Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2014
Около 1000 км к северу от Стокгольма (Швеция), за Полярным кругом, находится впечатляющий карьер медного рудника, известный как Аитик. Хотя доля металла, найденного на медном руднике Аитик, низкая – менее 0,3% – это месторождение очень прибыльное благодаря эффективной организации его работы.
На самом деле, операции в последнее время стали еще эффективнее: модернизация всего процесса добычи на 790 млн. дол. США позволила операторам компании Boliden удвоить производственные мощности и продлить срок эксплуатации шахты до 2030 г. Компания «АББ» внесла свой вклад в этот успех, предоставив широкий спектр продуктов и систем для энергоснабжения и управления всем участком.
Расположенное недалеко от Гялливаре, в арктическом регионе Лапландии (Швеция), медное месторождение Аитик было обнаружено в 1930 г. Тем не менее, добыча началась только в 1968 г., когда технология получила развитие, достаточное для извлечения металла.
Хотя качество руды низкое – 0,25% меди, 0,1 г золота и 2 г серебра на 1 т руды – эти металлы все-таки стоит добывать. В 2006 г. компания Boliden приняла крупнейшее инвестиционное решение об увеличении добычи на шахте в виде трехлетней модернизации стоимостью 790 млн. дол. США.
Среди продуктов и систем, поставленных компанией АББ, – 650 двигателей, 230 приводов и частотно-регулируемых приводов, два безредукторных привода мощностью 22,5 МВт для мельниц, две системы сдвоенных шестеренных приводов (2х5 МВт), четыре двигателя (1,4 МВт) с постоянными магнитами, 23 распределительных трансформатора, закрытое распределительное устройство (РУ) с элегазовой изоляцией, система фильтра гармоник, расширенная система автоматизации 800xA, система управления технологическими процессами и, конечно, комплексный контракт на предоставление услуг (рис. 1) .
Компания «АББ» имеет большой опыт в разработке решений для добычи. Компания поставила первые приводы и устройства управления для шахтных подъемников на железный рудник Колнингсбергерт в Норберге (Швеция) в 1891 г. – 123 года назад! Компания также поставила более 600 новых подъемников и модернизировала сотни существующих заводов. Шахтный подъемник, поставленный в 1930 г. компанией ASEA – предшественницей компании «АББ», на цинковый рудник Цинкгруван в Швеции, все еще находится в эксплуатации. «АББ» стала пионером в горной индустрии – предшественница компании – VEM поставила первый цепной экскаватор и конвейерный мост в 1949 г., а также первый ленточный конвейер в 1960 г. «АББ» также является пионером в разработке системы безредукторного привода для мельниц (БПМ) – гигантский двигатель и приводные системы обеспечивают энергоснабжение рудных мельниц. Они являются более надежными и энергоэффективными, чем традиционные системы привода для мельниц, и увеличивают производительность стана. Компания «АББ» поставила первый в мире безредукторный привод для мельницы для цементной компании Lafarge во Франции в 1969 г., и этот привод мощностью 6,4 МВт все еще работает.
Первая система БПМ от компании «АББ» для переработки минерального сырья была разработана для концентратора меди на руднике Бургенвилль в Папуа-Новой Гвинее в 1985 г.
С 1969 г. компания «АББ» поставила или получила заказ более, чем на 100 систем БПМ по всему миру.
Сейчас системы стали крупнее и мощнее. В 2010 г. компания поставила один БПМ мощностью 28 МВт для самоизмельчающей (ПСИ) мельницы диаметром 12,2 м и два БПМ мощностью 22 МВт БПМ для гранулятора диаметром 8,5 м для крупнейшей системы, которая должна работать на высоте 4600 м над уровнем моря в концентраторе меди на шахте Минера Хиналькос Торомочо в Перу. В 2010 г. компания «АББ» получила заказ на поставку БПМ мощностью 28 МВт для первой в мире ПСИ мельницы диаметром 12,8 м.
Но самые мощные системы БПМ (22,5 МВт), находящиеся в эксплуатации в настоящее время, – это использующиеся на концентраторе Болиден в Швеции. Они приводят в движение 11,6 м МСИ. С точки зрения объема, мельницы Аитик – самые большие в мире с невероятной длиной в 13,7 м.
Обеспечение надежного и стабильного энергоснабжения путем поставки электрооборудования и вспомогательных устройств является также краеугольным камнем вклада компании «АББ» в добычу полезных ископаемых. Автоматизация является одним из ключевых компонентов, предоставляя средства для точного контроля процессов и оборудования, оптимизации производственной пропускной способности, улучшения безопасности труда, и работы с наиболее эффективным использованием материалов и энергетических ресурсов.
С 1883 г. предшественник компании «АББ» – ASEA поставляет системы электроснабжения и управления для крупных операций по добыче во всем мире. Некоторые из наиболее значимых проектов компании «АББ»:
- поставка двух транспортных и накопительных установок для бокситов на бокситовый рудник Боксивен Лос Пихигаос, Венесуэла (1992 г.). Установка состояла из всей электрической инфраструктуры и электротехнического оборудования (распределительные устройства, трансформаторы, центры управления двигателями, частотно-регулируемые приводы и центральная система управления АББ);
- модернизация цинкового завода Кахамаркила, Перу (1998 г.). В поставку АББ входили выпрямители трансформатора, индукционная печь и система управления технологическим процессом, что помогло удвоить мощность завода;
- строительство нового завода Моатиз Вале по производству угля в Мозамбике, начатое в 2009 г.
В комплект поставки входит расширенная автоматизированная система 800xA, все среднеи низковольтные системы распределения электроэнергии, приводы, двигатели и прочее вспомогательное оборудование.
Работа рудника Аитик
Ежедневно на руднике перерабатывается 106 000 т. Этого достаточно для ежечасного наполнения массивных 100-тонных грузовиков с колесами высотой 3,4 м (рис. 2).
с колесами 3,4 м используются для перевозки 200-тонных грузов в дробилку в карьере Аитик.
Фото Петера Тубааса
Каждый из грузовиков поставляет около 200 т руды на дробилку, расположенную внутри 405-метрового карьера, где она уменьшается до 30сантиметровых валунов и транспортируется через подземные конвейеры в наземные хранилища. Другой конвейер доставляет руду на концентратор со скоростью 4 м/с. Семикилометровые конвейеры приводятся в действие двигателями и приводами «АББ». Два безредукторных привода мощностью 22,5 МВт, установленные на концентраторной установке для мельницы, – самые мощные на сегодняшний день. Они дробят руду до песка, измельчая в общей сложности 4400 т руды в 1 ч. Песок помещается в цистерны для флотации, заполненные реагентами, пенообразователями, сжатым воздухом и мелом, в которые каждый час добавляется около 500 000 л воды. Благодаря подобной химической обработке металл всплывает наверх, что облегчает его отделение. Образующийся концентрат (халькопирит), содержащий 25 % меди, транспортируется по железной дороге на завод Болиден в Р̆ннскяре.
Эффективность – это ключ к производительности на руднике Аитик.
Компания «АББ» представила технологии, которые позволили заводу Болиден удвоить свои производственные мощности до 36 млн. т руды в год.
Конвейерные приводы
Впечатляющие семикилометровые конвейеры транспортируют большие куски руды на завод, где они измельчаются (рис. 3). При использовании таких длинных конвейеров предъявляются строгие требования к механическим устройствам и подаче электроэнергии. Крайне важны контролируемый плавный пуск, а также управляемость и защита оборудования. Следовательно, выбор привода для конвейера имеет решающее значение.
Компания «АББ» разработала специальную технологию для удовлетворения потребностей наземного конвейера (НК). Приводы НК, используемые на руднике Аитик, обеспечивают наличие таких функций, как распределение нагрузки, плавный пуск при любой нагрузке, различные функции торможения и остановки и др.
Эти решения учитывают производительность, эффективность капитальных затрат, гибкость и оптимизацию работы, надежность и износ конвейерного оборудования, число деталей, подверженных износу, компактность и конструкцию двигателя, которая позволяет легко и быстро заменять блоки и шкивы подшипников.
Двигатель и системы приводов
Компания «АББ» поставила около 650 электродвигателей и приводов для новых установок на руднике Аитик. Двигатели мощностью от 4 кВт до 5 МВт используются практически на каждом этапе процесса добычи.
Они приводят в действие дробилки в карьере, конвейеры, транспортирующие щебень в концентратор, мельницы, насосы подачи воды для мельниц и удаления грязных отходов, оставшихся после процесса концентрации, а также вентиляторы, регулирующие качество воздуха.
Многие из двигателей, используемых на руднике, должны работать 24 ч в сутки 365 дней в году, как и сам рудник, и зачастую в очень пыльных условиях. Более того, любое открытое оборудование на участке должно выдерживать температуру, которая может понижаться до –45°C в зимний период. Эти факторы делают надежность одним из самых важных требований к двигателям и системам привода.
Подстанция и фильтры гармоник
Горнодобывающая промышленность является энергоемкой деятельностью, и для проекта расширения рудника Аитик потребовалось строительство двух дополнительных линий электропередачи. Новая, более емкая подстанция также необходима для управления дополнительным входящим питанием.
Компания «АББ» поставила подстанцию на 170 кВ на основе технологии закрытого РУ с элегазовой изоляцией, что позволило уменьшить на 80% размер установки (рис. 4).
Подстанция состоит из двух входящих линий электропередачи с установки, обеспечивающих поставку электроэнергии даже при выходе одной линии из строя. Три трансформатора на 80 МВА понижают напряжение для использования в шахте.
Эти трансформаторы могут обрабатывать столько энергии, сколько потребляется городом на 100 000 человек.
Электроэнергия распределяется по руднику через РУ на 24 кВ производства UniGear (группа компаний «АББ»). Подстанция и две линии электропередачи контролируются и защищаются релейной защитой Relion®.
Энергетическое оборудование обеспечивает наиболее высокий уровень надежности энергоснабжения, позволяя руднику работать днем и ночью.
Компания «АББ» также поставила систему фильтров гармоник, что позволило заводу Болиден избежать повреждения собственного оборудования, а также нарушений локального источника питания, что может привести к возвратам от сети. Гармонические искажения в сетке находятся ниже пределов, установленных МЭК (Международная электротехническая комиссия), и местных стандартов, фильтр и коэффициент коррекции мощности системы обеспечивают коэффициент мощности 0,99 или выше.
Безредукторный привод для мельницы
Приводы мельницы являются одним из важнейших компонентов в переработке руды и минерального сырья. Безредукторные приводы для мельниц (БПМ) представлены разнообразием моделей, отсутствие редуктора и других механических компонентов повышает их эффективность при одновременном снижении потребности в обслуживании.
Основным компонентом БПМ является колоссальный двигатель, интегрированный в барабанную мельницу, в которой руда измельчается.
Двигатель оснащен приводом, который приводит мельницу в движение мягко, без каких-либо механических воздействий. БПМ (рис. 5), эксплуатирующиеся на руднике Аитик – самые мощные в мире (22,5 МВт).
Мельницы имеют 13,7 м в длину и 11,6 м в диаметре, и каждая перерабатывает 2200 т руды в 1 ч.
Система управления
Весь процесс добычи на руднике Аитик (установка концентрации, конвейерные системы, насосные станции и даже собственные очистные сооружения рудника) контролируются расширенной автоматизированной системой 800xA (рис. 6). Система 800xA интегрирует разнообразное оборудование, системы и приложения для обеспечения общего визуального интерфейса.
Система обслуживания шахты IBM Maximo интегрирована с системой 800xA, что позволяет создавать отчеты о неисправностях непосредственно на интерфейсе оператора.
Это облегчает передачу операторами отдела технического обслуживания сообщений о проблемах. Теперь операторы просто нажимают на объект, о котором они хотят сообщить, выбирают «Создать отчет о неисправности», вводят описание проблемы и подтверждают информацию, которая затем становится доступной в системе Maximo. После интеграции системы технического обслуживания произошло пятикратное увеличение отчетов о неисправности, которые сокращают внеплановые простои и технологические нарушения.
Аитик – это первая установка в мире, интегрирующая не только техническое обслуживание системы, но и систему электронного документооборота с системой 800xA. Благодаря этому операторы получили быстрый и легкий доступ к инструкциям, чертежам и т.д., имеют возможность принятия быстрых и точных решений. В марте 2011 г. на руднике начали использовать мониторы системы 800xA в качестве средства для осуществления профилактического обслуживания, сосредоточив внимание на трех важных деталях работы, которые необходимы для рентабельности шахты. Одним из них является РУ для больших заводов.
Мониторы сигнализируют о потребности в техническом обслуживании и помогают заблаговременно выявлять проблемы оборудования и принимать меры по устранению неполадок. Завод Болиден планирует применить решение по оптимизации компании «АББ» на всех своих рудниках при обновлении системы контроля и замены ее системой 800xA. Еще одним новшеством, внедренным на руднике, является возможность запуска полной системы 800xA концентратора на смартфонах HTC (рис. 7). Это обеспечивает гибкость в осуществлении контроля и управления заводом.
Рудник Аитик – один из первых промышленных объектов в мире, использующий новый международный стандарт МЭК 61850, который регламентирует связь внутри и между электрическими компонентами.
Это означает, что система 800xA создает единую среду, с помощью которой можно контролировать и управлять оборудованием автоматизации процессов, средствами автоматизации электроснабжения, а также защитным, распределительным и передающим оборудованием. Интеграция электрической системы управления с системой управления технологическими процессами на предприятии повышает производительность и снижает число остановок, обеспечивая единую стратегию в области инженерного, технического обслуживания и эксплуатации.
Кроме того, принятие глобального стандарта на основе новейших технологий позволяет снизить затраты на установку и эксплуатационные расходы, а также улучшает визуализацию расхода и потребления энергии.
Надежное энергоснабжение является жизненно важным для функционирования любой отрасли. Управление снабжением и контроль над этим процессом является таким же важным, как контроль и управление любым другим основным параметром процесса. На руднике Аитик это означает, что входящее питание визуализируется в системе 800xA. Операторы имеют полное представление обо всей установке и могут немедленно внести коррективы при обнаружении нарушений в поступающем энергоснабжении.
Материалы предоставлены компанией «АББ»
