Модернизация обогатительных фабрик: причины, подходы и экономические эффекты

Говорят, что в СССР строили на века. Время, конечно, покажет, но уже сейчас мы видим, что обогатительные фабрики, запущенные 40, 50 и 60 лет назад, продолжают выдавать концентрат. Правда, если приглядеться, то окажется, что от сооружений наших дедушек в некоторых случаях остались только станы, а вот внутри ОФ прошли уже несколько этапов модернизации. И период от одного до другого измеряется не десятилетиями, а годами. Так что под обновление уже попали и те предприятия, которые были построены совсем недавно.

Одним из направлений компании TAPP Group как раз и является разработка и реализации проектов комплексной реконструкции фабрик. Поскольку в этом деле она уже накопила солидный опыт, мы попросили генерального директора предприятия Дмитрия Лохова поделиться выводами, наблюдениями и собственным взглядом на эти процессы.

— Дмитрий, по вашим наблюдениям, модернизация обогатительный фабрик — это рядовое явление или такие проекты предприятия реализуют нечасто?

— На мой взгляд, модернизация на обогатительных фабриках происходит постоянно. Я не могу назвать ни одной ОФ, которая бы после ввода в эксплуатацию работала без улучшений. В отрасли даже шутят, что фабрику строят исключительно затем, чтобы сразу начать её модернизировать.

— Почему это происходит?

— Чаще всего толчком к модернизации служит изменение состава сырья. Например, на угле: вдруг пошло больше мелочи, чем рассчитано, и мощностей существующего оборудования стало не хватать. Если это коксующийся уголь, может быть недостаточно возможностей флотационного отделения, если энергетический — спиральных сепараторов.

Другой мотив — вовлечение в переработку дополнительного сырья или ранее не перерабатывавшихся компонентов. Классический пример: на старых углеобогатительных фабриках мелкий класс, скажем, ниже 0,13 мм, мог вообще не обогащаться (он уходил в отходы), а сейчас ценность тонкого угля выросла. Поэтому ОФ ставят секцию флотации.

Не забываем и про увеличение мощности. Горнодобывающая компания может расти, рынок требует больше продукции — дают задание фабрике нарастить производительность.

Другой причиной может стать замена устаревшего оборудования на современное. Это тоже проект модернизации, точнее техперевооружения. Обычно раз уж агрегат решили менять, то стараются поставить более производительный или экономичный, чтобы повысить показатели участка. Просто «замена на такой же» — это редкость, всегда есть дополнительный эффект по производительности, надёжности или расходам.

Бывают и специфические направления модернизации, к примеру, предприятие улучшает экологичность и логистику. Скажем, изначально в советские годы фабрики могли отгружать продукт напрямую в вагоны с конвейера, без промежуточного склада. Сегодня так уже не делают — строят погрузочные комплексы, склады готового концентрата, чтобы гибко управлять отгрузкой, снизить пыление, не останавливать фабрику из-за проблем с транспортом. Формально это тоже модернизация.

— Вы сейчас говорили преимущественно о модернизации угольных фабрик. А для предприятий, перерабатывающих другие полезные ископаемые, эти процессы тоже характерны? Скажем, в нашей стране достаточно железорудных ОФ, чей возраст исчисляется десятилетиями.

— Конечно же, на руде происходит всё то же самое. В горнорудной отрасли также может измениться состав руды по мере отработки месторождения. Например, верхние горизонты могут быть богаче, нижние беднее. Скажем, сначала железная руда содержала 20% Fe — с миллиона тонн руды получали, условно говоря, 200 тыс. тонн концентрата.

А на глубине руда пошла 16% Fe — из того же миллиона выходит уже только 160 тыс. тонн. Затраты на переработку остались те же, а товарной продукции стало меньше — экономическая эффективность упала. Что делать? Правильно — повышать переработку. Надо прогонять больший тоннаж руды, чтобы компенсировать снижение содержания металла. Значит, фабрике ставят цель увеличить пропускную способность и снова добавляют оборудование: появляются новые дробилки, мельницы, секции обогащения.

По мере углубления карьера может меняться и крупность вкрапления минералов. Если раньше для раскрытия руды достаточно было измельчения до 70 мкм, то на новых горизонтах руда тонковкрапленная — приходится молоть до 40–45 мкм. Это огромная разница: нужны дополнительные мельницы, более эффективные классификаторы (гидроциклоны) — всё ради того, чтобы вытащить металл из более тонких включений.

При этом есть нюанс: если месторождение неоднородное, а так почти всегда и бывает, то для стабильной работы фабрики сырьё усредняют. Например, есть участки с богатой рудой (25% Fe) и с бедной (16% Fe). Богатую проще сразу добыть (она может залегать глубже, но её нужно меньше обрабатывать), но, если пустить только её, установка будет недогружена или потеряет извлечение на бедных кусках.

А если гнать одну бедную, фабрика получит мало концентрата. Поэтому их смешивают: делают баланс — пару ковшей богатой, пару ковшей бедной, на складе усредняют и получают, допустим, 20-процентную шихту. На это среднее содержание уже настроена технология, и она работает оптимально.

Показатели на входе не скачут резко, извлечение держится на максимуме, качество концентрата ровное. Но обеспечить такое питание — тоже задача, требующая инфраструктуры: усреднительных складов, конвейеров. И это тоже часть модернизации в ответ на особенности геологии.

Или упор может быть сделан на повышение извлечения полезного компонента. Например, старые магнитные сепараторы имели индукцию 500–800 гаусс, новые выдают 1500–2200 гаусс (а сухие магнитные даже до 5000 гаусс). Их установка позволяет «вылавливать» больше металла из той же руды: извлечение растёт, условно, с 90 до 98 %. Это +8% к выходу концентрата! Отлично, но тогда фильтры и другие узлы хвостового хозяйства могут не справиться с дополнительной нагрузкой — их тоже приходится модернизировать. Так шаг за шагом меняется вся фабрика.

Целью может быть и улучшение качества продукта. Допустим, концентрат железа был 62%, а рынку нужен 65%. Для этого часто требуется введение дополнительных стадий очистки (обезжелезивание кварца флотацией, доизмельчение материала и т. п.). Такие проекты тоже идут постоянно, хотя их сложнее окупить, но, если маржа на продукте высокая, компания инвестирует и в качество.
Бывает и так, что меняется бизнес-модель.

К примеру, предприятие решило не просто продавать концентрат, а делать окатыши, которые ценятся дороже. Тогда строят цех обжига (комкования), склады для промежуточного продукта и так далее. Это уже крупная реконструкция, но идея та же — адаптация к рыночным условиям.

Как видите, факторов множество: сырьё, рынок, требования по качеству — всё это постоянно меняется, и фабрики непрерывно совершенствуются. Процесс улучшений действительно непрерывен — где-то в год больше, где-то меньше, но стоять на месте нельзя.

— Кстати, задача модернизации актуальна именно для старых фабрик?

— Опыт показывает, что даже новенький завод может потребовать доработок буквально сразу после запуска. Такие предприятия вообще несут самые большие риски, ведь проектируют их по ограниченным данным — обычно по результатам геологоразведки, керновым пробам. А керн — это тоненький столбик породы диаметром несколько сантиметров, взятый через буровую скважину. По этим образцам в лаборатории пытаются спрогнозировать поведение миллионов тонн руды: дробимость, измельчаемость, обогатимость и другие параметры.

Но лаборатория — это одно, промышленная реальность — другое. Часто бывает, что, пока месторождение разведали, пока строили фабрику, прошло несколько лет, свойства руды изменились или просто оказались другими на участках, которые пошли в работу.

В итоге новая фабрика, что называется, «не попала в режим» с первого раза. И ей тоже требуется модернизация — переделка под фактическое сырьё. Это случается сплошь и рядом: где-то нужно установить дополнительное оборудование, где-то — заменить узлы. Причём на новом предприятии это особенно обидно: только всё смонтировали, а приходится переделывать. Но иначе никак, горняки это знают и закладывают в бюджеты.

— Часто слышу от специалистов обогатительных предприятий, что, реализуя проект модернизации, они стремятся не выйти за границы существующих корпусов. Объясните, почему это важно?

— Да, с точки зрения бизнеса, это идеальный вариант. Строительство нового цеха — это уже не просто модернизация, это полноценная реконструкция предприятия с огромными затратами времени и денег. Дело в том, что, когда мы пристраиваем новый корпус, формально нужно пересчитать весь проект фабрики. А требования за время её существования изменились.

Представьте: вы планировали поставить, допустим, один дополнительный модуль обогащения, небольшой корпус. А по правилам безопасности должны исследовать прочность всех старых конструкций. Вдруг за 40 лет металл ферм устал, бетон фундаментов ослаб? Ведь предполагается, что фабрика будет перерабатывать больше, нагрузка на сооружения возрастёт — значит, нужно убедиться, что они выдержат.

Для этого проводят обширные проектно-изыскательские работы: вскрывают фундаменты зданий, берут пробы бетона, вырезают «куски» металлоконструкций и отдают их на анализ в лабораторию, чтобы оценить прочность, состав и так далее.

Плюс проверяют все связанные объекты, например промышленные дороги. Ведь сейчас ГОК может работать с 360-тонными машинными, которых раньше не было, то есть надо посмотреть ширину полотна, уклоны, укрепления откосов и так далее. Требования к отоплению зданий изменились: прежде в цехах допускалась температура +8 °С, сейчас по нормам должно быть не менее +15 °С, то есть систему теплоснабжения тоже надо пересчитывать.

В итоге вместо локальной задачи «пристроить корпус» мы получаем необходимость усилить существующие строения, протянуть новые коммуникации и так далее. Может оказаться, что какая-то старая галерея по новым расчётам не проходит, тогда её тоже придётся усиливать, вкладывая тонны дополнительного металла, хотя без реконструкции она бы ещё 40 лет простояла нормально. Это всё делает проект крайне дорогим и долгим.

Если же мы не трогаем наружные конструкции корпуса, а только меняем платформы для оборудования, то и согласований получается гораздо меньше, и экспертиза требуется не такая глобальная.

По моему опыту, объём проектных работ при встроенной модернизации может быть раз в 15–20 меньше, чем при строительстве нового корпуса, а сроки — раза в четыре короче. Соответственно, и стоимость этих работ просто несопоставима. Если новый корпус — это годы согласований и миллиарды рублей, то замена оборудования в действующем — считаные месяцы и существенно меньшие средства.

— Это цифры из реальной практики?

— Конечно. Могу привести и конкретный пример. Мы реализовывали проект, где модернизация шла без расширения площадей. За два месяца подготовили проект и получили необходимое заключение экспертов (для модернизаций часто не нужна госэкспертиза, достаточно промышленной безопасности и ведомственной экспертизы — это быстрее). Параллельно заказали оборудование, изготовили и примерно за четыре месяца внедрили его.

Через полгода предприятие уже вышло на проектную мощность. А если бы мы строили новый цех, то только инженерные изыскания заняли бы 8 месяцев, проектирование — год, плюс минимум полгода на госэкспертизу, и только потом началась бы стройка. Суммарно ушло бы не меньше трёх лет.

— Но ведь наверняка и эффекты разнятся. Насколько фабрикам может увеличить производительность, оставаясь в существующих корпусах? На несколько процентов?

— Вовсе нет. Часто на предприятиях заложен очень большой резерв, и рост производительности может быть существенным. Скажем, увеличить показатели на 35% реально без достройки, и мы такие проекты реализовывали. В отдельных случаях возможно даже двукратное увеличение, если заменить ключевые узлы на сверхпроизводительные. Главное — правильно всё рассчитать и подобрать.

Например, Ковдорский ГОК хотел пристроить новый корпус обогащения, добавить две секции, чтобы перерабатывать дополнительные тонны. Мы тщательно проанализировали эту ситуацию и предложили вариант без дополнительного здания.

За счёт установки новых дробилок, мельниц и оптимизации режимов работы оборудование могло справиться с этими тоннами в существующих корпусах. Мы прямо в цифрах показали: достаточно повысить производительность каждой линии на условные 60 тонн в час, и при годовом фонде времени с учётом КТГ получатся те же 20 миллионов тонн в год, что комбинат и хотел.

— Поясните, пожалуйста, тезис про КТГ. Разве работа с этим показателем может дать такие результаты?

— Давайте посчитаем. КТГ — это доля времени, когда оборудование находится в работе. В году 8760 часов, но часть уходит на ремонты, простои. Если КТГ 0,75 (75%), как часто закладывали в советских проектах, то реальная работа составляет 6570 часов в год.

Современные подходы позволяют поднять КТГ: качественное обслуживание, хорошие материалы, предиктивная диагностика, — и оборудование простаивает меньше. На КГОКе по расчётам мы могли обеспечить КТГ около 0,92 на ключевых узлах. Это огромная разница: 8050 часов вместо 6570, то есть +22%.

За счёт одного этого фактора можно существенно увеличить годовую пропускную способность — без всякой новой фабрики. В своё время у меня был личный рекорд: на одной фабрике мы достигали КТГ 0,97–0,98. Коллеги даже не верили, думали, приписки, но нет — просто налаженная до идеала эксплуатация.

То есть резервы имеются не только «в металле», но и во времени работы оборудования.

— В каких случаях остаться в существующих корпусах все-таки не удаётся?

— Обычно новые цеха строят, когда альтернативы совсем нет. Например, если нужно удвоить производительность или очень существенно её увеличить, и физически в старом здании оборудование не разместить. Либо требуется новый технологический передел, который вообще должен находиться отдельно. Скажем, цех окускования/окатышей — это другое здание.

— Рассказывая о примере КГОКа, вы отметили, что принятию решения предшествовала тщательная аналитика. Насколько популярен в отрасли инжиниринговый подход с выявлением узких мест, экспертизой технологической схемы?

— В чистом виде пока не очень популярен. То есть аналитику проводят, но чаще каждый смотрит «со своей колокольни».

Например, приходит производитель грохотов, смотрит фабрику и говорит: «Если перед вашей дробилкой поставить наш грохот, крупный класс будет отсеиваться, и производительность оборудования вырастет на N процентов». Звучит логично.

Потом приходит производитель дробилок: «Да, грохот — это хорошо, но, если у вас руда пойдёт покрупнее или взрыв на руднике даст более крупные куски, грохот всё равно не спасёт – придётся дробить, а старая дробилка не вытянет. Лучше сразу поставить более мощную, тогда и грохот на входе не нужен будет. А уж если когда-то и её загрузка превысит норму, тогда подумаем про него». Тоже верно звучит, не поспоришь.

Затем приходит проектно-инжиниринговый институт со своей экспертизой: «Мы построили модель в программе и выяснили, что проблема низкой производительности в неравномерной загрузке конусной дробилки — у неё вся руда падает не в центр, а на бок одной стороны конуса. Идёт перекос, двигатель тратит лишнюю энергию, дробя одну сторону, — отсюда потери эффективности.

Решение: сконструируем специальный питатель-разделитель потока, который будет ровно распределять материал по периметру конуса. Нагрузка выровняется — производительность дробилки вырастет, скажем, на 20%. Тогда ни новый грохот, ни новая дробилка не нужны». И это тоже по-своему правда.

Потом приходят специалисты по автоматизации: «Мы провели аудит и увидели, что у вас питатель на конвейере подаёт руду толчками — то густо, то пусто, поэтому дробилка то недогружена, то перегружена. Плюс она отключается при достижении 85% тока двигателя (так настроена защита), хотя мотор способен работать и на 95–100%. Давайте внедрим систему управления: поставим над питателем камеру, весовой датчик потока, частотный привод — автоматический шибер, который будет регулировать подачу так, чтобы конвейер шёл равномерно.

Тогда дробилка будет всегда загружена оптимально, без пиков, и можно поднять порог отключения до 95% тока. В итоге дробилка сможет перерабатывать значительно больше — по нашим расчётам, прирост тоже порядка 20%. И для этого не нужно ни новый агрегат ставить, ни сложных механических переделок — только «умная» система подачи». И ведь тоже звучит убедительно.

И вот у фабрики есть четыре разных предложения по модернизации одного и того же узла. Все обоснованы, каждый эксперт по-своему прав. И все обещают улучшение условно на 20%. А на ОФ же работает не только эта дробилка — там сотни единиц оборудования.

Точно так же на мельницу придут свои консультанты: кто-то будет предлагать новый более крупный барабан в существующий фундамент поставить, кто-то — добавить грохот классификации перед ней, кто-то — систему автоматического регулирования шаровой загрузки и воды, а кто-то — просто сменить тип шаров на более износостойкие. Каждый оптимизирует свой участок.

Что происходит внутри компании? Начинается перетягивание одеяла между службами: главный механик поддерживает идею новой дробилки (он отвечает за надёжность машин), главный технолог — скорее, за новый грохот (ему важен класс подготовки перед дроблением и мельницей), служба автоматизации «топит» за умные системы, проектный отдел прислушивается к институту.

Все эти решения взаимно исключают друг друга в бюджете, и начинается длительная дискуссия, что именно внедрять. Специалисты могут месяцами совещаться, доказывать друг другу, чья идея даст больший эффект. В это время по остальной фабрике, по другим узлам, работа стоит — все увлеклись этой дробилкой.

Допустим, остановились на системе автоматизации. Надо провести тендер: приезжают пять разных компаний, каждую нужно пустить на завод, показать процесс, дать данные. Потом все присылают проекты и снова обсуждения, встречи, сравнения предложений. Полгода прошло, люди вымотаны вконец, а речь всё шла только об одном узком месте.

Вдобавок никто ведь не отменял текущих проблем. Начальник фабрики, главный инженер — они же параллельно решают тысячи операционных вопросов: то люди не вышли на смену, то насос сгорел, то запчасти задержались, то проверка приехала, то план по отгрузке горит.

Им просто некогда глубоко погружаться в модернизационные изыскания, тем более разбираться в потоке разрозненных советов от всех подряд. В итоге нередко энтузиазм сменяется разочарованием: «Да ну вас, не до этого сейчас!». Улучшают какой-то показатель локально, а большой проект модернизации рассасывается.

Вот почему востребован инжиниринговый подход, когда приходит специализированная организация и берёт на себя весь комплекс: от анализа до внедрения.

— Но ведь практически все поставщики оборудования позиционируют себя именно как инжиниринговые компании…

— Реально большинство из них — либо поставщики конкретного оборудования, либо узкие консультанты. Они могут называть себя инжиниринговыми, но, по сути, продвигают только своё направление, будь то моделирование процессов, или цифровой двойник, или выпуск сит, но не охватывают весь процесс. Инжиниринговый подход подразумевает взгляд на фабрику глазами заказчика: нужно видеть в ней единый организм.

Тогда возможно предложить решение, которое даст максимальный эффект для всей фабрики, а не для отдельного узла. Для этого в штате должны быть представители всех профилей: технологи, механики, автоматчики, специалисты по моделированию процессов, цифровики. При этом они не могут быть привязаны к одному виду оборудования. Компаний, которые способны закрыть весь цикл задач от обследования до реализации решений разных видов под ключ, почти нет.

— А бывает ли так, что воздействие на одно звено технологической цепочки даёт заметный эффект? Или всегда нужен комплекс мер?

— Бывает, если правильно найти это узкое место. Приведу пару примеров.

В первом случае в буквальном смысле «ржавая железяка» ограничивала работу фабрики. Речь о небольшом узле, в котором застревали железные куски и тормозили процесс. После его замены предприятие избавилось от 16 часов простоя в сутки. Представляете, две трети рабочего дня фактически добавилось к производственному времени благодаря одному улучшению. Конечно, обычно всё не так драматично, но этот пример показывает: бывает, и одно звено решает всё.
Вторая история касается углеобогатительной фабрики.

На предприятии возникли проблемы с обезвоживанием готового продукта, и ОФ даже хотели закрывать. Здесь работал старый импортный грохот для обезвоживания, и мелкий класс после него оставался слишком мокрым. Влажность концентрата доходила до 20%, а местная сушилка не успевала столько выпаривать — именно сушка была узким местом.

Мы предложили заменить тот грохот на наш современный дегидрационный — разработали специальную модель 2436 по требованиям ОФ. Казалось бы, один агрегат. Но что в итоге? Фабрику удалось спасти от закрытия. Влажность потока на сушку снизилась с 20 до 2 %, на выходе получалось 8%. То есть вместо 16% воды приходилось испарять лишь 4%, на 12 тонн воды в час стала меньше нагрузка на сушильное отделение.

Это и совсем другие энергозатраты: на испарение 1 тонны воды уходит порядка 800 кВт·ч тепловой энергии, то есть 12 тонн — это 9600 кВт·ч (9,6 МВт) экономии каждый час. В деньгах — минус 188 000 рублей в час. То есть высвободился колоссальный резерв.

В итоге фабрика смогла нарастить переработку сырья: раньше она едва тянула 550 тыс. т/год, а после модернизации производительность возросла до 850 тыс. тонн. Плюс 300 тыс. тонн — это фактически как строительство новой фабрики.

А дело было всего в одном новом грохоте. Стоимость решения по тем временам — порядка 5,5 млн рублей за единицу, мы установили две. Вообще ничто по сравнению с эффектом. Позже, когда этот заказчик увидел результат, он модернизировал и другие узлы, в итоге комплексно перешёл на наше оборудование и вышел на 940 тыс. тонн в год переработки. Но «квантовый скачок» дал именно тот первый грохот.

— По вашему опыту, как заказчики обычно воспринимают новые идеи? Сталкиваетесь ли вы со скепсисом?

— Такое тоже случается. Например, у Черногорской ОФ была проблема с мелким классом угля. Весь продукт до 0 мм шёл в обогащение, однако работа с фракцией -6 мм не давала эффекта. То есть после всех операций зольность шлама снижалась совсем чуть-чуть, а влажность при этом повышалась, и в итоге калорийность практически не менялась.

Чтобы не возиться зря, фабрика решила эту фракцию из процесса убрать. Казалось бы, чего проще: нужен грохот. Но возникла проблема: влажность исходного шлама порядка 12%, а при таких показателях обычные грохоты забиваются. Компания перепробовала разные варианты, но результата не добилась.

Мы детально изучили эту ситуацию и предложили нестандартное решение — грохот с наклонным гравитационным ситом (flip-flop). На тот момент на этой фабрике такого оборудования не было, да и в стране его нечасто применяли. И, поскольку технологи уже давно бились над этой задачей, они действительно были настроены скептически: «Очередной чудо-грохот».

На фабрике работают очень грамотные специалисты, они знакомы со всеми новинками, посещают выставки, то есть нельзя сказать, что мы им открыли Америку. Они знали про этот тип грохота, но у них была своя аргументация, почему он не решит проблему именно на их объекте.

Началась долгая дискуссия, которая растянулась на два года. За это время фабрика испытала альтернативы и решила попробовать. Мы привезли оборудование, смонтировали. В процессе проекта границу отсечки скорректировали с 6 мм до 4 мм — выяснилось, что фракция 4–6 мм всё же содержит достаточно угля, который при обогащении даёт прирост калорийности. А вот 0–4 мм — действительно балласт.

В итоге мы получили то, чего добивались. Как ни странно это звучит, но отказ от переработки части материала повысил общую эффективность: мы убрали негативное влияние этой фракции на процесс.

— То есть это был достаточно нетипичный проект? В целом, если некоторое решение оказалось эффективным на одной фабрике, реально ли тиражировать его?

— Нетипичный — это точно: редко встретишь фабрику, где пришлось бороться с лишней фракцией таким способом. Но в этом и прелесть инженерной задачи: каждый раз что-то своё.

И нет, мы не можем просто взять и скопировать это решение в другой проект один в один: где-то нет такой проблемы вовсе, а где-то свойства сырья будут иными. Однако колоссальный опыт получили и мы, и заказчик. Сейчас, к слову, грохоты с наклонным гравитационным ситом (flip-flop) начинают активнее применяться и на других фабриках, потому что показали себя отлично.
Вообще каждый такой проект по-своему уникален.

Есть, конечно, типовые задачи, скажем, замена старых насосов на новые — там всё понятно, но всё же нюансов хватает всегда. Мы подходим творчески к каждому случаю. Где-то нужна нестандартная техника, где-то — наша собственная разработка, как с дегидрационным грохотом, а где-то решать вопрос вообще нужно организационно, то есть работать с режимами, внедрять автоматику. В этом и состоит инженерное искусство — предложить оптимальное именно для данного клиента решение.

А вот общий итог, как правило, измеряется очень конкретно: рост тонно-часов, экономия киловатт, снижение себестоимости на тонну концентрата. Мы очень радуемся, когда заказчик видит цифры до и после и улыбается, понимая, что все усилия окупились.

Беседовала Анна Кучумова.