«Вопросы газового анализа»
Вопросы газового анализа стоят как перед отдельным человеком, так и перед обществом в целом, практически ежедневно. Мы ведем этот анализ не зависимо от нашего желания, но всегда придирчиво! Ибо воздух, как неотъемлемая часть нашей среды обитания, окружает нас, мы погружены в воздушный океан. Но сколь же небрежно мы относимся к нему, как необдуманно загрязняем его. Особенно это относится к промышленности, которая удовлетворяя наши потребности, создавая новую технологическую среду обитания, наносит вред природе.
Добыча и переработка полезных ископаемых, в частности в геолого-технологических исследованиях (бурение поисковых и разведочных скважин), а также в металлургии черных, цветных и редких металлов, и в процессе производства электрической и тепловой энергии особую значимость приобретают исследование и анализ газовых потоков от технологических агрегатов, а в процессе бурения — газовый каротаж.
При определении технических средств, способных в оптимальных режимах и времени провести необходимые исследования составляющих компонентов газовых потоков, приходится учитывать такие факторы как:
— ограниченность количества измеряемых газовых компонентов;
— время проведения одного газового измерения;
— возможность иметь обратную связь по управлению технологическими процессами;
— возможность удаленного контроля за работой средств измерения;
— величиной абсолютной и относительной погрешности в результатах измерения;
— требования к условиям эксплуатации измерительного оборудования;
— время наработки на отказ.
Нашей фирмой ООО «ЦФТИ «Аналитик» на протяжении последних 17 лет разработан ряд приборов, решающих проблемы газового анализа в различных средах с учетом технологических и эксплуатационных особенностей.
В частности, для проведения газового каротажа предлагается новейший газоаналитический комплекс на базе квадрупольного масс-спектрометра. При разработке данного комплекса были проведены большие теоретические исследования, создание макетного образца с последующим испытанием квадрупольного масс-спектрометра модели Evision +. Результаты двухлетней работы наших специалистов позволили создать опытно-промышленный образец, который прошел успешные испытания в полевых условиях и получил положительную оценку специалистов предприятий ООО «СНГС-Гео» (г. Саратов, Россия) и ОАО «Сургутнефтегеофизика» (г. Сургут, Россия).
Отладка оборудования и натурные испытания проводились в 2 этапа, в том числе на втором заключительном этапе проводился запуск оборудования и проведение газового каротажа на работающей буровой установке в течение 2 месяцев. Результаты совместной работы наших специалистов и работников буровой установки позволили создать промышленный газоаналитический комплекс, отвечающий всем современным требованиям.
Вторым, не менее важным объектом внимания нашей компании является черная металлургия. Здесь наибольшее значение газового анализа имеет место в доменном процессе, конверторных переделах, коксохимическом производстве, и, как следствие, анализ загрязнения окружающей среды, который не должен превышать предельно допустимых выбросов. Газовые потоки в металлургических процессах имеют существенную долю в материальных балансах, и их адекватная всеобъемлющая оценка позволила бы на более высоком, чем в настоящее время, уровне управлять технологическими процессами. Здесь, в первую очередь, следует говорить о масс-спектрометрии, ибо, на наш взгляд, именно она может в наибольшей степени обеспечить однородность и высокую точность измерений различных газовых компонентов, включая инертные газы (N2, Аr). Эта особенность позволяет достигать высокой точности расчетов комплексных показателей динамики технологических процессов, в отличие от применяемых зачастую на практике данных отдельных газоанализаторов, работающих на иных физических принципах.
Специалисты фирмы ООО «ЦФТИ «Аналитик» на протяжении более 20 лет успешно работают в этой области и на данный момент создано уже 6 поколение приборов масс-спектрометрических систем типа «Гранат», позволяющих помимо основных газовых компонентов (H2, СО, СО2, СН4 и т.д.) определять и содержимое N2 и Аr в газовых потоках, что представляет существенный интерес, т.к. они не участвуют в химических реакциях, но по их балансам возможно рассчитывать газовые потоки технологических агрегатов.
Газоаналитическая система (ГАС) «Гранат» успешно используется практически на всех предприятиях черной металлургии России. В частности в доменном производстве при анализе грязного колошникового газа, который отображает тепловую, восстановительную и газодинамическую работу печи. Информативность оценки и методов расчетных показателей материального баланса во многом определяется достоверностью исходных измерений состава и расхода колошникового газа. Увы, но бывают случаи, когда расчетные показатели оказываются за пределами теории доменного процесса. И здесь вопросы достоверности измерений лежат в плоскости той работы, которую успешно ведут специалисты ООО «ЦФТИ «Аналитик», опираясь в своей работе на опыт производственников. Совместная научно-практическая работа позволяет с каждым новым поколением приборов давать в руки работников металлургических комбинатов приборы, удовлетворяющие их требованиям. Ведутся исследования, позволяющие надеяться на достижение положительных результатов по сопоставлению данных анализа чистого и грязного колошниковых газов с определением корреляционных связей между ними. В то же время, в ряде случаев чистый колошниковый газ представляет самостоятельный интерес, т.к. используется в качестве топлива для других агрегатов и по его составу определяется калорийность доменного газа. Как видим, и в этом случае газовый анализ имеет решающее значение.
ГАС «Гранат» используется и для контроля O2 в дутье с одновременным измерением концентрации N2 и Аr, что позволяет рассчитывать значения расхода газов на выходе доменной печи.
Следующим металлургическим агрегатом, где широко используется ГАС «Гранат» является кислородный конвертер, в котором динамика газовых компонентов в вертикальном газоходе непосредственного связана с процессами в конвертерной ванне. Условия для отбора проб газа здесь очень жесткие: t ≈ 15000C, большая запыленность и вместе с пылью пробоотборные устройства могут забиваться каплями шлака и металла. Пробоотборные устройства приходится устанавливать так, чтобы они не выходили за внутреннюю стенку газохода. Именно поэтому вопрос достоверности газового анализа актуален.
ГАС «Гранат» используют для качественной оценки динамики технологических процессов, контроля взрывоопасных ситуаций. В целом обеспечиваются следующие технологические ситуации: зажигание плавки; ход плавки («холодное», «нормальное», «горячее» начало), развитие и момент окончания плавки. Быстродействие ГАС «Гранат» является основным фактором её использования при контроле взрывоопасных ситуаций как в газоходе конвертора, так и на установке сухого тушения кокса (УСТК). В то же время «Гранат» ведет и анализ кислорода дутья, что особенно важно при производстве высококачественных марок стали.
Работа нашего оборудования на УСТК показала, что её возможности в настоящее время используются не в полной мере. Вместе с тем их эксплуатация смогла выявить те проблемы, решения которых от нас ждут производственники: автоматизация функций контроля и управления УСТК; сбор данных о составе циркуляционных газов на входе и выходе камер тушения; отбор проб газа за камерами тушения, определение влажности циркуляционных газов.
Решение как данных проблем, так и проблем других технологических агрегатов ведется специалистами нашей фирмы совместно с работниками металлургических комбинатов. В результате этого сотрудничества возможно построение алгоритмического обеспечения системы управления технологическим агрегатом с созданием динамических модулей общего и локального характера, а также разработать и использовать на практике математическую модель для отдельных агрегатов.
Мы благодарим за совместную научно-производственную работу специалистов комбинатов ОАО «Северсталь», ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», ОАО «НЛМК», ОАО «ММК», ОАО «ЧМК», ОАО «УралСталь», ЗАО «Донецксталь», ПАО «Алчевсккокс», ПАО «МЗ «Азовсталь», ПАО «ЕМЗ», ОАО «Тулачермет», ОАО «КМЗ», ОАО «ДМКД», ОАО «Энерго-Строительная Корпорация «СОЮЗ», ГК «ИЛИМ», «Pakistan Steel» Пакистан и многих других.
Назад