кой к экономичности всего предприятия в течение его срока службы.

Рисунок 1. Конфигурация системы управленияПерепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 2004

5

Центральный пост управления Управление на месте

Таблица 1. Средний уровень освещенности Рабочая зона Уровень (люкс)

В помещении Комнаты с электр. и распред. оборудованием 350

Центральный пункт управления 250

Местный пост управления 120

Измельчение, обжиг, упаковка 200

Лестничные клетки, холлы 120

Платформы 60

Головные части транспортеров 50

Проходы, конвейеры 30

Уличное освещение 30

Вне помещ. Окружающая территория здания 60

Погрузочно-разгрузочные эстакады 50

Таблица 2. Осветительное оборудование, установленное на АССС

Тип

Светильники (FL)

Прожекторы 250/400Вт

Фонарные столбы (конвейеры)

Количество, шт.

2185

261

500

КабелиДля распределения энергии от фидеров 66 кВ, 6,3 кВ и

380 В к соответствующим потребителям, включая аппара-туру контроля производственного процесса, заземление и освещение на огромной территории новой линии по производству цемента, потребовалась очень протяженная сеть кабельных линий.

Общая длина установленных силовых кабелей и кабе-лей управления совместно с установочными изделиями выражается следующими цифрами:● высоковольтные силовые кабели – 19000 м;● низковольтные силовые кабели – 240000 м;● кабели цепей управления – 290000 м;● специальные кабели – 8500 м;● кабельные каналы с полками – 24000 м;● стальные кабелепроводы – 52000 м.

При выборе типа и сечения кабелей учитывались не-сколько факторов, включая: температура среды, способ прокладки, допустимое падение напряжения на кабеле, номинальный ток, длина кабеля, ток короткого замыкания, время срабатывания отключающих устройств защиты, расчетное потокораспределение нагрузки, нелинейные искажения и заземление сети. Благодаря использованию современных типов кабелей и инженерно-технического программного обеспечения АББ был найден оптимальный вариант выбора. Использование сканеров для считывания штрих-кодов во время строительных работ значительно упростил мониторинг кабелей и установочных изделий.

Заземление и грозозащитаНа заводе установлена ячеистая сеть заземления, состо-

ящая из электродов-заземлителей и проводников заземле-ния и защиты. Электроды-заземлители в целях эквипотен-циальной защиты соединены между собой перемычками через 20 м.

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20046

Все точки электрических цепей, требующие заземления для нормальной и безопасной работы, и все электропро-водящие части установок, не являющиеся частью ее элек-трической схемы, были подсоединены к указанной сети заземления через проводники заземления и защиты. Все проводники заземления выполнены из неизолированной или изолированной меди. Главной целью системы зазем-ления является защита персонала и имущества, а также защита от переходных перенапряжений, статических зарядов электричества, ударов молнии и от блуждающих токов; кроме того, цель заземления – создание заданных условий, обеспечивающих организацию защиты и прове-дение измерений в электрических сетях.

Установленная внешняя грозозащита состоит из не-скольких коллекторов, установленных на самых высоких точках завода, частью грозозащиты является и исполь-зование металлических частей металлоконструкций в ка-честве грозовых коллекторов, и проводников тока разряда молнии. Такие проводники соединяют коллекторы с сетью

заземления и имеют контрольные точки над местом подсо-единения электрода-заземлителя.

Система освещенияВ зависимости от своего расположения, системы освеще-

ния должны удовлетворять широкому диапазону требований, в частности:

● например, в закрытых помещениях, офисах, цехах или лабораториях уровень освещенности должен быть выше уровня освещенности производственных участков, складс-ких площадей и подъездных путей

● на территории производственных участков уровень освещенности должен быть разным для путей входа и выхода или для технического обслуживания. Установление оптимальных уровней освещенности уже на ранней стадии проектирования закладывает основу для последующей оптимальной экономии электроэнергии.

Рис. 2 Главные распределительные шкафы на 6,3 кВ

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20047

Рис. 3 Модуль расширения распределительного устройства на 66 кВ

Рис. 4 Двигатель вентилятора - привод VVVF (регулируемый по напряжению, частотно регулируемый)

Ответственность за установление стандартных уровней освещенности возложена на ISO и CIE (Международная комиссия по освещению). Требования к уровням освещен-ности за последние годы возросли, а основные цифры для предприятия указаны в Таблице 1.

Сегодня системы освещения должны рассчитываться на условия наихудшей ситуации, например, на ситуа-цию поиска неисправностей. В расчет не принимается то обстоятельство, что даже для цементного завода средних размеров затраты установленной мощности только на освещение составляют примерно 500 кВт. С наступлением темного времени суток освещение включается автомати-ческой системой, оснащенной фотоэлементы. Установки таких масштабов потребляют достаточно большое количес-тво энергии. Поскольку электроэнергия является домини-рующим фактором стоимости, то имеются все основания применить к системе освещения концепцию энергосбере-жения. При этом решение вопросов связанных с адекват-ной конструкцией и размещением осветительного оборудо-вания требуют знаний технологии производства и опыта.

Для новой производственной линии осветительное обо-рудование для применения в помещениях и вне помеще-ний проектировалось исходя из средних уровней освещен-ности согласно таблице 2.

Кроме этого, были установлены сигнальные огни для пролетающих самолетов и автономная система аварийного освещения, питаемая от аварийного комплекта генерато-ров.

Вентиляция и кондиционированиеУсловия строительной площадки потребовали установки

эффективной системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Для предотвращения повреждений электрообору-дования пришлось охлаждать силовые цепи, удаляя тепло выделяемое, в частности, полупроводниковыми элементами сильноточных преобразователей частоты. При выборе соот-ветствующих систем для защиты устанавливаемого обору-дования от повреждений в процессе эксплуатации приходи-лось учитывать высокую температуру воздуха окружающей среды +45°С, высокую относительную влажность до 95%, близость к Средиземному морю, а также, наличие запылен-ности на цементном заводе.

Для комнат с электрооборудованием была установлена комбинированная система вентиляции/охлаждения, обес-печивающая максимальный подъем температуры в поме-щении не выше 35°С и создающая избыточное давление в помещениях. Система для каждой комнаты с электрообо-рудованием состоит из ряда разнесенных блоков конди-ционирования воздуха (наружный блок конденсации плюс внутренний блок обработки воздуха), а также из одного блока вентиляции с фильтром для создания избыточного давления.

Для помещений контроллеров и центрального поста управления была установлена система кондиционирования воздуха, поддерживающая температуру внутри помеще-ния персонала в пределах от 21°С до 26°С независимо от наружной температуры.

Для двух преобразователей частоты ASC1000 была уста-новлена специальная система охлаждения. Тепло силовых схем удалялось наружу при помощи блоков водяного охлаж-дения с использованием теплообменников типа вода-вода и воздух-вода.

Перепечатано из журнала “WORLD CEMENT”, январь 20048

ABB Switzerland LtdCH-5405 Baden 5 DättwilSwitzerland

Тел: +41 (0)58 586 84 44 Факс: +41 (0)58 586 73 33process.industries@ch.abb.com

www.abb.com/cement

3BH

S 2

0093

3 ZA

B E

01 (0

2/04

500

Wor

ld C

emen

t)