Современные методы проектирования на примере строительства Тугнуйской обогатительной фабрики

До недавнего времени производительность ООО «Тугнуйская ОФ» по обогащению составляла 1500 т/час. При этом технологией обогащения было предусмотрено предварительное выделение части угля класса 0-13 мм, отгружаемого без обогащения.

Учитывая снижение спроса на отсев класса 0-13 мм, было принято решение о реконструкции обогатительной фабрики, в результате которой будет обеспечиваться обогащение рядовых углей, включая отсев. Компания «СУЭК» приняла решение о строительстве нового модуля обогащения на ОФ «Тугнуйская» в целях повышения общей производительности фабрики до 2000 т/час.

Для этого потребовалось строительство дополнительного независимого модуля обогащения кл. 0-25, интегрированного в существующую инфраструктуру.

«СУЭК» как один из мировых лидеров в угледобыче решил реализовать наиболее современные и прогрессивные методы проектирования.

В современных реалиях цифровизации и «big data» проектировать без использования новейших методов проектирования (3D-графики и её связи с данными), становится слишком накладно на этапе строительно-монтажных работ (СМР). «Сибнииуглеобогащение» (проектный институт АО  «СУЭК») в процессе проектирования использовал для BIM-моделирования самые современные решения от компании Autodesk.

Программные продукты Plant 3D, Advanced Steel, Revit, Inventor, Civil и т. д., показали эффективность не только в процессе проектирования, но и в значительной степени в  процессе СМР. Подтвердилась известная аксиома: основная экономия от BIM-моделирования при СМР.

Большое внимание было уделено расчётным программам. Помимо традиционных расчётных программ, таких как «ПК Лира», SCAD для конструкций, «СТАРТ», «Гидросистема» для технологических решений и других коммуникаций, впервые в российской угольной отрасли были применены программные продукты LIMN и Strand7.
LIMN — программа для автоматизированного расчёта качественно-количественных схем обогащения.

В режиме симуляции можно прогнать практически неограниченное число возможных вариантов (от оптимальной точки разделения обогатительного оборудования, шихтовки исходного питания до регулировки объёма воды в водно-шламовой схеме) и выбрать наиболее оптимальные режимы или посмотреть на операционные нагрузки оборудования при неблагоприятных режимах и учесть их при составлении опросных листов.

Strand7 — программное обеспечение для моделирования и анализа систем методом конечных элементов (МКЭ), используемое для выполнения динамического анализа несущих конструкций. На обогатительный фабрике используется оборудование с большой динамической нагрузкой (центрифуги, грохоты, дробилки, конвейеры при включении и т. д.).

Очень важно, чтобы частоты собственных колебаний несущих конструкций не совпадали с частотами возмущения (от оборудования), не входили в резонанс, т. к. это неизбежно приводит к проявлению эффекта усталости конструкций с последующим разрушением. Традиционным коэффициентом динамичности такие явления невозможно просчитать и учесть. Strand7 позволяет просчитать величину систематически изменяющихся нагрузок. После расчёта на динамику всё динамическое оборудование

расположили на этажерках с бетонным полом для снижения уровня вибрации. Решение показало себя как эффективное.
Дополнительно (с использованием программы Inventor и Flow Simulation) нестандартные элементы (зумпфы, желоба, бункеры и т. д.) были просчитаны на прочность. Выполнялся анализ движения жидкости внутри нестандартного оборудования.

Технологические инновации

В новом модуле обогащения было реализовано много инноваций в части технологии. К примеру, впервые в России были использованы на углеобогатительных фабриках:

• сепаратор псевдоожиженного слоя (гидросайзер + классификатор);
• спиральные сепараторы с разным градусом наклона спиралей; благодаря этому точка разделения на спиральных сепараторах снизилась до 1,5-1,6;
• многосекционные радиальные пластинчатые сгустители с граблинами.

Очень важно принять ключевые решения в той стадии, когда возможность изменения максимальна, а капитальные затраты минимальны. Таким образом, на этапе проектирования крайне необходимо получить качественные и количественные данные по оборудованию, максимально приближенные к реальным. Основная сложность внедрения оборудования, которое не было реализовано в России, — отсутствие промышленных данных по этим систсемам.

Было принято решение проводить промышленные (полупромышленные) испытания на существующей фабрике с последующим анализом на эффективность внедрения данного оборудования.

Так, были проведены испытания как классического гидросайзера, так и сепаратора псевдоожиженного слоя. Последний представляет собой классический гидросайзер, но с предварительно установленными ламелями для предотвращения уноса в концентрат низкозольных мелких частиц. Сепаратор псевдоожиженного слоя продемонстрировал лучшие показатели эффективности разделения (Ep). Было решено заложить в проект именно данный вид обогатительного оборудования.

Испытания спиральных сепараторов с разным градусом наклона по сравнению с традиционными 6-витковыми спиральными сепараторами наглядно продемонстрировали эффективность применения первых.

Полупромышленные испытания высокоскоростного радиального сгустителя помогли определить скорости осаждения и восхождения потока, показали невозможность справиться с проектной нагрузкой в заданных габаритах здания. Предстояло или перестаивать корпус, или выбирать другое технологическое решение. Выбор пал на пластинчатые сгустители — они имели более компактные габариты.

Специалисты «Сибнииуглеобогащение» и Тугнуйской обогатительной фабрики были направлены на ОА «ОФ «Междуреченская», где в это время проводились испытания пластинчатого сгустителя. Результаты были удовлетворительными. После получения габаритных чертежей от производителя оборудования сгустители с заданной производительностью вписались в габариты здания.

Дополнительно было решено объединить водно-шламовые схемы существующего и проектируемого корпусов обогащения. Это позволило сгладить пики нагрузки каждого корпуса по шламам и возможность частично снизить нагрузку одного из корпусов.

Для достижения наибольшего экономического эффекта все перечисленные современные методы проектирования, конечно, должны работать в непосредственной связке со всеми остальными участниками процесса (служба заказчика, отдел закупок, отдел капитального строительства, подрядные организации и т. д.).

Достоинства BIM-моделирования, расчётных программ и обоснование путем опытно-промышленных испытаний дали свои плоды. 3D-модель обогатительной фабрики с цифровыми данными, позволила смонтировать все оборудование с минимальными коллизиями, подрядные организации активно использовали данную модель, особенно при монтаже трубопроводов.

Грамотный расчёт технологических и конструктивных решений вместе с  правильно подобранным технологическим оборудованием позволил сократить срок пуско-наладочных работ (ПНР). После месяца ПНР новый обогатительный модуль брал нагрузку в 80-90% от проектных значений.

На правах рекламы

sibnii@suek.ru
Тел.: +7 (495) 363-06-28

Текст: Александр Витальевич Хван, руководитель группы ООО «Сибнииуглеобогащение»
Евгений Юрьевич Прокопьев, начальник участка обогащения 0-25 ООО «Тугнуйская обогатительная фабрика»