Разработка проекта электролизного цеха

Разработка проекта электролизного цеха

АННОТАЦИЯ

Дипломный проект посвящен разработке проекта электролизного цеха производительностью 300 тысяч тонн в год.

Работа состоит из ведения, разделов, заключения, списка использованных источников наименований.

Графическая часть выполнена на 6 листах формата А-1, включая схему технологического процесса электролиза алюминия.

Подробно были рассмотрены теоретические основы электролиза алюминия.

Также были рассмотрены факторы реализации проекта строительства Казахстанского электролизного завода, которые подразумевают использование в проекте современной технологии производства первичного алюминия, основанной на достижениях ведущих мировых фирм и практическом опыте последних лет по внедрению технологий электролиза на электролизерах с обожженными анодами в Китае институтом GAMI (Гуйан); использование в проекте оборудования и технологий, позволяющих минимизировать воздействие производства на окружающую среду; с проектными показателями по удельным выбросам фтористого водорода равным 0,25 кг/т, твердых фторидов - ,62 кг/т, оксида серы - 12,2 кг/т алюминия, позволяющими отнести создаваемое производство к числу самых экологически чистых производств среди мировых алюминиевых заводов; использование в проекте способов утилизации отходов, позволяющих из общего количества твердых отходов 72% переработать на собственном предприятии, и 24% - передать на утилизацию на другие предприятия.

АНДАТПА

Дипломдық жоба жылына 300 мың тонна өндейтін электролиз цехын жобалауға арналған.

Мәтінге жұмыс басқару түзелімі, бөлімдер, нәтижелер, аттардың қолданған қайнарлардың тізімі кіреді.

Графикалық бөлім формат алюминий электролизының технологиялық процестің схемасымен қоса А-1 форматты 6 бетте орындалған.

Сонымен қатар Қазақстандық электролиз зауыт құрылысының жоба орындауларының факторлары қаралған болатын.

Қазақстандық электролизді зауыт құрылыстары жоба орындаулары факторларды сонымен қатар қаралған болатын, алғашқы алюминий өндірістері замандас технология жобасында қолдануды түсінеді,негізі салынғанның бастаушы дүниежүзілік фирмалардың жетулерінде және соңғы жылдардың практикалық тәжірибесінде электролиз технологияларының енгізуімен электролизерлерде Қытайда күйдірілген анодтармен институтымен (Гуйан); жабдықтау жобасында қолдану және технологиялардың, өндіріс әсері мүмкіндік беретіндердің минимизация жасау орта қоршаған; дүниежүзілік алюминийлік зауыттар арасында ең экологиялық таза өндірістердің санына жасалынушы өндіріс мүмкіндік беретіндермен апарып беру; кетулердің пайдалану тәсілдерінің жобасында қолдану, мүмкіндік беретіндердің қатты кетулердің жалпы сандары өзіне меншікті кәсіпорында 72% артық жұмыс істеу және басқа кәсіпорындарға пайдалануға 24%-ін тапсыру.

THE SUMMARY

degree project is devoted project working out shops by productivity of 300 thousand tons in a year.consists of conducting, sections, the conclusion, the list of the used sources of names.

The graphic part is executed on 6 sheets of format А-1, including the scheme of technological process electrolise aluminium.bases electrolise aluminium have been in detail considered.factors of realisation of the civil-engineering design Kazakhstan electrolise factory which mean use in the project of the modern "know-how" of the primary aluminium based on achievements of leading world firms and practical experience of last years on introduction of technologies электролиза on electrolise with burnt anodes in China by institute GAMI have been considered; use in the project of the equipment and the technologies, allowing to minimise manufacture influence on environment; with design indicators on specific emissions of fluoric hydrogen equal 0,25 kg/t, firm fluorides - 62 kg/t, оксида sulfurs - 12,2 kg/t of the aluminium, allowing to carry created manufacture to number of most ecologically pure manufactures among world aluminium factories; Use in the project of ways of recycling of the waste allowing from total of a firm waste of 72 % to process at own enterprise, and 24 % - to transfer to recycling on other enterprises.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исходные данные для проектирования цеха

1.1 Потребности в топливе, воде, тепловой и электрической энергии, вторичных энергоресурсах

.2 Отходы производства

1.3 Технический уровень выпускаемой продукции

.4 Сырьевая база предприятия

1.5 Технологический процесс электролиза алюминия

1.5.1 Принципиальная схема технологического процесса производства первичного алюминия

1.6 Устройство электролизёра

1.6.1 Состав и обоснование применяемого оборудования

2. Конструктивный расчет электролизера

2.1 Определение размеров анодного массива

2.2 Катодное устройство электролизера

2.3 Схема укладки катодных блоков

2.4 Материальный баланс электролизера

2.4.1 Производительность электролизера

2.4.2 Приходные статьи баланса

.4.3 Расходные статьи баланса

2.5 Расчет ошиновки

2.6 Электрический баланс электролизера

2.6.1 Напряжение поляризации (ЭДС поляризации)

2.6.2 Падение напряжения в обожженном аноде

.6.3 Падение напряжения в катоде

.6.4 Напряжения анодных эффектов

.6.5 Падение напряжения в электролите

2.6.6 Падение напряжения в катодной и анодной

Ошиновке

2.6.7 Падение напряжения в общесерийной ошиновке

2.7 Энергетический баланс электролизера

2.7.1 Расчет прихода энергии в результате пропускания электрического тока

.7.2 Выделение энергии в результате изменения энтальпии при реакции

.7.3 Выделение энергии в результате сгорания анода

.7.4 Расчет расхода энергии на разложение глинозема

.7.5 Расход энергии на расплавление и нагрев материалов, вводимых в электролизер

.7.6 Потери энергии с вылитым алюминием

.7.7 Потери энергии с газами организованного отсоса

.7.8 Потери энергии с поверхностей электролизёра

2.8 Расчёт цеха электролиза

2.8.1 Краткие сведения об электролизном цехе

.8.2 Расчёт количества ванн и производительности серии

3. Автоматизированная система управления производством

3.1 Производство первичного алюминия

3.2 Производство обожженных анодов

3.3 Вспомогательные производства

3.4 Контроль концентрации глинозёма

3.4.1 Процедура точечного питания, основанная на малых уменьшениях межэлектродного расстояния

3.4.2 Процедура точечного питания, основанная на непрерывном расчете наклона сопротивления

3.4.3 Регулирование процедурой питания глиноземом

3.4.4 Влияние процедур питания глиноземом на межполюсное расстояние

3.4.5 Условия для успешного точечного питания

3.5 Управление технологическим процессом

3.6 Автоматическое управление криолитовым отношением

3.6.1 Назначение автоматического контроля электролита

3.6.2 Информация, используемая для управления электролитом

3.6.3 Расчёт интервалов дозирования питателя A1F3

3.6.4 Расчёт дополнительных сопротивлений

3.6.5 Условия для оптимального управления АПФ

3.6.6 Описание алгоритма АПФ в системе «TROLL» и «Stella»

3.6.7 Анализ работы алгоритма АПФ

4. Основные решения по электроснабжению

4.1 Внешнее электроснабжение КЭЗа

4.2 Распределение электрических нагрузок

5. Охрана труда

5.1 Закон безопасности и охрана труда

5.2 Защита от ионизирующих излучений

5.2.1 Нормирование ионизирующих излучений

5.2.2 Защита от ионизирующих излучений

5.3 Анализ вредных и опасных факторов

5.3.1 Краткое описание инженерного объекта

5.3.2 Порядок проведения земляных работ

5.3.3 Опасные факторы на монтажных работах

5.3.4 Опасные факторы при эксплуатации производственного помещения

5.4 Требования пожарной безопасности при производстве цеха

5.5 Охрана окружающей среды

5.5.1 Перечень промышленных выбросов

.5.2 Охрана воздушного бассейна

.5.3 Охрана водоемов и почв от загрязнения сточными водами

5.6 Расчет общего воздухообмена

6. Экономика и организация производства

6.1 Обоснование экономической эффективности предлагаемого мероприятия

6.1.1 Технико-экономические показатели производства

6.1.2 Дополнительные капитальные вложения

6.1.3 Изменение выпуска продукции в результате внедрения АСУ

6.1.4Изменение себестоимости

6.1.5 Дополнительная прибыль от внедрения алгоритма

6.2 Обоснование производственной программы

6.3 Расчёт капитальных затрат

6.4 Расчет амортизационных отчислений

6.5 Расчет численности и фонда оплаты труда работников

6.5.1 Выбор графика сменности

6.5.2 Расчет численности работающих

6.5.3 Плановый баланс рабочего времени

6.5.4 Расчет фонда заработной платы рабочих

6.5.5 Фонд заработной платы служащих

6.6 Расчет себестоимости продукции

6.7 Расчёт финансовых результатов проекта

6.8 Расчёт показателей эффективности проекта

Заключение

Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

элекролизер алюминий энергетический баланс

Электролиз характеризуется непрерывным изменением технологических параметров, которые влияют на технико-экономические показатели производства: выход по току, производительность, расход электроэнергии и др. В этих условиях для управления производством целесообразно использовать автоматизированную систему управления процессом. Подобные системы, основанные на научных методах управления с максимальным применением автоматических устройств, для получения, передачи и переработки информации с целью обеспечения оптимизации производственных процессов, называют автоматизированной системой управления. Алгоритм управления, реализуемый АСУТП, начинается с опроса циклически контролируемого основного параметра оптимизации. В случае отклонения этого параметра от заданного значения схемой АСУТП предусмотрен анализ причин отклонения, осуществляемый вызовом контролируемых параметров и сравнением их с допустимыми значениями. Принятие решения на основе переработки полученной информации - очередное звено процесса управления. В последнее десятилетие в различных странах построены и введены в эксплуатацию заводы, оснащённые мощными электролизёрами с обожжёнными анодами на силу тока 300 кА (типа АР-30) с общей годовой производительностью порядка 2,2 млн.т. Несмотря на достижение высоких показателей производства, научно-технический прогресс в направлении повышения как единичной мощности электролизёра, так и серии электролизёра в целом продолжается. В текущем году появилась информация о создании электролизёра на 350 кА (V-350) фирмой «Веналюм» и на 500 кА (АР-500) фирмой «Пешине». Обращает на себя внимание тот факт, что по общим техническим решениям и габаритам (например, длине ванны, количеству и размерам анодов) электролизёры АР-30 и АР-350 близки к отечественной конструкции С-255, но работают в заметно более интенсивном режиме за счёт повышения плотности тока, что обеспечивается, в основном, оптимальной конструкцией ошиновки. Длина нового мощного электролизёра АР-50 (~18 м) мало изменилась в сравнении с конструкцией АР-30 (~16 м), что свидетельствует о применении в электролизёре АР-50 более длинных анодов и расширении катодного кожуха.

Оптимальная футеровка алюминиевых электролизёров способствует достижению высоких технико-экономических показателей их работы, например, низкого расхода электроэнергии, более высокого срока службы оборудования и получения качественного металла.

Наряду с практикой повышения качества традиционных материалов, не случайно в последние годы находят широкое применение такие материалы как карбид-кремниевые плиты для бортовой футеровки электролизёров, вермикулит, силикат кальция и различные огнеупорные бетоны для футеровки катода. Так, футеровка на основе карбида кремния со связующим Si₃N₄ используется более, чем на пятидесяти алюминиевых заводах, в том числе и заводах передовых фирм, как Пешине, Алкоа, Алкан, Гидроалюминиум

Известно свыше 60 вариантов применения алюминиевыми заводами мира технологии с использованием обожженных анодов, хотя лишь немногие из них доведены или усовершенствованы до уровня, при котором они могут представлять коммерческий интерес для третьих лиц.

По мере совершенствования технологии обожженных анодов последние 50 лет происходили другие значительные изменения. Ток серии электролиза увеличился до более чем 330 кА при выходе по току 95-96 %, потребление технологической электроэнергии на уровне ниже 14 кВт·ч/кг стало нормой для наиболее продвинутых вариантов технологического процесса.

Эти позитивные изменения обусловили общее повышение эффективности алюминиевых заводов за счет снижения капитальных и операционных затрат и были обеспечены путем постепенного совершенствования конструкции электролизеров и таких сопутствующих аспектов, как:

1) Совершенствование магнитных характеристик электролизера.

Магнитное поле, обусловленное большими токами в системе шин питания, дестабилизирует слой жидкого металла в электролизере, обусловливая колебания расстояния между анодом и катодом по сечению электролизера, что приводит к снижению эффективности его работы. При качественном проектировании системы шин питания влияние магнитного поля можно минимизировать с параллельным повышением эффективности функционирования электролизера.

2) Пробойники для точечного разрушения корки электролита и питатели автоматической подачи глинозема.

Разработка точечных пробойников и питателей позволила существенно стабилизировать работу электролизера, позволив чаще и меньшими порциями вводить глинозем в электролизер и тем самым поддерживать более близкую к постоянной концентрацию глинозема в электролите. Эти устройства в сочетании с контроллерами автоматизированного управления способствовали значительному повышению стабильности и эффективности работы электролизеров в последние два десятилетия.

3) Системы автоматизированного управления электролизерами.

Современные системы автоматизированного управления непрерывно контролируют колебания напряжения на электролизере и с помощью множества встроенных в систему алгоритмов регулируют расстояние между анодом и катодом, а также периодичность подачи глинозема в ванну. Этим обеспечиваются высокая стабильность работы электролизера, повышение эффективности и сокращение числа случаев проявления анодных эффектов.

4) Усовершенствованные многоцелевые подъемные краны, применяемые для выливки металла, замены анодов и тому подобное.

Краны для обслуживания электролизеров разрабатывались в течение ряда лет и к настоящему времени превратились в сложные машины, способные выполнять многие вспомогательные операции на электролизерах, включая демонтаж и замену анодов, замену материалов, образующих защитный покровный слой ванны, вскрытие летки для выливки металла, чистку пространства для установки анодов и т.п. Это привело к сокращению численности обслуживающего персонала на сериях электролиза и к общему повышению эффективности работы предприятия.

5) Более крупные аноды улучшенного качества.

Для эффективной работы алюминиевого завода требуется снабжение высококачественными анодами с постоянными свойствами. Современные достижения в области улучшения снабжения исходными материалами в сочетании с совершенствованием процессов смешения, формования и обжига позволяют получать аноды постоянных размеров и свойств. Наряду с применением более крупных анодов в электролизерах новой конструкции нетто-расход анодной массы значительно снизился благодаря новейшим технологиям.

Другие конструкторские усовершенствования, например, разработка анодов с прорезями, которые облегчают удаление образующегося анодного газа, также способствуют повышению эффективности процесса электролиза.

6) Электролизеры более крупных размеров.

Экономические показатели нового алюминиевого завода улучшаются при использовании электролизеров более крупных размеров, т.к. уменьшается величина отношения «площади корпуса электролиза» к «площади поверхности электролизера», при этом остается неизменным оборудование для обслуживания электролизеров и управления их работой, что приводит к сокращению капитальных затрат. Операционные затраты в расчете на 1 т алюминия также снижаются.

6) Системы с жесткой синхронизацией подачи глинозема в ванну.

Внедрение систем с жесткой синхронизацией распределения глинозема привело к значительному сокращению потерь глинозема, а также к улучшению условий труда на алюминиевых заводах.

7) Усовершенствованные газоотводящие зонты электролизеров и системы сухой очистки газов.

Эти нововведения способствовали значительному сокращению выбросов в атмосферу фторисуноктого водорода, летучих органических соединений и полициклических углеводородов.

8) Катоды усовершенствованной конструкции с применением графитизированных катодных блоков и материалов на основе SiC для футеровки боковых стенок электролизера.

Эти достижения конструкторской мысли обеспечивают увеличение срока службы катодов, позволяют использовать более длинные аноды и рабочие токи большей величины.

В длительной перспективе, возможно, в ближайшие десять лет, некоторые радикальные технологические новации, находящиеся в стадии серьезного изучения, например, применение химически нейтральных анодов и смачиваемых катодов могут выйти на уровень пригодности для отрасли, однако, независимым производителям не следует надеяться, что они станут доступными в ближайшие несколько лет.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕХА

Строительство Павлодарского электролизного завода предусмотрено в окрестностях г. Павлодара, в северной части Казахстана. От Павлодара в юго-восточном направлении завод отделяет расстояние в 13,5 километров. Рядом с выбранной площадкой на расстоянии 10 км находится завод по производству глинозема АО «Алюминий Казахстана» с годовой производительностью 1,46 млн. тонн.

Источник электроснабжения - Аксуская теплоэлектростанция, расположенная в 27 км к западу от Павлодара.

Ближайшая станция существующей железнодорожной сети - Павлодар-Южный на расстоянии 12 км от площадки строительства.

Средний уровень состояния атмосферы по г. Павлодару за последние 5 лет по содержанию примесей загрязняющих веществ изменяется незначительно и находится в допустимых пределах.

Основными источниками водоснабжения в Павлодарской области являются река Иртыш, которая в пределах области не принимает ни одного существенного притока и имеет длину 720 км, канал «Иртыш-Караганда», малые реки и подземные источники. Водоснабжение проектируемого завода предполагается осуществлять из подземных источников.

Основной источник рабочей силы проектируемого завода - город Павлодар. В г. Павлодаре сформированы довольно высокие показатели условий проживания населения. Жилищный фонд г. Павлодара (по данным Павлодарского управления статистики) по состоянию на 01.01.2001 г. составляет 6592,9 тыс.м² (по Павлодарской области 16009 тыс.м²). На одного жителя г. Павлодара приходится 22,7 м² жилой площади, что на 9,2% выше республиканского показателя. Кроме того, необходимо отметить высокий уровень обеспеченности жителей г. Павлодара благоустроенным жильем.

Производительность проектируемого завода при выходе на проектную мощность должна составить 200 000 т/год. Ввод завода в эксплуатацию предусмотрен в два этапа, мощностью 125 тыс. тонн в год каждый.

.1 Потребности в топливе, воде, тепловой и электрической энергии, вторичных энергоресурсах

В районе Павлодара нет своего природного газа. Имеется сжиженный попутный газ, который можно привозить по железной дороге. Однако, это дорого, и поэтому его использование на новом алюминиевом заводе будет ограничено специальными применениями, такими как предварительный подогрев ковшей и формы литейной машины.

В качестве основного обогревающего топлива будет использоваться бессернистый мазут со следующими характеристиками:

Теплотворная способность

,9 Дж / кг (минимальная)

,9Дж / кг (максимальная)

Удельный вес максимум 1,015 кг / литр при 20 °C

Содержание серы 0,3 мг / м³

Для обслуживания печи для обжига, котельной установки парового отопления и литейных поворотных миксеров (вторая очередь строительства) будет построена полная система разгрузки и распределения жидкого топлива. Разгрузочная станция будет включать в себя установку для высокотемпературных материалов (HTM), нагревающую мазут до состояния свободной текучести. Гибкий шланг установки HTM по очереди присунокоединяется ко всем железнодорожным цистернам, и после того, как топливо нагреется в достаточной степени, его перекачивают из цистерн в один из трех наливных резервуаров для хранения жидкого топлива вместимостью 400 м³ каждый. Для этого используется пара рабочих/резервных электрических насосов.

Годовая потребность завода в мазуте оценивается в 10 тыс. т.

Система сжатого воздуха является важнейшей инженерной коммуникацией для алюминиевого завода, электролизеров, работа которых зависит от бесперебойной подачи чистого воздуха без примеси масла. Любые продолжительные перерывы в подаче сжатого воздуха будут иметь тяжелые последствия, и поэтому система сжатого воздуха должна иметь высокий уровень отказоустойчивости, с обеспечением достаточной степени резервирования, с тем, чтобы гарантировать постоянную бесперебойную подачу воздуха.

Павлодарский электролизный завод будет снабжен специально построенной установкой сжатого воздуха, которая будет состоять из центробежных воздушных компрессорных агрегатов (рабочих и резервных), каждый их которых рассчитан на обеспечение максимальной производительности при номинальном манометрическом давлении на выходе из компрессора, равном 10 атм.. Компрессоры будут размещаться в здании центральной компрессорной станции, расположенной в непосредственной близости от серии электролизеров, и будут оборудованы воздушными сушилками влагопоглощающего или холодильного типа.

В здании будет предусмотрено место для установки дополнительных агрегатов, которые будут обслуживать всю серию электролизеров второй очереди. Средняя суммарная потребность предприятия в сжатом воздухе составит 58380 м³/час, а максимальная - в 59160 м³/час.

Сжатый воздух будет подаваться по трубам через кольцевую магистраль, работающую, номинальное манометрическое рабочее давление в которой составляет 8 атм. на всех участках.

Водоснабжение завода предусматривается от сети подземных скважин располагаемых на территории прилегающей к северной стороне завода. Расположение водозабора исключает возможность химического и бактериального загрязнения подземного источника. Количество скважин - 8 шт. с суммарным дебитом 85,95 л/сек и глубиной 450…600 м. Качество воды источника водоснабжения удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Потребность завода в воде из источника водоснабжения составляет 3806 м³/сут. Объем водопотребления питьевого качества составляет 632,4 м³/сут. Вода из источника водоснабжения подается на очистные сооружения (ВОС). Производственное водоснабжение завода осуществляется по оборотной схеме. Свежая вода из источника используется на подпитку узлов водооборота, восполнение потерь в технологии, на противопожарные нужды и полив территории. Потребность завода в свежей производственной воде составляет 3173,6 м³/сут. Общая потребность завода в оборотной воде составляет 69048 м³/сут.

Потребление электроэнергии Павлодарским электролизным заводом для производства 300 000 тонн алюминия в год, включая участок производства анодов и вспомогательные производственные мощности, оценивается следующим образом (таблица 1.1)

Таблица 1.1 - Потребление электроэнергии Павлодарским электролизным заводом для производства 300 000 тонн алюминия в год

Участок	Потребляемая мощность
Средняя нагрузка, требуемая для электролиза	~582,75 МВт
Максимальная нагрузка, требуемая для электролиза	~607,8 МВт
Дополнительная силовая нагрузка	~88,9 МВт
Максимальная нагрузка, требуемая для всего завода	~696,75 МВт
Годовое потребление электроэнергии	~5606,25 ГВт-ч

1.2 Отходы производства

Проектом Павлодарского электролизного завода предусмотрено образование отходов производства и потребления на следующих объектах:

-    электролизный цех (ЭЦ);

-    цех обожженных анодов (ЦОА);

-    анодно-монтажное отделение (АМО);

-    литейное отделение (ЛО);

-    отделение капитального ремонта (ОКР);

-    блок вспомогательных отделений (БВО);

-    энерго цех (ЭЦ);

-    административно-бытовой комплекс (АБК).

К категории отходов производства на Павлодарском электролизном заводе относятся:

-    отработанная огнеупорная футеровка электролизеров, миксеров и ковшей;

-    алюминиевый лом в виде застывших «козлов»;

-    угольная пыль отделения «зеленых» анодов.

При периодичном сборе отходов используются промышленные пылесосы (глиноземная и угольная пыль) либо сбор отходов осуществляется вручную (кирпичный бой, «козлы» алюминиевые).

Отходы производства в полном объеме возвращаются в производственный процесс:

-    угольная пыль отделения обжига зеленых анодов возвращается в строго дозированных количествах в дозаторы шихты в цехе обожженных анодов;

-    отработанная огнеупорная футеровка электролизеров, миксеров и ковшей после дробления в конусных дробилках и шаровых мельницах превращается в огнеупорную засыпку, добавляемую в насыпной слой огнеупорной футеровки электролизеров;

-    алюминиевый лом («козлы») разрезаются на отдельные куски с помощью газо-резательных устройств и периодически загружаются в электролизеры.

Таким образом, по категории «отходы производства» на Павлодарском электролизном заводе предусматривается полностью замкнутый цикл утилизации отходов.

К категории «отходов потребления», получаемых на Павлодарском электролизном заводе, относятся:

-    отработанная футеровка катодных устройств электролизеров (угольная и огнеупорная);

-    шлаки литейного производства (шлаки с литейных ковшей, миксеров, литейных машин);

-    отработанная футеровка литейных ковшей и миксеров;

-    отработанная огнеупорная футеровка камерных печей обжига анодов;

-    осадки застывшего пека в виде кусков;

-    бой обожженных анодов из анодно-монтажного отделения;

-    бой угольной футеровки отделения капитального ремонта;

-    лом цветных металлов со всех производств завода;

-    лом черных металлов со всех производств завода;

-    застывший электролит (куски) цеха электролиза;

-    огарки обожженных анодов цеха электролиза;

-    отработанные масла (нефтепродукты) энергоцеха и транспортных подразделений.

Нормативный объем образования твердых отходов производства и потребления по Павлодарскому электролизному заводу составляет 72411,8 тонн в год. Из данного объема 54951,3 тонны (76 %) используются на собственном предприятии, а 17460,5 тонн (24 %) передаются для потребления на другие предприятия.

Всего на Павлодарском электролизном заводе, согласно проектным решениям, предусмотрено для временного размещения отходов (ВРО) - 67211,8 тонн в год. Норматив предельного накопления твердых отходов на территории Павлодарского электролизного завода составляет 118027,5 тонн, т.е. на 43,1 % больше, чем объем отходов предусмотренный для временного хранения.

К категории отходов производства относятся 2150 тонн, а отходов потребления - 70261,8 тонн. Весь объем отходов производства используется на собственном предприятии. Из отходов потребления 17460,5 тонн (25 %) используется на специализированных предприятиях, а 52801,3 тонны (75 %) используется на собственном предприятии.

Из отходов потребления 257,9 тонны (0,37 %) предназначено для отправки для захоронения на другие предприятия, а 70261,8 тонн перед использованием временно размещается на территории предприятия.

Из отходов потребления к I классу опасности относятся только отходы от люминесцентных ламп (1,9 т).

К 3 классу опасности относится 5035,8 тонны, которые целиком перерабатываются на собственном предприятии.

К 4 классу опасности относится 37541,5 тонн, из которых 27454 т (73 %) используется на собственном предприятии, а 10091,5 т (27 %) используется на специализированных предприятиях.

На производимый Павлодарским электролизным заводом объем продукции, равный 200 тысяч тонн первичного алюминия в год, приходится всего 72411,8 тонн твердых отходов производства и потребления, то есть 36 %. Объем твердых отходов подлежащий захоронению составляет 257,9 тонны, то есть 0,1 % от общего объема полезного производства.

Объем твердых отходов производства, предназначен для использования в цикле производства в качестве сырьевых материалов, составляет 2150 тонн, то есть 0,8 % от объема производства.

1.3 Технический уровень выпускаемой продукции

При выходе на полную проектную мощность и освоении гарантируемых технологических параметров объем производства Павлодарского электролизного завода достигнет 300 000 тонн первичного алюминия в год. Весь объем произведенного первичного алюминия, благодаря современной технологии и конструкции применяемых электролизеров с обожженными анодами на силу тока 320 кА, будет относиться к категории высшего качества с содержанием основного компонента алюминия 99,7…99,8%. Технический уровень выпускаемого первичного алюминия отражается уровнем котировок цен на Лондонской бирже металлов. Для первичного алюминия с содержанием 99,7…99,8% основного компонента устанавливается максимальное значение котировок.

Таблица 1.2 - Обозначение марок первичного алюминия по стандартам различных стран

содержание алюминия	Германия	Германия	Евросоюз	Евросоюз	Франция
%	DIN 1712-3	DIN 17007-4	Chem ENAW	EN-AW
99,7	Al99,7	3.0275	Al997	1070A	A7
99,8	Al99,8	3.02285	Al998	1080A	A8

Окончание таблицы 1.2

Италия	Швеция	Канада	Япония	Россия	Казахстан
4508	4005	9970	А1х0	А7	А7
4509	404	9980	A1xS	A8	A8

Диапазон изменения марок первичного алюминия равный 99,7…99,8 % определяется тем, что в определенные периоды на Павлодарском электролизом заводе будут осуществляться плановые и внеплановые капитальные ремонты электролизеров. Регламентом после пускового периода предусматривается получение в течение 10…15 дней первичного алюминия с содержанием основного компонента 99,0…99,6 %. Ввиду того, что капитальные ремонты осуществляются редко, то металл низких марок (А0…А6) разбавляется в литейном отделении маркой А8 до марки А7. Таким образом, получаются незначительные количества первичного алюминия марки А7. В результате нехарактерных для современных заводов нарушений в технологии обслуживания или качестве поступающего сырья и материалов, возможны непродолжительные периоды снижения сортности первичного алюминия, однако в общем объеме производства поддерживается уровень сортности не ниже А7.

1.4 Сырьевая база предприятия

Обеспечение глиноземом предусматривается с близ расположенного глиноземного завода ОАО "Алюминий Казахстана", который в настоящее время имеет производительность 1,2 млн. т/год и располагается на окраине города. Поставка фторисуноктых солей, кокса нефтяного, пека каменноугольного и прочих сырьевых ресурсов предусматривается с предприятий Российской Федерации, КНР и Республики Казахстан.

Глинозем (оксид алюминия) является исходным материалом, из которого путем электролиза получают металлический алюминий. Для получения 1 т алюминия требуется 1,93 т глинозема. Перед подачей на электролиз глинозем используется в качестве адсорбирующего компонента для сухой очистки дымовых газов благодаря способности глинозема адсорбировать фторисуноктые соединения. Первичный глинозем проходит через газоочистные установки обоих корпусов электролиза и печи для обжига анодов, насыщаясь фторсодержащими составляющими из удаляемых газов, перед его загрузкой в электролизеры в качестве «вторичного» или «обогащенного» глинозема.

Качество глинозема должно соответствовать данным таблицы 1.3

Таблица 1.3 - Основные характеристики глинозема

Наименование	Показатели (по данным за 2000г.)
Содержание a - Al2O3, не более, %	35
Содержание примесей, не более, %:
Na2O	0,5
SiO2	0,02
Fe2O3	0,03
TiO2	0,005
V2O5	0,003
P2O5	0,003
ZnO	0,005
Потери при прокаливании, %, не более	0,48-0,52
Удельная поверхность, м2/г, не менее	35
Угол естественного откоса, град	33
Содержание фракции -325 меш, %, не более	12

Годовая потребность Павлодарского электролизного завода в глиноземе составит после реализации I этапа строительства 243,1 тыс. тонн, после реализации II этапа строительства 482,5 тыс. тонн.

Прокаленный нефтяной кокс (кокс) является сухой составляющей (около

%) угольных анодов. Годовой расход нефтяного кокса составляет около 97120 т. На алюминиевый завод кокс доставляется по железной дороге в 70-т вагонах с донной разгрузкой; обычная ежемесячная партия кокса умещается в 120 вагонах.

Кокс должен иметь следующие характеристики:

Влагосодержание0,3 % (макс.)

Летучие 0,5 % (макс.)

Зольность 0,45 % (макс.)

Железо 350 ppm (макс.)

Кремний 350 ppm (макс.)

Никель 100 ppm (макс.)

Ванадий 200 ppm (макс.)

Сера 2 % (макс.)

Натрий + Кальций 200 ppm (макс.)

Фактическая плотность 2,05-2,10 г/см³

Кажущаяся плотность >1,70 г/см³

Насыпная плотность >0,8 г/см³

Электр. сопротивление <400 мкОм

Типовой ситовый анализ:

Фракция -20 мм +6,5 мм45~50 %

Фракция -6,5 мм +1,5 мм35~40 %

Фракция -1,5 мм 15 %

Кокс потребуется на заводе после ввода в эксплуатацию цеха обожженных анодов, т.е. после II этапа строительства. Годовая потребность в коксе составит 95,4 тыс. тонн.

Каменноугольный пек, содержание которого в аноде составляет 15 %, является связующим. После выгорания летучих в процессе обжига анодов пек становится для кокса связующим, и при качественном управлении процессом аноды получаются однородными по структуре.

Жидкий пек должен иметь следующие характеристики:

Точка размягчения (R & B)105-113 °C

Коксовое число 54 % (мин.)

QI 7-12 %

BI 30-37 %

b-смола 20-24 %

Удельная плотность 1,15-1,30 г/см³

Зольность 0,5 % (макс.)

Влагосодержание 0,5 % (макс.)

Натрий 400 ppm (макс.)

Железо 200 ppm (макс.)

Сера 0,7 % (макс.)

Вязкость(140 °C) 2×104 сПуаз

(160 °C) 3×103 сПуаз

Так же, как и кокс, пек потребуется на заводе после ввода в эксплуатацию цеха обожженных анодов, т.е. после II этапа строительства. Годовая потребность в пеке составит 24 тыс. тонн.

Фтористый алюминий необходим для поддержания требуемого химического состава электролита. Требования к качеству фтористого алюминия следующие:

Содержание Al, %, не менее30

Содержание F, %, не менее61

Содержание примесей, не более, %:

Na £ 0,5

SiO₂+Fe₂O₃ £ 0,38

SO₄ £ 0,5

P₂O₅ £ 0,04

Фторид алюминия доставляется на алюминиевый завод по железной дороге в контейнерах или мешках.

Годовая потребность во фтористом алюминии составит после I этапа - 2,7 тыс. тонн, после II этапа - 5,4 тыс. тонн.

На этапе I алюминиевый завод использует привозные аноды. Размеры и физические свойства обожженных анодов:

Размеры обожженного анодного блока

-    Длина 1600 мм

-    Ширина 700 мм

-    Высота 550 мм

Вес обожженного блока 872±10 кг

Сопротивление сжатию 32 МПа

Удельное электрическое сопротивление50…55×10^-4 Ом·см

Содержание золы, не более 0,5 %

Потери на окисление в токе СО 45 мг/см²·ч

Плотностькажущаяся, не менее 1,55 г/см³

Аноды доставляются по железной дороге в контейнерах на платформах.

Годовая потребность завода в обожженных анодах после реализации I этапа строительства - 68,1 тыс. тонн.

1.5 Технологический процесс электролиза алюминия

Технологический процесс электролиза алюминия включает в себя следующие элементы. Корпус электролиза, складирование подача и распределение глинозема, укладка и замена футеровки, универсальный технологический кран, литейная, компьютерная система управления и т.д. Подробнее технологический процесс электролиза алюминия представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Технологический процесс электролиза алюминия

1.5.1 Принципиальная схема технологического процесса производства первичного алюминия

Основой технологического процесса получения первичного алюминия на Павлодарском электролизном заводе является электролиз криолитоглиноземного расплава.

Электролиз осуществляется в электролизерах.

Электролизер состоит из катодного и анодного устройств.

Катодное устройство представляет собой металлический кожух, футерованный угольными подовыми и бортовыми блоками

Сверху в электролизере подвешиваются обожженные аноды, которые закрепляются на анодном устройстве.

Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную при температуре приблизительно 1100 °C смесь кокса и пекового связующего. Катодом служит расплавленный алюминий.

Электролит представляет собой расплавленный криолит (Na₃AlF₆) с небольшим избытком AlF₃, в котором растворен глинозем (Al₂O₃). Электролиз ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % масс. Температура процесса близка к температуре плавления этой смеси и составляет 950-960 °С. Расплавленный алюминий при температуре электролиза тяжелее электролита и находится на подине электролизера.

По существу, электролит не расходуется во время электролиза, но определенные потери все-таки происходят, в основном из-за испарения.

Электролит в современных электролизерах обычно содержит следующие компоненты:

-   от 6 до 13 % (по весу) фторида алюминия (AlF₃).

-    от 4 до 6 % (по весу) фторида кальция (CaF₂).

-    от 2 до 4 % (по весу) глинозема (Al₂O₃).

Глубина слоя электролита в электролизере не изменяется сколько-нибудь значительно, и обычно равна примерно 20 см. Межполюсное расстояние, другими словами, расстояние по вертикали между нижней частью анода и поверхностью слоя жидкого металла обычно составляет от 4 до 5 см. Таким образом, помимо своих основных функций быть растворителем для глинозема и способствовать его электролитическому разложению с образованием алюминия, электролит обеспечивает физическое разделение между образующимся на катоде металлическим алюминием и выделяющимся на аноде газообразным диоксидом углерода.

Важно поддерживать концентрацию глинозема (Al₂O₃) в электролите на уровне от 2 до 4 % по массе. Слишком низкая концентрация глинозема, вызванная недостаточной его загрузкой, может привести к анодному эффекту, который нарушает нормальное течение процесса электролиза, вызывая рост напряжения в электролизере. В этом случае происходит электролитическое разложение фтористых соединений электролита, и под анодом образуется электроизолирующий слой газа, который увеличивает электрическое сопротивление и, следовательно, напряжение в электролизере. Последствиями анодного эффекта являются значительные нарушения теплового баланса в электролизере, увеличение фтористых выбросов, снижение коэффициента использования тока и электроэнергии.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. Глинозем расходуется, поэтому его необходимо непрерывно подавать в питающие бункеры электролизеров, для чего используется жестко синхронизированная система конвейерного транспорта. Затем глинозем через питатели точечной подачи, входящие в состав металлоконструкции электролизеров, поступает в электролит. Когда система управления устанавливает, что в электролизер необходимо ввести порцию глинозема, вниз опускается пробойник, который разрушает корку ванны, после чего открывается заслонка и в электролизер поступает дозированное количество глинозема.

На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически из-под слоя расплава в ванне выливается сифонным методом в ковш с огнеупорной футеровкой для последующей доставки металла в литейное отделение на разливку или в миксер.

На аноде происходит окисление углерода выделяющимся кислородом. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО₂ и СО. Вследствие этого анодные блоки расходуются. По мере расходования анодов в процессе восстановления глинозема траверса с анодами постепенно опускается к ванне, пока не будет достигнута предельная точка хода траверсы. Время от времени необходимо перемещать траверсу вверх с помощью устройства, называемого подъемным механизмом.

Электролизер работает при температуре около 960 °C, и при такой температуре углерод в присутствии воздуха выгорает с образованием двуокиси. Для предотвращения выгорания важно защитить от контакта с воздухом верхние части анодов, не погруженные в электролит. Машина для обслуживания электролизеров наносит сверху на аноды слой смеси глинозема и материалов, образующих расплав в ванне. Машина для обслуживания электролизеров выполняет также функции разрушения корки на поверхности ванны, замены анодов, вскрытия летки для выливки расплавленного металла, заполнения бункеров фторида алюминия и загрузки в электролизер материалов, образующих покровный слой в ванне.

Предварительно обожженные аноды должны заменяться с равными интервалами, как правило, через 22-26 дней, когда они срабатываются до одной третьей или одной четвертой части своего исходного размера. То, что осталось от анодов, называют «огарками» и удаляют из корпуса электролиза. Их перевозят в анодно-монтажное отделение, где они остывают, после чего огарки подвергают очистке для удаления остатков налипшего электролита. После этого очищенные огарки дробят и повторно используют в качестве сырья для изготовления новых анодов. Оборотный электролит используется в корпусах электролиза для формирования защитного слоя на анодах при выполнении операций обслуживания электролизеров.

Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением

Al₂O₃ + xC = 2Al + (2x - 3)CO + (3 - x)CO₂.

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуется только глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса - разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Для поддержания требуемого состава электролита в электролизер необходимо периодически вводить фторид алюминия.

Электролизеры снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы, и системой очистки. Это снижает выделение вредных веществ в атмосферу. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения отсоса газа в коллектор с помощью вентиляторов. В удаляемых газах от электролизеров содержатся диоксид углерода, азот, кислород, газообразные и твердые фториды и частицы глиноземной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяется система сухой газоочистки.

При сухом способе газоочистки отходящие от электролизера газы проходят через слой глинозема, который адсорбирует фтористый водород, а вторичный глинозем, насыщенный фтором, возвращается в производство алюминия. Таким образом, утилизируются практически все фторсодержащие газы и никаких отходов при газоочистке не образуется.

Получаемый в электролизере алюминий - сырец транспортируется в литейное отделение, где разливается в чушки весом 20 кг. Сама продукция называется первичный алюминий.

Изымаемые из электролизеров анодные огарки (остатки анодов после электролиза) направляются в анодно-монтажное отделение, где от них отделяют оборотный электролит.

Оборотный электролит после очистки и дробления возвращается в электролизеры. Угольные дробленые анодные огарки возвращаются в цех обожженных анодов для повторного использования при изготовлении обожженных анодных блоков.

Отходящие из электролизера газы направляются в сухую газоочистку. Очищенный газ выбрасывается в атмосферу, а извлеченные из него фтористые соли, которые адсорбировались на глиноземе, вместе с ним подаются обратно в электролизеры.

В качестве исходного сырья в электролизеры подаются фтористые соли, глинозем. В процессе электролиза расходуются обожженные аноды и электроэнергия.

1.6 Устройство электролизёра

Устройство электролизера. Электролизер включает следующие основные блоки: катодное устройство, где протекает электролиз; анодный узел, где на подошве угольного анода происходит выделение анодных газов (реакция: 2О^2- - 4е + С = СО₂); систему подвода тока (ошиновка); систему газоотсоса (рисунок 1.3).

Катодное устройство размещается в стальном кожухе длиной 9-14 м, шириной 3-4,5 м и высотой 1-1,2 м. Кожух футеруется теплоизоляционными и затем огнеупорными материалами. Внутренняя часть катодного устройства выкладывается угольными блоками. Заделанные в нижние (подовые) блоки стальные стержни служат для отвода тока.

Анодный узел включает собственно угольный анод (со стальной рубашкой для анода Содерберга) и систему сталеалюминиевых токоподводов. Постоянное напряжение поддерживается за счет перемещения анода домкратами, опускающими или поднимающими анодную раму, к которой зажимами крепятся анодные токоподводы.

В общую цепь (серию) последовательно включается 150 - 200 электролизеров, которые соединяются ошиновкой. Напряжение на ванне в зависимости от типа и конструкции меняется от 3,9 до 4,5 В.

Ряд заводов разрабатывают меры, направленные на повышение конкурентоспособности и экологической состоятельности электролизёров ВТ. В их числе:

1.   Укрытие верха анода;

2.   Система точечного питания;

.     Реконструкция ошиновки;

.     Усовершенствование компьютерного управления;

.     Перепроектирование катода;

.     Использование солей лития;

7.   Переход на технологию «сухого» анода;

8.   Применение систем сухой газоочистки.

Рассматривая совершенствование конструкции алюминиевых электролизеров за весь период развития алюминиевой промышленности, можно сделать основной вывод, что доминирующим на всех его этапах является рост единичной мощности электролизера и одновременно сокращение трудовых затрат на его обслуживание, снижение расхода электроэнергии, улучшении условий труда и уменьшение вредных промышленных выбросов в окружающую среду. Все это становится возможным, проектируя электролизеры с предварительно обожженными анодами большей мощности. Эти электролизеры обладают лучшими показателями работы по сравнению с ваннами, имеющими анод Содерберга. Они более экологичны, имеют меньшие затратные коэффициенты и большее поле для маневра (оснащение различными типами АПГ, автоматизация процесса). В мировой промышленности 70 % всего получаемого алюминия способом Эру-Холла производят в электролизерах этого типа.

1.6.1 Состав и обоснование применяемого оборудования

Производство первичного алюминия осуществляется на электролизерах, расположенных в корпусах электролиза.

Проект Павлодарского электролизного завода предусматривает строительство двух корпусов электролиза шириной 27 м и длиной 1043 м, объединенных в одну серию электролиза. Количество установленных в серии электролизеров равно 288 шт.

Первая очередь строительства включает ввод в эксплуатацию двух полукорпусов длиной 525 м каждый с установленными в них 144 электролизерами.

Электролизеры с обожженными анодами на силу тока 320 кА являются основным видом оборудования проектируемого Павлодарского электролизного завода.

Рисунок 1.3 - Устройство электролизера с обоженными анодами

-стальной катодный кожух; 2-засыпка днища; 3-диатомитовые кирпичи; 4-шамотные кирпичи; 5-шамотные кирпичи на цементе; 6-подушка из глинозема;7-угольные подовые блоки; 8-жаростойкий бетон; 9-подовая масса; 10-катодный стержень; 11-угольные бортовые блоки; 12-гарнисаж; 13-расплавленный алюминий; 14-электролит; 15-корка; 16-глинозем; 17-катодная ошиновка; 18- колокол; 19-стальной анодный кожух; 20-анодная масса; 21- сталеалюминевый штырь; 22-анодная ошиновка; 23-штанга; 24-анодная шина; 25-анодное укрытие.

Конструкция электролизера на силу тока 320 кА, технология его сборки, обжига, пуска и эксплуатации разработаны китайским институтом GAMI, расположенном в г. Гуйян. Конструкция электролизера состоит из катодного и анодного устройства.

Катодное устройство состоит из металлоконструкции катодного кожуха шпангоутного типа, огнеупорной и угольной футеровок. Внутренние габариты металлоконструкции катодного кожуха - 4180х16130 мм. Толщина стенок обечайки составляет 20 мм. К обечайке приварено 26 шпангоутов. В нижней части обечайки имеется угловой скос для снижения концентрации напряжений на углах шпангоутов.

Между шпангоутами расположены по два окна для выхода блюмсов от двухпазовых подовых блоков. Размеры подовых угольных блоков 450х515х3420 мм. Сечение блюмсов 50х180 мм, их закрепление в пазу осуществляется с помощью заливки чугуном. Количество подовых блоков - 27 штук. Глубина шахты катодного устройства - 550 мм.

Огнеупорная футеровка состоит из одного слоя плит из силиката кальция толщиной 66 мм, двух слоев высококремнеземистого и высокоглиноземистого кирпичей толщиной по 65 мм каждый, и насыпного слоя из сухой барьерной смеси толщиной 185 мм. Сухая барьерная смесь позволяет облегчить выравнивание верхней поверхности подовых блоков Она также служит барьерным слоем для криолитоглиноземного расплава. В результате взаимодействия сухой барьерной смеси с компонентами криолитоглиноземного расплава, проникающими через неплотности в швах и трещины в подовых блоках, образуются тугоплавкие соединения типа альбит и нефелин, которые и служат барьерным слоем для дальнейшего проникновения расплава.

Подовые блоки сплошные и швы между подовыми блоками набиваются холоднонабивной подовой массой.

Бортовая футеровка состоит из графитовых угольных блоков толщиной 120 мм. Сверху футеровка закрыта карбидкремниевыми плитами толщиной 120 мм

По продольным сторонам от уровня сухой барьерной смеси до верхней кромки подовых блоков установлены компенсаторы из плит на основе полулегковесного огнеупора. Колодец между бортовыми угольными блоками заполнен по продольным сторонам высокоплотным бетоном, а в торцах - угольными вставками. Поверх бетона и угольных вставок производится набойка холоднонабивной подовой массой с таким расчетом, чтобы она в виде откоса доходила до карбидкремниевой вставки. Верхняя часть металлоконструкции шпангоутного кожуха имеет составной пояс. Он опоясывает весь периметр металлоконструкции кожуха и болтами крепится фланцем к основной части кожуха. Данный пояс усиливает прочностные характеристики катодного устройства и облегчает демонтаж футеровки при выходе электролизера на капитальный ремонт.

Катодный кожух устанавливается на подкатодной балке, выполненной из двутавров высотой 300 мм. Между подкатодной балкой и опорными столбиками устанавливается узел электроизоляции, состоящий из двух металлических и одной текстолитовой пластин. Опорные столбики в торцах катодного устройства имеют по два узла опоры и изоляции. Вдоль катодного устройства располагаются еще по 5 опорных столбиков с каждой стороны электролизера.

Анодное устройство состоит из балки-коллектора для отсоса газо-воздушной смеси от электролизера. Отсос газа осуществляется через патрубок диаметром 600 мм, расположенный в одном торце электролизера.

В балке - коллекторе расположены бункеры автоматической подачи глинозема (АПГ) с шестью пробойниками. Пробойники имеют привод от пневомцилиндров диаметром 125 мм. Дозаторы объемного типа приводятся в движение от пробойников диаметром 80 мм. Глинозем в объемные дозаторы поступает самотеком за счет создания уклона в днище металлических бункеров. Угол наклона днища бункеров составляет 50 ^º.

На балке - коллекторе располагаются приводы для перемещения анодной ошиновки. С каждой стороны балки - коллектора подвешивается на винтах домкратов анодная шина сечением 180х550 мм и длиной 7300 мм. На анодных шинах закреплены анодные зажимы кулачкового типа. С помощью винта кулачок прижимает алюминиевую анодную штангу к анодной алюминиевой шине.

Всего в электролизере устанавливается 40 обожженных анодов с габаритами 520х700х1600 мм. Аноды имеют четырех ниппельные стальные траверсы с диаметром ниппелей 140 мм. С телом угольного обожженного анода ниппеля соединяются с помощью чугунной заливки. Стальная траверса крепится к алюминиевой штанге с помощью биметаллических пластин (сталь - алюминий), расположенных горизонтально.

Алюминиевая анодная шина с каждой стороны балки - коллектора имеет разрыв, а стыки шин соединены с помощью гибкого алюминиевого пакета. Каждая половина анодной шины имеет свой независимый механизм подъема. Он состоит из основного электродвигателя, редуктора, четырех домкратов и круглых передающих валов.

Анодные шины, расположенные с каждой стороны балки-коллектора, между собой соединены пятью перемычками, проходящими через балку - коллектор. Перемычки предохраняют анодные шины от «развала» в разные стороны и обеспечивают равномерное токораспределение по анодам.

Ток к анодным шинам подводится с одной стороны с помощью пяти анодных стояков. Анодные стояки имеют гибкие части, набранные из алюминиевых листов. Вокруг катодного устройства располагается катодная ошиновка. Под днищем катодного устройства проложены катодные перемычки. Соединение катодных шин с блюмсами производится с помощью гибких алюминиевых спусков. Спуски крепятся к блюмсам с помощью стыковой сварки.

Анодная плотность тока на электролизере составляет 0,72 А/см². Объем газоотсоса от одного электролизера составляет 13600 м³/час.

Пространство между катодным и анодным устройство электролизера закрыто алюминиевым укрытием, состоящим из секций. Съем секции укрытия осуществляется вручную. Каждая секция укрытия имеет две ступени электроизоляции. Коэффициент полезного действия укрытия составляет 98%.

Глинозем к течкам бункеров АПГ подводится с помощью аэрожелобов.

Расположение электролизеров в корпусе однорядное, поперечное с межосевым расстоянием 6400 мм. Поперечное расположение электролизеров в корпусе по сравнению с двухрядным, позволяет существенно снизить магнитогидродинамические возмущения на слой металла в катодном устройстве, т.к. отсутствует влияние соседнего ряда электролизеров.

При поперечном расположении электролизеров за счет одностороннего подвода тока к анодным шинам, наличия пяти перемычек между анодными шинами, двухстороннего секционированного съема тока катодной ошиновкой, наличия катодных перемычек под днищем катодного устройства удается создать близкое к симметричному магнитное поле и снизить волнение расплавленного алюминия под действием магнитных полей.

Глинозем в электролизер поступает по системе централизованной раздачи глинозема (ЦРГ). Особенность этой системы состоит в том, что транспортировка глинозема осуществляется в плотной фазе. В специальных коллекторах с диафрагмами перемещение глинозема происходит над диафрагмами под действием импульсов воздуха, проталкивающего глинозем вдоль коллектора. В отличие от транспортировки глинозема в трубах с помощью сжатого воздуха, транспортировка в «плотной» фазе имеет значительные преимущества, т.к. нет существенного истирания металлических труб, а следовательно, нет излишнего попадания железа в электролизную ванну и далее в первичный алюминий. Это также позволяет снизить затраты на ремонт системы транспортировки. Кроме того, для транспортировки в «плотной» фазе не требуется компрессоров с высоким давлением, которые сложны и дорогостоящи. Решающим преимуществом транспортировки в «плотной» фазе является отсутствие дополнительного измельчения глинозема и образования мелкодисперсных фракций. Это улучшает эффективность работы сухой газоочистки, стабилизирует технологию электролиза, снижает транспортные потери глинозема и уменьшает загрязнение воздуха рабочей зоны корпуса электролиза.

Стабилизации и улучшение технологических показателей электролиза способствует и система автоматизированной корректировки криолитового отношения за счет подачи фтористого алюминия через отдельные дозаторы. В процессе электролиза в первую очередь происходит испарение фтористого алюминия, и криолитовое отношение электролита увеличивается. Подача фторированного глинозема из сухой газоочистки способствует снижению криолитового отношения. Для того, чтобы эти два процесса не нарушали динамического равновесия криолитового отношения в электролите, в электролит в определенное время подается строго дозированная порция фтористого алюминия или смеси фтористого алюминия с глинозема. Дозирование порций регулируется частотой срабатывания дозаторов. Частота срабатывания дозаторов контролируется АСУТП.

Отсасываемая через балку - коллектор газо-воздушная смесь направляется по системе корпусных и межкорпусных газоходов на рукавные фильтры сухой очистки газов. Преимущество сухой очистки газов перед мокрой состоит в том, что процесс адсорбции фторидов на глиноземе, т.е. непосредственная очистка газов, позволяет вместе с глиноземом возвращать в электролиз фтористые соединения. За счет этого резко снижается общий расход свежих фтористых солей.

При мокрой очистке газов затраты на ремонт оборудования существенно выше, чем на сухой газоочистке, т.к. растворенные в водной среде и водных массопотоках фтористые соли имеют сильно выраженные кислотные свойства, что приводит к значительной коррозии оборудования. Кроме того, при мокрой очистке газов продуктами извлечения являются регенерационный криолит, который сильно загрязнен примесями. При введении такого материала в электролизер резко ухудшается качество получаемого алюминия.

Проектом Павлодарского электролизного завода предусмотрена сухая очистка газов, основным оборудованием которой являются реакторы и рукавные фильтры. Каждый модуль сухой газоочистки обслуживает 72 электролизера и состоит из 12 рукавных фильтров, совмещенных с реакторами адсорберами. Такое совмещение позволяет первичную адсорбцию производить в реакторе, окончательную - на рукавных фильтрах. При этом не увеличивается напорное сопротивление на рукавах. При постоянном напорном сопротивлении двигатели дымососов работают в более стабильном режиме, и экономится значительное количество электроэнергии.

Составной частью технологии Павлодарского электролизного завода является использование в корпусах электролиза комплексных технологических кранов. Имеющиеся на кране устройства позволяют автоматически захватывать головку штанги анододержателя, разбалчивать зажим анододержателя, переносить анододержатель с обожженным анодом или огарком анода, производить обрубку корки электролита вокруг анода, производить подсыпку глинозема на поверхность анода.

Выполнение столь большого количества операций возможно только на комплексном кране при поперечном расположении электролизеров. В этом случае мост крана расположен параллельно длинной оси электролизера и достаточно места для расположения на кране всех названных устройств.

Комплексный кран позволяет также осуществлять операцию по установке рамы для перетяжки анодной ошиновки. На раме устанавливаются автоматические захваты головки анодных штанг. На комплексном кране имеются крюки для транспортировки вакуум - ковшей и различных грузов.

Анодные штанги с огарками извлекаемые из электролизеров, направляются в анодно-монтажный цех. Наличие конвейерной системы выполнения различных операций позволяет существенно сократить ручной труд и количество обслуживающего персонала.

Операция по снятию налипшего и застывшего на анодах электролита позволяет собрать оборотный электролит и отправить его в ванны. Этим снижается расход фтористых солей на технологию электролиза, и уменьшаются удельные выбросы фтористых солей в атмосферу.

Механизация процессов съема огарков, их дробления и обработки позволяют вернуть в оборот значительное количество анодного материала.

Применение оборудования для механизированной чистки анодных траверс, анодных штанг создает условия для лучшего контакта при дальнейшей заливке чугуном ниппелей и прижиме анодных штанг к анодным шинам. Это позволяет экономить электроэнергию при электролизе.

Наличие установки для предварительного нагрева гнезд ниппелей анодных блоков, покрытие гнезд коллоидной графитовой смазкой и механизированная заливка чугуном снижают степень растрескивания анодов при установке в электролизер. Это позволяет снизить расход анодов, электроэнергии и увеличить выход по току.

Склад двухпролетный, закрытого типа, оснащен кранами - штабелерами с захватами на 10 анодов. Хранение анодов - в штабелях по 5 рядов по высоте.

Склад обеспечивает запас хранения продукции на 10 суток.

Котельная высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) предназначается для нагрева теплоносителя, используемого для обогрева технологического оборудования отделения "зеленых" анодов (подогревателя кокса, смесителей, дозаторов пека, пекопроводов).

Общая потребность в тепле составляет 3000 кВтч. Исходя из указанной потребности, в котельной предусмотрена установка двух нагревателей ВОТ мощностью по 1500 кВт.

С целью исключения воздействия на окружающую среду в котельной устанавливаются электронагреватели, что исключает выброс вредных веществ в атмосферу.

Рабочая температура нагрева теплоносителя в электронагревателях 20-260 ^оС. В качестве теплоносителя предлагается использовать теплоноситель импортного производства.

Система нагрева - циркуляционная двухконтурная.

Заполнение системы нагрева теплоносителем осуществляется насосами из расходных баков.

Прием теплоносителя, доставляемого в бочках или в контейнерах, может быть осуществлен в баки аварийного слива или в расходные баки.

Циркуляция теплоносителя в первом контуре осуществляется насосами, установленными группами непосредственно у каждого из электронагревателей. Из двух насосов каждой группы в работе находится по одному насосу, вторые насосы - резервные.

После обогрева технологических установок отделения "зеленых" анодов и пекопроводов охлажденный теплоноситель возвращается в сборные коллекторы котельной и далее на вход циркуляционных насосов. Компенсация увеличения объема теплоносителя при его нагреве обеспечивается установкой расширительного бака. Учитывая пожароопасность теплоносителя, для его слива в случае возникновения пожара в состав комплекса котельной, в соответствии с действующими нормами, включено здание с баком аварийного слива.

В бак аварийного слива осуществляется слив теплоносителя от оборудования и трубопроводов, а также сброс теплоносителя от предохранительных клапанов контуров нагрева. Горячие газы от печей обжига анодов поступают в охладители, где охлаждаются до t^о = 90 ^оС. Охлажденные газы подаются в модули «реактор - рукавный фильтр», куда одновременно поступает глинозем, в качестве адсорбента, и происходит адсорбция фтористого водорода и возгонов каменноугольного пека на его поверхности. В рукавном фильтре улавливаются глинозем с адсорбированными загрязняющими веществами и коксовая пыль.

Очищенные газы дымососами через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Глинозем возвращается в производство алюминия пневмоаппаратом.

Эффективность очистки: от HF- 98,5 %; от смолистых веществ (возгоны каменноугольного пека) - 98 %; от пыли - 99,9 %

Газы от технологической линии, содержащие коксовую пыль и возгоны каменноугольного пека, поступают в реактор, куда одновременно подается кокс, на поверхности которого происходит адсорбция смолистых веществ. После реактора газы попадают в рукавный фильтр, где обеспыливаются. Очищенные газы дымососом через свечу выбрасываются в атмосферу. Уловленный кокс возвращается в основное производство. Эффективность очистки: от возгонов каменноугольного пека - 98 %; от коксовой пыли - 99,9 %.

Установка очистки газов склада пека состоит из термокаталитического реактора, дымососа и свечи. Количество резервуаров - 1 шт.; объем газов, поступающих на очистку (при 0 ^оС и 101,3 кПа), - 1000 м³/ч; температура газов, поступающих на очистку - 120 ^оС

Газы от установки плавления твердого пека поступают в термокаталитический реактор, где на катализаторе происходит окисление возгонов каменноугольного пека до воды и диоксида углерода. Очищенные газы дымососом через свечу выбрасываются в атмосферу.

Эффективность очистки от возгонов каменноугольного пека - 98 %.

Предусмотренный проектом Павлодарского электролизного завода перечень оборудования и технология очистки газов отделений цеха обожженных анодов позволяют гарантированно обеспечить требуемые предельно допустимые концентрации выделения вредных веществ от производства обожженных анодов на границе санитарно-защитной зоны. Тем самым, обеспечивается сочетание экономических преимуществ расположения производства обожженных анодов на территории электролизного завода и минимизация воздействия этого производства на окружающую среду.

Заключительный передел производственного цикла Павлодарского электролизного завода заключается в разливке алюминия - сырца в литейном отделении в чушки весом 20 кг. Выбранный состав оборудования позволяет механизировать все основные операции этого передела. Наличие 60-ти тонных поворотных миксеров позволяет равномерно вести процесс выливки расплавленного алюминия. В отличие от стационарных миксеров у поворотных миксеров нет застойных зон, не происходит образование шламов и не обрушаются подвесные своды. В результате срок службы футеровки и качество металла в поворотных миксерах выше.

Литейный комплекс обеспечивает непрерывную автоматическую разливку чушек в штабели и их автоматическую обвязку.

Применение данного оборудования обеспечивает высокое товарное качество выпускаемой продукции и снижение трудоемкости производства.

2. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Конструктивный расчет электролизера служит для определения основных размеров электролизера.

2.1 Определение размеров анодного массива

Площадь анодного массива

S_a= I / i_a ;

S_a =  см².

Исходя из принятого размера блоков 700´1650´600 мм. Рассчитываем необходимое количество анодов

;

 шт.

Расстояние между блоками по продольной стороне а составляет 40 мм, а между рядами блоков b - 180 мм (для размещения системы автоматического питания глиноземом).

Тогда длина анодного массива составит, см

;

;

а ширина, см

;

.

.2 Катодное устройство электролизера

а) Внутренние размеры шахты

Размеры получают исходя из определенных ранее размеров анодного массива. Расстояние от продольной стороны анода до боковой футеровки примем с= 30,5 см, а от торцевой стороны анода до торца ванны d = 39 см, тогда внутренние размеры шахты составят:

ширина

В_ш = В_а + 2с = 338+2×31 = 400 см;

длина

L_ш =А_а + 2d = 1472+2×44 = 1560 см.

Глубину шахты определяется суммой уровней технологического алюминия h_M (15-25 см), электролита h_Э (22-25 см) и толщиной корки электролита с глиноземом в шахте ванны h_Г (3-6 см):

Н_Ш = h_M + h_Э + h_Г = 21+23+6 = 50 см.

б) Конструкция подины

В разработанной конструкции электролизера предусмотрено использовать сплошные блоки сечением 515 х 450 мм длиной 3.420 мм. Блоки имеют по 2 паза с торцов для монтажа блюмсов. Сечение пазов 200 х 90 мм, сечение блюмсов 180 х 50 мм.

Российская алюминиевая промышленность выпускает катодные блоки высотой h_б = 400 мм, шириной b_б=550, длиной l_б = (1600;2200 мм). Ширину шва между блоками примем равным 30 мм. Число блоков определим исходя из длины шахты

n_б = шт.

Расстояние от блока до бортовой изоляции в торцах составляет 400 мм.

.3 Схема укладки катодных блоков

а) Размеры катодного кожуха

Боковая футеровка электролизера выполняется дифференцированной из карбидокремниевых плит толщиной 90 мм без теплоизоляции (раз утепленный борт), т.к. в случае применения АПГ электролизеры с разутепленными бортами обладают наибольшей энергетической эффективностью. При этом длина катодного кожуха

мм;

ширина

В_кож = 1600 х 2 +180 + 310 х 2 +180 = 4.180 см.

Подина шахты ванны набирается из 27 катодных блоков высотой 450 мм. Тогда высота катодного кожуха составит

 

Н_кож = 505 + 450 +165.5+130+67.5 = 1318 мм.

 

2.4 Материальный баланс электролизера

Материальный баланс представляет собой соотношение материалов загружаемых в электролизер и получаемых в процессе электролиза. Баланс рассчитывается исходя из количества Al, которое выделяется в единицу времени (кг/ч).

2.4.1 Производительность электролизера

Количество алюминия, выделяющегося в единицу времени (кг/час) можно рассчитать по выражению

 кг/ч;

где I -сила тока (А);

q - электрохимический эквивалент (г/(А×час));

 - выход по току, доли единицы.

 кг/ч.

2.4.2 Приходные статьи баланса

Удельный расход сырья для производства 1 кг Al возьмем на основании данных работы электролизера GP-320 kA:

глинозем - 1,93 кг;

аноды - 0,55 кг;

криолит -0,001 кг;

фтористый кальций - 0,0015 кг;

фтористый алюминий - 0,022 кг.

Зная производительность электролизера и удельный расход сырья, легко рассчитать приход материалов в ванну.

Р_гл = Р_Al×р_гл кг/ч;

Р_а = Р_Al×р_а кг/ч;

Р_ф = Р_Al×р_ф кг/ч,

где р_гл, р_а, р_ф - расход глинозема, анода и фтористых солей соответственно, кг/кг алюминия, р_ф=криолит+фтористый алюминий+фтористый кальций=0,001+0,0015+0,022=0,045 кг/кг алюминия.

 

Р_гл = 99,815×1,93=192,64 кг/ч,

Р_а = 99,815×0,55=54,89 кг/ч,

Р_ф = 99,815×0,0245=2,44 кг/ч,

2.4.3 Расходные статьи баланса

Выход материалов включает:

а) Количество полученного алюминия (определяется производительностью электролизера, кг/ч).

б) Анодные газы. Количество анодных газов рассчитывается из суммарной реакции (17), протекающей в электролизере, и из состава анодных газов. Состав анодных газов определим по уравнению Пирсона-Ваддингтона

 

Nco₂ = 2(h - 0,5)

Nco₂= 2(0,93-0,5) = 0,86.

Количество СО и СО₂, кмоль/ч, определяется из уравнений:

кмоль/ч;

 кмоль/ч,

где Nco₂ и Nco - мольные доли СО₂ и СО в анодных газов соответственно.

Весовые количество СО и СО₂, кг/ч, определяются по выражениям

 кг/ч,

кг/ч.

в) Потери углерода. Определим как разность между приходом обожженных анодов Р_а и количеством израсходованного с газами углерода Р_С

кг/ч,

где количество израсходованного с газами углерода (Р_с) находится по уравнению

кг/ч;

 кг/ч.

г) Потери глинозема. Теоретический расход глинозема определяется из уравнения

кг/ч.

Потери глинозема в виде пыли и механические потери рассчитываются как

кг/ч.

д) Потери фтористых солей принимаем равными их приходу то есть 1,98 кг/ч.

Приход и расход материалов сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Материальный баланс электролизера на 320 кА

Приход	кг/ч	%	Расход	кг/ч	%
Глинозем	192,64	70,0	Алюминий	99,82	39,9
Обожженные аноды	54,9	21,0	Потери глинозема	4,09	1,6
Фтористые соли	2,44	1,00	Потери от окисления анодов	19,12	7,6
			Газы:
			СО	11,7	4,7
			СО2	112,82	45,1
			Потери фтористых	2,44	1,0
Итого	249,98	92	Итого	250	99,9

2.5 Расчет ошиновки

Ошиновка электролизера предназначена для подвода (анодная ошиновка) и отвода (катодная ошиновка) электрического тока.

Анодная ошиновка состоит из алюминиевых шин и гибких алюминиевых лент. Все контакты между элементами ошиновки сварные.

Конструкции ошиновки должны удовлетворять следующим требованиям:

распределение электрического тока по всему сечению анода и катода должно быть равномерным;

стоимость ошиновки должна быть минимальной при допустимых потерях электроэнергии в ней;

ошиновка должна обеспечивать стабильную форму поверхности расплавленного металла, близкую к горизонтальной, а также наименьшее волнение поверхности металла под действием электромагнитных сил;

ошиновка должна обеспечивать возможность быстрого отключения и подключения в электрическую цепь одного электролизёра без нарушения работы остальных.

Для снижения вредного влияния магнитных полей на процесс электролиза на электролизере применяется схема ошиновки, обеспечивающая равномерный съем тока с подины и подвод тока к анодному устройству следующего электролизера при помощи пяти стояков. Они расположены на продольной входной стороне электролизера. Для равномерного отвода тока от подины электролизера и уменьшения горизонтальных токов в металле катодная ошиновка выполнена секционированной. Для обеспечения оптимального магнитного поля 1-го и последнего электролизеров выполнена имитация ошиновки перед первым и после последнего электролизера.

а) Сечение шинопровода, подводящего ток, определяется исходя из величины силы тока и плотности тока в шине. Экономическая плотность тока в ошиновке, исходя из данных практики за счет гибких пакетов, принимается d_эк = 0,3 А/мм².

Общее сечение шинопровода для электролизера будет равно

мм².

Примем стандартные алюминиевые шины сечением 220 х 550, тогда число шин в шинопроводе

шт.

б) Суммарное сечение алюминиевых штанг

S_ш = 13×13×n = 13×340 = 6760 см²,

где 13×13 - сечение штанги, см².

Плотность тока в штангах

i_ш = I/S_ш = 320000/6760 = 47,3 А/см².

г) Катодные спуски

Сечение пакета из алюминиевых лент (спусков)

мм².

Примем стандартное сечение пакета 50 х 1,5 мм.

Число лент в пакете

 лент.

д) Суммарное сечение катодных стержней

S_ст = 5х18х27х4 = 9720 мм,

где 5х18 - сечение одного катодного стержня, см²;

х4 - количество стержней в электролизере, шт.

Плотность тока в катодных стержнях

i_ст = I/S_ст = 320000/9720 = 32,9 А/см².

2.6 Электрический баланс электролизера

Для производства алюминия требуются большие затраты электрической энергии, и вопрос о снижении её расхода является одним из важнейших в алюминиевой промышленности. Вот почему необходимо знать, на каких участках электролизёра происходят потери электроэнергии, и от каких причин они зависят.

Расчёт электрического баланса состоит в определении падений напряжения в конструктивных элементах электролизёра, в электролите и напряжений поляризации.

В практике электролизёра различают три вида напряжений:

Среднее напряжение U - включает в себя все виды падения напряжения, в том числе среднее повышение напряжения от анодных эффектов и падение напряжения в обще серийной ошиновке;

Рабочее напряжение U_р - это фактическое напряжение, определяемое показаниями вольтметра на ванне, т.е. среднее напряжение без учёта падения напряжения в обще серийной ошиновке и среднего повышения напряжения от анодных эффектов;

Греющее напряжение U_гр - учитывает падение напряжения во всех греющих элементах электролизёра, т.е. находящихся внутри того объекта, с поверхности которого рассчитываются потери тепла в окружающее пространство. Греющее напряжение обязательно включает в себя и напряжение поляризации.

Можно записать

U = Е+DU_эл+DU_а+DU_к+DU_ош+DU_а.э.+ DU_с;

U_р = Е+DU_эл+DU_а+DU_к+DU_ош;

U_гр = Е+DU_эл+DU_а+DU_к+DU_а.э,

где Е - напряжение поляризации, В;

DU_эл - падение напряжения в электролите, В;

DU_а - падение напряжения в аноде, В;

DU_к - падение напряжения в катоде, В;

DU_ош - падение напряжения в ошиновке ванны, В;

DU_а.э.-повышение падения напряжения за счёт анодных эффектов, В;

DU_с - падение напряжения в обще серийной ошиновке, В.

Рассчитанные падения напряжения в отдельных элементах электролизера сводятся в таблицу, которую называют электрическим балансом электролизера.

2.6.1 Напряжение поляризации (ЭДС поляризации)

Напряжение поляризации, или э.д.с поляризации представляет собой термодинамическую величину напряжения разложения для реакций разложения глинозема с образованием СО₂, плюс анодные и катодные перенапряжения за минусом деполяризации, вызванной растворимым в электролите алюминием (i).

Для расчета ЭДС поляризации при температуре электролиза для электролизеров с верхним подводом тока используется эмпирическое уравнение

E = 1,13 + 0,37 i_an.

Для электролизеров с обожженными анодами обычно значение Е принимают с поправкой 0,2 -0,3В выше с учетом более высокого качества анода. Для дальнейших расчетов величину Е принимают

,6 В (Е = 1,13 +0,37х0,71+0,2).

.6.2 Падение напряжения в обожженном аноде

Падение напряжения в обожженном аноде (из материалов ГАМИ) складывается из падения напряжения в угольной части анода DU _уг, в контактах (ниппель-анод DU_{н а}, кронштейн-ниппель DU_{к н}, штанга-кронштейн DU_{ш к} ) и в штанге, кронштейне и ниппелях.

а) Падения напряжения в угольной части анода DU _уг:

, В,

где  - среднее удельное электросопротивление анода в интервале температур (750...950)⁰С, Ом×см;

S_а - площадь анода, см²;

l_ср - среднее расстояние от подошвы анода до дна ниппельного гнезда, см;

Ф - форм - фактор электрического поля анода, который определяется размерами анода, размерами и числом ниппельных гнезд.

Форм - фактор электрического поля анода рассчитывается по уравнению

 

Ф = 1 + 0,142k,

где k - безразмерный комплекс,

,

где  - средний путь тока в ниппельном гнезде;

ab - площадь подошвы анодного блока, см²;

F_нп и F_нб - площадь полной и боковой поверхности ниппельного гнезда соответственно, см²;

п - число ниппелей в анодном блоке, 4 шт,

h_г - глубина ниппельного гнезда, принимаем 12 см,

D_г - диаметр ниппельного гнезда 16 см. По расчету принимаем

F_нп = 803,84 см²; F_нб = 602,88 см²;

см;

см,

где 55 - высота анодного блока, см;

- глубина ниппельного гнезда, см.

;

.

Удельное электросопротивление анода рассчитывается по формуле

,

где t - температура анода (в среднем за цикл работы анода температура составляет 800 °С)

Значение удельного электросопротивления при данной температуре составляет - 0,0048 Ом×см. Тогда расчетное падение напряжения в угольной части анода будет равно

В.

б) Падение напряжения в контакте ниппель - анод рассчитывается по формуле

,

где I - сила тока, кА;

r_н - удельное электросопротивление контакта, Ом×см;

К - количество ниппелей, шт;

F_нг - полная площадь ниппельного гнезда, см².

На основании промышленных измерений удельное электросопротивление в контакте принимается равным 0,04 Ом×см. При этом падение напряжения в контакте ниппель-анод будет равно

В.

в) Падение напряжения в контакте штанга-кронштейн

В данной работе контакт штанги с кронштейном выполняется сварным. Падение напряжения в этом случае принимается равным 0,01B.

г) Падение напряжения в штанге, кронштейне и ниппеле

Падение напряжения оценивается в рассматриваемом узле практическими данными и в целом принимается равным 0,05B.

Таким образом, падение напряжение в обожженном аноде составит:

D0,222+0,100+0,01+0,05=0,382 В.

.6.3 Падение напряжения в катоде

В конструкции катода электролизера на 320кА применены новые решения (сплошные блоки сечением 515 на 450 мм с 2 пазами 290х90 мм для блюмсов 180х50мм, при этом блюмсы соединяются с блоками посредством клеевой массы на основе углерода). Это не позволяет использовать приведенное уравнение для расчетов. Поэтому падение напряжения в катодной части оценено на основании практических замеров и расчетов для уже эксплуатируемых ванн подобной конструкции:

Контакт между алюминием и блоком ≈ 0,069В

Падение напряжения в блоке 0,093В

Контакт паста - блюмсы 0,016

Контакт блок-паста 0,003

Падение напряжения в блюмсах 0,147

Итого  0.331 В

2.6.4 Напряжения анодных эффектов

Для расчета превышения напряжения во время анодных эффектов принимается равным 30В, а их длительность 3 мин. Тогда падение напряжения, приходящееся на анодные эффекты при частоте «вспышек», равном 0,3 в сутки из-за применения современной АСУТП и АПГ точечного типа, будет составлять

В.

.6.5 Падение напряжения в электролите

Падение напряжения в электролите рассчитываем по уравнению, предложенному Форсбломом

,

где r - удельное электросопротивление электролита, Ом×см;

l - межполисное расстояние, см;

S_a - площадь сечения анода, см²;

×(А+В) - периметр анода Р, см.

Учитывая, что расположение анодов предусматривает раздвижку рядов анодов на 18 см, расчет падения напряжения верен для одного ряда анодов.

Удельное сопротивление электролита с учетом работы на к.о 2,2-2,4 принимаем как 0,521 Ом◦см

Падение напряжения в электролите для межполисного расстояния 5,0 см составит

 В.

.6.6 Падение напряжения в катодной и анодной ошиновке

Падение напряжения в ошиновке рассчитывается по отдельным элементам ошиновки и прибавлением падения напряжения в контактах. На тех элементах ошиновки, в которых сила тока не изменяется по длине, падение напряжения может быть рассчитано по закону Ома.

Для участков ошиновки, где сила тока изменяется по длине, падение напряжения рассчитывается иначе. Если разбить такой участок ошиновки на элементы, в которых сила тока не изменяется, и затем просуммировать все падения напряжения на этих элементах, то получим фактическое падение напряжения на всем участке. Но это падение напряжения входит составной частью в электрический баланс, из которого дальше рассчитывается энергетический баланс электролизера. Если падение напряжения умножить на общий ток, то получим величину потерь мощности в ошиновке большую, чем на самом деле, поскольку не по всем элементам ошиновки проходит полный ток.

По данным практики величины падения напряжения на участках ошиновки следующие: катодная ошиновка, включая стояки, 125 мВ; анодная - 75 мВ. Общее падение напряжения 200 мВ.

2.6.7 Падение напряжения в общесерийной ошиновке

Падение напряжения в обще серийной ошиновке рассчитывается исходя из длины шинопроводов, проходящих по торцам корпусов, средним проездам внутри корпуса и между корпусами. По данным практики эта величина составляет 0,05 В на каждую ванну.

Таблица 2.2 - Сводный электрический баланс электролизера

Участок цепи	Напряжение, В
1. Напряжение разложения 2. Анод 3. Электролит 4. Катод 5. Ошиновка 6. Обще серийная ошиновка 7. Повышение напряжения за счёт анодных эффектов	1,600 0,382 1,600 0,331 0,200 0,052 3,932
Греющее напряжение Рабочее напряжение Среднее напряжение	4,113 4,184 4,451

.7 Энергетический баланс электролизера

При расчете новых электролизеров энергетические балансы дают возможность определить необходимую тепловую изоляцию электролизера, обеспечивающую сохранение теплового равновесия при принятых условиях процесса электролиза. Баланс характеризует материальный и энергетический обмен между электролизером и средой. Баланс базируется на первом начале термодинамики или, точнее, на термохимическом законе Гесса, который вытекает из первого начала и гласит, что тепловой эффект реакции зависит лишь от начального и конечного состояния системы.

Наряду с определением оптимальных условий работы электролизера, т.е. таких, при которых он бы работал с максимальной производительностью и минимальным расходом энергии, большое значение имеют вопросы интенсификации процесса электролиза. Определение путей интенсификации возможно только на основе тепловых и энергетических балансов, которые являются основными методами изучения характеристик электролизеров и позволяют улучшить их конструкцию и технические показатели.

Энергетический расчет заключается в определении составляющих прихода и расхода энергии в процессе электролиза и в составлении теплового баланса электролизера на основании этих составляющих.

Электролизер можно представить как систему, которая снабжается энергией за счет прохождения электрического тока и сгорания анода. Система расходует энергию на разложение глинозема и теряет ее с удаляемыми продуктами, а также через теплоотдающие поверхности.

Уравнение энергетического баланса электролизера можно представить в следующем виде

Q_эл+Q_реак+Q_ан=Q_р+Q_реак’+Q_мат+Q_м+Q_г+Q_п,,

где Q_эл - приход энергии в результате пропускания электрического тока, кДж/час;

Q_реак - выделение энергии в результате изменения энтальпии реакции:

2Al + 3CO₂ = Al₂O₃ + 3CO, кДж/час,

 

Q_ан - выделение энергии в результате сгорания анода, кДж/час;

Q_р - расход энергии на разложение глинозема, кДж/час;

Q_реак’ - поглощение энергии в результате изменения энтальпии реакции

nС+nСО₂=2nСО, кДж/час,

 

Q_м - потери энергии с вылитым металлом, кДж/час;

Q_г - потери энергии с газами организованного отсоса, кДж/час;

Q_п -потери энергии с конструктивных элементов, кДж/час,

Q_мат - расход энергии на подогрев и расплавление материалов, вводимых в ванну, кДж/ч.

.7.1 Расчет прихода энергии в результате пропускания электрического тока

Рассчитываем приход энергии от подведенного электрического тока

Q_эл= 3,6×I×U_гр,

где I - сила тока, А;

U_гр - греющее напряжение на электролизере, В;

,6 - коэффициент перевода электроэнергии, кДж/час.

Q_эл= 3,6×320000×3,932=4529664 кДж/час.

.7.2 Выделение энергии в результате изменения энтальпии при реакции

2Al + 3CO₂ = Al₂O₃ + 3CO

По литературным данным принимаем изменение энтальпии данной реакции, равным: DН₉₆₀=13904,6 кДж/ч.

Q_реак= 0,335×(1-h_т)×I×DН₉₆₀ ;

Q_реак = 0,336×(1-0,93)×320×13904,6= 104651 кДж/ч.

2.7.3 Выделение энергии в результате сгорания анода. Приход тепла от сгорания анода вычисляется по следующей зависимости

Q_aн=М_CO2 x DН_CO2 + M_CO × DН_CO

где М_{CO2 и} М_CO - мольные доли этих составляющих анодных газов, к/моль час. Из материального баланса они соответственно равны 2,564 и 0,418 кмоль/час.

Н_CO2 и Н_CO - тепловые эффекты реакции образования СО₂ и СО при t=25˚C. Соответственно они равны 393777 и 105141 кДж/моль

Q_ан= 2,564×393,777 + 0,418 × 105141 = 1053593 кДж/ч.

2.7.4 Расчет расхода энергии на разложение глинозема

Q_pазл=Р_гл ×DН_гл ;

Р_гл =I ×η×10^-3/ 6F,

где DН_гл - тепловой эффект образования оксида алюминия

при 25˚C - 1653503 кДж/моль

Р_{гл =} 320000 х 0,93 х 10^-3 /6 х 26.8 = 1.85 моль;

Q_pазл= 1,85 х 1653503 = 3058980 кДж/ч.

2.7.5 Расход энергии на расплавление и нагрев материалов, вводимых в электролизер

Из материального баланса известен часовой расход материалов вводимых в ванну электролизера, а именно:

глинозем 194,2 кг;

обожженные аноды 54,9 кг;

фтористые соли 2,44 кг.

Изменение их теплосодержания в пределах температур 25-960 °С по литературным данным составляют:

для глинозема DН=1042,6 кДж/кг;

для фтористых солей, включая теплоту плавления DН=1783,7 кДж/кг;

для анодов DН=1385,9 кДж/кг.

Расход тепла на нагревание:

глиноземаQ=194,2×1042,6=202473 кДж/ч

фтористых солейQ=2,44×1783,7=4352 кДж/ч

анодовQ=54,9×1385,9=76086 кДж/ч

Итого, общий расход тепла на нагревание и плавление материалов вводимых в ванну электролизера составляет

Q=202473+4352+76086=282911 кДж/ч.

2.7.6 Потери энергии с вылитым алюминием

Количество выливаемого алюминия, отнесенное к единице времени равно количеству алюминия, полученному за тоже время, а, следовательно,

Р_Al=кмоль,

где h_т- выход по току;

F - число Фарадея, равное 26,8 А×ч/моль;

I - сила тока, кА.

Температура выливаемого алюминия, соответствует температуре процесса, которая в данном случае равна 960 °С. По литературным данным принимаем значение изменении энтальпии алюминия при температуре 960 °С, равное 43950,94 кДж/кмоль и при температуре окружающей среды 25 °С, равное 6711,76 кДж/кмоль.

Потери тепла с вылитым алюминием определяем по следующей формуле

Q_м=Р_Al×(i_ал(Т₁) - i_ал(т₂)), кДж/ч,

где i_ал(Т₁)-i_ал(Т₂) - соответственно теплоемкость алюминия при температуре процесса и при температуре окружающей среды, кДж/кмоль.

Q_м=2,95×(43950,94-6711,76)=109855 кДж/ч;

Q_{Al =} P_Al × DC,

где P_Al - 99,82 кг/ч

DC - изменение теплосодержания - 1393,3 кДж/кг

Q_{A =} 99,82 х 1393,3 = 139079 кДж/ч.

2.7.7 Потери энергии с газами организованного отсоса

Расчет производим на основании компонентов анодных газов, то есть на окись и двуокись углерода. Температуру отходящих газов принимаем равной 550 °С.

Потери тепла с газами организованного отсоса определяем по формуле

Q_г=Рсо₂×(ico₂[t₃] - ico₂[t₁])+Pco×(i_co[t₃]-i_co[t₁]), кДж/ч,

где ico₂[t₃] и ico[t₃] - соответственно изменение энтальпии двуокиси и окиси углерода при температуре отходящих газов t₃=550 °С;

ico₂[t₁] и ico[t₁] - соответственно изменение энтальпии двуокиси и окиси углерода при температуре окружающей среды t₁=25 °С;

Рсо₂ и Рсо - соответственно число киломолей в час СО и СО₂, которые мы берем из материального баланса электролизера

Согласно литературным данным изменение энтальпии отходящих газов при температуре равной 550 °С будут равны:

ico₂[t₃] = 40458,98 кДж/кмоль и ico[t₃] = 24841,5 кДж/кмоль,

при температуре окружающей среды, равной 25 °С:

ico₂[t₁] = 16433,98 кДж/кмоль и ico[t₁] = 8809,45 кДж/кмоль.

Рсо₂ = 2,043 кмоль/ч; Рсо =0,333 кмоль/ч.

Тогда общее количество тепла, уносимое с газами организованного отсоса, составит

Q_г=2,564×(40458,98-24841,5)+0,418×(16433,98-8809,45) = 43230 кДж/ч.

2.7.8 Потери энергии с поверхностей электролизёра

Процесс передачи тепла от конструктивных элементов электролизёра в пространство довольно сложен, из-за конфигурации теплоотдающих поверхностей, различных условий движения газов, омывающих поверхности и параметров лучистого обмена.

В балансах, снятых с действующих электролизёров, все расчёты ведутся на основании измеренных температур поверхностей ванны и среды в корпусе.

Различают три элементарных вида переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию тепловое излучение. В действительности элементарные виды теплообмена не обособлены и в чистом виде встречаются редко, а виды теплообмена сопровождаются друг с другом.

Потери тепла за счёт теплопроводности для плоской однослойной стенки определяются на основании закона Фурье и рассчитываются по уравнению

Q_теп = l×DТ / d,

где l - коэффициент теплопроводности, кДж/(м×ч×град);

d - толщина стенки, м;

DТ - разница температур внутренней и наружной стенок, °С.

Конвективный теплообмен или теплоотдача - процесс переноса теплоты между поверхностью твёрдого тела и наружных стенок электролизёра определяется по формуле Ньютона - Рихмана

Q_к = a_к×(t_c-t_в)×F,

где a_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к воздуху и наоборот, кДж/м²×ч;

t_c, t_в - температура стенки и воздуха соответственно, °С;

F - площадь поперечного сечения стенки, м².

В свою очередь коэффициент теплоотдачи можно найти по следующей формуле

a_к = А×Dt^1/3, кДж/м²×ч,

где Dt - разность температур стенки и среды, °С;

А - коэффициент, зависящий от свойств среды и определяющей температуры, под которой понимают t_m = 0,5×(t_c - t_в)

Зависимость коэффициента А от t_m приведена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Зависимость коэффициента А от определяющей температуры

tm, °C	0	50	100	200	300	500	1000
А	6,07	5,91	4,77	4,06	3,56	2,93	2,01

Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них излучает энергию в пространство. Потери тепла лучеиспусканием в общем виде представлено уравнением

Q_л = e×С₀×F×[(T_С / 100)⁴ - (T_В / 100)⁴]×j, кДж/ч,

где e - степень черноты тела, доли единицы;

С₀ - коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрным телом,

С₀ = 20,75 кДж/м²;

j - угловой коэффициент взаимного облучения данной поверхности соседними поверхностями, доли единицы;

F - площадь поверхности, м²;

Т_С, Т_В - температура стенки и среды, соответственно, К.

Таким образом потери тепла конструктивными элементами электролизера рассчитываем по уравнению

, кДж/ч.

Энергетические балансы отражают как по существу, так и по форме не только тепловые, но и электрохимические и прочие процессы, происходящие в электролизёре. Таким образом, энергетический баланс понимается как сочетание электрического и теплового балансов.

В общем случае подразумевается

I×U_гр = Е⁰_т×I×h + Q_с,

где U_гр - греющее напряжение, В;

Е⁰_т - 2,21 В - напряжение разложения глинозёма при 950°С;

h - выход по току, доли единицы;

Q_с - потери тепла в окружающее пространство, Вт.

Удельный расход электроэнергии

W =  кВт×ч/т.

Полученный расход электроэнергии входит в рамки мировой промышленности. Лучшие электролизеры Саянского алюминиевого завода, находящиеся в опытно-промышленном корпусе электролиза и работающие при этой же силе тока с выходом по току 91,5-92 %, потребляют 14430 кВт×ч/т алюминия. Это говорит о том, что проектный электролизер оказывается еще более предпочтительным.

Возросшие требования к условиям труда и охране окружающей среды сделали конструкцию электролизеров с обожженными анодами наиболее перспективной, и сейчас вся мировая отрасль старается перейти именно на этот тип электролизера. Переход позволяет не только улучшить экологические и технологические показатели (расход электроэнергии, выход по току и др.), но и значительно увеличить единичную мощность агрегата, широко развивать автоматизацию процесса.

В проекте был произведен расчет электролизера с предварительно обожженными анодами на силу тока 320 кА и выходом по току 93 %, приведены материальные потоки, электрический и тепловой балансы.

Проектируемый электролизер имеет следующие параметры:

1.	Сила тока	320 кА
2.	Анодная плотность тока	0,71 А/см2
3.	Количество анодов	40 шт
4.	Размеры блока анода в плане	700´1600 мм
5.	Высота блока анода	550 мм
6.	Количество подовых секций	27 шт
7.	Габариты шахты	15600´4000´550 мм
8.	Расстояние от анодов
	до продольных стенок шахты	310 мм
	до торцевых стенок шахты	390 мм
9.	Выход по току	93 %
10.	Расход электроэнергии	13414 кВт×ч/т
11.	Среднее напряжение	4,184 В
12.	Суточная производительность	2400,0 кг
13.	Срок службы электролизера	1800 суток

 

.8 Расчёт цеха электролиза

 

2.8.1 Краткие сведения об электролизном цехе

Падение напряжения на электролизёре невелико (4,0 - 4,5 В), и поэтому они соединяются последовательно в большие группы, которые подключаются к кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Общее количество ванн в серии зависит от напряжения, которое может обеспечить КПП, и падения напряжения на каждом электролизёре и составляет 80 - 200 штук. Они располагаются в одном или двух корпусах, длина которых достигает 800, а ширина - 30 м.

Проектируемый цех электролиза состоит из двух серий, корпуса которого располагаются вдоль господствующего направления ветра. Все корпуса стоят параллельно и связаны между собой соединительным коридором, который пересекает все корпуса примерно в середине их длинной стороны. Этот коридор используется для связи корпусов с литейным отделением и другими службами.

2.8.2 Расчёт количества ванн и производительности серии

Количество ванн, которое может быть последовательно включено в серию, зависит от выпрямленного напряжения, которое способна выдать преобразовательная подстанция. Верхний предел напряжения на серии определяется условиями электробезопасности, так как несмотря на принимаемые меры, с повышением напряжения увеличивается вероятность поражения человека током.

Исходя из этих соображений, применяемое напряжение на установках электролиза алюминия U_с на некоторых зарубежных заводах достигает 1000 В, но оно не должно превышать 850 В, так как отечественная электротехническая промышленность ориентируется на выпуск именно такого оборудования.

При расчёте количества действующих ванн N необходимо не только учитывать рабочее напряжение на ванне U_р, но и предусматривать потери напряжения в общесерийной ошиновке U_о.о и резерва напряжения на КПП для поддержания силы тока серии при одновременном возникновении нескольких анодных эффектов U_а.э..Тогда

N = (U_с - U_о.о - U_а.э.) / U_р = (850-0,03 - 30) / 4,264 = 210.

Количество установленных электролизеров N_y будет тем больше, чем меньше срок службы ванн Т_м.р и чем больше продолжительность их ремонта Т_р.

Тогда

N_y = N · Т_м.р / (Т_м.р - Т_р ) =210 ·1560 / (1560 - 13) = 211

Принимаем количество установленных электролизёров 211.

Годовая производительность серии Q_c определяется уравнением

Q_c =Т_д ·24·0,336·I · N · η_i · 10^-3 = 360· 24 · 0,336 · 262 · 211 ·0,93 = 149251,84,

где Т_д - действительный фонд времени работы электролизёра. Тогда производительность цеха составит:

,84 · 2 = 298503,68 тонны.

3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

В составе Павлодарского электролизного завода предусмотрена автоматизированная система управления основными технологическими процессами и производством первичного алюминия, анодной продукции, а также объектами вспомогательного производства. Объектами управления являются:

.1 Производство первичного алюминия

цех электролиза алюминия - 2 корпуса электролиза, оснащенных 288 электролизерами с обожженными анодами на 320 кА;

выпрямительная подстанция (ВП), литейное отделение, оборудованное поворотными миксерами (5 шт.) и разливочными машинами для получения слитков из первичного алюминия (4 линии);

отделение очистки газов от электролизеров, оборудованное 4 установками сухой газоочистки:

.2 Производство обожженных анодов

-  смесильно-прессовое отделение по производству "зеленых" анодов, оборудованное дробильно-размольными установками и грохотами, смесителями и вибропрессовой установкой;

-    цех обжига анодов с 2 обжиговыми печами;

-    отделение очистки газов от производства обожженных анодов;

-    анодно-монтажное отделение, оборудованное поточно-транспортной линией для очистки и переработки огарков анодных блоков, установкой для плавки чугуна, заливки анодных штанг и монтажа новых анодов;

3.3 Вспомогательные производства

-    электрокотельная;

-    котельная ВОТ;

-    компрессорная станция;

-    оборотное водоснабжение;

-    мазутохранилище;

-    узлы ремонтно-вспомогательного назначения;

-    гараж.

Целью системы управления является повышение эффективности технологических процессов, в том числе за счет получения в режиме реального времени оперативной информации об основных технологических параметрах и состоянии оборудования, автоматической стабилизации основных параметров и оптимизации технологического режима, своевременного обнаружения отклонений от заданного режима, предотвращения нештатных и аварийных ситуаций за счет своевременной сигнализации и блокировки, облегчения труда обслуживающего персонала.

Общая структура системы управления является иерархической.

Нижнем уровнем иерархии являются системы управления на отдельных участках (АСУТП). Они выполняют контроль параметров технологического режима и состояния оборудования, стабилизацию и оперативную оптимизацию основных технологических параметров на этих участках, управление межпередельными потоками и распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами, сигнализацию отклонений режимных технологических параметров от заданных значений, блокировку и остановку агрегатов, формирование и представление информации технологическому персоналу, хранение ее за заданные промежутки времени и передачу информации на более высшие уровни управления.

Для реализации этих функций на каждом участке будут использоваться многоуровневые компьютерные системы управления, включающие первичные датчики и преобразователи (нижние уровни), программируемые логические контроллеры (средние уровни) и персональные компьютеры, оснащающие автоматизированные рабочие места (АРМ) технологического персонала (верхние уровни).

Разрабатываемые АСУТП являются многоуровневыми. При этом функциями нижних уровней отдельных АСУТП (участком, оборудованием) являются функции сбора информации и преобразования ее в унифицированные электрические сигналы. Первичные преобразователи различных типов располагаются непосредственно на технологическом оборудовании в местах съема сигналов.

На средних уровнях используются программируемые логические контроллеры и выполняются функции приема и первичной обработки сигналов, формирования команд и выдачи сигналов на исполнительные механизмы, на включение (пуск) и выключение (остановку) агрегатов.

На верхних уровнях используются серверы и рабочие станции на основе персональных компьютеров, которые обеспечивают общение человека с системой управления (“человеко-машинный интерфейс”), представление на экранах мониторов необходимой информации о ходе технологического процесса и состояния оборудования, обеспечивают сигнализацию нарушений технологического режима, обеспечивают обработку и хранение информации, формирование и представление отчетов, ввод заданий системам автоматического регулирования и сигнализации, выполнение супервизорных оптимизирующих алгоритмов управления.

Контроллеры и компьютеры соединены в локальные сети, имеющие выход на общезаводскую сеть передачи информации.

Для управления процессом получения алюминия в электролизерах предлагается система АСУТП, соответствующая всем современным требованиям по выполнению функций контроля и управления электролизерами.

Система управления для каждого корпуса электролиза представляет собой распределенную иерархическую (трехуровневую) структуру.

Нижний уровень системы («уровень электролизеров») - шкафы управления электролизерами (ШУЭ). Каждый ШУЭ предназначен для управления двумя электролизерами.

В ШУЭ располагается программируемый микроконтроллер, модули приема и преобразования сигналов, элементы электросилового оборудования для управления приводами механизмов электролизеров. На лицевой стороне ШУЭ расположены переключатели выбора режимов и органы управления приводами, лампы сигнализации и средства представления информации технологическому персоналу о состоянии процесса и оборудования.

ШУЭ устанавливаются на стенке (колонне) электролизного корпуса рядом с управляемыми электролизерами.

Технология изготовления ШУЭ, принимаемые конструктивные решения, обеспечивают высокую степень защиты установленной в них аппаратуры от пыли, влаги и агрессивной атмосферы (защита по классу IP54). А применяемые технические средства позволяют работать в температурном диапазоне от -40 до + 70 гр.С.

Аппаратура нижнего уровня системы полностью обеспечивает выполнение всех требуемых функций управления электролизерами с высокой надежностью в автономном режиме (даже при отсутствии связи с верхними уровнями управления). Средства индикации позволяют технологическому персоналу получать непосредственно у электролизера большой объем информации о работе данного электролизера, а также осуществлять изменение уставок и заданий отдельным подсистемам регулирования.

Средний уровень системы («уровень корпусов») - это автоматизированные рабочие места (АРМ) руководителей электролизных корпусов. Они оборудованы средствами связи с контроллерами нижнего уровня (концентраторами) и средствами вычислительной техники (рабочими станциями) и предназначены для архивирования и визуализации информации по каждому корпусу и по отдельным электролизерам. Информация предоставляется на мониторах рабочих станций в графическом, табличном и текстовом виде в режиме диалога и предназначена для анализа работы отдельных электролизеров, групп электролизеров и корпуса в целом. По результатам анализа мастера могут вносить изменения в параметры настройки отдельных подсистем регулирования, запрещать или разрешать работу отдельных подсистем, формировать и получать твердые копии отчетов о работе бригад и оборудования за смену, сутки.

Технические средства среднего уровня управления располагаются в комнатах (кабинетах) мастеров. На среднем уровне осуществляется также ввод в систему значений тока серии (и раздача этих значений по контроллерам ШУЭ), а также информирование технологического персонала об анодных эффектах (с помощью информационного табло, устанавливаемого в комнатах электролизников).

Верхний уровень системы («уровень серии») - это автоматизированное рабочее место оператора-технолога электролизной серии. Оно также оборудуется сервером и двумя рабочими станциями для каждой серии электролиза и предназначено для обработки и длительного хранения информации о технологических параметрах, мониторинга работы отдельных корпусов и электролизеров, формирования и печати сводок и отчетов о работе электролизных серий. Информацию в процессе мониторинга оператор-технолог получает в графическом, табличном, текстовом или звуковом виде с использованием понятного и удобного интерфейса диалога с системой.

Технические средства верхнего уровня позволяют также получать в корпус электролиза голосовую информацию о возникновении особых (например, «анодный эффект»), или аварийных (например, «самоход анода») режимах.

Аппаратура верхнего уровня системы располагается в операторском пункте рядом с корпусами электролиза.

Предлагаемая система выполняет все необходимые для эффективной работы электролизеров функции:

контроль и обработку параметров электроэнергетического и технологического режимов - аналоговых (ток, напряжение) и дискретных (положение переключателей, состояние механизмов электролизеров и технических средств контроля и управления) сигналов, включая расчет непосредственно не измеряемых параметров;

автоматическое управление теплоэнергетическим режимом процесса;

автоматическое управление электрохимическим режимом процесса;

автоматическое управление МГД-режимом процесса;

автоматическое управление процессом выливки металла;

автоматическое управление процессом перетяжки анодной рамы;

автоматическое тестирование работы механизмов электролизера при включении их в работу после проведения ремонтных работ;

контроль за возникновением и ходом анодных эффектов, определение и учет их параметров;

диагностика работы механизмов электролизера и выполнения команд;

мониторинг работы электролизеров на всех уровнях управления с предоставлением технологическому персоналу в соответствующем виде (световая и звуковая сигнализация, мнемосхемы, графики, таблицы, текст, голосовое сообщение) технологической и предупредительной информации, необходимой для анализа и принятия решений по управлению производством;

обработка и хранение необходимой информации за длительные интервалы времени, формирование и печать требуемых сводок и отчетов о работе оборудования и о состоянии производства.

Основное внимание в системе управления уделено обеспечению надежной работы комплекса технических средств за счет применения высоконадежного оборудования.

Объектом управления является выпрямительная подстанция (ВП), оборудованная выпрямительными агрегатами на силу тока 75 кА и напряжение 1500 В.

Система управления представляет собой распределенную иерархическую структуру. Нижним уровнем системы являются системы управления отдельными выпрямительными агрегатами, которые включают:

управление включением-выключением агрегатов;

управление трансформаторами, в т.ч. переключением ступеней;

управление дросселями насыщения;

управление разъединителями напряжения;

контроль работы теплообменников.

На среднем уровне системы управления производится управление током серии, включая стабилизацию мгновенных и средних значений тока, управление переключением ступеней при сбросе и наборе нагрузки, плавное регулирование тока серии дросселями насыщения. На среднем уровне должны быть использованы программируемые логические контроллеры.

На верхнем уровне системы управления осуществляется мониторинг работы ВП, включая отображение режимов и параметров работы всей ВП и каждого работающего агрегата, формирование аларменных сообщений, протоколирование и хранение всей информации. На этом же уровне осуществляется ввод заданных значений тока серии. Технические средства верхнего уровня предполагают использование персональных компьютеров.

Система управления базируется на применении современных технических средств контроля и управления, стандартных программных пакетов и протоколов междууровневой связи, имеет модульную структуру комплекса технических средств и программного обеспечения.

АСУТП выполняет следующие функции:

контроль и обработку аналоговых (ток агрегатов и серии, напряжение корпусов, серии) и дискретных сигналов, характеризующих работу выпрямительных агрегатов, учёт потребляемой электроэнергии (в постоянном и переменном токе);

автоматическую стабилизацию тока;

стабилизацию заданных мгновенного и среднего значения тока серии по заданиям, как самой системы, оперативного персонала, так и по сигналам, поступающим от АСУТП электролизных серий;

управление выводом в резерв работающих агрегатов;

равномерное распределение нагрузки между агрегатами;

диагностику работы механизмов и контроль выполнения команд с блокировкой управления при возникновении нештатных ситуаций;

мониторинг работы выпрямительных агрегатов на всех уровнях управления (световая и звуковая сигнализация, мнемосхемы, графики, таблицы, текстовые сообщения);

обработку и хранение информации за длительные интервалы времени, формирование и печать сводок и отчетов.

3.4 Контроль концентрации глинозёма

Система контроля концентрации глинозема основана на чередовании периодов, где глинозем вводится с меньшей скоростью (т. е. недостаточное питание) и с большей скоростью (т.е. усиленное питание), чем скорость, соответствующая нормальному расходу в электролизере (т.е. номинальная скорость).

3.4.1 Процедура точечного питания, основанная на малых уменьшениях межэлектродного расстояния

Периоды усиленного питания определяются в соответствии с изменением псевдосопротивления электролизера в зависимости от содержания глинозема: когда электролизер находится в состоянии недопитывания, сопротивление электролита будет увеличиваться, приводя к тому, что среднее значение рассчитанного псевдосопротивления будет выше нерегулируемой зоны. Если не выполняется специальная программа, не похожая на обычную систему регулирования псевдосопротивления, на электролизер будут подаваться постоянно понижающие предписания (не превышающие нескольких десятых миллиметров).

Если, несмотря на постоянно понижающие предписания, псевдосопротивление электролизера всегда остается выше нерегулируемой зоны после N-последовательных периодов регулирования, усиленное питание начинается заранее в течение определенного времени, в конце каждого возобновляют недостаточное питание. Во время усиленного питания сопротивление электролизера уменьшается до нерегулируемой зоны. Если оно уменьшается ниже нерегулируемой зоны, на электролизер будут подаваться повышающие предписания в соответствии с обычной системой регулирования сопротивления.

Низкая концентрация глинозема, вызывающая усиленное питание, определяется, когда в определенное время увеличение в сопротивлении из-за уменьшения в концентрации глинозема нейтрализуется уменьшением в сопротивлении из-за малых уменьшений межполюсного расстояния.

Эта программа точечного питания, в настоящее время, является средством управления изменениями в сопротивлении электролизера сверх времени и введения периода усиленного питания, когда это изменение превышает заданную величину (постоянно понижающие задания).

; (3.1)

Определенное значение , скомбинированное со скоростью недостаточного питания , соответствует определенному наклону профиля ванны (R в сравнении с А1₂О₃).

3.4.2 Процедура точечного питания, основанная на непрерывном расчете наклона сопротивления

Непрерывный расчет dR в течение недостаточного питания dt, при постоянном МПР, можно также определить для введения периода усиленного питания, когда содержание глинозема достигает низкого порога (критический наклон). Если он не достигается, сопротивление выводится обратно к нерегулируемой зоне понижающим заданием. Этот второй метод не использует механизацию анода для контроля изменений сопротивления электролизера. Это может быть значительным преимуществом для давно работающих электролизеров с неточной механизацией балки анода. Этот метод также приводит к явно уменьшенному общему количеству движений анода. Он позволяет работать с уменьшенной областью изменений концентрации глинозема около низкого задания количества благодаря доступу к определенному количественно значению концентрации глинозема (наклон).

Рисунок 1.5 - Программа питания ванны глиноземом [9]. Изменение сопротивления ванны от времени и концентрации глинозема в электролите.

Рисунок 1.5 показывает изменение сопротивления ванны как функцию времени и содержания глинозема в электролите. Нумерованные точки на рисунке 1.5 соответствуют следующим операциям, связанным с загрузкой глинозема и регулировкой положения анода:

-2. Анод опускается, сопротивление уменьшается.

-3. Недопитывание. Содержание глинозёма уменьшается, сопротивление увеличивается.

-4. Анод опускается, сопротивление уменьшается.

-5. Недопитывание. Содержание глинозёма уменьшается, сопротивление увеличивается.

-6. Перепитывание. Содержание глинозёма увеличивается, сопротивление-уменыпается.

-7. Анод поднимается, сопротивление увеличивается.

-8. Перепитывание. Содержание глинозёма увеличивается, сопротивление уменьшается.

-9. Как и 2-3.

Эта программа согласно Реверди [9] очень подвижна и чувствительна к нуждам ванны и она способна адаптироваться при быстром изменении теплового баланса ванны.

 

.4.3 Регулирование процедурой питания глиноземом

Существуют несколько параметров регулирования, которые оказывают влияние на содержание глинозема в электролите. Каждый параметр имеет свое характерное влияние. Регулирование скорости недостаточного питания, усиленного питания и области нерегулируемой зоны используется в обоих видах процедур.

Процедура точечного питания, основанная на малых уменьшениях МПР, может также регулироваться через изменение продолжительности постоянно понижающих заданий, количества последовательных понижающих заданий перед началом усиленного питания и продолжительности периода усиленного питания.

В случае непрерывного вычисления наклона регулирование осуществляется через критический наклон, вызываемый усиленным питанием. Он также возможен для регулирования продолжительности усиленного питания, которая автоматически подбирается вычисленным наклоном.

3.4.4 Влияние процедур питания глиноземом на межполюсное расстояние

Процедура непрерывного расчета наклона дает возможность оставить электролизер с постоянным МПР.

Процедура точечного питания, основанная на малых уменьшениях МПР, дает несколько понижающих заданий по нескольку десятых миллиметра, когда электролизер в состоянии недостаточного питания: это имеет место только перед тем, как определена тенденция анодного эффекта.

Во время усиленного питания МПР обыкновенно регулируется через обычное регулирование псевдосопротивления, которое будет возвращать электролизер к его заданному МПР.

Это наблюдается на устойчивых электролизерах с идеальным состоянием теплового баланса, когда угольные аноды расходуются с меньшей скоростью, чем повышается уровень жидкого металла, что приводит к медленному и постепенному уменьшению МПР. Однако, так как периоды недостаточного питания длятся только несколько часов, МПР не имеет достаточного времени существенно измениться.

3.4.5 Условия для успешного точечного питания

Стабильность теплового режима является главным критерием оптимального технологического процесса, обеспечивающим возможность успешного управления точечным питанием на минимальных уровнях температурой электролита Т_эл и межполюсным расстоянием (МПР).

Среднее значение Т_эл при нестабильном тепловом режиме всегда будет выше, чем при стабильном, так как процессы плавления и крисунокталлизации электролита регулируются в электролизере по допустимому минимуму. Среднее значение нестабильного МПР также всегда должно быть больше стабильного с тем, чтобы не допустить «зажатия» электролизера в периоды минимумов.

Абсолютная стабилизация всех параметров невозможна. Чем ближе процесс к абсолютной стабильности, тем труднее становится им управлять вследствие отсутствия исходных сигналов. И, с другой стороны, чем выше частота и меньше амплитуда отклонений, тем выше качество регулирования.

При наличии помех, сопоставимых по амплитуде и периодичности с основным сигналом, способность системы обеспечивать высокое качество регулирования отдельного параметра в лучшем случае оказывается бесполезной, в худшем - вносится дополнительная нестабильность.

Нестабильность тока серии, колебания температуры наружного воздуха, технологические операции, включая анодные эффекты, оказывают значительно меньшее влияние на тепловой режим, чем глубокие, циклические колебания С_Al2O3 в электролите, изменяющие как приходную, так и расходную части теплового баланса. При снижении С_Al2O3 с 5,5 до 1,5 % омическое падение напряжения в электролите снижается на 132 мВ, но в результате более резкого, противоположного по знаку изменения Е_обр напряжение электролизера повышается на 240 мВ [6], т. е. при постоянной температуре электролита Т_эл на каждый процент снижения С_Al2O3 напряжение повышается в среднем на 60 мВ: -1 % С_Al2O3 → +60 мВ U_p - применительно к электролизерам С-8БМ при i_А = 0,67 А/см², МПР = 6,5 см [6].

Точечное АПГ максимально стабилизирует С_Al2O3 до 0,5 %, что является наряду с изменением механизма газовыделения и окисления металла весомым вкладом в достижение максимальных значений η_т при работе на низких С_Al2O3.

Уменьшение КО на 0.1 имеет следующие последствия [6]

-0,1 КО → +49 мВ U_ом, -0.1 КО → + 2 мВ Е_обр.

Суточные изменения КО за счет естественных потерь A1F₃ не превышают 0,05 [6]. Но при нестабильном тепловом режиме в циклах плавление - крисунокталлизация КО в течение нескольких часов может измениться до 0.2 ввиду различного содержания A1F₃ в жидком электролите, настыли и гарнисаже.

Таким образом, работоспособность расчетных формул U_пр и R определяется степенью стабилизации процесса по многим взаимосвязанным параметрам, включая С_Al2O3, температуру и состав электролита, ток серии, уровни металла и электролита, ФРП, при этом глинозему принадлежит главная роль.

Объем электролита должен быть как можно более постоянной величиной, так как для определенных, недостаточного и усиленного питаний, изменение содержания глинозема со временем , зависит от объема электролита.

Незначительные изменения в температуре электролита должны быть ограничены изменениями, вызываемыми путем изменений в содержании глинозема (изменение на 10 °С будет вызывать нежелательное регулирование МПР на 0,4 мм путем регулирования псевдосопротивления [2]).

Растворение глинозема должно быть быстрым и полным так, чтобы необходимая скорость питания имела непосредственное влияние на содержание глинозема в электролите. Глинозем должен быть хорошо растворимым и иметь низкое содержание мелкой фракции.

Очень надежное управление МПР особенно необходимо в случае процедуры, использующей малые понижающие задания: поверхность анода должна оставаться как можно более ровной. Следовательно, для обеспечения более надежного управления МПР простой моторизированной системе доверяют больше, чем индивидуальным двигателям анода.

Однако опыт показал, что процедуры точечного питания, описанные выше, являются очень гибкими и чувствительными к потребностям электролизера и способны адаптироваться к внезапному изменению в тепловом балансе электролизера.

Современные стратегии управления наряду с уставкой напряжения или сопротивления предусматривают использование добавок A1F₃ для регулирования теплового баланса. Это возможно в циклах продолжительностью не менее суток в условиях:

автоматизированного питания A1F₃;

полного освоения режима АПГ;

наличия достаточных объемов жидкого электролита, гарнисажа и настыли;

эффективной схемы контроля состава электролита;

применения катодных кожухов с усиленной теплоизоляцией цоколя и минимальным термическим сопротивлением бортов.

Для управления технологическим процессом электролиза система реализует следующие функции:

автоматическую стабилизацию на заданном уровне цели регулирования в виде уставки приведенного напряжения электролизера с заданной точностью с помощью перемещений анода;

сопровождение стандартных технологических операций (обработки, выливки, переустановки анодных штырей (для электролизеров с самообжигающимися анодами), перетяжки анодной рамы, замены анода (для электролизеров с обожженными анодами)) с автоматической коррекцией уставок приведенного напряжения перед началом и после окончания операций;

прогноз, обнаружение анодных эффектов, измерение и расчет параметров анодных эффектов (максимальной амплитуды, длительности, потерь электроэнергии, характера анодного эффекта).

выдача в корпусе звукового сигнала и отображение на матричном дисплее номера электролизера, на котором возник анодный эффект, с помощью контроллера отображения и сигнализации;

автоматическое сопровождение гашения анодных эффектов с использованием АПГ и, при необходимости, перемещений анода;

автоматический выход на анодный эффект через заданное время (с использованием АПГ);

измерение уровня шумов напряжений электролизера с целью оценки его технологического состояния, прекращение регулирования при заданном уровне шумов;

обнаружение и ликвидация магнитогидродинамической нестабильности (волнения металла);

индивидуальное управление каждым пробойником, дозатором глинозема и дозатором фторсолей для предотвращения зарастания корки глинозема при длительных запретах АПГ, а также для сдвигов по времени работы отдельных механизмов внутри базового цикла с целью более оптимального растворения глинозема;

работа АПГ по графику с заданной частотой с учетом запретов, налагаемых технологическими операциями;

запрет работы АПГ по календарному графику в течение суток;

автоматическое регулирование концентрации глинозема в электролизере с помощью модифицированного 3- ступенчатого алгоритма чередования базового, редкого и частого питания АПГ;

управление тепловым балансом электролизера за счет автоматического расчета периода питания фторсолями с учетом заданного криолитового отношения, данных химического анализа, температуры электролита, возраста ванны и других параметров на верхнем уровне и выдачи управляющих сигналов на дозатор фторсолей в соответствии с полученным значением периода на нижнем уровне;

устранение перекоса анодной рамы для электролизеров с двумя приводами анода;

изменение (с ограничением доступа) с помощью клавиатуры контроллера электролизера уставки напряжения и других технологических параметров.

3.6 Автоматическое управление криолитовым отношением

 

3.6.1 Назначение автоматического контроля электролита

Современные электролизеры, оборудованные бункером и питателем A1F₃, снабжены системой автоматического управления, которая управляет корректировками путем определения интервалов дозирования питателя A1F₃.

На больших электролизерах, оборудованных бункером дробленого электролита и питателем, система управления контролирует уровень электролита.

Система также применяет модификации заданного сопротивления такие, как увеличение полного сопротивления, основанное на тепловом состоянии электролизера.

 

.6.2 Информация, используемая для управления электролитом

Для проведения этого управления используются дискретные измерения и анализы:

- избыток A1F₃ в электролите;

температура электролита;

падение напряжения в катоде;

возраст электролизера;

смена анода;

анодные эффекты и действия операторов электролизера;

содержание фтора во фторированном глиноземе, полученном путем очистки выбросов завода.

 

.6.3 Расчёт интервалов дозирования питателя A1F3

Анализы электролита или измерения температуры предоставляются регулярно, для системы управления это является первым проводимым путем возможного замера. Если данные обоснованы, то число доз A1F₃, добавляемых в заданное время, пересчитывается согласно графикам, основанным на избытке A1F₃ и температуре электролита (рисунок. 1.17.).

Графики включают минимальное и максимальное количество A1F₃, добавляемого для предотвращения быстрых изменений теплового баланса электролизера, и рисунокка чрезмерного локального охлаждения электролита под питателем A1F₃.

Интервал дозирования A1F₃ рассчитывается из количества добавляемых доз A1F₃.

Рисунок 1.17 - Влияние температуры электролита на количество AlF₃, добавляемого за одну смену [2]

Временно проводятся коррекции избыточным или недостаточным количеством в случае чрезмерно низкой или высокой концентрации A1F₃, смены анода, анодного эффекта и т. д. Для новых электролизеров согласно возрасту групп электролизеров применяется долговременная корректировка A1F₃ в недостаточном количестве. Регулярно измеряется и принимается во внимание соотношение фтора во фторированном глиноземе.

В исключительных случаях, возможно, изменить количество добавляемого A1F₃ посредством соответствующего диалога с системой управления.

 

.6.4 Расчёт дополнительных сопротивлений

Дополнительное сопротивление электролита, пропорциональное массовому криолитовому отношению, вычисляется при каждом новом расчете интервала дозирования питателя АlF₃ согласно введению анализа на избыток А1F₃ или измерению температуры электролита.

Регулярно вводится новое падение напряжения в катоде, оно проводится путем возможного замера. Если измерение обосновано, новое дополнительное сопротивление катода рассчитывается как функция значения измеренного падения напряжения в катоде, возможно, сглаженная одним или несколькими предыдущими измерениями падения напряжения в катоде.

Эти дополнительные сопротивления автоматически добавляются к заданному сопротивлению серии, которое используется микрокомпьютером электролизера для проведения обычного управления сопротивлением.

3.6.5 Условия для оптимального управления АПФ

Точность управления основывается на частоте анализов электролита и измерений температуры электролита. Для достижения точного корректирования добавками АlF₃, необходимо обновлять измерения температуры и анализы электролита, по крайней мере, каждые три дня.

3.6.6 Описание алгоритма АПФ в системе «TROLL» и «Stella»

Алгоритм позволяет рассчитать оптимальную добавку фторисуноктых солей с учетом текущего технологического состояния электролизера и полученных лабораторных и измеренных данных.

Для расчета оптимальной добавки она представляется в виде алгебраической суммы трех независимых переменных составляющих, динамически реагирующих на возмущение каждая по своему каналу на отклонение от номинального значения

Мдоб = Мко + Мтемп + Мнорм (3.2)

В данной формуле задействованы следующие переменные:

Мдоб - общая (рассчитываемая) добавка фторсолей для коррекции КО и технологического состояния электролизера;

Мко - добавка по текущему КО (лабораторные данные);

Мтемп - добавка по температуре (измеренная величина);

Мнорм - добавка, в которой можно учесть, например, количество фторсолей необходимое только для поддержки КО при отсутствии других факторов (так называемый нормативный расход фторсолей - количество фторидов необходимых для получения определенной массы металла).

Отличие (удобство) ее заключается в том, что ее можно задавать прямо к килограммах и она всегда учитывается в общей сумме добавок Мдоб.

Переменная составляющая Мко вычисляется по формуле

Мко=2·Мэл·(КОтек-КОбаз)/(С·КОбаз·КОтек+2·КОбаз+КОтек+2)) (3.3)

где Мэл - масса электролита в электролизере;

КОтек - текущее КО (данные из лаборатории);

КОбаз - базовое КО (уставочное КО для данной ванны);

С - константа характеризующее используемое сырье.

Как видно из формулы при равенстве текущего КО и базового КО Мко равно нулю и таким образом коррекции по КОтек не производится. Переменная Мтемп позволяет скорректировать Мдоб с учетом температуры, измеренной термопарой.

После выбора оптимальной температуры, как правило его значение меняется в пределах 955 - 958 градусов, строится функциональная зависимость температуры с величиной добавки.

В простейшем случае - это линейная зависимость, без учета текущего КО, можно данную зависимость реализовать в виде определенной добавки на конкретное значение из рабочего диапазона перепада температуры на электролизере от своего номинального значения. По данной формуле вычисляется Мтемп при выборе линейной зависимос

Мтемп = Ктемп · (Темп - Тбаз) (3.4)

Данная формула содержит переменную Темп - температуру электролизера. Таким образом, величина корректирующей добавки по температуре электролизера является линейной функцией. Для изменения величины добавки при изменении температуры на 1 градус от своего целевого значения в НСИ системы предусмотрено изменение коэффициента Ктемп.

Рекомендуемая величина данного коэффициента равна 1,2 кг/град.

Минимальные и максимальные значения границ для расчета корректирующей добавки по температуре вводятся через НСИ и составляют, обычно, 5 градусов ниже своего целевого значения и на 10- 15 градусов выше.

При этом величина корректирующей добавки по температуре колеблется от 6 кг до 32 кг в сутки.

После ввода всех данных производится автоматическое вычисление добавки с учетом всех введенных параметров и далее вычисляется период (цикл) питания электролизера фторсолями.

О параметрах и константах использующихся в алгоритме:

КОбаз - базовое ( уставочное ) значение КО электролизера;

КОтек - текущее КО электролизера;

С - константа сырья, учитывается при расчете всех корректирующих добавок Мтемп, Мнорм и Мко. На данный момент С =1,00 и таким образом не влияет на величину добавок.

Минимальные и максимальные значения границ для расчета корректирующих добавок по текущему значению КО вводятся через НСИ и составляют следующие значения. Минимальная граница составляет «- 0.1» от своего уставочного значения и «+0,3» - максимальная граница. Данные граничные значения были подобраны опытным путем и в этом интервале автоматической стабилизации «корректно» работает формула по расчету корректирующих добавок по КО.

В системе заложена возможность вычисления массы электролита по формуле

Мэл = Hэл · Psm, (3.5)

где Hэл - уровень электролита в электролизере;

Psm - “цена” сантиметра электролита.

Позже данный параметр сделали константой, с возможностью изменения через НСИ.

Переменная составляющая Мнорм отдаваемая за сутки вычисляется по следующей формуле

Мнорм = (Hмет/Hбаз) · НОРМбаз (3.6)

где НОРМбаз - нормативный расход фторсолей;

Hмет - уровень электролита в электролизере;

Hбаз - базовый уровень электролита в электролизере.

НСИ приводятся предварительные (по умолчанию):

. Масса электролита (кг) при базовом уровне (baseMbath) = 4400 - 11800кг. (от типа электролизёра);

. Базовая температура (град) при расчете добавок фторсолей = 958 град

. Минимальное КО (minKO) при расчете =2,30

. Максимальное КО (maxKO) при расчете = 2,80

. Минимальная температура (град) электролита (minTbath) = 953 град

. Максимальная температура (град) электролита) (maxTbath) = 985 град

. Масса фторсолей (кг/ град) на 1 град (cfTbath) = 1,2 кг/град

. Минимальный уровень электролита (см) при расчете (minHbath) =15 см

. Максимальный уровень электролита (см) при расчете (maxBath) =30 см

. Базовый уровень электролита (см) (baseHbath) = 22 см

. Цена 1 см. уровня электролита (кг/см) (cfHbath) = 200 - 540 кг/см (от типа эл.).

3.6.7 Анализ работы алгоритма АПФ

Опытно-промышленный корпус электролиза (ОПКЭ) Саяногорского алюминиевого завода, оборудованный электролизёрами на силу тока 255кА, работает на предлагаемом алгоритме с ноября 2002 года. Анализ работы алгоритма питания AlF₃ через систему АПФ показывает, что количество отклонений по криолитовому отношению от заданных параметров (2,25-2,4 моль.) составляет не более 7-9% (допустимые отклонения по технологической инструкции - ± 10%), при этом целевое КО = 2,3. Цель по температуре - 960^оС, также выдерживается в допустимом технологическом «коридоре» (955-965^оС). Отклонения от допустимого технологического «коридора» берутся с учётом пусковых электролизёров.

Успешная работа данного алгоритма определяется благодаря ежедневному обновлению измеренной температуры и качественного анализа электролита три раза в неделю.

4. ОСНОВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОСНОБЖЕНИЮ

.1 Внешнее электроснабжение КЭЗа

Основными потребителем электроэнергии на Казахстанском электролизном заводе является электролизное производство.

В соответствии с технологическими решениями электролизное производство завода представлено одной двухкорпусной серией электролиза. В каждом корпусе электролиза устанавливается по 144 электролизера на силу выпрямленного тока 320 кА

В результате предварительных расчетов электрических нагрузок определилось, что максимальная электрическая нагрузка завода в целом составит 464,5 МВт при годовом расходе электроэнергии 3737×10⁶ кВт×час, в том числе:

максимальная электрическая нагрузка электролизного производства составит 405,2 МВт при годовом расходе электроэнергии 3505×106 кВт×час;

максимальная электрическая нагрузка прочих производств составит 59,3 Мвт при годовом расходе электроэнергии 232,5×10⁶ кВт×час.

Внешнее электроснабжение Павлодарского электролизного завода осуществляется путем строительства двух одно-цепных высоковольтных линий (ВЛ) 500 кВ от Аксуйской ГРЭС и ПЭЗ с расширением ОРУ 500 кВ на ГРЭС на две линейные ячейки с двумя выключателями и сооружением подстанций (ПС) 500/220 кВ ПЭЗ, на которой будут установлены две группы однофазных автотрансформаторов мощностью 3х167 МВА с резервной фазой 1х167 МВА.

Рисунок4.1- Внешнее электроснабжение электролизного завода

Предусматривается:

установка двух трехфазных автотрансформаторных групп 500/220 кВ мощностью 2x501 МВА с подключением резервной фазы при помощи перемычек;

открытое распределительное устройство (ОРУ) 500;

закрытое распределительное устройство (ЗРУ) 10 кВ с реакторными камерами;

общеподстанционный пункт управления (ОПУ);

проходная.

В соответствии с типовыми проектными решениями и, учитывая количество присунокоединений, приняты следующие принципиальные схемы распределительных устройств:

500 кВ по схеме «Четырехугольник» (500-7);

10 кВ - «две одиночные системы шин».

Согласно «Карте уровней изоляции «Павлодарэнерго» и информации проектирования завода ВАМИ ПС расположена в районе со II степенью загрязненности атмосферы (СЗА) по ГОСТ 9920-89.

Распределительное устройство 500 кВ выполняется открытым с использованием силовых трансформаторов и высоковольтного оборудования с эффективной длиной пути утечки внешней изоляции не менее 2,25 см/кВ.

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) выполнен применительно к схеме сети, для режима параллельной работы трансформаторов на напряжении 500 кВ и раздельной на стороне 10 кВ. Значения токов трехфазного КЗ составляют на стороне 500 кВ - 13,7 кА, на стороне 220 кВ - 19,3 кА, на стороне 10 кВ - 15,3 кА (до реактора), 9,9 кА - за реактором 10 кВ.

Для ограничения токов короткого замыкания на шинах 10 кВ, проектом предусматривается установка токоограничивающих реакторов в закрытых камерах размером 6x6 м², примыкающих к зданию ЗРУ 10 кВ.

Питание собственных нужд предусматривается от двух трансформаторов 10/0,4 кВ мощностью по 630 кВА, подключаемых к шинам 10 кВ через выключатели.

Для размещения шкафов комплектного распределительного устройства (КРУ) 10 кВ предусмотрено сооружение ЗРУ.

На ПС принимается оперативный постоянный ток с питанием от двух аккумуляторных батарей.

На напряжении 380-220В предусматривается установка щита собственных нужд (С.Н.), состоящих каждый из двух секций, работающих раздельно, с секционным автоматом, оборудованным устройством АВР.

Для размещения систем управления, релейной защиты, автоматики, телемеханики, собственных нужд переменного и постоянного тока, предусматривается сооружение здания ОПУ.

Количество и места установки ограничителей перенапряжения, необходимых для защиты от волн перенапряжений, приходящих с ВЛ, выбраны в соответствии с ПУЭ исходя из количества линий, присунокоединяемых к ПС.

Заземляющее устройство (ЗУ) предусматривается выполнить по норме на допустимую величину сопротивления растеканию из полосовой стали сечением 4x40 мм. Сечение заземляющих проводников соответствует условиям термической стойкости и коррозионной устойчивости.

Схема электроснабжения завода в целом представлена на чертеже G 5234SQ-49.

На главной понизительной подстанции (ГПП) алюминиевого завода предусматривается установка двух групп понижающих автотрансформаторов 500/220/10,5 кВ мощностью по 501 МВА каждый.

Со стороны 500 кВ автотрансформаторы подключаются к открытому распределительному устройству 500 кВ (ОРУ 500 кВ), получающему питание от ТЭС по двум ЛЭП -500 кВ.

Со стороны 220 кВ автотрансформаторы подключаются к открытому распределительному устройству 220 кВ (ОРУ-220 кВ), собранному по схеме “две системы сборных шин”.

В объем внутриплощадочного электроснабжения входят следующие основные технологические объекты:

одна серия электролиза, состоящая из двух корпусов электролиза;

четыре блока газоочистки по два блока на каждую половину серии электролиза;

технологические объекты цеха обожженных анодов, рассчитанные на обеспечение обожженными анодами одной серии электролиза;

компрессорная станция;

литейное отделение;

объекты водоснабжения и канализации;

объекты ремонтно-вспомогательного назначения;

объекты складского хозяйства;

объекты транспортного хозяйства.

Результаты предварительных расчетов электрических нагрузок с распределением их по основным объектам завода приведены в таблице4.1.

.2 Распределение электрических нагрузок

Схемой электроснабжения предусматривается совместное питание электролизных и прочих потребителей электроэнергии от общих сборных шин ОРУ-220 кВ.

Для электроснабжения серии электролиза предусматривается сооружение одной выпрямительной подстанции (ВП). На ВП устанавливается 6 преобразовательных агрегатов. Каждый агрегат рассчитан на силу выпрямленного тока 75 кА и напряжение 1300 В. Первичное напряжение агрегатов - 220 кВ.

В состав каждого блока трансформатор - выпрямитель входят:

-    один регулировочный трансформатор с устройством переключения ступеней под нагрузкой (РПН);

-    два преобразовательных трансформатора для питания выпрямителя;

-    два дросселя насыщения с глубиной регулирования напряжения 40В для плавного регулирования напряжения в пределах ступени РПН регулировочного трансформатора.

-    охлаждение агрегатов осуществляется по схеме “деионизированная жидкость - воздух”.

Таблица 4.1 - Распределение электрических нагрузок по основным объектам завода

Наименование объекта	P, кВт	Q, кВАр	S, кВА	Э×106 кВт ч/год
Электролизное производство (Технология)
Серия электролиза	405200	172600	440429	3505
Итого по I:	405200	172600	440429	3505
Прочие потребители завода
Потребители объектов цеха электролиза	10165	4790	11237	61,0
Потребители цеха обожженных анодов	6550	3580	7465	36,0
Потребители объектов энергетического хозяйства	36200	12810	38400	246,5
Потребители объектов водоснабжения и канализации	1225	960	1556	7,7
Потребители объектов ремонтно-вспомогательного назначения	2100	1195	2416	8,4
Потребители объектов складского хозяйства	2655	2150	3416	10,4
Потребители объектов транспортного хозяйства	405	255	479	1,6
Итого по II	59300	25740	64645	232,5
Всего по заводу (I+II)	464500	198340	505073	3737,5

Система из шести выпрямительных блоков обеспечивает 72-импульсный режим выпрямления, что способствует уменьшению величины высших гармоник на шинах 220 кА.

Каждый регулировочный трансформатор имеет третью обмотку, рассчитанную на мощность 25 МВА и напряжение 20 кВ, для подключения фильтркомпенсирующих устройств. Эти устройства обеспечивают фильтрацию высших гармонических тока и увеличение коэффициента мощности на шинах 220 кВ до величины 0,92.

Все преобразовательные агрегаты на ВП подключаются к открытому распределительному устройству 220 кВ (ОРУ - 220 кВ) при помощи разъединителей и элегазовых выключателей.

Для повышения надежности электроснабжения ОРУ - 220 кВ выполняется с двумя системами сборных шин 220 кВ: с рабочей системой шин и с резервной системой шин. К каждой из рабочих систем шин подключается группа из шести преобразовательных агрегатов, питающих серию электролиза. Резервная система шин служит для резервного электроснабжения серий электролиза в аварийных ситуациях или при ремонте рабочих систем шин.

ОРУ - 220 кВ ВП получает питание от двух групп трансформаторов, устанавливаемых на главной понизительной подстанции (ГПП).

Каждая из указанных групп рассчитана на номинальную мощность 501 МВА и сочетание напряжений 500/220/10,5 кВ. Одна из групп является резервной и включается в работу в случае выхода из строя другой группы автотрансформаторов.

Для электроснабжения прочих силовых потребителей завода предусматривается сооружение центральной распределительной подстанции 10 кВ (ЦРП - 10 кВ). ЦРП -10 кВ представляет собой двухсекционное распределительное устройство 10 кВ, состоящее из комплектных камер, серийно выпускаемых заводами-изготовителями.

ЦРП - 10 кВ получает питание двумя кабельными линиями от двух взаимно резервируемых трансформаторов мощностью по 40 МВА каждый и сочетанием напряжений 220/10,5 кВ, устанавливаемых на ГПП завода.

Указанные трансформаторы подключаются к ОРУ-220 кВ при помощи разъединителей и элегазовых выключателей.

К ЦРП - 10 кВ подключаются при помощи кабельных линий цеховые распределительные пункты 10 кВ (РП - 10 кВ), от которых запитываются высоковольтные потребители прочих производств и цеховые трансформаторные подстанции, предназначенные для питания низковольтных потребителей на напряжении 380/220 В.

Всего на заводе будет работать:

-   пять РП -10 кВ;

-    десять трансформаторных подстанций.

Основными электроприемниками на напряжении 380/220 В корпусов электролиза являются краны, механизмы транспорта сырья, механизмы подъема анодов и освещение корпусов.

Для электроснабжения низковольтных потребителей корпусов электролиза и газоочистных сооружений предусматривается сооружение при корпусах электролиза двух комплектных двухтрансформаторных подстанций КТП - 2 ´ 1600 кВА.

Для газоочистки электролиза предусматривается сооружение четырех блоков газоочистки.

Основными электроприемниками газоочистных установок на напряжении 10 кВ являются шестнадцать двигателей дымососов мощностью по 500 кВт каждый, по четыре двигателя в каждом блоке газоочистки. Один из двигателей каждого блока газоочистки является резервным.

Суммарная потребляемая мощность блоков газоочистки корпусов электролиза и литейного отделения составит 10165 кВт, 11 237 кВА.

Для питания потребителей на напряжении 380/220 В корпусов электролиза и блоков газоочистки предусматривается сооружение двух комплектных двухтрансформаторных подстанций КТП-2х1600 кВА.

5. ОХРАНА ТРУДА

Деятельность предприятий в области охраны труда ведется в соответствии с Трудовым Кодексом Республики Казахстан. Кодекс регулирует общественные отношения в области охраны труда в Республике Казахстан и направлен на обеспечение безопасности, сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, а также устанавливает основные принципы государственной политики в области безопасности и охраны труда.

5.1 Выписка из Трудового Кодекса Республики Казахстан от 15 мая 2007 года [2]

1)   Охрана труда - система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства.

2)   Условия труда - условия оплаты, нормирования труда, режима рабочего времени и времени отдыха, порядок совмещения профессий (должностей), расширения зон обслуживания, выполнения обязанностей временно отсутствующего работника, безопасности и охраны труда, технические, производственно-бытовые условия, а также иные по согласованию сторон условия труда.

)     Безопасность труда - состояние защищенности работника, обеспеченное комплексом мероприятий, исключающих вредное и опасное воздействие на работников в процессе трудовой деятельности.

)     Безопасные условия труда - условия труда, созданные работодателем, при которых воздействие на работника вредных и опасных производственных факторов отсутствует либо уровень их воздействия не превышает нормы безопасности.

)     Несчастный случай на производстве - воздействие на работника производственного фактора при выполнении им трудовых (служебных) обязанностей или заданий работодателя, в результате которого произошли травма, внезапное ухудшение здоровья или отравление работника, которые привели его к временной или стойкой утрате трудоспособности, профессиональному заболеванию либо смерти.

)     Нормы безопасности - качественные и количественные показатели, характеризующие условия производства, производственный и трудовой процесс с точки зрения обеспечения организационных, технических, санитарно-гигиенических, биологических и иных норм, правил, процедур и критериев, направленных на сохранение жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности.

)     Нормативы условий труда - нормативы, содержащие эргономические, санитарно-гигиенические и психофизиологические и иные требования, обеспечивающие нормальные условия труда и многие другие.

Требования по безопасности и охране труда обязательны для исполнения всеми работодателями и работниками.

Государственная политика в области безопасности и охраны труда направлена на:

1)   разработку и принятие нормативных правовых актов Республики Казахстан, государственных стандартов, правил, норм в области безопасности и охраны труда;

2)   разработку государственных, отраслевых (секторальных) и региональных программ в области безопасности и охраны труда;

)     создание и реализация систем экономического стимулирования деятельности по разработке и улучшению условий, безопасности и охраны труда, разработке и внедрению безопасных техники и технологий, производству средств охраны труда, индивидуальной и коллективной защиты работников;

)     осуществление мониторинга в области безопасности и охраны труда;

)     проведение научных исследований по проблемам безопасности и охраны труда;

)     установление единого порядка учета несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

)     государственный надзор и контроль за соблюдением требований законодательства Республики Казахстан в области безопасности и охраны труда;

В статье 311 Трудового Кодекса даны основные принципы в области безопасности и охраны труда [2].

1)   Условия безопасности труда на рабочем месте должны соответствовать требованиям государственных стандартов, правил по безопасности и охране труда.

2)   На время приостановления работ вследствие нарушения работодателем требований по безопасности и охране труда за работником сохраняются место работы (должность) и средняя заработная плата.

)     Отказ работника от выполнения работ в случае возникновения непосредственной опасности для его жизни и здоровья или окружающих людей не влечет привлечения его к дисциплинарной и (или) материальной ответственности.

)     В случае необеспечения работодателем работника средствами индивидуальной и (или) коллективной защиты, специальной одеждой, работник вправе прекратить выполнение трудовых обязанностей, а работодатель обязан оплатить возникший по этой причине простой в размере средней заработной платы работника.

)     В случае причинения вреда жизни и здоровью работника при исполнении им трудовых обязанностей возмещение нанесенного ему вреда производится в порядке и на условиях, предусмотренных настоящим Кодексом и гражданским законодательством Республики Казахстан.

Государственный контроль за соблюдением настоящего Кодекса и требований иных нормативных правовых актов о безопасности и охране труда осуществляется уполномоченными органами и их территориальными подразделениями в соответствии с положениями, утвержденными Правительством Республики Казахстан.

В статье 334 определены виды, формы и сроки проверок по соблюдению трудового законодательства Республики Казахстан [2]:

1)   Проверки подразделяются на плановые и внеплановые.

Плановая - запланированная уполномоченным государственным органом по труду или его территориальным подразделением проверка, проводимая с учетом установленных законами Республики Казахстан временных интервалов по отношению к предшествующим проверкам.

Плановая проверка также может проводиться комплексно, совместно с другими контролирующими органами и представителями работников по вопросам соблюдения трудового законодательства Республики Казахстан.

2)   В отношении одного физического или юридического лица плановая проверка может быть проведена не более чем один раз в год, а субъектов малого предпринимательства - не чаще одного раза в три года, если иное не предусмотрено законами Республики Казахстан.

3)   Внеплановые проверки проводятся в случаях обращения физических или юридических лиц, государственных органов о нарушении трудового законодательства Республики Казахстан, а также установления государственным инспектором труда фактов, создающих угрозу жизни и здоровью работников и требующих немедленного устранения нарушений в сфере безопасности и охраны труда или получения иной информации, подтверждаемой документами и иными доказательствами, свидетельствующими о наличии признаков таких нарушений или выявленными при проведении расследований несчастных случаев на производстве.

Анонимные обращения не являются основанием для проведения внеплановой проверки.

В Трудовом Кодексе даны четкие определения, что такое вредный и опасный производственные факторы и условия труда [2]:

1)   вредные (особо вредные) условия труда - условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит к снижению работоспособности или заболеванию работника либо отрицательному влиянию на здоровье его потомства;

2)   вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности и (или) отрицательному влиянию на здоровье потомства;

)     опасные условия труда - условия труда, при которых воздействие определенных производственных или неустранимых природных факторов приводит в случае несоблюдения правил охраны труда к травме, профессиональному заболеванию, внезапному ухудшению здоровья или отравлению работника, в результате которых наступают временная или стойкая утрата трудоспособности, профессиональное заболевание либо смерть;

)     опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к временной или стойкой утрате трудоспособности (производственной травме или профессиональному заболеванию) или смерти.

.2 Защита от ионизирующих излучений

Ионизирующие излучением излучения, которые при взаимодействии с веществом вызывают его ионизацию, т.е. Образование заряженных атомов или радикалов

Источники ИИ широко применятся для дефектоскопии металлов, контроля качества сварных швов, в контрольно-измерительных приборах (уровнемеры), для борьбы со статическим электричеством, а также в атомной энергетике, медицине и др.

Контакт с ИИ представляет серьезную опасность для человека, и для снижения этой опасности до допустимых уровней требуется применение специальных технических и организационных мер.

Последствия облучения - лейкемия, злокачественные опухоли, лучевая катаракта, уродство, мертворождение, ускорение старения.

5.2.1 Нормирование ионизирующих излучений

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758-99 распространяются на воздействия ионизирующих излучений в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения; в результате радиационной аварии; от природных источников излучений; при медицинском облучении. Нормы устанавливают три группы лиц, подвергающихся облучению:

- группа А - персонал, работающий с техногенными источниками ионизирующих излучений;

группа Б - персонал, по условиям работы находящийся в сфере возможного действия источников ионизирующих излучений;

население - остальная часть населения, т.е. все население, включая персонал предприятий вне сферы и условий производственной деятельности.

Таблица 5.1 - Нормативы допустимого уровня облучения в соответствии с НРБ-99 СП 2.6.1.758-99

Нормируемые величины	Дозовые пределы, мЗв/год
	Персонал		Население
	Группа А	Группа Б
Эффективная доза	20	5	1
Эквивалентная доза:  В хрусталиках глаз В коже  В кистях и стопах	150 500 500	37,5 125 125	15 50 50

Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками ионизирующего излучения, вводятся дополнительные ограничения: эквивалентная доза в коже нижней части живота не должна превышать за год 1/20 предела годового поступления для персонала. При установлении беременности женщина обязана информировать об этом администрацию и должна быть переведена на работу, не связанную с излучением, - на весь период беременности и на весь период грудного вскармливания ребенка.

При ликвидации аварий с источниками ИИ планируемое повышенное облучение персонала возможно только в тех случаях, когда нет возможности принять меры, исключающие превышение установленных пределов, и может быть оправдано лишь спасением жизни людей, предотвращением дальнейшего развития аварии и облучения большого числа людей. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет лишь при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения при ликвидации аварии и риске для здоровья.

Повышенное облучение не допускается:

- для работников, ранее уже получивших дозу 200 мЗв в год в результате аварии или планируемого повышенного облучения;

для лиц, имеющих медицинские противопоказания.

При проведении профилактических медицинских рентгенологических, а также научных обследований практически здоровых лиц, не имеющих медицинских противопоказаний, годовая эффективная доза облучения не должна превышать 1 мЗв.

5.2.2 Защита от ионизирующих излучений

Цель мероприятий, направленных на защиту людей от ИИ - исключить их контакт с радиоактивными источниками или уменьшить уровень их облучения. НРБ-99 для обеспечения радиационной безопасности людей предусматривают следующие главные принципы:

- нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников радиоизлучения;

- обоснования - запрещение видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная доза для человека и польза общества не превышает риска возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением;

- оптимизации - поддержание на возможно низком уровне с учетом экономических факторов индивидуальных доз облучения и число облучаемых лиц при использовании источников ИИ.

Основные мероприятия по защите людей от радиоактивности: заключение источников ИИ в герметичную аппаратуру или оболочку (остекловывание) для исключения попадания открытых радиоактивных веществ внутрь организма и загрязнения окружающих среды:

- использование для защиты от внешнего облучения экранирования, увеличения расстояния до источника, уменьшения времени облучения (расчет защитного экрана, не требующий использования справочников и специальной литературы);

обеспечение помещений и рабочих мест необходимым оборудованием (камеры, боксы, вытяжные шкафы, тяжелые контейнеры и т.п.), системами воздухообмена, электроснабжения, водопровода, отопления и др.;

обеспечение дозиметрического контроля, постоянная информация работающих об уровне радиации, обучение безопасным методам работы, использование средств коллективной и индивидуальной защиты и гигиены.

Таблица 5.2 - Активность радионуклидов на рабочих местах, кБк

Группа нуклиидов		Класс работы
Знак	МЗА, кБк	1	2	3
А Б В Г	3,7 37 370 3700	Более 37x104 Более 37х105 Более 37х106 Более 37х107	37 (10-104) 37(102-105) 37(103-106) 37(104-107)	37(0,1-10) 37(1-100) 37(10-1000) 37(100-110000)

Уровень требований к помещениям при работе с открытыми радионуклидами зависит от группы их активности и класса работ:

- работы 3 класса разрешается проводить в обычных лабораториях, оборудованных вытяжными шкафами. Поверхности столов, оборудования, полов покрывают слабо сорбирующими (поглощающими) материалами;

помещения для работ 2 класса должны размещаться в изолированной части здания и иметь санитарный пропускник или душевую с дозиметрическим контролем на выходе. В них должны быть вытяжные шкафы, боксы;

- работы 1 класса необходимо проводить в отдельном здании или в его изолированной части с отдельным входом через санитарный пропускник.

Помещение разделяется на три зоны. В первой зоне размещаются камеры, боксы, оборудование, линии, являющиеся основными источниками радиоактивного загрязнения; во второй зоне ведется загрузка и выгрузка радиоактивных веществ, проводятся ремонтные работы; в третьей зоне помещения находятся операторские, пульты управления и др., где постоянно присутствуют люди. Помещения третьей и второй зон сообщаются через санитарный шлюз.

Помещения для работы с радиоактивными веществами оборудуют механической вентиляцией с кратностью обмена воздуха не менее 10 раз в час. Скорость движения воздуха в рабочих проемах шкафов и укрытий должна быть не менее 1,5 м/с. Перед выбросом в атмосферу воздух обязательно должен очищаться на специальных фильтрах до определенных норм.

Эффективная доза за счет естественных радионуклидов в питьевой воде не должна превышать 0,2 мЗв/год.

Технические требования к средствам коллективной защиты от излучений установлены ГОСТ 12.4.120-83.

Выбор материала, толщины контейнеров, экранов, укрытий для защиты от внешнего облучения обусловлен видом излучения и его энергией: от потока нейтронов защищают устройства из легких материалов - полиэтилена, парафина, воды; от г - излучения - конструкции из стекла, плексигласа, алюминия, от g - облучения - толстые слои стекла, стали, свинца. Толщина защиты или безопасное расстояние до источника ИИ зависят от его вида и мощности и определяются по особым формулам и номограммам.

Средства индивидуальной зашиты. При работах 1 класса и некоторых работах II класса предусматриваются полное снятие одежды работающими, переход их чрез санпропускник, надевание рабочей одежды (комбинезон, белье, шапочка, носки и обувь), а после работы - душ, дозиметрический контроль и лишь затем надевание домашней одежды и обуви. Для измерения дозы облучения за время работы всем выдается личный дозиметр типа ДКП-50-А; он позволяет измерять дозы облучения от 0,1 до 5 мЗв при мощности дозы излучения от 0,05 до 20 мЗв/ч. Для защиты от загрязнения рук работающим выдаются перчатки, а для защиты от радиоактивной пыли - респираторы.

На время ликвидации аварий, ремонтных работ применяют изолирующие пневмокостюмы или костюмы с автономным питанием.

Рабочий день при работах 1 и 2 класса должен составлять 4-6 ч. Работающие с радиоактивными веществами обеспечиваются специальным питанием или молоком.

В любом случае доза, накопленная к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД.

Среди персонала (категория А) выделяют две группы лиц:

- лица, условия труда которых таковы, что дозы облучения могут превышать 0,3 годовой ПДД (обязателен индивидуальный дозиметрический контроль);

лица, условия труда которых таковы, что дозы облучения систематически меньше 0,3 годовых ПДД.

Для категории А (за исключением женщин до 40 лет) распределение дозы внешнего излучения в течение года не регламентируется.

Таблица 5.3 - Категории облучаемых лиц и группы критических органов

Категория	Характеристика
А   Б     В	Облучаемые лица Персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений. Ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ или других источников излучения, применяемых в учреждениях и (или) удаляемых во внешнюю среду с отходами. Население области, края, республики, страны.
Группа I II   III	Критические органы Все тело, гонады, красный костный мозг. Мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы за исключением тех, которые относятся к I и III группам. Кожный покров.

Таблица 5.4 - Основные дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения

Доза и категория облучаемых лиц	Дозовые пределы облучения в зависимости от группы критических органов за год, бэр
	I	II	III
ПДД  (категория А)  ПД (категория Б)	5 0,5	15 1,5	30 3 5.3 Анализ вредных и опасных факторов 5.3.1 Анализ вредных и опасных факторов До начала производства строительно-монтажных работ каждый строительный объект обязательно должен быть обеспечен проектной документацией по организации строительства и безопасному производству труда. Для возведения зданий и сооружений в целом разрабатывают проект организации строительства (ПОС), в котором предусматривают общие мероприятия, обеспечивающие безопасность труда на всех этапах строительства, а на монтаж строительных конструкций - проект производства работ (ППР). ПОС разрабатывается, как правило, генеральными подрядчиками или по их заданию специализированными проектными институтами ППР разрабатывается проектными организациями или проектными группами строительно-монтажных организаций управления. Исходными материалами для разработки вопросов обеспечения безопасности работ и производственной санитарии является; инженерные решения, соответствующие данному строительству; действующие нормативы; типовые решения по охране труда; каталоги технических средств безопасности; материалы анализа причин производственного травматизма. Решение вопросов безопасности СМР является составной и неотъемлемой частью всей проектно-технической документации, предусмотренной СНиП Ш-1-76 «Организация строительного производства» и СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве». 5.3.2 Порядок проведения земляных работ Обрушение грунта. Это причина травматизма при выполнении земляных работ. В процессе его разработки и при последующих работах нулевого цикла в траншеях и котлованах, которое может происходить вследствие превышения нормативной глубины разработки выемок без креплений; неправильного устройства или недостаточной устойчивости и прочности креплений стенок траншей и котлованов; нарушение правил их разработки; разработки котлованов и траншей с недостаточно устойчивыми откосами; возникновение неучтенных дополнительных нагрузок (статических и динамических) от строительных материалов, конструкций, механизмов; нарушения установленной технологии земляных работ; отсутствие водоотвода или его устройства без учета геологических условий строительной площадки. Неправильное устройство ограждений и сигнализирующих устройств. При производстве земляных работ травмы и аварии" могут произойти в результате отсутствия или неправильного устройства в необходимых местах защитных ограждений и сигнализирующих устройств, несоблюдения правил ведения работ вблизи опасных подземных коммуникаций. Они могут также происходить из-за недостаточной квалификации рабочих, управляющих машинами, самопроизвольного перемещения землеройных машин, потери машинами устойчивости. Опасные факторы при работе с электрооборудованием. Предупреждение электротравм является важной задачей охраны труда, которая на производстве реализуется в виде системы организационных и технических мероприятий, обеспечивающих защиту людей от поражения электрическим током. Появление напряжения на концах установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации. Чаще всего это происходит вследствие нарушения изоляции в электромоторах, кабелях и проводах: возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям и проводам. Образование электрической дуги между токоведущей частью установки и человеком возможно в электрических установках напряжением свыше 1000 В. Для того, чтобы предотвратить возникновение дуги между токоведущими частями и работающим, установлено минимально допустимое расстояние от токоведущих частей до человека. При U 15 кВ это расстояние составляет 0,7 м, при 220 кВ - 3,0м. Появление шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания токоведущих проводов на землю. Несогласованные и ошибочные действия персонала. Уровень влажности помещений. Как известно, существует три категории помещений: без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные. К помещениям без повышенной опасности поражениям человека электрическим током относятся жилые помещения, комнаты управления, конструкторские бюро и т.п., т.е. сухие помещения с нормальной влажностью (до 60%), с изолирующими полами и небольшим количеством заземленных предметов. К помещениям с повышенной опасностью относятся влажные помещения (60...75%) с температурой воздуха, постоянно или периодически превышающей 35°С, наличием токопроводящей пыли и токопроводящих полов (земляные, металлические, бетонные), возможностью одновременного прикосновения человека к корпусам электрооборудования и заземленным предметам. В промышленности строительных материалов, такими помещениями являются: деревообрабатывающие цехи, цехи железобетонных конструкций, а также по производству строительных пластмасс и других. К особо опасным относятся: сырые помещения с влажностью, близкой к 100%, влажными стенами и полом; помещения с химически активной средой, пары и газы которой способны разрушать электроизоляцию; помещения, в которых имеется 2 или более признаков, характерных для помещений с повышенной опасностью. Особо опасными помещениями являются участки (помосты), размещенные под открытым небом, помещения аккумуляторных станций, цехи с заземленным полом} душевые и т.п. 5.3.3 Опасные факторы на монтажных работах Средства коллективной защиты применяют для обеспечения безопасного и высокопроизводительного труда работающих на высоте в процессе подхода к рабочим местам, приемки, выверки и проектного закрепления конструктивных элементов зданий и сооружений. Основными причинами травматизма являются: Применение случайных опор; установка лесов на не спланированных площадках, а подмостей - на не полностью смонтированных перекрытиях; недостаточное закрепление лесов и подмостей; неправильный монтаж и демонтаж; отсутствие сплошных настилов и ограждений; перегрузка. Аварии лесов обычно сопровождаются групповым травматизмом, в большей части с тяжелыми исходами для пострадавших. Основными причинами аварии лесов и подмостей являются потеря их устойчивости, обусловленная рядом факторов в процессе их изготовления и монтажа; неудовлетворительное выполнение проектов лесов; низкое качество изготовления конструкций, несоблюдение технических условий при монтаже. В процессе эксплуатации потеря устойчивости конструкций лесов и подмостей происходит в результате превышения расчетных нагрузок; отсутствия постоянного контроля за их содержанием; ослабления крепления лесов к стенке или выход их из строя; повреждения стоек лесов транспортными средствами; изменения условий опирания лесов в процессе их эксплуатации. 5.3.4 Опасные факторы при эксплуатации производственного помещения Самочувствие и работоспособность человека зависят, во-первых, от метеорологических условий производственной среды, в которой он находится и выполняет трудовые процессы. Под метеорологическими условиями понимают несколько факторов, воздействующих на человека: температуру, влажность и скорость движения воздуха, а также барометрическое давление и тепловое излучение. Совокупность этих факторов называют производственным микроклиматом. Одним из наиболее опасных факторов, воздействующих на человека в производственных условиях, являются ядовитые вещества, которые могут иметь различные агрегатные состояния: твердые (свинец, мышьяк), жидкие, паро- и газообразные (ацетон, бензин, сероводород, ацетилен и др.). При многих технологических процессах в производстве строительных изделий и конструкций в воздушную среду выделяется пыль. Пыль - это мельчайшие твердые частицы, способные некоторое время находиться в воздухе или промышленных газах во взвешенном состоянии. В процессе использования вибрационной техники, мощных строительных машин и механизмов люди подвергаются неблагоприятному воздействию высоких уровней вибрации. Звук или шум возникает при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Шумом являются различные звуки, мешающие нормальной деятельности человека и вызывающие неприятные ощущения. Звук представляет собой колебательное движение упругой среды, воспринимаемое нашим Органом слуха. Пожары или взрывы в зданиях и сооружениях могут возникать либо в результате взрыва технологического оборудования, находящегося в этих зданиях и сооружениях, либо в результате пожара или взрыва непосредственно в помещении, в котором используются горючие вещества и материалы. При взрыве технологических аппаратов, осколками могут быть повреждены соседние аппараты и коммуникации, в результате чего горючие вещества будут выбрасываться в помещение и образовывать горючие и. возможно, взрывоопасные среды. Причинами образования взрывоопасной среды в технологическом оборудовании могут быть: - некоторые технологические процессы в ненормальном режиме; подсос воздуха в аппараты, находящиеся под разрежением; мойка и очистка деталей в растворителях и многие другие процессы. Причинами образования взрывоопасной среды непосредственно в помещениях могут быть: - выброс или утечка горючего газа; легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) или горючей пыли из технологического оборудования в результате неисправности арматуры; потери прочности, неправильных действий персонала; внезапного отключения вентиляционной системы и многих других причин. .4 Требования пожарной безопасности при производстве цеха На промышленных предприятиях больших объемах применяются смазочные вещества, взрывоопасные и горючие газы и жидкости. В технологических процессах машиностроения используют термические устройства, расплавленный металл, открытое пламя. Многие процессы сопровождаются выделением искр и тепла, что может стать причиной пожаров и взрывов. Пожар - неконтролируемый процесс горения вне специального очага, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Основным явлением, характеризующим пожар, является процесс горения - сложное, быстропротекающее химическое взаимодействие горючих веществ с окислителем, сопровождающееся выделением большого количества тепла и ярким свечением (пламенем). Для возникновения горения требуется наличие горючего вещества, окислителя и источника загорания. Горение прекращается при нарушении какого-либо из указанных условий. Наиболее распространенный окислитель - кислород воздуха. Окислителями является также хлор, фтор, бром, оксиды азота и т.д. В зависимости от скорости процесс горения может происходить в виде собственно горения, взрывы и детонации. Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в среде чистого кислорода, наименьшая - в воздухе (14-15% кислорода). Водород, этилен, ацетилен и др. горючие вещества горят при содержании кислорода до 10%. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода (до 8%) горение переходит в тление, а затем совсем прекращается. Вещества горят тем быстрее, чем больше их удельная поверхность. Процесс возникновения горения разделяется на несколько видов: вспышка, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание. Вспышкой называется мгновенное сгорание паров, газов, пыли и других веществ, не сопровождающееся образованием сжатых газов. Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но для последующего горения скорость их образования недостаточна. Возгорание - это возникновение горения под воздействием источника зажигания. При появлении пламени процесс возгорания переходит в воспламенение. Минимальная температура, при которой возникает и продолжается горение, называется температурой воспламенения. Самовоспламенение - процесс воспламенения твердых тел, жидких и газообразных веществ, нагретых внешним источником тепла без соприкосновения с открытым огнем до определенной температуры - температуры самовоспламенения. Температура самовоспламенения зависит от соотношения между горючим компонентом смеси и воздуха. С увеличением объема горючей смеси и давления температура самовоспламенения снижается. Температура самовоспламенения большинства горючих газов находится в пределах 400-700ºС (для дерева - 236-399 ºС, угля - 400-500 ºС, керосина - 235-290 ºС). Процесс резкого возрастания скорости экзотермических реакций, выделения теплоты, приводящий к горению горючих смесей в отсутствии источника зажигания, называется самовозгоранием. Чем ниже температура, при которой происходит самовозгорание, тем вещество пожароопаснее. Существует несколько групп веществ и материалов, склонных к самовозгоранию: растительные вещества (опилки), в которых при температуре 60-70 ºС происходят биологические процессы (процессы окисления); торф и ископаемые угли; масла и жиры, содержащие непредельные органические соединения, способных легко окисляться. Особую опасность представляют ткани (спецодежда) обтирочные материалы и другие пористые горючие материалы, на которых имеются масляные пятна. В связи с этим промасленную ветошь необходимо удалять из рабочих помещений, а спецодежду развешивать так, чтобы обеспечить свободный доступ воздуха. Вещества, способные к самовозгоранию, делятся на 4 группы: ) влажное зерно, сено, опилки; ) каменные и бурые угли, торф; ) масла и жиры; ) химические вещества (пыль алюминия, сажа). Как правило, основой причине пожара и взрыва предшествует стадия накопления ошибок в объемно - планировочных решениях, недостатков технологических процессов, дефектов оборудования и нарушения режимов его работы, недостаточного контроля за организацией труда и действиями персонала и других причин. Основными причинами пожаров и взрывов на машиностроительных предприятиях являются: Нарушение технологического режима; Неисправность электрооборудования; Неудовлетворительная подготовка оборудования к ремонту; Самовозгорание материалов; Износ и коррозия оборудования; Конструктивные недостатки оборудования; Сварочные работы. От пожаров и взрывов разрушается производственные здания, общественные и бытовые объекты, гибнут и получают увечья люди, наносится вред окружающей среде. Пожарные краны, огнетушители, песок, кошма, огнезащитная ткань (асбестовая, стеклоткань) применяются для тушения небольших очагов пожара. Водой из пожарных кранов, используя рукава диаметром 50мм из струю производительностью не менее 150л/мин можно тушить небольшие пожары во второй стадии. Огнетушители подразделяют на 3 группы: пенные, газовые, порошковые. Пенные огнетушители по способу получения пены разделяют на химические (ОХП-10, ОП-14, ОП-9ММ) и воздушно-пенные (ручные ОВП-5 и ОВП-10, стационарные ОВПС-250А, ОВПУ-250). Числа в марке огнетушителя обозначают его объем в литрах. Приведение ОХП-10 в действие: поворот рукоятки на 180º (вскрывается стакан с кислотой), переворот ОХП-10 крышкой вниз(NaHCO3 смешивается с кислотой). Образуется 90л пены. Продолжительность действия ОХП-10 около 60с. Порошковые огнетушители. Эти огнетушители специального назначения применяют для тушения небольших очагов пожара в тех случаях, когда другие средства непригодны или малоэффективны. Порошковые огнетушители нужной марки обязательно должны быть в помещениях, в которых проводятся работа со щелочными металлами, металлоорганическими соединениями, гидридами металлов и т.п. В настоящее время все большее распространение получают стационарные системы пожаротушения(типа больших углекислотно-хладоновых огнетушителей), которые вместе со звуковой сигнализацией автоматически включаются при срабатывании датчиков от повышенной температуры. Для оповещения о пожаре помещения с повышенной пожарной опасностью снабжаются электрической и автоматической сигнализацией. Тепловые автоматические извещатели срабатывают при повышении температуры до заданного предела, дымовые - от большого количества дыма, световые - от появления видимого пламени. Другой вид оповещения - телефон. Выбор методов и средств тушения пожаров и загораний зависит от объекта, характеристики горящих материалов и класса пожара (таблица 5.1). Таблица 5.1 - Характеристики горящих материалов и класса пожара Класс пожара Характеристики горящих материалов и веществ Огнетушащие составы А Горение твердых горючих материалов, кроме металлов (дерево, уголь, бумага и др.) Вода и другие средства B Горение жидкостей и плавящихся материалов Распыленная вода, пена, порошки Класс пожара Характеристики горящих материалов и веществ Огнетушащие составы C Горение газов Газовые составы, порошки, вода для охлаждения D Горение металлов и их сплавов (Na, Mg, Al и др.) Порошки при их спокойной подаче на горящую поверхность E Горение оборудования, находящегося под напряжением Порошки, углекислый газ, хладоны, АОС При любом пожаре или загорании тушение должно быть направлено на устранение причин его возникновения и создание условий, при которых горение будет невозможно. При тушении надо учитывать, что скорость распространения пламени по поверхности твердых веществ составляет до 4м/мин, а по поверхности жидкостей - 30м/мин. Продукты сгорания при пожаре представляют собой дисперсные твердые частицы, пары и газы. Температура их нагрева зависит от скорости сгорания веществ и распространения пламени, объема здания и воздухообмена. Дым, нагретый до высокой температуры, способствует распространению продуктов горения, задымлению помещений и затрудняет тушение пожара. При пожаре выделяются инертные и горючие газы, а также дым. Состав горючих газов, в большинстве своем являющихся вредными, агрессивными или ядовитыми, зависит от вида сгорающих материалов и интенсивности горения. Все методы тушения пожаров базируются на следующих основных принципах: отвод тепла из зоны горения; уменьшение концентрации горючего в зоне горения; уменьшение концентрации окислителя в зоне горения; торможение химической реакции горения. Для тушения пожара используется вода, водяной пар, химическая и воздушно-механическая пена, негорючие газы, твердые огнегасительные порошки, специальные химические вещества и составы. Воду нельзя применять для тушения необесточенного электрооборудования, веществ группы 3, сомовозгорающихся при контакте с водой (щелочные металлы, гидриды щелочноземельных и щелочных металлов, карбиды и силициды металлов, фосфористый кальций и др.) легких, гидрофобных органических жидкостей (они всплывают), горячего битума, масла, жира, которые из-за вскипания и разбрызгивания усиливают горение. Из автоматических систем водяного пожаротушения на предприятиях применяют спринклерные и дренчерные системы. Спринклерные разбрызгивающие системы включаются при повышении температуры в помещении до заданных пределов. Датчиками этих систем являются спринклеры, через которые разбрызгивается вода на очаг возгорания. В их конструкции предусмотрен легкоплавкий замок, который открывает клапан при температурах от 72 до 120 ºС. В отапливаемых помещениях применяют водозаполненные системы. В помещениях, где возможно снижение температуры до отрицательных, применяют воздушно-водяные системы, в которых магистральный водопровод заполнен водой, а трубы, расположенные в помещениях с низкой температурой - воздухом под давлением. При расплавлении замка спринклерной головки давление воздуха падает, под напором воды срабатывает запорно-пусковое устройство, и вода поступает к разбрызгивателю. Пожары на производстве представляют серьезную опасность для работающих, причиняют значительные повреждения и материальный ущерб, могут вызвать остановку производства. В цехах и лабораториях, где применяют легковоспламеняющиеся вещества и горючие жидкости, следует использовать безопасную тару. На рабочих местах нужно только такое количество материалов, которое не превышает сменную потребность. При этом емкости должны быть плотно закрыты. Металлическую стружку и обтирочные материалы по мере их накопления необходимо убирать в металлические ящики с плотно закрывающимися крышками, но по окончании смены убрать их из производственного помещения. Периодически необходимо очищать от пыли, пека и других горючих компонентов производственные помещения, оборудование. Курение в производственных и административно-бытовых помещениях допускается в специально отведенных местах, оборудованных урнами и емкостями с песком и водой. Запрещается производить перепланировку производственных помещений без предварительной разработки проекта согласованного с Государственным пожарным надзором утвержденного администрацией. К противопожарным средствам относятся огнетушители, предназначенные для тушения загорания в начальной стадии их возникновения до прибытия пожарных подразделений (углекислотные, пенные, воздушно-пенные и т.д.), песок находящийся в ящике объемом не менее 0,5 м2 с совками и лопатами. Противопожарный инвентарь: лопаты, пожарные ломы, ведра, топоры, багры, войлок. Этот инвентарь должен располагаться в хорошо доступных и видимых местах, на специальных щитах окрашенных в красный цвет. Температура применяемых расплавов выше температуры воспламенения летучих горючих веществ, поэтому по степени пожарной опасности производство алюминия (корпуса электролиза, литейное отделение) относятся к категории Г, степень огнестойкости зданий I с пределом огнестойкости 2.5 часа. 5.5 Охрана окружающей среды 5.5.1 Перечень промышленных выбросов В результате деятельности завода на внешнюю среду оказываются следующие загрязняющие воздействия: пыление при складских, транспортных и перегрузочных операциях сыпучих материалов; промежуточный сброс шлама глиноземного производства на шламовое поле; хозяйственно-бытовые стоки; дождевые стоки с площадки завода. В ТЭР предусматриваются меры, обеспечивающие минимальное загрязнение окружающей среды, на уровне, не превышающем ПДК. 5.5.2 Охрана воздушного бассейна Для снижения выбросов пыли предусматриваются: - сооружение закрытых складов; отсутствие сбросов запыленного воздуха после холодильников спека в атмосферу (весь воздух поступает в печь); отсутствие дробления с соответствующим образованием пыли; увеличение КПД системы газоочистки за счет многоступенчатой газоочистки и использования современных конструкций электрофильтров и систем пыле возврата, обеспечивающих минимальный подсос воздуха; герметизация узла размола; использование пневмометодов для транспортировки глинозема при сокращении расхода воздуха по сравнению с открытым транспортированием. 5.5.3 Охрана водоемов и почв от загрязнения сточными водами Для складирования шлама глиноземного производства с последующей отгрузкой его цементным заводом предусматривается сооружение на шламовом поле двух разделов. Один для складирования, другой - после сушки. Для исключения дренажирования щелочного раствора, со шламового поля воды стекают в дамбы. Под шламовым полем застилается привозным суглинком. По периметру дамбы, сооружаемой из шлама, выполняется дренажная канава для сброса и утилизации возможных протечек через стенки дамбы. Для снижения загрязнения водного бассейна и почвенных вод предусмотрено бессточное водоснабжение завода, использование вод в технологическом процессе. 5.6 Расчет общего воздухообмена При расчете общего воздухообмена на теплый период года (как самого неблагоприятного для аэрации) преимущественной вредностью в горячих цехах являются избытки явной теплоты. Расчет ведется согласно методики, изложенной в СНиП - II - 33 - 75. Расчет сводится к определению избытков явной теплоты и расчету количества воздуха на ассимиляцию. Количество необходимого L пр определяется по формуле L пр= Qя- Lух· Св. · ( tр.з- tпр)/ rв· Св. · ( tух- tпр)  (5.1) где Qя - избыток явной теплоты в помещениях цеха, кВт; Lух - количество воздуха, удаляемого из рабочей зоны местными отсосами и общеобменной вентиляцией, м3/с; Св. - теплоемкость воздуха, кДж/К×кг; Св = 1,005 кДж/(К*кг); rв - плотность воздуха, г/см3; rв = 1,29 кг/м3; tр.з. - температура рабочей зоны, ºС (определяется из ГОСТ 12.1005.-88); tр.з. = 21 tпр - температура приточного воздуха, ºС (для теплого периода года равна температуре наружного воздуха); tух - температура воздуха удаляемого из верхней зоны помещения, ºС. Температура удаляемого воздуха определяется по формуле tух=tрз-(1-m) ·tпр  (5.2) где m - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения площади, занимаемой тепловыделяющим оборудованием Fоб к площади цеха Fц, m=0,62 Температура удаляемого воздуха составляет tух=21-(1-0,62)·15)/0,62=25 ºС; Избыток явной теплоты, поступающей в корпуса электролиза определяется Qя = Qэ + Qмет + Qc.р, (5.3) где Qэ - теплота от электролизеров, кВт; Qмет - теплота от остывания металла, кВт; Qc.р. - теплота от солнечной радиации через остекления, кВт Теплота от электролизеров определяется по формуле Qэ = N×a×n, (5.4) где N - мощность электролизера, кВт; n - количество электролизеров, шт; а - коэффициент, принимаемый для электролизеров, а = 0,3. Qэ =800·0,3·96=23040 кВт. Теплоту от остывания металла определяют Qмост=GM·CM· (tн-tk)/3600, (5.5) где (tн-tk)·0,5= tср - средняя температура, оС; Gм - часовая производительность корпуса, кг/ч; См - теплоемкость алюминия, кДж/К×кг. Qмост=5391,1·0,996· (965-893)/3600=107,4 кВт. Теплоту от солнечной радиации через остекление определяют по формуле Qс.р. = qост.×Fост.×Аост.×10-3 , (5.6) где qост. - величина радиации через 1м2 остекления, qост.=186 Вт/м2; Fост. - площадь остекления, м2; Аост. - коэффициент остекления, Аост.=0,7. Qс.р. = 186·2700·0,7·10-3=351,5 кВт. Количество явной теплоты, поступающей в помещение корпуса электролиза составит: Qя =23040+107,4+351,5= 23499 кВт. Расчет количества воздуха, удаляемого местными отсосами и общеобменной вентиляцией: Lух=(m·Qz)/(рв·Св· (tр.з.-tgh)); (5.7) Lух=(0,62·23040)/(1,29·1,005(21-15))=1750,3 м3/с. Количество необходимого приточного воздуха составляет: Lпр=(23040-1750,3·1,005(21-15)·1,29)/1,29·1,005·(25-15)+1750,3=2418,4м3/с Расчет кратности воздухообмена: К= Lпр·3600/Vk, (5.8) где Vк - объем корпуса электролиза, м3. K=2418,4·3600/476653,8=18,31/ч. 6. ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ   6.1 Обоснование экономической эффективности предлагаемого мероприятия Электролиз характеризуется непрерывным изменением технологических параметров, которые влияют на технико-экономические показатели производства; выход по току, производительность, расход электроэнергии. В этих условиях для управления процессом целесообразно использовать централизованную автоматизированную систему с применением вычислительных машин. 6.1.1 Технико-экономические показатели производства В результате внедрения нового алгоритма управления питанием ванн глинозёмом улучшились технологические показатели процесса электролиза алюминия (таблица 6.1). Таблица 6.1 - Технико-экономические показатели производства Показатели Условное обозначение Аналог (1) Проект (2) 1. Установленное количество ванн, шт. n 340  388 2. Выход на ванно-сутки, кг. P 1880  1965 3. Расходные коэффициенты: - глинозём, кг/т Нгл 1911,6 1911,6 - аноды обожжённые, кг/т Нан 560 558 - электроэнергия, кВт*ч/т Нэ 14637  13666 4. Цена за ресурсы: - глинозём, тенге/т Цгл 40500  40500 - аноды обожжённые, тенге/т Цан 40050  40050 - электроэнергия, тенге/(кВт*ч) Цэ 0,9  0,9 5. Себестоимость 1т. алюминия-сырца, тенге/т Суд  130967,55 - 6. Средняя цена 1т. алюминия-сырца, тенге/т Ц  182250 182250 7. Стоимость внедрения нового алгоритма, тыс.тенге. К  -  2250 8. Действительный фонд времени работы электролизёра, дней Тд 360  360 9. Годовая сумма условно-постоянных расходов, тыс.тенге. У 2163150 2163150 10. Норма амортизации АСУ,% На 10 10 11. Норматив расходов на эксплуатацию АСУ в процентах от стоимости Нэ 10 10 6.1.2 Дополнительные капитальные вложения В данном случае проведения расчёта дополнительных капитальных вложений не требуется, так как стоимость АСУ известна и составляет 2250000 тенге. 6.1.3 Изменение выпуска продукции в результате внедрения АСУ Расчёт производим по формуле: В = n · Р · Тд. (6.1) Следовательно, до внедрения он составит В1= 340·1,880·360 = 230112 тонн Al, После внедрения В2= 388·1,965·360 = 274471 тонн Al, ΔВ = 44359 тонн Al. 6.1.4 Изменение себестоимости Расчёт изменения себестоимости в результате внедрения нового алгоритма ведём только по изменяющимся статьям. Тогда, за счёт электроэнергии ΔСэ= Нэ2·Цэ - Нэ1·Цэ ; ΔСэ = (61407-65866,5) · 0,20 = - 891,9 тенге/т; за счёт экономии на условно-постоянных расходах ΔСу = У / В2 - У / В1 ΔСу = 2163150000/274471 -2163150000/230112 = - 1519,2 Итоги проведённых расчётов сведены в таблицу 6.2. Таблица 6.2 - Изменение себестоимости Показатели Аналог Проект Отклонение (+перерасход, - экономия) 1.Капиталовложения, тенге - 2250000 -2250000 2.Себестоимость 1т по изменяющимся статьям, тенге/т 28970,55 26559,45 -2411,1 В том числе: Электроэнергия 17794,8 16902,9 -891,9 Условно-постоянные расходы 11175,75 9656,55 -1519,2 6.1.5 Дополнительная прибыль от внедрения алгоритма Для расчёта воспользуемся формулой ΔП = ΔПв + Эуг, (6.2) где ΔПв - прибыль от увеличения выпуска алюминия; Эуг - условно-годовая экономия. Прибыль от увеличения выпуска алюминия определяем по формуле ΔПв = (Ц - Суд) · ΔВ ; ΔПв =(182,25-130,95)· 44359= 2275616,7 тыс. тенге. Условно-годовую экономию - по формуле Эуг = ΔСуд · В2 ; Эуг = 73,9 · 1235,12= 91275,3 тыс. тенге. Таким образом, общая дополнительная прибыль составляет ΔП = 2275616,7 тыс. тенге + 91275,3 тыс. тенге=2366892 тыс. тенге. Годовой экономический эффект Эг = 73,9 · 274471 - 0,15 · 500 000 = 20 208 407 тенге.   6.2 Обоснование производственной программы Расчет производственной программы электролизного цеха при применении нового алгоритма управления питанием ванн глинозёмом представлен в таблице 6.3. Таблица 6.3 - Производственная программа электролизного цеха Показатели Индекс или формула На цех 1 2 3 1. Количество установленных ванн, (принимаем из расчета в проектной части, с учетом потерь металла при переплавке 2%, с учетом числа резервных электролизеров) шт. А 388 2. Календарное время, сутки Т 365 3. Число календарных ванно - суток. АТ 141620 4. Число ванн подлежащих капремонту. а 59 5. Длительность простоев одной ванны в капремонте, сутки Т рем 13 6. Количество ванно - суток простоя. а Т рем 757 7. Количество отработанных ванно - суток АТ - аТрем 140863 8. Сила тока, кА 262 9. Выход по току, % 93 1 2 10.Электрохимический эквивалент. г/А ч Е 0,3356 11. Суточная производительность одной ванны, т., с учетом потерь при переплавке 2 %. 262 · 0,93· 0,3356 ·0,98· ·24/106 = М 1,93 12. Выпуск алюминия сырца, тыс. т. В = (АТ - а Трем) · М 271865,6 13. Расходные коэффициенты: Глинозем, кг/т аноды обожженные, кг/т криолит, кг/т фтористый алюминий, кг/т фтористый кальций, кг/т технологическая электроэнергия, кВт ч  1920 560 10 17 0 13646 Жерди, шт 0,61   6.3 Расчёт капитальных затрат Для определения капитальных затрат составляется смета капитальных затрат на технологическое, подъемно-транспортное, силовое и прочее оборудование, а также производится определение стоимости зданий и сооружений. Технологическое и подъёмно-транспортное оборудование. Количество оборудования берется в соответствии со спецификацией. Цена единицы оборудования определяется по ценникам с учетом индексов удорожания. Мелкое и неучтенное оборудование берется в размере 5 % от итоговой суммы по учтенному оборудованию. При использовании ценников учитывается территориальная зона, при этом вводится поправочный коэффициент. Данное предприятие проектируется для II территориальной зоны. Таблица 6.4 - Смета затрат на технологическое и подъемно-транспортное оборудование Наименование оборудования Кол-во Цена за ед.  в тыс.тенге. Сметная стоимость в тыс. тенге. 1. Электролизер С-262 388 5817,15 2257054,2 2. Кран мостовой монтажный - 200/32 т. 4 4230 16920 3. Кран мостовой САТUC - 3\8\25 т. 16 3690 59040 4. Вакуум - ковш 24 414,9 9957,6 5. Машина МРК - 1 2 324 648 6. Машина для транспортировки анодов 2 810 1620 7. Машина МРГ - 4М 2 315 630 8. Пылеуборочная машина 2 180 360 Итого: 2346229,8 Мелкое и неучтенное оборудование 5 % 117311,49 Всего: 2463541,2 Передаточные устройства. Передаточные устройства - это устройства для передачи механической, электрической и тепловой энергии, жидких и газообразных веществ вне здания - электросеть, теплосеть, трубопроводы. Сметная стоимость трубопроводов и кабельных сетей, шинопроводов определяется в % к стоимости технологического оборудования по нормативам, представленным в таблице 6.5. Таблица 6.5 - Норматив сметной стоимости Производство алюминия КИП Метало конструкция Трубопровод Кабель- ные сети Цех электролиза с газоочисткой 0,98 0,6 0,5 1,1 Блок вспомогательного отделения 0,7 2,3 2,9 9,3 Приемный склад глинозема 70,0 59,0 76,0 14,0 Бытовые помещения - 21,0 20,0 3,5 Итого 71,68 82,9 99,4 27,9 1)  КИП: 2463541,2 х 0,72 = 1773749,6 тыс. тенге 2)  Металлоконструкция: 2463541,2 х 0,829 = 2042275,6 тыс. тенге. 3)  Передаточные устройства: 2463541,2 х 1,273 =3136087,9 тыс. тенге. Таблица 6.6 - Расчет стоимости трансформаторов Наименование Коли чество Цена с учетом зоны, тенге (II зона коэффициент 1,05) Затраты на транспорт и строительно-монтажные работы Итого, сметная стоимость тыс. тенге. Понизительные трансформаторы 110-220/6-10 кВ. 8 50850 - 427,14 Силовые трансформаторы преобразовательных агрегатов 6 -10/0,85 кВ 8 66600 - 559,44 Всего: 986,58 Силовое оборудование. Силовое оборудование - это двигатели всех видов, трансформаторы, преобразователи, котельные установки и др. Следует иметь ввиду, что стоимость электродвигателей поступающим в комплекте с технологическим оборудованием, как правило, учитывается в прейскурантной цене этого оборудования. Поэтому из расчета электродвигатели следует исключить. Все остальное силовое оборудование учитывается в соответствии с энергетической частью проекта по ценам, принятым в соответствии с ценниками и прейскурантами. Транспортные средства. Учитывается подвижной состав железнодорожного и автотранспорта, электро- и автокары, конвейеры и транспортеры, пневмотранспорт. Расчет сметной стоимости транспортных средств ведется аналогично силовому оборудованию. Расчет показан в таблице 6.7. Таблица 6.7 - Расчет стоимости транспортных средств Наименование Количество Цена с учетом зоны, тенге(II зона коэффициент 1,05) Итого, сметная стоимость тыс. тенге. Тепловозы, для транспортировки электролизеров в цех ремонта 2 857250 1800,225 ЗИЛ 431410 1 540000  567,0 КамАЗ - 5320 2 1057500 2220,57 МАЗ 5429 1 495000 519,75 Трактор МТЗ -80 3 360000 1134,0 Трактор Т-16 6 180000 1134,0 Автопогрузчик 8 175500 1474,2 Электрокара 10 36000  378,0 Пневмотранспорт 4 70650 296,73 Транспортер 4 66600 279,72 Всего: 10588,252 Здания и сооружения. Расчет сметной стоимости здания проводится перемножением его объемов, определенных в строительной части, на стоимость одного м3. В стоимости 1 м3 зданий и сооружений, взятых по ценнику, учтены сразу стоимость сантехники, затраты на работы по электроосвещению. Расценки возьмем по второму климатическому району. Расчет сметной стоимости зданий и сооружений представлен в таблице 6.8. Примем сметную стоимость зданий и сооружений в соответствии с цеховой. К зданиям относятся производственные помещения цехов, склады, конторы, бытовые помещения. К сооружениям относятся бункерные эстакады, путепроводы, мосты и т.д. Инструмент, инвентарь и прочие другие фонды. Принимаются в размере до 3 % от стоимости вышеперечисленных основных фондов ,7· 0,03 = 2896087,89 тыс. тенге. Таблица 6.8 - Форма расчета зданий и сооружений Наименование здания (2-ой климатический район) Кол - во Объем, м3 Сметная стоимость, тыс. тенге Здания: Корпус электролиза 4 504225 192866,06 Блок вспомогательных отделов 2 1567 550,017 Склад глинозема 1 89629 24199,83 Административно - бытовые здания 1 18028,296 6084,549 Итого: 223700,44 Сооружения : 1410,75 Силосные башни 4 5700 529,2 Компрессорные 2 1225 725,625 Пневмотрасса 1 3750 2665,575 Итого: 192866,06 6.4 Расчет амортизационных отчислений Расчет амортизационных отчислений производится по нормам амортизации. Расчет амортизационных отчислений по технологическому и подъемно - транспортному оборудованию представлен в таблице 6.9. Таблица 6.9 - Расчет амортизационных отчислений по технологическому и подъемно - транспортному оборудованию Наименование оборудования Общая сметная стоимость тыс. тенге. Нормы амортизации % Сумма амортизации тыс. тенге. Электролизер С-262 2257054,2 25,05 565392,15 Кран мостовой монтажный - 200/32т. 16920 5 846  Кран мостовой СATUC - 3\8\25 т. 59040 5 2952  Вакуум - ковш 9957,6 10 995,76  Машина МРК - 1 648 8,3 53,77  Машина для транспортировки анодов 1620 8,3 134,55 Машина МРГ 630 8,3 52,29 Пылеуборочная машина 360 9,1 32,76 Мелкое и неучтенное оборудование 5 % 117311,49 5 4311,32 Всего: 574770,6 Аналогично определяются амортизационные отчисления по другим группам. Сводная смета капитальных затрат и амортизационных отчислений представлена в таблице 6.10. Таблица 6.10 - Смета капитальных затрат и амортизационных отчислений. Группы основных фондов Наименование. Сметная стоимость Амортизационные отчисления  тыс. тенге. % к итогу тыс. тенге. % Здания 223700,45 3,033 6263,595 2,8 Сооружения 1503782,3 20,394 45113,467 3 Передаточные устройства 2305092,4 31,262 69152,76 3 Рабочее оборудование 1810756 24,56 416473,87 23 Силовое оборудование 986,58 0,013 72,99 7,4 КИПиА, лабораторное оборудование 1773749,7 17,68 117336,91 9,0 Транспорт 10588,252 0,144 1058,805 10,0 Инструмент инвентарный  и прочее 214759,48 2,91 17180,73 8,0 Всего: в т.ч. 7373408,8 100,0 672653,16 Пассивная часть 4032575,2 120529,83 Активная часть 3340833,9 552123,31 К активной части относятся основные фонды, непосредственно влияющие на предмет труда и содействующие увеличению объема выпуска продукции, т.е. машины и оборудования, производственный инструмент, контрольно - управляющий комплекс. Пассивная часть основных фондов обеспечивает нормальное функционирование активной части. Это - здания, дороги, передаточные устройства. Чем больше доля активной части, тем эффективнее капитальные вложения в создание производственных объектов.   6.5 Расчет численности и фонда оплаты труда работников 6.5.1 Выбор графика сменности Трудовым законодательством установлено 36 часовая рабочая неделя с вредными условиями труда и 40 часовая неделя для нормальных условий. При 36 часовой неделе, годовой фонд времени: 365 х 24 = 8760 часов. Номинальный фонд времени: 1830 часов. Число бригад: 8760 / 1830 = 5 бригад Принят 3 - х сменный график работы, 5-ти бригадный. Смена - 8 часов Количество выходных определяется делением календарного числа дней в году на длительность цикла сменооборота и умножением частного на число выходных в цикле. Цикл сменооборота - это количество дней, в течение которого одна бригада отработает все смены. По приведенному графику: (365/15) х 6 = 146 дней Структура рабочей бригады электролизников представлена в таблице 6.11. Таблица 6.11 - Структура рабочей бригады электролизников Вид работ Профессия Разряд Численность звена Обслуживание ванн Электролизник расплавленных солей 6 разряд 1 Электролизник расплавленных солей 5 разряд 1 Электролизник расплавленных солей 4 разряд 1 Электролизник расплавленных солей 3 разряд 1 Водитель МПУ 5 разряд 0,5 - на 48 электролизеров Итого: 4,5 Норма обслуживания 23 электролизера 6.5.2 Расчет численности работающих Расчет численности работающих ведется раздельно по категориям: рабочие (основные, вспомогательные), ИТР, служащие и МОП. Различают явочное и списочное число работников. Явочное количество - это число работников, которое ежесуточно должны быть на производстве. Списочное же количество учитывает и тех, кто отсутствует на производстве по различным причинам (отпуск, учеба, болезни, командировки и т.д.) Явочное количество определяется по нормам обслуживания где А - число работающих агрегатов; Но - норма обслуживания агрегата, чел. смен; С - число смен в сутки. Число звеньев: 388/23 = 13,9. Примем 14 звеньев Чяв. = 14 · 4,5 · 3 = 189 чел. Если учесть подменных рабочих, то получим штатную численность Чшт. = А Но · (С + 2); Чшт. = = 14 · 4,5 · (3 + 2) = 315 чел. Списочная численность рабочих определяется как Чсп. = Чшт · Ксп., где Чшт. - штатная численность; Ксп. - коэффициент перехода от штатной численности к списочной. Ксп. = Тн / Тэф. = номинальный фонд / эффективный фонд, где Ксп - определяется по плановому балансу рабочего времени одного рабочего. 6.5.3 Плановый баланс рабочего времени Плановый баланс рабочего времени представлен в таблице 6.12. Таблица 6.12 - Плановый баланс рабочего времени Показатели Непрерывная произ. неделя Прерывная произ. неделя Календарный фонд дня 365 365 Выходные и не рабочие дни по графику 146 115 Номинальный фонд рабочего времени Тн 219 259,5 Невыходы по причинам 40 25 а) очередные отпуска 30 19 б) болезни 3 3 в) отпуска учащимся 5 3 г) выполнение государственных и общественных обязанностей 2 - Эффективный фонд времени, Т эф дни, часы 8 х 179 = 1432 ч; 8 х 234,5 = 1876 179 1432 234,5 1876 Коэффициент перехода от штатной численности к списочной К сп = Тн / Т эф 219/179 = 1,22 259,5/234,5 = 1,1 Расчет численности рабочих по цеху представлен в таблице 6.13. Таблица 6.13 - Расчет численности рабочих по цеху Профессия Тар. раз-ряд Чис. смен. Явочная числен. Штат. численность К сп. Списоч. число раб-щих В смену В сутки Электролизник расплавленных солей 6 5 4 3 3 3 3 3 12 27 15 9 36 81 45 27 60 135 75 45 1,22 1,22 1,22 1,22 73 165 91 55 Итого основных рабочих 189 315 384 Дежурный персонал Машинист  кранов 5 3 16 48 80 1,22 98 Водитель трактора 4 3 4 12 20 1,22 24 Вод-ль машины для перевозки анодов 5 3 16 48 80 1,22 98 Водитель МПУ 5 3 4 12 20 1,22 24 Дежурный электрик 4 3 1 3 5 1,22 6 Дежурный  слесарь 4 3 1 3 5 1,22 6 Водитель электротранспорта 4 3 4 12 20 1,22 25 Монтажник на ремонте ванн. 5 3 2 6 10 1,22 12 Слесарь электрик 4 3 1 3 5 1,22 6 Итого дежурный персонал 245 299 Вспомогательные рабочие, работающие в одну смену представлены в таблице 6.14. Численность служащих определяется по штатному расписанию. Резерв для ИТР планируется только для сменного персонала. Численность служащих представлена в таблице 6.15 Таблица 6.14 - Вспомогательные рабочие работающие в одну смену Профессия Разряд Численность К сп Численность Списочная ППР кранов слесаря ремонтники 5 5 1,10 6 ППР кранов слесаря электрики 4 5 1,10 6 Контактная служба 5 4 1,10 5 Изготовитель тех. инвентаря 5 1 1,10 1 Токарь 5 2 1,10 2 Электрогазосварщик 4 2 1,10 2 Фрезеровщ. 4 2 1,10 2 Всего: 21 24 Всего: 707   Таблица 6.15 - Расчет планового фонда заработной платы рабочих. Профессия Тар. раз-ряд Тар. став-ка, тенге/час Списочное кол-во чело-век Эф-фек-тив-ный фонд, час Отработан. часов, чел.час Тар. фонд, тыс. тенге Премия, тенге  Доплаты Бригадирс. Ночные  Празднич. Итого основная  зар-плата Всего с районн. Коэффиц Дополнит. фонд  З/п Годовой фонд  заробот. платы 1 Оплата отпуск. Вып.Гос. об. ИТОГО 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Основные рабочие Электролизн. 6 36 73 1432 104536 3763,29 1505,31 25,776 500,5 82,41 5877,28 9403,64 1570,4 103,4 1673,4 11077,04 Электролизн. 5 32 165 1432 236280 7560,96 3024,38 - 1005,6 165,58 11756,52 18810,4 3141,33 206,9 3348,23 22158,63 Электролизн. 4 28 91 1432 130312 3648,73 1459,49 - 485,28 79,90 5673,4 9077,44 1515,93 99,85 1615,78 10693,22 Электролизн. 3 26 55 1432 78760 2047,76 819,10 - 272,35 44,84 3184,05 5094,48 850,7 56,03 906,7 6001,18 Итого: 384 17020,7 6808,28 2263, 73 372,73 26491,25 42385,96 7078,36 466,1 7544,14 49930,1 Ремонтная служба 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Монтажник на ремонте ванн 5 26 12 1432 17184 446, 78 178, 71 - - - 625,49 1000, 78 167,13 - 167,13 1167,9 Слесарь - электрик 18 6 1432 8592 154, 65 61,86 - - - 216,51 346,41 57,85 - 57,85 404,26 ППР кранов слесаря ремонтники 5 18 6 1876 11256 202, 61 81,04 - - - 283,65 453,84 36,76 - 36,76 490,6 ППР кранов слесаря электрики 4 18 6 1876 11256 202, 61 81,04 - - - 283,65 453,84 36,76 - 36,76 490,6 Контактная служба 5 19 5 1876 9380 178, 22 71,29 - - - 249,51 399,21 32,34 - 32,34 431,55 Изготовительтехинветаря 5 14 1 1876 1876 26,26 10,5 - - - 36,76 58,82 4,76 - 4,76 63,58 Токарь 5 15 2 1876 3752 52,53 21,01 - - - 73,54 117,66 9,53 - 9,53 127,2 Электрогазос варщик 4 13 2 1876 3752 48,78 19,51 - - - 68,29 109,26 8,85 - 8,85 118,11 Фрезеровщ. 4 14 2 1876 3752 52,52 21,008 - - - 73,53 117,65 9,53 - 9,53 127,18 323 1364,96 545,96 1910,93 3057,47 363,51 3420,98 Таблица 6.16 - Численность служащих определяется по штатному расписанию Должность Численность К сп Численность списочная Начальник цеха 1 1,22 1 Зам. начальника цеха 2 1,22 2 Ст. производственный мастер 2 1,22 2 Мастер смены 8 1,22 10 Мастер технолог 4 1,22 5 Мастер анодного производства 8 1,22 6 Ст. механик 1 1,22 1 Механик 6 1,22 7 Уборщица 5 1,22 6 Всего: 37 40 Штатная численность цеха составляет 618 человек, численность списочная 747 человек. 6.5.4 Расчет фонда заработной платы рабочих Фонд заработной платы промышленно - производственного персонала планируется на основе рассчитанной численности, действующих тарифных ставок и систем заработной платы. Расчет заработной платы основных рабочих определяется с учетом премии 40 %. Ночные: 8/24 х 40% = 13,3 % от тарифа Праздничные: 8/365 х 100 = 2,19 % от тарифа Отпускные 30/179 х 100 = 16,76 % от основной зарплаты, где 30 дни отпуска по плановому балансу. Гособязанности: 2/179 х 100 = 1,11% Вспомогательные рабочие: Дежурный персонал работает по тому же графику, что и основные рабочие. Ремонтный персонал работает 5 дней в неделю, с выходными в субботу, в воскресенье и общественные праздничные дни. Премия: 40 % Отпуск: 19/234,5 х 100 = 8,1 % Прочие: 3/234,5 х 100 = 1,2%. Расчет планового фонда зарплаты рабочих представлен в таблице 6.16. 6.5.5 Фонд заработной платы служащих Фонд заработной платы служащих представлен в таблице 6.17. Таблица 6.17 - Фонд заработной платы служащих Должность Кол. человек Оклад тенге /мес Год. Фонд тенге Ночные, тенге Празд ничные, тенге Премия, тенге Всего Начальник цеха 1 54000 648000 259200 907200 Зам. Начальника цеха 2 43200 1036800 414720 1451520 Ст. производственный мастер 2 32400 777600 311040 1088640 Мастер смены 10 25200 3024000 201700,8 66225,6 1209600 4501526,4 Мастер- технолог 5 26550 1593000 637200 2230200 Мастер анодного производства 6 26550 1911600 764640 2676240 Ст. механик 1 24300 291600 116640 408240 Механик 7 18000 1512000 100850,4 33112,8 604800 2250763,2 Итого: 34 4317840 15514329,6 Уборщица 6 5400 388800 155520 544320 Сводная форма по труду и з/плате приведена в таблице 6.18 Таблица 6.18 - Сводная форма по труду и з/плате Категория  трудящихся Кол-во человек Годовой фонд з/платы в тыс. тенге Среднемесячная зарплата, тенге 1. Рабочие 707 363964,81 - основные 384 224685,45 48757,5 - дежурные 281 123884,95 36738 - ремонтники 42 15394,41 30541,5 2. ИТР 34 24822,927 60840 3. МОП 6 870,912 12096 Всего: 747 389658,46 43465,5 .6 Расчет себестоимости продукции Расчет себестоимости продукции проводится в следующем порядке: 1. Расчет сметы расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО). 2. Расчет сметы цеховых расходов. 3. Калькуляция себестоимости единицы продукции и товарного выпуска. Смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (РЭСО) представлена в таблице 6.19. Таблица 6.19 - Смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (РЭСО) Смета затрат Источник информации Сумма  Амортизция оборудования Активная часть основных фондов 552123,31  Содержание оборудования З/плата дежурного персонала с отчислениями на соцстрах. Прочие расходы - 50 % от зарплаты. 27529,99 + 27529,99 х 0,356 + 27529,99 х 0,5 229930,47 Текущий ремонт оборудования З/плата ремонтников с начислениями. Прочие 100 % к зарплате. 3420,98 + 3420,98 х 0,356 + 3420,98 36269,19 Прочие расходы 1 % 8183,21 Итого: 82656,18 Смета цеховых расходов представлена в таблице 6.20. Таблица 6.20 - Смета цеховых расходов Статьи затрат Источник информации Сумма 1.Содержание служащих Фонд з/платы 24822,927+870,912 25693,24 2. Начисление на соцстрахование От з / платы ИТР и МОП (24822,927+870,912) х 0,356 9147,01 3. Амортизация зданий, сооружений, передаточных устройств Пассивная часть основных фондов 120529,83 4. Содержание зданий и сооружений 2 % от сметной стоимости пассивной части основных фондов 4032575,2 х 0,02 80651,50 5. Текущий ремонт зданий и сооружений 4032575,2 х 0,03 120977,25 6. Расходы на охрану труда и т/б 5 % от зарплаты основных рабочих 224685,45х 0,05 11234,27 7. Прочие 10 % 24725,61  Итого: 271980,63 Далее определяем себестоимость продукции (на годовой выпуск и на единицу продукции): - расход сырья и основных материалов берется по данным материального баланса; - затраты на энергетические услуги берутся на основании фактических данных предприятия; - попутная продукция исключается из затрат по ценам предприятия; - внепроизводственные расходы - 2 - 3 % от производственной себестоимости; - общезаводские расходы берем в размере 25 % от цеховой себестоимости (без стоимости сырья). - зарплата основных рабочих берется из таблицы 6.18, начисления на зарплату принимаются в размере 10 % РЭСО. Калькуляция себестоимости алюминия представлена в таблице 6.21. Таблица 6.21 - Калькуляция себестоимости алюминия Статьи затрат На единицу (т) На годовой выпуск. Кол-во Цена, тенге Сумма, тенге Количе-ство Сумма, тыс. тенге 1. Сырье и основные материалы: Глинозем 1,92 40500 77760 195264 15183728 Фторид алюминия 0,017 131040 2096,64 474102,72 Фторид кальция 0,0 50400 0,0 0,0 Свежий криолит 0,001 126000 126 24603,3 Углеродистая продукция 0,56 26100 14616 2853978,7 Жерди 0,61 15,75 11,025 2151 Итого: 94609,8 18538564 2.Вспомогательные материалы 4 360 64800 3. Энергетические затраты Технологическая электроэнергия 13646 1,26 17559,9 3428815,5 Силовая электроэнергия, кВт 75 1,26 945 170100 Сжатый воздух 3,055 219,15 669,74 120522,3 Итого: 19048,41 3719468,2 4. Зарплата основная и дополнительная основных рабочих 1248,21 224685,45 Общепроизводственные расходы 6102 906491,47 7. Цеховые расходы 1511,01 271981,98 Итого цеховая себестоимость 119441,7 23322687 8. Общезаводские расходы 7603,2 1484632,8 9. Производственная себестоимость 127044,9 24807320 10. Внепроизводственные расходы 3594,15 701805,87 Итого полная себестоимость 131264,1 25631197 6.7 Расчёт финансовых результатов проекта Товарная продукция ТП = Ц´В, (6.3) где Ц - цена, тенге/т; В - выпуск, т. Аналог: 230112· 182250= 41 937912тыс. тенге. Проект: 274471· 182250 = 50 022337 тыс. тенге. 6.8 Расчёт показателей эффективности проекта К ним относят технические и экономические показатели эффективности использования отдельных ресурсов (фондоотдачу, фондовооружённость, производительность труда и т.п.) и показатели эффективности работы предприятия в целом (рентабельность). Фондоотдача   Fо = ТП / Сос; (6.4) где ТП - стоимость товарной продукции, тенге.; Сос - стоимость основных средств, тенге. Аналог: Fо = 41 937912 / 7 373409,3 тенге./тенге. Проект: Fо = 50 022337 / 7 373409,3 тенге./тенге. Фондовооружённость Fв = Сос / Ч; (6.5) где Ч - численность трудящихся, (чел.); Сос - стоимость основных средств, тенге. Аналог и проект: Fв = 7 373409,3 / 747 = 9070,75тыс.тенге./чел. Производительность труда Пт = ТП / Ч; (6.6) Аналог: Пт = 41 937912 / 747 = 56141,78 тыс.тенге./чел. Проект: Пт = 50 022337 / 747 = 66964,31 тыс.тенге./чел. Рентабельность продукции Р = (Пр / Сгод) · 100% (6.7) Аналог: Р = ((182250 - 131596,65) / 131596,65) · 100 % = 38,5 % Проект: Р = ((182250 - 131264,1) / 131264,1) · 100 % = 38,8 % Рентабельность продаж Р = (Пр / ТП) · 100% ; (6.8) Аналог: Р = (11655943 / 41 937912) ·100%= 27,8 % Проект: Р = (13994150 / 50022337) · 100% = 28 % Рентабельность производства Р = (Пр / (Сос + Собс)) · 100 %,(6.9) где Собс - стоимость оборотных средств (Собс = С · Вгод · 0,2), тенге. Аналог: Р =11655943 / (7 373 409,3 + (131,598 ·230112· 0,2)) · 100 = 78,6 % Проект: Р = 13994150 / (737409,3 +(131,26· 274471 · 0,2)) · 100 = 79,6 % Результаты технико-экономических расчётов сводим в таблицу 6.23. Таблица 6.23 - Показатели эффективности проекта Показатели Аналог Проект Отклонение 1. Выпуск продукции, т 230112 274471 +44359 2. Товарная продукция, тыс. тенге. 41937912 50022337 +8084425 3. Численность работников, чел. 747 747 0 Среднемесячная зарплата, тенге. 43465,5 43465,5 0 Производительность труда, тыс.тенге./чел 56141,77 66964,27 10822,5 Стоимость основных средств, тыс.тенге. 623409,3 623409,3 0 Фондоотдача, тенге./тенге. 25,596 30,528 +4,932 Фондовооружённость, тыс.тенге./чел 9870,75 9870,75 0 Себестоимость 1 тонны, тенге. 131596,65 131264,1 -332,55 Себестоимость годового выпуска, тыс.тенге. 25471600 25631197 +159597 Рентабельность продукции, % 38,5 38,8 +0,3 Рентабельность продаж, % 27,8 28,0 +0,2 Рентабельность производства, % 78,6 79,6 +1 В ходе проведённых расчетов, очевидно, что внедрение нового усовершенствованного алгоритма питания ванн глинозёмом, приводит к улучшению технико-экономических показателей производства алюминия: ) Выход по току увеличивается с 91,5 % до 92,3 %; ) Снизился расход электроэнергии на 187 кВт·ч/т. ) Себестоимость одной тонны алюминия снизилась на 332,25 тенге; ) Увеличилась рентабельность. Общий годовой экономический эффект составил 64597540 тенге, что даёт возможность предложить данный проект к внедрению. Также в дальнейшем, данное усовершенствование даёт возможность снизить количество технологического транспорта, а, следовательно, и расходы на его содержание и обслуживание. За счёт увеличения эффективности использования оборудования возможно сокращение численности работников предприятия. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Реализации проекта строительства Павлодарского электролизного завода способствуют следующие факторы: -    устойчивый прогнозный рост мирового производства алюминия с ежегодным приростом 3…4 % в год; -    устойчивое прогнозное превышение мирового потребления алюминия над производством с дефицитом спроса над предложением около 1% (прогноз до 2015г.); -    устойчивый прогнозный рост цен на первичный алюминий до 2015 года со средним уровнем цен за прогнозируемый период 1600…1700 у.е./т; -    высокое качество производимого на заводе первичного алюминия (99,8%), соответствующее стандартам стран Евросоюза, Северной Америки, Японии, и котировкам Лондонской биржи металлов; -    наличие производства глинозема, интегрированного в рамках одной компании ОАО «Алюминий Казахстана», позволяющее обеспечить объемы производства на уровне 1,46 млн. тонн (в перспективе 1,5 млн. тонн) с качеством соответствующим маркам Г00, Г0; -    наличие устойчивого обеспечения электроэнергией от Аксуйской тепловой электростанции с объемом потребления 3737 ГВтч, поставляемой по ЛЭП 500 КВт; -    наличие развитой транспортной инфраструктуры г. Павлодара, обеспечивающей возможность железнодорожного и автомобильного сообщения с проектируемым заводом за счет строительства 12 км железнодорожной ветки и автомобильной дороги длиной 10,2 км; -    наличие земельного участка размером 220,2 га, обеспечивающего строительство завода и возможность его дальнейшего расширения с выполнение комплекса работ по инженерной защите и возможностью строительства любых зданий и сооружений; -    отсутствие на площадке строительства завода и на прилегающих к площадке землях особо охраняемых природных и селитебных территорий, а также мест постоянного проживания населения; -    наличие трудовых ресурсов, благоприятный прогноз по возрастному составу населения в г. Павлодар, численность которого составляет 289,7 тысяч человек, в том числе 192,1 тысяча трудоспособного населения, при этом процент незанятого трудоспособного населения от всего трудоспособного населения составляет 43,6 %; -    возможность обеспечения водозабора от подземных вод, с помощью 10-ти скважин, расположенных в 500 м севернее площадки проектируемого завода, для создания замкнутого водооборота; -    отсутствие влияния проектируемого производства на подземные источники и поверхностные воды, попадающие в зону влияния (река Иртыш, озера Карабиданк, Жетекши, Моролды, Муялды,); -    наличие детальной предпроектной проработки проекта строительства завода,включая альтернативные технико-экономические обоснования, выполненные институтом ОАО «ВАМИ» (Санкт-Петербург) и фирмой HATCH (Великобритания); -    использование в проекте современной технологии производства первичного алюминия, основанной на достижениях ведущих мировых фирм и практическом опыте последних лет по внедрению технологий электролиза на электролизерах с обожженными анодами в Китае институтом GAMI (Гуйан); -    использование в проекте оборудования и технологий, позволяющих минимизировать воздействие производства на окружающую среду; с проектными показателями по удельным выбросам фторисуноктого водорода равным 0,25 кг/т, твердых фторидов - 0,62 кг/т, оксида серы - 12,2 кг/т алюминия, позволяющими отнести создаваемое производство к числу самых экологически чистых производств среди мировых алюминиевых заводов; -    использование в проекте способов утилизации отходов, позволяющих из общего количества твердых отходов 72% переработать на собственном предприятии, и 24 % - передать на утилизацию на другие предприятия. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Никитин Г.М., Калиакпаров А.Г., Жунусов А.К. Методическое руководство по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 2401 Металлургия черных и цветных металлов (специализация - электрометаллургия стали и ферросплавов). -Павлодар: ИнЕУ, 2001-54с 2. Бузунов В.Ю., Поляков П.В. Напряжение на ванне. Материалы высших алюминиевых курсов.- Красноярск. 2003год. - С. 24-35. 3. Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия. - Новосибирск: Наука, 2001. - 368 с. 4. Борисоглебский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиразутдинов Г.А. Металлургия алюминия. - Новосибирск: Наука, 2000. -438 с. 5. Троицкий Н.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия., М. Металлургия. 1977.-392с. 6. Борисоглебский Ю.В. Расчет и проектирование алюминиевых электролизеров. Ленинград, М.: Металлургия, 1981. - 78 с. 7. Гончаров А.Ф., Ковалёва О.А. Методические указания по дипломному проектированию для студентов специальности 110200 электроснабжение предприятий. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 1990. - 25с. 8. Блок В.М., Обушев Г.К., Паперно Л.Б. и др.; Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. - М.:Высш. Шк., 1990. - 383 с. 9. Лапаев И. И., Лопатина Т. В. АСУ ТП металлургической промышленности. - Красноярск КГАЦМиЗ,1991. - 80с. 10.Деев П. З. Техника безопасности в производстве алюминия - М.,1978. - 238с. 11.Богданова Э. В., Степанов А. Г., Зернова Т. Н., Максименко Л. С. «Безопасность жизнедеятельности» в дипломном проектировании для студентов металлургических специальностей КГАЦМиЗ;- Красноярск,1994. - 32с. 12.Мандричко Т.М., Смирнов М.А. Организация и планирование металлургических цехов в цветной металлургии: Метод. Указания к дипломному и курсовому проектированию.- ГАЦМиЗ. - Красноярск, 2002. - 48с. Похожие работы на - Разработка проекта электролизного цеха   ... технологии извлечения фторидов из анодных газов электролизного производства СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Проект цеха электролиза производительностью 315 тыс. т алюминия в год... СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Технология переработки вторичного алюминия СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе ... обоснование модернизации оборудования в глиноземном цехе филиала ОАО... СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Анализ инвистиционного проекта предприятия СкачатьСкачать документ Информация о работеИнформация о работе Нужна качественная работа без плагиата? Другие дипломные работы по другим направлениям Не нашли материал для своей работы? Поможем написать уникальную работу Без плагиата! Узнайте © 2003 - 2022 «Библиофонд» Обратная связь Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Полная версия Помощь по учебным работам Консультация по курсовой работе Консультация по дипломной работе ВКР Консультация по реферату Консультация по отчетам о практике