Внедрение автоматизированной системы управления насосными агрегатами на обогатительной фабрике УГМК

Управление водоотведением — одна из ключевых задач для горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Особенно это важно на объектах, где есть риск затопления, перебоев подачи воды или нестабильности технологического процесса.

Работа горнодобывающего комплекса невозможна без слаженной инженерной инфраструктуры: шахт, насосных станций, обогатительных фабрик и резервуарных систем. Сбой в одном из звеньев, особенно в водоотведении, может привести к технологическим остановкам и крупным авариям.

На практике это подтверждается десятками инцидентов. Во многих случаях затопление происходило из-за отсутствия или несостоятельности откачивающей системы. Только в Германии, по данным W. Gimm, зафиксировано более 80 подобных случаев.

Один из крупнейших инцидентов произошел в 1986 году в Соликамске. В результате аварии на руднике «Уралкалия» вода затопила подземные выработки. Ущерб оценивали в 1,5 млрд долларов: были потеряны запасы и уничтожена инфраструктура.

Похожая ситуация произошла в Узбекистане в 2012 году. При вскрытии карстовой полости на Дехканабадском калийном комбинате в шахту начал поступать рассол. Современной насосной системы на объекте не было, и откачка стала невозможной.

Затопление — это не просто остановка работ. Консервация объекта требует значительных вложений и влечёт за собой экологические риски. По оценкам кандидата технических наук В. В. Минина, только в Уральском регионе выведено из эксплуатации более 120 рудников, в том числе на месторождениях меди, золота и полиметаллов.

Требования к насосным системам: типы, условия, риски

Насосные системы в горнодобывающей промышленности выполняют разные функции: перекачивают воду, шламы, технологические растворы, обеспечивают рециркуляцию или аварийное водоотведение. Их подбор зависит от характеристик среды, глубины залегания, объёмов подачи и режима эксплуатации.

Для основного водоотлива применяются центробежные многоступенчатые насосные установки. Они обеспечивают стабильную подачу с заданными производительностью и напором. Вспомогательные задачи решаются с помощью погружных насосов, они более универсальны по диапазону подачи и удобны при локальном размещении.

При работе со шламами и пульпой, особенно в карьерах, шламохранилищах и на участках с высоким содержанием твёрдых частиц, применяют специализированные шламовые насосы. Такое оборудование должно быть рассчитано на перекачку среды с частицами до 50 мм, обладать стойкостью к абразивному износу и работать в непрерывном режиме. Отдельный класс задач связан с подъёмом жидкости с больших глубин, например, при использовании артезианских скважин в составе производственной цепочки.

Ошибки в проектировании или подборе насосного оборудования, а также несвоевременное обслуживание становятся причиной сбоев и увеличения эксплуатационных затрат. В условиях высоких рисков затопления или перебоев в технологическом процессе критически важным оказывается вопрос не только надёжности самих насосов, но и автоматизированного контроля их работы.

Недостаточная или неэффективная система управления насосными агрегатами, как показано в примерах выше, сама по себе может стать причиной аварийной ситуации даже при наличии физически исправных насосов.

Поэтому добывающим предприятиям необходимы системы, которые не просто управляют насосами, но и позволяют оператору видеть весь контур: уровни, давление, состояние оборудования и отклонения в режиме реального времени, обеспечивая возможность быстрого и точного вмешательства.

Опыт внедрения: автоматизация водоснабжения на обогатительной фабрике

«Предотвращение затопления рудников являются злободневной, очень непростой технологической и технической задачей. Примером тому — затопленные рудники в Канаде, Германии, России, на Украине. А может ли предполагаемая автоматизированная система управления водоотведением быть использована для решения локальных задач, например для карьеров и обогатительных фабрик?» — задаётся вопросом доктор технических наук, член Высшего горного совета РФ Александр Земсков.

Да, может. Именно такой проект был реализован на одном из предприятий УГМК в Башкортостане. Здесь стояла задача обеспечить стабильную подачу охлаждённой воды в технологический процесс. Температурные характеристики среды напрямую влияли на выход рудного концентрата.
До автоматизации насосами управляли вручную.

Участки работали разрозненно, между ними не было связи, диспетчеризация отсутствовала. Оператор не видел уровней воды в удалённых резервуарах в реальном времени, не мог заранее отследить отклонения и быстро отреагировать на потенциально аварийные ситуации, такие как падение уровня в приёмном чане или переполнение резервуаров.

Это создавало постоянный риск сбоя технологического процесса, зависящего от стабильной подачи охлаждённой воды, и могло привести к простою дорогостоящего оборудования фабрики.
Насосные станции и резервуары располагались на расстоянии до 3150 м друг от друга. Нужно было построить систему, которая обеспечила бы централизованное управление и надёжную связь между объектами. При этом важно было сохранить гибкость в комплектации, чтобы не зависеть от конкретных поставщиков и учитывать риски ограничений на рынке оборудования. И систему создавали с учётом возможности локализации компонентов.

Проект реализовала российская компания «УралПром». Система управления охватывает три ключевых объекта: насосную станцию I подъёма (артезианские скважины), насосную станцию II подъёма (приёмный резервуар с погружными насосами), а также резервуарный парк фабрики.

На насосной I подъёма появились станции управления со скважинными насосами, оборудованными устройствами плавного пуска и контроллерами. На насосной II подъёма — погружные агрегаты и станция управления с коммутационным и управляющим оборудованием.

Центральный шкаф диспетчеризации и контроля (ШДК) разместили в операторской, а функцию контроля уровней реализовали через отдельный шкаф управления. При этом разработчик предусмотрел шкаф связи, с помощью которого объединил все участки. Для передачи данных на большие расстояния используются промышленные модемы, поддерживающие необходимые протоколы и стандарты.

Внедрение автоматизированной системы управления позволило перевести работу насосного комплекса в автоматический режим, упростить контроль, обеспечить управление по уровневым датчикам и повысить надёжность водоснабжения на всём участке.

Для обогатительной фабрики очень важно было минимизировать импортозависимость. В архитектуре системы акцент был сделан на открытые стандарты связи (Modbus RTU), что позволило использовать оборудование российских производителей, соответствующее техническим требованиям. Открытая платформа обеспечила гибкость и независимость от вендоров.