TECHNICZNO-TECHNOLOGICZNEGO BATERII KOKSOWNICZYCH

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Paliw i Energii Katedra Technologii Paliw Rozprawa doktorska MONITORING STANU TECHNICZNO-TECHNOLOGICZNEGO BATERII KOKSOWNICZYCH Ludwik Kosyrczyk promotor rozprawy prof. dr hab. inż. Aleksander KARCZ Kraków 00

2 Spis treści. Wprowadzenie.. Czynniki kształtujące stan i jakość pracy baterii koksowniczej.. Oddziaływanie czynników związanych z rozwiązaniami projektowymi baterii oraz jej budową i uruchomieniem.. Oddziaływanie czynników eksploatacyjnych. Dynamika zużycia baterii. 9. Sposoby oceny składowych charakteryzujących stopień zużycia baterii.. Ocena stanu technicznego baterii.. Ocena stanu technologicznego baterii 9. Przegląd dotychczasowych sposobów monitoringu stanu baterii koksowniczej 6. Propozycja systemu oceny ilościowej stopnia zużycia baterii 6.. Wybór obiektów oraz elementów (usterek) ocenianych w wybranych obiektach 6.. Koncepcja oceny liczbowej stanu baterii 6.. Analiza wyników ankiet oceny stanu baterii koksowniczej 9. Algorytm monitoringu baterii koksowniczej i wyniki jego testowania.. Wyjściowe dane do charakterystyki stanu baterii.. Tok obliczeń.. Wyniki testów Podsumowanie 60 6 Literatura Załączniki Lista ankietowanych ekspertów Ankieta dotycząca sposobu oceny stanu baterii koksowniczej 0

3 . WPROWADZENIE. Bateria pieców koksowniczych jest najważniejszym i najkosztowniejszym agregatem w ciągu technologicznym procesu produkcji koksu. Koszt budowy nowoczesnej jednostki, w zależności od jej mocy produkcyjnej, zastosowanych materiałów i rozwiązań, miejsca budowy itd., kształtuje się obecnie na poziomie 0-00 mln zł. Wysokie koszty budowy i długi czas zwrotu poniesionych nakładów, z których w dodatku znaczna część, bo ok. ⅓, musi być wydatkowana nie na pomnożenie mocy produkcyjnej, a na przedsięwzięcia proekologiczne, niezbędne ze względu na ograniczenia natury legislacyjnej, stwarzają problemy z pozyskaniem odpowiednich środków. W efekcie obserwuje się tendencję do wydłużania czasu eksploatacji baterii koksowniczych zarówno w świecie, jak i w Polsce. Jeszcze niedawno jako kres żywotności baterii koksowniczej przyjmowano 0 letni okres jej eksploatacji []. Obecnie ponad % światowej produkcji koksu otrzymuje się z baterii w wieku 0-0 lat i ponad % z baterii starszych niż 0 lat []. W Polsce, mimo intensywnie prowadzonej koniecznej wymiany potencjału produkcyjnego w trybie inwestycyjnym, 0% zdolności produkcyjnych jest zainstalowana na bateriach w wieku 0- lat i 9% na bateriach starszych niż lat []. W nakreślonej wyżej sytuacji niezwykle istotnego znaczenia nabiera problem monitoringu pracujących baterii koksowniczych, umożliwiającego prowadzenie eksploatacji na wymaganym poziomie oraz w przypadku stwierdzonych ponadnormatywnych odchyleń, podejmowania decyzji o środkach naprawczych. Zasadniczym celem przy opracowaniu założeń monitoringu winno być uzyskanie jak największej ilości istotnych informacji o aktualnym stanie technicznym obiektu przy jednoczesnym zminimalizowaniu kosztu i czasu potrzebnych do ich gromadzenia. W oparciu o zgromadzone dane, system powinien umożliwić trafną diagnozę stanu baterii koksowniczej, która będzie podstawą do podjęcia odpowiednich decyzji. Ponieważ jednak bateria koksownicza jest jednym z najbardziej skomplikowanych pieców przemysłowych, w którym niesprawność każdego z elementów w różny sposób wpływa na stan całości obiektu, zagadnienie to nie jest łatwe do rozwiązania. Prowadzenie monitoringu baterii koksowniczych, opartego na racjonalnych przesłankach, a równocześnie realnego do wdrożenia w warunkach przemysłowych, wymaga między innymi: - ustalenia zasady prowadzenia monitoringu wraz z odpowiednimi procedurami, wyboru ocenianych czynników i narzędzi ich oceny, ilościowego oszacowania skutków oddziaływania poszczególnych czynników i ich grup na stan techniczny i technologiczny baterii, ustalenia syntetycznych wskaźników służących do globalnej oceny stanu baterii, opracowania wytycznych praktycznej realizacji działań monitoringowych oraz wykorzystania wynikających z nich wniosków.

4 Obecnie, mimo podejmowanych prób brakuje nie tylko zunifikowanego systemu oceny stanu techniczno-technologicznego baterii, ale nawet sposobu zbierania i obróbki danych. Ogólne wytyczne w tej dziedzinie stają się już niewystarczające, a podejmowanie właściwych decyzji produkcyjnych i remontowych, w tym o ewentualnym wyłączeniu baterii z eksploatacji (ze względu na nieopłacalność podejmowanych działań naprawczych), napotyka na istotne trudności. Dziś dysponent baterii koksowniczych musi wiedzieć, nie wnikając w szczegóły, nie tylko jaki jest stan obiektów będących w jego gestii, ale również na który z nich i w jakiej kolejności przeznaczyć środki remontowe i jakie efekty dzięki temu się uzyska i to niezależnie od typu baterii i miejsca jej eksploatacji. Wynik oceny musi być wobec tego nie tylko możliwie najbardziej obiektywnym, ale również czytelnym, bez potrzeby prowadzenia skomplikowanych analiz. Takie cechy może zapewnić punktowe (procentowe) wartościowanie stwierdzanych usterek według algorytmów, z góry ustalonych i akceptowanych przez użytkowników oraz ekspertów z dziedziny eksploatacji baterii koksowniczych. Mając powyższe na względzie w niniejszej pracy postawiono sobie za cel opracowanie stosownych algorytmów i procedur monitoringu, reprezentującego następujące cechy: - uniwersalizm, tzn. możliwość jego zastosowania do oceny baterii różnych typów, pracujących zarówno w systemie zasypowym, jak i ubijanym, z opalaniem bocznym, jak i z dolnym, obiektywizm i wszechstronność oceny stanu technicznego baterii, realność wykonania oceny przy kosztach i czasie ograniczonych do możliwego minimum. Na opracowanie takiego systemu monitorowania baterii koksowniczych istnieje duże zapotrzebowanie ze strony producentów koksu. Pozwoliłoby to bowiem na prowadzenie obiektywnej analizy porównawczej różnych baterii, oceny dynamiki zmian stanu techniczno-technologicznego tego agregatu w czasie kolejnych lat eksploatacji i zakresu niezbędnych działań remontowych oraz naprawczych.

5 . CZYNNIKI KSZTAŁTUJĄCE STAN I JAKOŚĆ PRACY BATERII KOKSOWNICZEJ. Bateria pieców koksowniczych, podobnie jak każdy obiekt techniczny, ulega w czasie eksploatacji naturalnemu zużyciu. Stopniowo obniża się jej zdolność produkcyjna, rośnie zaś ilość usterek i koszty produkcji. Proces starzenia nie jest jednak dla wszystkich baterii identyczny i zależy od wielu czynników. Czynniki te można podzielić na dwie podstawowe grupy, z których pierwsza jest związana z fazą projektowania, budowy i uruchomienia baterii, natomiast druga z jej właściwą eksploatacją... Oddziaływanie czynników związanych z rozwiązaniami projektowymi baterii oraz jej budową i uruchomieniem. Problem żywotności baterii koksowniczej, w określonych warunkach eksploatacji, można sprowadzić do zagadnienia jak najlepszej konstrukcji masywu ceramicznego, uzbrojenia i osprzętu, trwałości wyrobów ogniotrwałych zastosowanych do budowy masywu ceramicznego oraz sposobu, a raczej prawidłowości, jej budowy, rozruchu i dochodzenia do nominalnej zdolności produkcyjnej. Konstruktor baterii opierając się na swojej wiedzy, wynikającej między innymi z dotychczasowych doświadczeń, znanych praw rządzących wymianą ciepła i masy, jakości materiałów użytych do budowy oraz wyników badań modelowych, musi wybierać takie rozwiązania konstrukcyjne, które gwarantując odpowiednią trwałość baterii zapewnią równocześnie pożądany poziom wskaźników technicznoekonomiczno-ekologicznych procesu koksowania. Często są to problemy o charakterze studiów optymalizacyjnych z określonymi warunkami brzegowymi. Błędy konstrukcyjne mogą decydować w znacznym stopniu o skróceniu okresu eksploatacji baterii, bądź o konieczności podjęcia działań modernizacyjnych, już w czasie jej eksploatacji. Uzyskanie korzystnej efektywności ekonomicznej projektowanej baterii wymaga przede wszystkim zapewnienie odpowiedniej produktywności komór koksowniczych. Jeszcze do niedawna za zadawalającą uważano produktywność wynoszącą 0 kg koksu/h z m komory []. Obecnie wymagania są jeszcze większe. Wg Filipova [] wzrastająca zdolność produkcyjna baterii, będąca wynikiem zwiększenia wysokości komór i ich długości, bądź zmiany czasu koksowania (związanego w znacznej mierze z szerokością komory oraz grubością i przewodnictwem cieplnym ścianki wozówkowej), obniża jednak trwałość jej konstrukcji, zgodnie z wzorem: Tr = τ B, K * * * * * 0 0, L H, [.]

6 gdzie: Tr τ BLHK- trwałości pieców koksowniczych [lata], cykl koksowania [h], średnia szerokość komory [m], długość komory [m], wysokość komory [m], zbieżność komory [mm/m]. Poszerzanie komory, choć korzystne z punktu widzenia trwałości masywu ceramicznego (niższe ciśnienie rozprężania mieszanki węglowej, a więc i mniejsze siły działające na ścianę komory oraz mniejsze siły potrzebne do wypchnięcia koksu) i warunków eksploatacji (w szerszych komorach można koksować mieszankę o dużym ciśnieniu rozprężania), nie daje jednak wzrostu produktywności baterii [6]. Wynika to z faktu, że czas koksowania nie jest proporcjonalny do szerokości komory, lecz ma charakter funkcji wykładniczej: τ = C Bn [.] gdzie: τcbn- cykl koksowania [h], współczynnik uwzględniający parametry pracy baterii, szerokość komory [mm], wykładnik potęgowy, którego wartość waha się w granicach,-,. Nie tylko jednak rozmiar komór decyduje o żywotności baterii. Przy jej projektowaniu należy bowiem uwzględnić geometrię stropu i ściany grzewczej, a także właściwości proponowanych materiałów ceramicznych oraz charakter i wielkość naprężeń oddziałujących na obmurze komory []. Przeprowadzone przez Romasko [] obliczenia wytrzymałościowe ścian grzewczych komór koksowniczych wykazują, że dla zadanej szerokości komory i danego materiału konstrukcyjnego ścian, stosunek wysokości komory do szerokości ściany posiada swoje optimum (dalszy wzrost szerokości ściany nie przynosi spodziewanych efektów), zaś wraz ze wzrostem temperatur kanałów grzewczych i obniżeniem grubości stropu żywotność pieca koksowniczego maleje (rys..). Szczególnie wyraźny jest tu wpływ wielkości temperatur w kanałach grzewczych, a przecież to one w konsekwencji decydują o możliwej produktywności baterii. Należy także wspomnieć, że w dalszym ciągu aktualne wydają się być wskazania dotyczące ograniczenia tzw. wskaźnika smukłości baterii, która nie powinna przekraczać wartości 00. H.Dürselen i J.Janicka [9] stwierdzili, że żywotność komór koksowniczych (przy prawidłowo prowadzonej technologii koksowania) jest uzależniona przede wszystkim od ciśnienia rozprężania oraz grubości wozówek i masy stropu przypadającej na pojedynczy kanał grzewczy. Wzajemną relację tych parametrów, umożliwiających ocenę dopuszczalnego ciśnienia rozprężania dla komór koksowniczych o wysokości m przedstawia rysunek..

7 średnia temperatura kanałów grzewczych 00 stopni C, grubość stropu, m średnia temperatura kanałów grzewczych 00 stopni C, grubość stropu,06 m średnia temperatura w kanałach grzewczych stopni C, grubość stropu, m średnia temperatura w kanałach grzewczych stopni C, grubość stropu,0 m 0 0,,,,6 szerokość ściany [m] Rys.. Zależność żywotności pieca koksowniczego od szerokości ściany grzewczej, temperatur w kanałach grzewczych i grubości stropu (dla komór o wysokości m i szerokości 0,m) [] Dopuszczalne ciśnienie rozprężania [kpa] Żywotność pieca koksowniczego [lata] 6, 6 Grubość wozówki 00 mm Grubość wozówki 90 mm Grubość wozówki 0 mm Grubość wozówki 0 mm Grubość wozówki 60 mm, Masa stropu przypadająca na jeden kanał grzewczy [kg] Rys.. Wzajemne relacje dopuszczalnego ciśnienia rozprężania oraz grubości wozówek i masy stropu dla komory koksowniczej o wysokości m [9] 00

8 Czynnikiem wpływających na żywotność pieca koksowniczego, na równi z wcześniej wymienionymi, jest odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych, w tym szczególnie ceramicznych. Do końca XIX wieku jedynym materiałem ceramicznym stosowanym do budowy pieców koksowniczych był szamot []. Jego właściwości fizyko-chemiczne były jednak niewystarczające, przy stale wzrastających wymaganiach w stosunku do wielkości jednostkowej produkcji koksu z komory. Współczesne wyroby ogniotrwałe przeznaczone na obmurze komór muszą charakteryzować się między innymi wysoką (>60oC) ogniotrwałością pod obciążeniem, zwłaszcza w przypadku podwyższonych temperatur koksowania, oraz możliwie wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego (co najmniej, W/mK w temperaturze 00oC), a także niską porowatością otwartą (maksimum %) i wysoką wytrzymałością na ściskanie (minimum 0 MPa) [0]. Jeśli uwzględnić ponadto wymagania dotyczące odporności mechanicznej i chemicznej w wysokich temperaturach to obecnie jedynie krzemionka, o określonej jakości, spełnia powyższe wymagania []. Jakość wyrobów krzemionkowych zależy jednak od wielu czynników, w tym głównie od surowca i procesu ich wypalania. Wśród właściwości wyrobów krzemionkowych zastosowanych do budowy baterii koksowniczej na szczególną uwagę zasługuje zawartość kwarcu resztkowego (nieprzemienionego) []. Nadmierna jego ilość, będąca głównie wynikiem niedostatecznego wypalenia wyrobów, ale także specyficznych cech surowca zastosowanego do wytwarzania materiałów krzemionkowych, prowadzi do wysokiej rozszerzalności wtórnej, zaś zbyt mała do tzw. ekspansji negatywnej. Zarówno jeden, jak i drugi przypadek powoduje zbyt wczesne spękania ścian grzewczych. Znawcy tematu [], oraz normy jakościowe [] kierują się w tym wypadku typem surowca użytego do produkcji materiałów ogniotrwałych. Dla typowych surowców, drobnokrystalicznych, wartość kwarcu resztkowego, przy zrównoważonym stosunku trydymit/krystobalit, winna się wahać w granicach -%, zaś dla grubokrystalicznych nie powinna przekraczać 6%. Powyższe stwierdzenia, choć słuszne, nie wyczerpują jednak zagadnienia doboru materiałów ogniotrwałych dla budowy ścian grzewczych. Wykonana analiza statystyczna niezawodności elementów baterii wielkokomorowych, wskazuje bowiem, że udział uszkodzeń elementów węzła drzwi-ramy-pancerze-masyw jest większy niż w pozostałych częściach i elementach osprzętu []. Proponuje się więc np.: zastąpienie, w części głowicowej, tradycyjnej krzemionki, wymiennymi blokami szamotowymi, lub z betonu ogniotrwałego, zastosowanie skuteczniejszych izolacji na styku wymurówka drzwi i ich korpus itp. []. Mówiąc o doborze materiałów konstrukcyjnych nie sposób zapomnieć o zaprawach łączących kształtki obmurza ceramicznego. Oprócz wymaganej ogniotrwałości i składu chemicznego muszą się one cechować dobrą przyczepnością i spiekalnością w całym zakresie temperatur eksploatacyjnych [6]. Brak, lub niewielka spiekalności zapraw może być jedną z przyczyn destrukcji górnej części ścian grzewczych, a także sklepienia i stropu komór, tam gdzie temperatura jest niedostateczna dla uzyskania wiązań ceramicznych.

9 Niebagatelny wpływ na żywotność baterii, a w rzeczywistości obmurza komór, ma również, sposób wiązania kształtek ścianowych. Istnieje w tym względzie cały szereg rozwiązań - wiązacze w kształcie młotka, sopla, sopla z wewnętrznym młotem, zawiasu. Każde z nich ma swoje wady i zalety. Jedno daje dużą wytrzymałość, przy niskiej elastyczności, drugie dużą elastyczność, przy niskiej wytrzymałości. Siły oddziałujące na obmurze komory, w zależności od typu wiązania, mogą sprzyjać pękaniu wozówek (sztywne połączenie wiązacza z wozówką), albo wiązaczy (elastyczne połączenie wiązacza z wozówką). Niektóre firmy projektowe dla zapewnienia wymaganej wytrzymałości wiązań, przy jednoczesnym ograniczeniu ich sztywności stosują w konstrukcji ściany rozwiązania mieszane, czyli z jednej strony młotek z drugiej sopel, lub różne wiązacze []. O trwałości baterii decyduje jednak nie tylko konstrukcja i geometria ścian grzewczych, ale także zastosowanie odpowiednich rozwiązań w zakresie zbrojenia i okotwiczenia oraz osprzętu. Krzemionka, ze względu na mechaniczne właściwości, podobnie jak beton, nie jest odporna na siły rozciągające. Projektant baterii winien więc tak dobrać sztywność słupów kotwicznych i tak rozmieścić siły kompensujące naprężenia ścian aby, po uwzględnieniu wpływu gradientu temperatur w uzbrojeniu, ograniczyć momenty gnące na ścianie []. Obliczenia wykonane dla różnych wariantów obciążenia okotwiczenia, wskazują, że to głównie od ilości punktów przyłożenia sił kompensujących i ich rozmieszczenia zależy charakter naprężeń w ścianie. Mniejszy, choć równie istotny wpływ mają naprężenia cieplne w uzbrojeniu bocznym i stojakach kotwicznych oraz sztywność okotwiczenia Brak dostatecznej izolacji czół ścian grzewczych prowadzi nie tylko do deformacji uzbrojenia i okotwiczenia baterii, ale przede wszystkim wymusza konieczność zwiększenia obciążeń wywieranych na ścianę. Podwyższanie zaś sztywności słupów ponad granicę wymaganą z punktu widzenia wytrzymałości, prowadzi do silnych zmian naprężeń w czasie poszczególnych operacji koksowania. Osprzęt baterii (grzewczy, odbieralnikowy) oraz uzbrojenie stropu, choć ich konstrukcja jest istotna z punktu widzenia technologii, na żywotność wpływają o tyle o ile usprawniają, bądź uniemożliwiają prowadzenie prawidłowej eksploatacji. Niekiedy jednak w wyniku błędów konstrukcyjnych tych elementów zostaje skrócona żywotność baterii. Niebagatelny wpływ na trwałość baterii ma solidność jej budowniczych. Dotyczy to w szczególności utrzymania wymaganych tolerancji wymiarowych i jakościowych, czystości szczelin dylatacyjnych i całkowitego wypełnienia spoin murowych zaprawą. Szczególnie to ostatnie decyduje nie tylko o trwałości baterii, ale również o jakości produkcji. Im bowiem mniej staranne wykonanie spoin, tym większa infiltracja gazu surowego do układu grzewczego i na zewnątrz baterii [9], co w konsekwencji może prowadzić do miejscowych wytopów, a nawet całkowitego unieruchomienia niektórych pieców.

10 Kolejnym, choć nie mniej ważnym czynnikiem wpływającym na żywotność baterii koksowniczej jest prawidłowość jej rozruchu, w tym głównie rozgrzewania masywu ceramicznego, a także dojścia do nominalnej zdolności produkcyjnej. W czasie rozgrzewania masywu ceramicznego baterii, najistotniejszego etapu jej rozruchu, należy ograniczyć do minimum możliwość wykruszania zapraw pod wpływem nierównomiernych, bądź gwałtownych wzajemnych przemieszczeń zabudowywanych kształtek [0], a także powstania spękań kształtek w wyniku doprowadzenia do zbyt dużych gradientów temperatur tak na wysokości, jak i szerokości masywu []. W tym celu należy nie tylko prawidłowo dobrać dla danego etapu rozgrzewania tempo przyrostu temperatur, ale również sposób ich osiągania (ilość mediów grzewczych i ich temperaturę) [], a także stale, w czasie całego procesu rozruchu, reagować na wszelkie nieprawidłowe zróżnicowania temperatur, gwałtowne zmiany rozszerzalności masywu i utrzymywać wymagane obciążenie okotwiczenia na całej jego wysokości [0]. Wymaga to od zespołów prowadzących rozruch baterii bardzo dużego doświadczenia i rzetelności. Rozruch baterii nie kończy się jednak z chwilą wypchnięcia pierwszego koksu. Trzeba bowiem, w wyniku długotrwałych i żmudnych prac, doszczelnić masyw ceramiczny, usunąć wszystkie zauważone usterki, doregulować okotwiczenie po drastycznej zmianie warunków eksploatacji ścian grzewczych, ustalić wysokość napełniania komór koksowniczych wsadem węglowym, ale przede wszystkim ustalić rozdział powietrza i gazu między poszczególne ciągi grzewcze z uwzględnieniem zbieżności komory koksowniczej i wymaganych warunków ciśnieniowych na całej wysokości systemu grzewczego. Okres ten, charakteryzujący się stopniowym wzrostem mocy produkcyjnej baterii, mimo znacznego rozwoju technicznego (automatyzacja opalania, doskonalsze środki regulacyjne), ma ważne znaczenie, bowiem właśnie zaniedbania z tego okresu najbardziej ograniczają późniejsze możliwości produkcyjne baterii [] i jej żywotność. Ponadto okres dochodzenia do nominalnej zdolności produkcyjnej umożliwia bezpieczne zakończenie przemian krystalograficznych krzemionki. Okazuje się bowiem, że przy niskim poziomie produkcji przemiany te, choć wolne, idą w kierunku zamykania wewnętrznych porów, natomiast w warunkach zbliżonych do nominalnych, choć szybsze, idą w kierunku zmian objętości kształtek []. Zmiany te, jeśli nie zostaną na czas zrekompensowane odpowiednimi działaniami w zakresie obciążeń okotwiczenia, mogą doprowadzić do ich pękania.

11 .. Oddziaływanie czynników eksploatacyjnych. Długoletnia praca baterii koksowniczej, przy możliwie niskiej emisji zanieczyszczeń pyłowo-gazowych, zależy na ogół w decydującym stopniu od sposobu jej eksploatacji. Ogólnie czynniki eksploatacyjne oddziaływujące na żywotność baterii można pogrupować w następujący sposób: - czynniki termiczne, czynniki mechaniczne, czynniki chemiczne, czynniki związane z utrzymaniem dyscypliny technologicznej obsługi baterii koksowniczej. CZYNNIKI TERMICZNE. Wśród wielu czynników termicznych niekorzystnie oddziałujących na żywotność pieców koksowniczych na szczególną uwagę zasługują: - nadmierne, bądź niedostateczne temperatury w kanałach grzewczych, duże ich zróżnicowanie na wysokości i długości komór koksowniczych oraz ich częste zmiany. Jak pokazują badania [,6] temperatura robocza układu grzewczego (pomiar u spodu kanałów grzewczych 0 sekund po wstrzymaniu w nich opalania) nie może przekroczyć określonej wysokości, ze względu na trwałość masywu ceramicznego. Granicę tę wyznacza ogniotrwałość zabudowanych zapraw i ogniotrwałość pod obciążeniem zabudowanych kształtek pomniejszona o 0K. Stosowanie zbyt wysokich temperatur prowadzi, oprócz ewidentnych strat ciepła i niekorzystnego, z punktu widzenia ekologii, wzrostu koncentracji NOx w spalinach [], również do silnej korozji krzemionki, w obecności wodoru i tlenku węgla [], a więc niszczenia ceramiki ścian grzewczych, nie mówiąc już o możliwości spowodowania miejscowych wytopień ceramiki, czy wyciekania zapraw ze spoin []. To właśnie intensyfikacja produkcji, osiągnięta drogą nadmiernego podwyższenia temperatury w kanałach grzewczych, stała się np.: przyczyną zniszczenia wymurówki baterii nr w Teesside [9]. Utrzymywanie zaś zaniżonych temperatur, szczególnie w strefie głowicowej, ze względu na możliwość spadku temperatury powierzchni ścian komory podczas załadunku wsadu poniżej temperatury nieodwracalnych przemian krystalograficznych krzemionki (~000C), prowadzi do spękania kształtek i deformacji ścian [0]. Na ten temat są różne poglądy, ale można sądzić, że przy normalnej pracy baterii koksowniczej, w skrajnych kanałach grzewczych nie należy obniżać temperatur poniżej -0oC []. Według Łobowa [] minimalnie dopuszczalna temperatura, niezależnie od czasu koksowania, powinna być ponadto tym wyższa im wyższa jest wilgotność wsadu. Nawet przy prawidłowej wysokości utrzymywanych temperatur powstają w obmurzu komory naprężenia termiczne σ [], których wielkość można oszacować przy pomocy następującego wzoru:

12 σ = E β (Tn Tp) [MPa] [.] gdzie: E moduł sprężystości [MPa], β współczynnik rozszerzalności cieplnej [K-], Tn,Tp temperatura strefy neutralnej i ściskanej [K]. Po osiągnięciu wartości krytycznej naprężeń, odpowiadających poziomowi wytrzymałości na ściskanie zabudowanego materiału, tworzą się mikroszczeliny, które przy wielokrotnie powtarzających się cyklach nagrzewania i chłodzenia stają się prekursorami przyszłych uszkodzeń ścian komór koksowniczych. Wielkość tych naprężeń w rejonie głowic ścian grzewczych może osiągać sześciokrotnie większe wartości niż w pozostałej części komory [], co tłumaczy przyczynę najczęstszej lokalizacji usterek masywu ceramicznego w tej części baterii. Szczególnie istotny jest jednak wpływ dużego zróżnicowania temperatur tak na długości i wysokości komór, jak i na długości baterii. Zróżnicowanie to, niezależnie od pogorszenia warunków równomiernego wyprażenia bryły koksowej, powoduje znaczne zmiany objętościowe zabudowanej ceramiki [], prowadząc do jej rozszczelnienia, a nawet zniszczenia, przy niedostatecznej pracy okotwiczenia baterii. Z tego również powodu nie powinno się zmieniać, w przeciągu krótkiego czasu, zbyt szybko poziomu utrzymywanych temperatur, a co za tym idzie czasów koksowania [6]. Firma Nippon Steel dla uniknięcia szybkiej dewastacji swoich baterii eksploatuje je przy średniej temperaturze w kanałach grzewczych 00 00oC, dopuszczając jej zmiany w wysokości 0 K na dni []. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na jeszcze jeden, niedostatecznie doceniany (dotyczy on tylko nielicznych baterii) czynnik niszczenia ścian pod wpływem zmian rozkładu temperatur na wysokości masywu ceramicznego na skutek naprzemiennego opalania pieców raz gazem koksowniczym, a innym razem gazem wielkopiecowym []. Ze względu na odmienną ich podaż (kanały palnikowe w wypadku opalania baterii gazem koksowniczym, regeneratory i kanały skośne w przypadku opalania gazem wielkopiecowym) i różny sposób spalania (gaz koksowniczy daje płomień krótki rozgrzewający spód ścian, zaś gaz wielkopiecowy płomień długi, rozgrzewający górę ściany) dochodzi do gwałtownych przemieszczeń maksymalnych temperatur na spodzie i w górnej części ściany, a w konsekwencji do spękań w rejonie trzonu i stropu baterii. Również układ temperatur w dolnej strefie masywu ceramicznego (regeneratory i zawory spalinowe) może być przyczyną zniszczeń. Zbyt wysokie temperatury w tej strefie, oprócz informacji o niebezpiecznym zjawisku spalania gazu opałowego w regeneratorach i stratach ciepła z odchodzącymi spalinami, są przyczyną rozszczelnienia wymurówki regeneratorów i ścian grzewczych (rozszerzająca się wymurówka dolnych warstw pociąga wymurówkę warstw górnych powodując jej rozrywanie) oraz przegrzewania zaworów przestawczych powietrza i spalin, a także związanej z tym deformacji ich elementów [9]. Zbyt niskie temperatury powodują zaś utratę ciągu kominowego i tworzenie silnie korozyjnych kondensatów [0].

13 CZYNNIKI MECHANICZNE. Uszkodzenia baterii o charakterze mechanicznym powstają najczęściej jako efekt złej pracy maszyn piecowych i okotwiczenia baterii. Na szczególną uwagę w tym względzie zasługuje wypychanie koksu z komór przy ponadnormatywnym natężeniu prądu oraz wadliwa jazda podłogi naboju (system ubijany) i drąga wypychowego []. Wypychanie koksu z komór zawsze wiąże się z parciem dogęszczonych, przez drąg wypychowy, partii koksu na ściany komory, a wielkość powstającego ciśnienia może się wahać od -0 do 0-60 kpa []. Szczególnie te wyższe wartości, będące wynikiem próby wypychania koksu o niedostatecznej gotowości, czy nadmiernie wyprażonego lub uzyskanego z nieodpowiednich mieszanek (brak skurczu wsadu węglowego), a także zdeformowanych ścian komory, na skutek uszkodzeń, bądź w wyniku silnych narostów grafitu, oddziałują destrukcyjnie na masyw ceramiczny i uzbrojenie baterii. Nieosiowa zaś jazda podłogi naboju i drąga wypychowego prowadzi nie tylko do wytarcia powierzchni obmurza, ale może być przyczyną poważnych ubytków ścian i uzbrojenia bocznego baterii. Do czynników mechanicznych, które mogą powodować uszkodzenia, należy również zaliczyć ponadnormatywny wzrost ciśnienia rozprężania [], który może doprowadzić do deformacji ścian komór koksowniczych, a w granicznych przypadkach do ich całkowitego zniszczenia. Czynnikiem wyznaczającym strefę zagrożenia nadmiernym ciśnieniem rozprężania jest zawartość części lotnych koksowanego węgla []. Operując tym kryterium zgodnie z polską klasyfikacją węgli wg typów, za węgle potencjalnie niebezpieczne można uznać węgle ortokoksowe podtypu.. Niebezpieczeństwo wynikające ze stosowania w procesie koksowania węgli o nadmiernym ciśnieniu rozprężania może być niwelowane dodatkami do mieszanek koksowniczych węgli niżej zmetamorfizowanych, odpowiedników naszych węgli gazowo-koksowych, lub naturalnych składników schudzających w rodzaju węgli chudych, czy antracytów []. Czynnikiem, który niewątpliwie oddziałuje na ciśnienie rozprężania jest uziarnienie węgla []. Grubsze uziarnienie sprzyja wzrostowi ciśnienia, zaś głębsze mielenie wsadu obniża nadmierne ciśnienie i ten stosunkowo najprostszy sposób jest często stosowany w praktyce koksowniczej []. Na ciśnienie rozprężania oddziałuje również sposób przygotowania mieszanki węglowej, np.: zagęszczanie wsadu. Szczególnie niebezpieczne jest wstępne podgrzewanie wsadu, które powoduje ponad dwukrotny wzrost ciśnienia rozprężania mieszanki węglowej w porównaniu z mieszanką wilgotną [6]. A.Karcz [] zwraca uwagę na jeszcze jeden czynnik ograniczający niekorzystny wpływ ciśnienia rozprężania na trwałość baterii, a mianowicie stosowaną seryjność. Operacje opróżniania z koksu i napełniania wsadem jednej z komór oddziałują na komorę sąsiednią. Seryjność powinna być więc tak dobrana, aby nie tylko wykluczała sytuację w której usuwanie koksu z danej komory następowałoby w momencie maksymalnego ciśnienia rozprężania w komorze sąsiedniej, ale stwarzała ponadto szansę możliwie jak największego równoważenia sił pochodzących od ciśnienia rozprężania, z dwóch sąsiednich komór koksowniczych, działających na ścianę grzewczą, która je przedziela. Najkorzystniejszy efekt równoważenia wielkości ciśnienia rozprężania, spośród trzech najczęściej stosowanych seryjności obsługi komór baterii koksowniczych (-, -, 9-), uzyskuje się dla seryjności - (rys..)

14 6 Ciśnienie działające na ścianę grzewczą [kpa] seryjność - seryjność - seryjność Czas [h] Rys.. Wpływ rodzaju stosowanej seryjności na ciśnienie rozprężania oddziałujące na ścianę grzewczą oddzielającą dwie sąsiednie komory koksownicze [] CZYNNIKI CHEMICZNE. W zależności od stanu technicznego baterii i obecności oraz sprawności urządzeń do ochrony środowiska następuje z nich większa, lub mniejsza emisja substancji pyłowo-gazowych, wywołujących agresywną atmosferę, sprzyjającą niszczeniu armatury i osprzętu baterii koksowniczych. Mimo dużej poprawy w tej dziedzinie i znacznych nakładów przeznaczanych na ten cel (ok.0% nakładów ogólnych) nadal jest to jeden z ważniejszych problemów klasycznej technologii koksowania []. Najistotniejszymi czynnikami chemicznymi decydującymi o żywotności baterii są te, które działają niszcząco na obmurze ścian komór koksowniczych. W wyższych temperaturach, przekraczających 000oC, zachodzą reakcje pomiędzy SiO, stanowiącym podstawowy składnik ścian komór, a pierwiastkiem C (zawartym w węglu i koksie), lub wodorem H (zawartym w gazie koksowniczym). W wyniku tych reakcji następuje częściowa redukcja SiO do lotnej formy SiO, na skutek czego wzrasta porowatość materiału ogniotrwałego nawet o -% []. Możliwe są również, w wysokich temperaturach, niekorzystne reakcje składników mineralnych koksowanego wsadu, szczególnie w przypadku obniżonej temperatury topnienia popiołu, z wymurówką ścian, prowadzące do wżerów i osłabień []. Ze strony wsadu węglowego niekorzystne działanie na masyw ceramiczny mogą mieć także znaczne wahania w zawartości wilgoci koksowniczej mieszanki węglowej oraz jej nadmierna zawartość [9].

15 CZYNNIKI ZWIĄZANE Z UTRZYMANIEM DYSCYPLINY TECHNOLOGICZNEJ OBSŁUGI BATERII KOKSOWNICZEJ. Często to właśnie obsługa baterii, czy to z powodu braku wiedzy, czy odpowiedniej dyscypliny, doprowadza, poprzez swoje działania, do poważnego skrócenia żywotności baterii. Nie sposób jednak w tym miejscu wskazać wszystkie możliwe niedociągnięcia technologiczne, ograniczono się więc do tych najbardziej typowych, będących najczęstszym powodem niszczenia baterii. Powyżej była już mowa o naprężeniach termicznych w obmurzu ścian. Jak pokazują badania [] w czasie operacji załadunku i wypychania komór dochodzi, głównie w rejonie głowic, do obniżeń temperatury zewnętrznej powierzchni ścian grzewczych nawet do 00-0oC. Jeśli obsługa baterii nie bacząc na powyższe zagrożenie przetrzymuje otwartą komorę ponad technologicznie wyznaczony czas, lub co gorsza po wypchnięciu koksu z komory nie zakłada w ogóle drzwi, bądź gasi wodą płomienie w obrębie drzwi, dochodzi do nieodwracalnej destrukcji wymurówki. Skrócenie czasu operacji wypychania-załadunku pieców ogranicza nie tylko naprężenia w ceramice ścian, ale również w stalowych elementach uzbrojenia (drzwi, pancerze ramy) i okotwiczenia (stojaki kotwiczne, sprężyny, elementy dociskowe) pieca oraz maszyn [6]. Skrócenie czasu załadunku-wypychania komór nie może jednak odbywać się kosztem zaniechania wykonania podstawowych operacji [0]: - czyszczenia rur wznośnych, czyszczenia drzwi, pancerzy i ram, wyrównania wysokości wsadu na całej długości komory, regulacji uszczelnienia drzwi. Szczególnie eksploatacja nieszczelnych drzwi, będąca m.in. wynikiem niedoczyszczenia styku drzwi-pancerz-rama jest bezpośrednią przyczyną niszczenia zbrojenia baterii, a w dalszej konsekwencji, na skutek zmniejszenia nacisku stojaków kotwicznych na masyw ceramiczny, pękania ścian komór. Do typowych zaniedbań technologicznych można również zaliczyć nieprzestrzeganie seryjności oraz harmonogramu wypychania i obsadzania komór []. Utrzymanie seryjności (kolejności obsługi komór) ma na celu zmniejszenie do minimum nie tylko oddziaływania ciśnienia rozprężania na ceramikę ścian, ale również okresowych bardzo silnych schłodzeń ceramiki komór, przy równoczesnym racjonalnym wykorzystaniu maszyn piecowych []. W typowej konstrukcji baterii każda ściana (z wyjątkiem ścian skrajnych) obsługuje dwie komory. Podczas operacji wypychania, a głównie podczas załadunku zimnego i wilgotnego wsadu węglowego następuje bardzo silny odbiór ciepła (rys..), który powoduje gwałtowne obniżenie temperatury zewnętrznej jej warstwy []. Ten stan utrzymuje się praktycznie przez pierwsze cztery godziny koksowania. Jeśli w tym czasie, w wyniku źle dobranej seryjności, bądź jej zbagatelizowania nastąpi załadunek komory sąsiedniej, obsługiwanej przez dopiero co schłodzoną ścianę, wzmożony pobór ciepła się nasili, a spadek temperatury może się okazać już w tym wypadku krytycznym. Co się zaś tyczy nieprzestrzegania harmonogramu wypychania to wpływ tego zaniedbania jest oczywisty. Jeśli dana komora została wypchana z opóźnieniem, to następne jej wypchnięcie, przy utrzymaniu stałego

16 średniego czasu koksowania, musi nastąpić wcześniej niż by to wynikało z potrzeb czasowych. Wówczas to koks z danej komory nie tylko będzie niedostatecznie gotowy, ale przede wszystkim jego wypchnięcie będzie się wiązało z większym wydatkiem mocy, której nadmiar, jak już o tym wspomniano, będzie oddziaływał destrukcyjnie na obmurze komory Ilość ciepła [kcal/mh] Czas koksowania [h] Rys.. Ilość ciepła przekazywana do wsadu węglowego podczas procesu koksowania [] Z innych zaniedbań technologicznych warto jeszcze wspomnieć o utrzymywaniu zaniżonych ciśnień w odbieralniku gazu surowego, bądź ich zróżnicowania w przypadku baterii dwuodbieralnikowej oraz nieodpowiednich ciśnień w systemie grzewczym pieca koksowniczego. Utrzymywanie ciśnienia w odbieralniku poniżej normatywnego pociąga za sobą możliwość palenia się gazu i koksu w komorze koksowniczej i żużlowania ścian wskutek przenikania do komory powietrza przez nieszczelne drzwi oraz spalin z sytemu grzewczego []. Zróżnicowanie ciśnień między dwoma odbieralnikami prowadzi zaś do wtórnego przepływu gazu przez przestrzeń podsklepieniową komory, jej wychłodzenia i degradacji ceramiki, głównie w rejonie rur odciągowych []. Nieutrzymanie zaś normatywnego rozkładu ciśnień w układzie grzewczym prowadzi do rozregulowania układu temperaturowego na długości i wysokości ściany grzewczej ze wszystkimi negatywnymi skutkami takiego nieunormowania, a także do nieuzasadnionych strat ciepła i zwiększonej emisji zanieczyszczeń z odchodzącymi spalinami, w wyniku spalania gazu z niewłaściwym nadmiarem powietrza [].

17 Przede wszystkim jednak diagnostyka i stosowanie odpowiednich działań profilaktyczno-remontowych decyduje o wieloletniej i bezawaryjnej pracy baterii [6]. Stała kontrola i regulacja okotwiczenia baterii zapobiega np. deformacji ram i pancerzy, a tym samym deformacji wymurówki ścian w rejonie głowic i trwałej nieszczelności drzwi piecowych []. Ocena stanu ceramiki komór, po każdym wypchnięciu koksu i przeprowadzanie (w przypadku stwierdzenia usterek) mniej skomplikowanych i tańszych remontów profilaktycznych obmurza zdecydowanie wydłuża czas pracy baterii []. Polityka wydłużania żywotności baterii poprzez usprawnienie procesu produkcyjnego w oparciu o jego stałą kontrolę jest już obowiązującą zasadą dla czołowych koksowni europejskich [9]. Zaniedbania w działaniach diagnostycznych i zaniechanie, bądź prowadzenie napraw w sposób przypadkowy, przyczynia się w zdecydowany sposób do pogorszenia stanu baterii koksowniczych [60]. Szczególnie komory koksownicze wymagają gruntownych przeglądów i bieżących obserwacji [6]. Właśnie tam ma miejsce początek destrukcji baterii. Odnotowuje się tutaj najczęściej występujące usterki i uszkodzenia w formie pęknięć, zażużleń, pustych spoin, wytopień, ubytków kształtek, wżerów, deformacji itp. W skrajnych przypadkach powstające uszkodzenia powodują infiltrację gazu z komory do układu grzewczego, zagruzowania układu grzewczego i przewężenia utrudniające, lub nawet uniemożliwiające prowadzenie eksploatacji komory. Do połowy lat siedemdziesiątych powszechną metodą renowacji ceramiki komór, szczególnie we wczesnym stadium powstawania usterek, było tzw. torkretowanie na mokro [6]. Polegało ono na natryskiwaniu uszkodzonej części obmurza komór, za pomocą odpowiedniego aparatu, zaprawą ogniotrwałą rozrobioną wodą. Mimo jednak wielu modyfikacji składu i uziarnienia stosowanych zapraw trwałość tych napraw nie przekraczała trzech miesięcy. Ponadto pojawiające się po tym czasie uszkodzenia ceramiki były już znacznie rozleglejsze niż przed wcześniejszą naprawą. Był to głównie wynik działania dużej zawartości wody w natryskiwanej masie, która destrukcyjnie działała nie tylko na miejsce naprawiane, ale również na ceramikę sąsiadującą. Generalna poprawa tej sytuacji nastąpiła dopiero po całkowitej zmianie technologii napraw i materiałów renowacyjnych. Obecnie torkretowanie wykonuje się wyłącznie masami ceramicznymi o wiązaniu hydraulicznym, które wymagają jedynie zwilżenia wodą przed podaniem ich na mur. Metoda torkretowania jest jednak i będzie zawsze działaniem profilaktycznym. W metodzie tej mimo znacznego ograniczenia ilości wody zarobowej nadal mamy do czynienia z destrukcyjnym oddziaływaniem wilgoci na pozostałą część ceramiki, co objawia się szybko powstającymi zniszczeniami nie tyle na samej powierzchni naniesionej masy, co na jej obrzeżach []. Pewnym uzupełnieniem torkretowania, stosowanym szczególnie dla doszczelnienia powierzchni odbudowanych, bądź odremontowanych ścian, jest napylanie ogniotrwałym proszkiem. W metodzie tej, po odpowiednim przygotowaniu komory, jest do niej wtłaczany, przy pomocy sprężonego powietrza, proszek kwarcowy. Dziś podstawową metodą reparacji komór koksowniczych jest spawanie ceramiczne [0]. Technologia ta nie wymaga stosowania wody zarobowej w masach natryskowych, co jest główną wadą torkretowania. Ponadto, w wyniku działania wysokiej temperatury (powyżej 000oC), wywołanej spalaniem metalicznego proszku (składnik zaprawy), naprawiana powierzchnia wymurówki krzemionkowej topi się i łączy homogenicznie ze stopioną masą natryskiwanego materiału. Natryskiwany materiał, w swym składzie fazowym i mineralogicznym, nie różni się od materiału ściany [6].

18 Przy prawidłowo przeprowadzonej naprawie trwałość tej metody ocenia się na -0 lat, a więc wielokrotnie więcej niż trwałość torkretowania [6]. Mankamentem jej jest stosunkowo wysoki koszt. Dlatego metodę tę należy stosować w przypadku określonych typów pęknięć, rozwarstwień, czy niedużych perforacji, szczególnie w miejscach trudno dostępnych, jak również w przypadku równoczesnego odgruzowania kanałów grzewczych [6]. W miarę postępu degradacji wymurówki komór koksowniczych, bądź jej deformacji, jedynym rozwiązaniem jest wymiana części, lub całości ceramiki pieca. Ten typ renowacji ceramiki jest oczywiście, pod pewnymi warunkami, najlepszą metodą remontową [0], pozwalającą utrzymać ceramikę pieca koksowniczego w najlepszej kondycji technicznej, rokującej najdłuższą żywotność, rzędu - lat [6]. Wadą tego typu remontu jest jednak wysoki koszt, długi czas trwania (w zależności od zakresu i przyjętych rozwiązań technologicznych od 0-60 dni dla jednego gniazda remontowego), znaczny wypad produkcji (obejmujący nie tylko komory remontowane, ale również komory przylegające do nich, tzw. buforowe) i znaczne skomplikowanie przedsiębranych działań. Trzeba bowiem w przypadku prowadzenia takiego remontu uwzględnić chociażby odmienną rozszerzalność nowoodbudowanej części masywu, w stosunku do części pozostawianej [66] oraz sposób ich wzajemnego przewiązania [6]. Postęp w technologii wymiany ceramiki pojawił się kilka lat temu wraz z użyciem krzemionki amorficznej. Ponieważ materiał ten charakteryzuje się niską rozszerzalnością nie ma potrzeby uwzględniania tego parametru technicznego przy nowowznoszonej części ceramiki oraz wyznaczania czasu rozgrzewania. W związku z tym możliwe jest układanie wymurówki w sposób ciągły i skrócenie czasu rozgrzewania [6]. Mimo postępu wiedzy w dziedzinie remontu ceramiki wybór sposobu jego prowadzenia i zasięgu jest bardzo trudną decyzją. Nie istnieje jednoznaczna recepta na usuwanie stwierdzanych usterek. Dobór metody remontu ceramiki baterii koksowniczej zależy bowiem nie tylko od stopnia jej degradacji, ale również od postawionych celów (czas trwania remontu i związany z tym wypad produkcji, a także wymagana trwałość i efektywność) i możliwości finansowych. Nieuzasadnionym jest np.: stosowanie droższych metod napraw, chociażby ich skuteczność była kilkakrotnie większa, w miejscach łatwo dostępnych i ulegających częstym uszkodzeniom (głowice), szczególnie gdy w niedalekiej przyszłości planowana jest wymiana ceramiki w tym miejscu, lub miejscach bezpośrednio do niego przylegających [6]. Niepodejmowanie, w wypadku pojawiających się usterek, żadnych napraw, lub usuwanie znacznych usterek metodami doraźnymi, wiąże się jednak zawsze z pogłębianiem destrukcji i wzrostem sumarycznych kosztów utrzymania minimalnie wymaganego stanu obiektu [69]. Na pewno trudniejszym i poważniejszym zadaniem jest utrzymanie należytego stanu ceramiki baterii, począwszy od wymurówki ścian grzewczych, a skończywszy na wymurówce drzwi, stropu i luster regeneratorów aniżeli zabezpieczenie odpowiedniego stanu uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętu baterii. Tym niemniej wady uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętów baterii często równie skutecznie obniżają jej zdolność produkcyjną jak główny jej element - ceramika, a nawet stają się przyczyną usterek masywu ceramicznego, lub uniemożliwiają jej dalszą eksploatację z przyczyn technologicznych i uwarunkowań ekologicznych oraz bezpieczeństwa eksploatacji. Większość z tych usterek można i tak też się dzieje w łatwy sposób usunąć, czy to poprzez wymianę uszkodzonych elementów, czy poprzez ich remont.

19 Niektóre jednak wymagają skomplikowanych zabiegów. Generalną zasadą, w wypadku podjęcia decyzji o remoncie, lub wymianie uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętu, powinno być bezwzględne utrzymanie, bądź nawet poprawa stanu ceramiki, w tym szczególnie ceramiki komór koksowniczych [6].. DYNAMIKA ZUŻYCIA BATERII. Stosunek realnej zdolności produkcyjnej baterii do zdolności normatywnej Starzenie się baterii koksowniczych jest procesem złożonym i o czym powiedziano wcześniej zależnym od wielu czynników. Nie sposób, choć ciągle istnieją takie próby, opisać go prostym i jednoznacznym wskaźnikiem. Istnieje jednak kilka podstawowych cech charakteryzujących dynamikę tego procesu. Podstawową z nich jest zmiana realnych możliwości produkcyjnych baterii. Realnych, bo na rzeczywiste w większym stopniu oddziałuje koniunktura niż stan zużycia baterii. Kilka lat temu, kiedy to na świecie panowała dekoniunktura wiele baterii koksowniczych pracowało poniżej swoich realnych możliwości produkcyjnych. Niektóre, będące w dobrym stanie technicznym, wyłączono nawet, z przyczyn ekonomicznych, z eksploatacji. Obecnie zaś na niektórych bateriach produkcja koksu przewyższa realne możliwości. Odbywa się to jednak kosztem tak poprawności prowadzenia procesu produkcyjnego, co jeszcze bardziej sprzyja degradacji i tak już w znacznym stopniu wyeksploatowanych baterii, jak i jakości produktów koksowania. Z badań wykonanych na ukraińskich bateriach [0] wynika, że przy ustabilizowanej produkcji po latach eksploatacji zaczyna się spadek realnych możliwości produkcyjnych baterii, tym intensywniejszy im dłuższy jest czas pracy powyżej tego okresu (rys..). 0% 00% 96% 9% % % 0% 6% % Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Wpływ czasu eksploatacji baterii koksowniczej na jej realne możliwości produkcyjne wg A.M.Ahtyrčenki i współpracowników [0]

20 Nieco odmienną zależność, choć również z wyraźnym obniżeniem realnych możliwości produkcyjnych starzejących się baterii koksowniczych, otrzymali Amerykanie [] (rys..). Stosunek zdolności produkcyjnej baterii do zdolności normatywnej Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Wpływ czasu eksploatacji baterii koksowniczej na jej realne możliwości produkcyjne wg danych amerykańskich [] Obniżanie się realnych możliwości produkcyjnych starzejących się baterii to wynik zarówno konieczności obniżenia masy jednostkowego wsadu, w wyniku pojawiania się różnorodnych usterek komór, jak i wydłużenia czasu koksowania, bądź ograniczenia ilości komór będących w eksploatacji. Ocenia się [0], że spadek masy jednostkowego wsadu rozpoczyna się już po około 0 latach eksploatacji baterii i od tego momentu stale wzrasta, tak by po 0 latach osiągnąć wartość ok. % - rys... Jest to wartość średnia dla wszystkich komór, ale rzeczywisty spadek dla pojedynczych komór może być dużo większy. Wydłużanie, w wyniku starzenia się baterii pieców koksowniczych, średniego czasu koksowania ma dużo większe znaczenie niż spadek masy jednostkowego wsadu []. Jego zmiany można wyrazić za pomocą następującej zależności [0]: τ =, 0, t + 0,006 t gdzie: τ t - średni czas koksowania [h], - czas eksploatacji baterii [lata] [.]

21 Zgodnie z nią po ok. latach eksploatacji rozpoczyna się coraz intensywniejsze wydłużanie czasu koksowania, co ma oczywiście decydujący wpływ na zdolność produkcyjną baterii. Wg Dmitrienki i Uchanowa [] proces ten zaczyna się jednak wcześniej (po ok. latach) w przypadku gdy na baterii już w pierwszym roku eksploatacji próbuje się osiągnąć zbyt szybko niskie czasy koksowania (rys..) Rys Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] 0 Wpływ czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych na jednostkowy wsad komory (średnia dla całości baterii) [0] stopniowe dochodzenie do minimalnych czasów koksowania Średni czas koksowania [h] Zmiana jednostkowego wsadu [%] 00 stosowanie niskich czasów koksowania od początku eksploatacji baterii Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Wpływ czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych na czas koksowania (średnia dla całości baterii) []

22 Starzenie się baterii koksowniczej jest związane z pogorszeniem jej stanu technicznego, szczególnie w obszarze ceramiki komór koksowniczych. Przeprowadzone obserwacje na bateriach koksowniczych nr - pracujących w Nowolipiecku (baterie typu PWR o objętości komór, m) [] wykazały, że już po latach ich eksploatacji rozpoczyna się intensywny przyrost usterek obmurza komór. Usterki, które najpierw obejmują nieliczne komory (-0%), bardzo szybko rozprzestrzeniają się w ciągu - lat na wszystkie następne (rys..). Ilość ścian grzewczych nieobarczonych usterkami [%] Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Ilość ścian grzewczych nieobarczonych usterkami w zależności od czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych [] Wykonane w 99r przeglądy komór identycznych baterii pracujących w Polsce (tablica.) [] wydają się wskazywać na podobną tendencje przyrostu komór obarczonych usterkami. Tablica. Wyniki oceny stanu technicznego ceramiki komór koksowniczych baterii nr - w Zakładach Koksowniczych Przyjaźń (99r) Wyszczególnienie Rok uruchomienia Ilość ścian z ubytkami w rejonie otworów odciągowych SM/SK Ilość ścian z ubytkami w pozostałej części głowicy SM/SK Ilość ścian odkształconych Ilość ścian z pęknięciami Ilość komór dobrych Ilość komór przeciętnych Ilość komór pogorszonych Ilość komór złych Bateria nr Bateria nr Bateria nr Bateria nr %/6% 9%/% %/% 9%/6% %/6% 69%/% %/% 69%/6% % % 6 (0%) 0 (%) 0 (%) (%) 0% 9% 0 (%) (%) (9%) (9%) % % 0 (%) (%) 6 (0%) (0%) % 6% (%) (%) (%) 6 (%)

23 Istotniejszym z punktu widzenia oceny dynamiki starzenia się baterii jest, nie tyle fakt przyrostu ilości komór obarczonych usterkami, co wzrost wielkości tych usterek. O ile w pierwszym okresie eksploatacji baterii (-6 lat) pojawiające się uszkodzenia obmurza ścian komór to głównie płytkie wżery (< mm) i niewielkie deformacje (<0 mm), to w późniejszym okresie eksploatacji (>6 lat) uszkodzenia te przybierają formę wżerów i ubytków głębokich i bardzo głębokich (-0 i >0 mm) oraz znacznych deformacji (>0 mm) [] rys..6 i.. Trendy przyrostu uszkodzeń obmurza komór koksowniczych, o czym świadczą badania japońskie [6], mogą być w istotny sposób jednak zmienione jeśli na czas zostaną podjęte odpowiednie działania diagnostyczno-remontowe, zmniejszona siła wypychania koksu i oddziaływanie wsadu na ściany komór. Choć nie da się całkowicie wyeliminować narastania usterek to jednak dzięki takim działaniom można rozciągnąć ten proces w czasie. Udział komór obarczonych wżerami i ubytkami różnej głębokości [%] 00% 90% 0% 0% 60% 0% 0% perforacje (>0 mm) 0% wżery i ubytki bardzo głębokie (0-0 mm) wżery i ubytki głębokie (-0 mm) 0% wżery płytkie (< mm) 0% 0% 6 0 Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys..6 Procentowy udział komór koksowniczych obarczonych wżerami i ubytkami różnej głębokości w zależności od czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych []

24 Udział komór obarczonych deformacjami różnej wielkości [%] 00% 90% 0% 0% 60% 0% 0% deformacje awaryjne (>0 mm) 0% znaczne deformacje (0-0 mm) widoczne deformacje (0-0 mm) 0% niewielkie deformacje (<0 mm) 0% 0% 6 0 Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Procentowy udział komór koksowniczych obarczonych deformacjami różnej wielkości w zależności od czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych [] Równolegle z degradacją obmurza komór pojawiają się, w miarę starzenia się baterii, także różnorodne usterki kanałów grzewczych. Z przeprowadzonych obserwacji [] wynika, że po 9-0 latach eksploatacji baterii prawie w każdej ścianie (0-90%) jest uszkodzonych - kanałów grzewczych. Głównie dotyczy to kanałów skrajnych, ale nie tylko. Typowe usterki kanałów grzewczych to wszelkiego rodzaju zagruzowania, poczynając od niewielkich powierzchni, obejmujących część kanału skośnego, aż do zakrywających cały spód kanału grzewczego. Inną z usterek, równie często odnotowywaną, jest infiltracja gazu surowego. Wg danych amerykańskich [9] rozmiar tego zjawiska praktycznie pokrywa się z rozmiarem degradacji obmurza komór. Nieszczelności kanałów grzewczych, tzw. przebicia gazu są o tyle istotne, że wywołują zwiększoną emisję zanieczyszczeń do otoczenia, głównie w postaci CO i sadzy. O ile w początkowym okresie eksploatacji baterii, emisja CO z tytułu jej opalania nie przekracza mg/t koksu, to w późniejszym czasie może osiągnąć wartość nawet 000 mg/t koksu []. Ponieważ nieszczelności dotyczą najczęściej tylko wybranej części wymurówki części głowicowej zjawisko to urasta do problemu już nie tylko emisyjnego, ale również i eksploatacyjnego. Możliwości regulacji ilości dozowanego powietrza do indywidualnych kanałów grzewczych baterii koksowniczej są bowiem, nawet w najnowocześniejszych konstrukcjach ograniczone, a przede wszystkim trudne i czasochłonne. Temperatura kanałów w obszarze występujących uszkodzeń, która początkowo rośnie, na skutek nadwyżek gazu, prowadząc do przegrzań, a nawet miejscowych wytopów, zaczyna gwałtownie spadać, na skutek niedoborów powietrza i braku dostatecznego spalania, wywołując pośrednio jeszcze większe zniszczenia już i tak uszkodzonej wymurówki [9].

25 Równocześnie z niszczeniem masywu strefy ścian grzewczych i komór koksowniczych następuje stopniowa destrukcja regeneratorów (ożużlowania, wytopy, zagruzowania wypełnienia, wyłamania rusztu). Świadczyć o tym mogą wzrosty oporów przepływu gazów przez wypełnienia regeneratorów. Jak wykazały pomiary wykonane na jednej z polskich baterii [] różnica podciśnień między strumieniem opadającym, a wznośnym, na poziomie zaworów spalinowo-powietrznych wzrosła w ciągu 6 lat jej eksploatacji z Pa do 60 Pa. Inną charakterystyczną cechą starzenia baterii jest stały wzrost objętości ceramiki [9] rys.. który nie zawsze, szczególnie przy dużych zmianach, może być skompensowany na okotwiczeniu. Wzmaga to w konsekwencji proces degradacji nie tylko obmurza baterii (rozluźnienie wymurówki), ale również stojaków kotwicznych, sprężyn, pancerzy i ram piecowych, choć odporność na starzenie okotwiczenia i uzbrojenia baterii jest znacznie większa niż ceramiki. W czasie badań wykonanych w koksowni Sollac nie odnotowano w ciągu lat, mimo częstych chwilowych odkształceń i znacznych naprężeń, wywołanych głównie czynnikami temperaturowymi, żadnych trwałych zmian na okotwiczeniu i uzbrojeniu baterii []. Rozszerzalność wtórna na poziomie trzonu [%],, Planowane zmiany wymiarów liniowych Rzeczywiste wymiary liniowe baterii nr Rzeczywiste zmiany liniowe baterii nr 6 Rzeczywiste zmiany liniowe baterii nr, 0, 0, 0, Czas eksploatacji baterii pieców koksowniczych [lata] Rys.. Rozszerzalność wtórna na poziomie trzonu wybranych baterii koksowniczych pracujących w Port Kembla [9] Jeszcze trudniej powiązać uszkodzenia elementów osprzętu grzewczego i odbieralnikowego baterii z procesem jej starzenia. Najczęściej bowiem trwałość decydujących elementów tych osprzętów (walczak odbieralnika, kurki gazu opałowego, zawory spalinowo-powietrzne) przekracza żywotność baterii, a uszkodzenia innych elementów osprzętu, ze względu na prostotę ich wymiany, mają ograniczone znaczenie i nie są w dostateczny sposób dokumentowane. Ponadto uszkodzenia tych elementów, to nie tyle efekt starzenia, co skutek zaniedbań technologicznych, bądź błędów projektowych i wykonawczych.

26 Dokonując w podsumowaniu, w oparciu o dane z 00r [9], przeglądu struktury stanu technicznego baterii pracujących w Polsce (rys..) i struktury ich wieku (rys..9) można stwierdzić, że przy niewielkiej ilości baterii w wieku do 0 lat (zaledwie 0% nominalnej mocy produkcyjnej) przeważająca większość mocy produkcyjnej (prawie 0%) jest zainstalowana na bateriach z usterkami istotnymi i bardzo istotnymi, a konieczne działania remontowe, podejmowane w celu przedłużenia ich żywotności, jak wynika z badań [0], stają się, w miarę upływu czasu, coraz kosztowniejsze (rys..0). Bez istotnych usterek % Bardzo istotny stopień zużycia 6% Niewielki stopień zużycia % Istotny stopień zużycia % Rys.. Struktura nominalnej mocy produkcyjnej wg stanu technicznego polskich baterii koksowniczych [9] do 0 lat 0% powyżej lat % od - lat % 0- lat % od 6-0 lat % Rys..9 Struktura nominalnej mocy produkcyjnej wg wieku polskich baterii koksowniczych [9]

27 Koszty remontów bieżących i kapitalnych [kop/tonę koksu] Czas eksploatacji baterii koksowniczej Rys..0 Zmiany kosztów remontu baterii koksowniczej w zależności od czasu jej eksploatacji wg Ahtyrčenki i współpracowników [0] Usterki obmurza komór koksowniczych i kanałów grzewczych oraz związane z tym ograniczenia produkcyjne prowadzą również do pogorszenia stanu technologicznego baterii. W pierwszym rzędzie pojawia się coraz większe zróżnicowanie temperatur tak na długości baterii, jak i na długości poszczególnych ścian grzewczych i jest to kolejny objaw starzenia się baterii. Z badań przeprowadzonych na bateriach pracujących w Port Kembla [9] wynika, że odchylenia temperatur od obowiązującego standardu, początkowo wynoszące ok. 0K, zwiększają się po ok. latach eksploatacji średnio o K/rok. Z badań przeprowadzonych na bateriach pracujących w Polsce [] wynika, że po 9-0 latach eksploatacji odchyłki temperatur mogą sięgać już 0-60K. Systematycznie podejmowane działania normalizacyjne (korekty w rozstawie elementów regulacyjnych) mogą, szczególnie w początkowym okresie starzenia się baterii, zminimalizować tę tendencję, lecz nie są w stanie, bez zdecydowanych działań remontowych, jej odwrócić. Rozregulowanie układu opalania baterii prowadzi, oprócz ewidentnego wzrostu zużycia ciepła na proces koksowania [0] (rys..), do nierównomiernego wyprażenia bryły koksowej i związanego z tym pogorszenia jakości produkowanego koksu, wzrostu siły jego wypychania i innych perturbacji technologicznych, które są przyczyną pogłębiania degradacji baterii.

28 Jednostkowe zużycie ciepła na koksowanie [kcal/kg wsadu] Okres eksploatacji baterii koksowniczej [lata] Rys.. Zmiany jednostkowego zużycia ciepła w zależności od czasu eksploatacji baterii pieców koksowniczych [0]. SPOSOBY OCENY SKŁADOWYCH CHARAKTERYZUJĄCYCH STOPIEŃ ZUŻYCIA BATERII. Wykonanie oceny stopnia zużycia baterii, a tym samym stworzenie warunków dla podejmowania trafnych decyzji o dalszym postępowaniu tak remontowym, jak i eksploatacyjnym, wymaga odpowiedniej metodyki oceny elementów charakteryzujących stopień jej zużycia i odpowiedniego oprzyrządowania diagnostycznego. Od kilku lat, we wszystkich ważniejszych ośrodkach badawczych związanych z koksownictwem, podejmowane są próby udoskonalenia systemu diagnostyki. Umożliwia to rozwój technik pomiarowych, informatycznych i automatyki. Dziś wiele danych na temat stanu technicznego może być już nie tylko dokładniejszych, ale przede wszystkim możliwych do uzyskania i prezentowanych w formie gotowych analiz. Opis takich działań szeroko przedstawili Leuchtmann i Worberg [0]. Istotne w diagnostyce jest to, że pojedyncze wartości nie są wystarczające do podjęcia jakichkolwiek decyzji []. Nie każda bowiem pojedyncza usterka w identyczny sposób wpływa na całość obiektu i nie zawsze możliwe jest jej trwałe usunięcie bez analizy przyczyn jej powstania, a więc analizy usterek innych elementów []. Ocena zużycia baterii, w związku z powyższym, winna opierać się o dwa współzależne systemy diagnostyczne: - system diagnozy stanu technicznego baterii, system diagnozy stanu technologicznego baterii i obejmować najistotniejsze elementy obu tych systemów.

29 .. Ocena stanu technicznego baterii. Ocena stanu technicznego baterii winna przede wszystkim obejmować te elementy baterii, które w istotny sposób decydują o jej trwałości i możliwościach prowadzenia jej eksploatacji na odpowiednim poziomie. Przepisy technicznej eksploatacji koksowni [6] wskazują na potrzebę diagnozowania następujących składowych baterii: - - komory koksownicze (ściany, toki i sklepienia komór koksowniczych), kanały grzewcze (szczelność, stan palników i kształtek regulacyjnych, czystość kanałów skośnych itp.), ramy drzwiowe, pancerze i słupy kotwiczne, uszczelnienie między pancerzem, a ceramiką komory oraz uszczelnienie czół nad ramą piecową, wymurówka i elementy uszczelniające drzwi piecowych, kanały rozdzielcze gazu, względnie poszczególne kanały (szczelność i czystość), regeneratory, a w szczególności stan kratownicy, przestrzeni podsklepieniowej, rusztu, kanału tokowego, osadzenie wzierników oraz króćców zaworów spalinowo-powietrznych i szczelność luster, strop baterii, osadzenie gniazd otworów zasypowych, wzierników i rur odciągowych. Choć każda z wymienionych składowych ma dla eksploatacji baterii swoje znaczenie, to najistotniejsze z punktu widzenia oceny stopnia jej zużycia, ze względu na lokalizację czynników destrukcyjnych są: ceramika baterii i jej okotwiczenie. Można, a nawet należy w czasie przejściowych rewizji stanu technicznego baterii diagnozować stan wszystkich zalecanych przepisami elementów, jednakże ceramice i okotwiczeniu należy poświęcić szczególną uwagę, tym bardziej że ocena ta w warunkach eksploatacji nie jest prosta. Diagnoza stanu technicznego uzbrojenia baterii, ze względu na jego dostępność i łatwość wymiany, może być wykonywana codziennie w ramach normalnej eksploatacji, poprzez wizualne oględziny jego elementów. Winno się wówczas odnotować wszelkie zauważone nieszczelności na wziernikach na pokrywach otworów zasypowych i głównie na drzwiach. Niewykluczona jest również potrzeba odnotowywania usterek poszczególnych elementów drzwi, jak chwytaki wymurówki, rygle, ramki, noże, w zależności od potrzeb. Istotnym elementem, wymagającym ścisłego określenia wielkości usterek, jest rama drzwiowa i pancerz. Dla tych elementów winno się odnotowywać wszystkie stwierdzone pęknięcia, ich ilość i jakość (głębokość i długość) oraz wyłamania, bądź odkruszenia, gdyż podjecie decyzji o ich wymianie, w tym wypadku, zależy między innymi od stwierdzonej wielkości uszkodzeń. W przypadku pancerzy, ze względu na ich bezpośrednie oddziaływanie na wymurówkę, wskazany jest ponadto okresowy pomiar deformacji. Można to zrealizować poprzez pomiary geodezyjne, lub laserowe. Ta ostatnia metoda oceny deformacji osprzętów baterii została przetestowana z powodzeniem w koksowni Tata Steel [].

30 Określenie stanu technicznego osprzętu grzewczego baterii wymaga wielokierunkowych działań, tak pomiarowych, jak i wizualnego oglądu. W czasie wizualnego oglądu należy określić: - - stan korpusów żeliwnych, dławików, drążków talerzy spalinowych i ewentualnie powietrznych (i gazowych), elementów regulacji dopływu powietrza do kanałów skrajnych (dla zaworów umożliwiających taką regulację), szczelność klap powietrznych (w przypadku baterii z doprowadzeniem powietrza poprzez klapy) i możliwości regulacji dolotów powietrza (ssawki w jednym typie zaworów, blachy regulacyjne w drugim typie) oraz stan mechanizmu regulacji przepustnicy w króćcu odprowadzenia spalin zaworów spalinowo (-gazowo)-powietrznych, stan cięgien rewersyjnych i elementów przestawczych, stan kurków odcinających i rewersyjnych oraz urządzenia dekarbonizacyjnego (w przypadku takiego typu baterii), stan elementów regulacyjnych na drodze gazu. Działania pomiarowe na osprzęcie grzewczym, najlepiej wykonywane w sposób ciągły, winny informować diagnozującego o natychmiastowej potrzebie wizualnej oceny jego elementów i podjęciu decyzji o wymianie bądź naprawie uszkodzonych. Należy tu przede wszystkim wymienić: - pomiar wzrostu oporów przepływu na drodze gazu, pomiar szczelności instalacji gazowej, pomiar skoku cięgien rewersyjnych. Powyższe można zrealizować [] wykorzystując dostępne już dziś na rynku czujniki i przetworniki elektroniczne z możliwością bezpośredniego ich połączenia ze stacjami operatorskimi. O wzroście oporów na drodze gazu informuje spadek przepływu przy tych samych warunkach ciśnieniowych. O szczelności instalacji gazowej informują czujniki stężenia CO, montowane na całej długości rurociągów opałowych. Stały skok cięgien zabezpieczają zaś przetworniki indukcyjne montowane bezpośrednio na windzie rewersyjnej. Uzyskane w ten sposób informacje dają również pogląd o starzeniu się tego elementu baterii. Ocena stanu technicznego osprzętu odbieralnikowego to głównie określenie sprawności poszczególnych elementów składowych odciągu gazu surowego i ich szczelności. Mówiąc o sprawności trzeba mieć na uwadze przede wszystkim: - sprawność odciągu: - przelotowość rur wznośnych, - przelotowość walczaka odbieralnika, - sprawność spływu kondensatu wodno-smołowego, - sprawność zamknięć i odcięć przepływu gazu surowego: - sprawność zaworów odcinających w skrzyniach pochodniach, - sprawność pokryw, - sprawność dźwigni sterujących, - sprawność regulatora ciśnienia i zasuwy odcinającej, zaworowych i na

31 - sprawność natrysków: - sprawność natrysków w rurach wznośnych, łącznie z mechanizmem inżekcji, - sprawność natrysków w walczaku. Podczas każdej operacji wypychania koksu z komory obsługa stropu baterii winna wizualnie sprawdzać odciąg gazu w rurach wznośnych, odnotowując znaczne, nieusunięte ich przewężenia oraz niesprawności dźwigni sterujących, pokryw, niedomknięcia zaworów odcinających przepływ gazu do odbieralnika oraz niesprawność mechanizmów inżekcji i natrysku. Niezależnie od tych przeglądów należy okresowo przeprowadzić pomiar grubości osadu w punktach kontrolnych walczaka, ocenić wizualnie sprawność natrysków, stan pochodni, wraz z zamontowanym zamknięciem hydraulicznym oraz pracę regulatora i zasuwy odcinającej. Oceniając szczelność osprzętu odbieralnikowego trzeba określać wszystkie widoczne miejsca przesączania się gazu surowego: - na walczaku odbieralnika, na rurach wznośnych, na połączeniach rur wznośnych z wymurówką, na połączeniach rur wznośnych z kolanem, na połączeniach kolana ze skrzynią zaworową, na połączeniu skrzyni zaworowej z walczakiem, na pokrywach rur wznośnych, na pochodniach gazu surowego. Stwierdzone usterki, tak w stanie poszczególnych detali, jak i ich szczelności winny i mogą być natychmiast usunięte, a ich narastanie nie może być dostatecznym miernikiem starzenia baterii, a jedynie elementem uzupełniającym ogólny obraz jej destrukcji. Diagnoza stanu technicznego okotwiczenia winna określać jego przydatność dla uzyskania wymaganej siły utrzymującej zwartość masywu ceramicznego. Głównymi parametrami określającymi stan techniczny okotwiczenia są więc wartości jednostkowych nacisków na poszczególnych węzłach okotwiczenia baterii oraz odkształcenia elementów dociskowych (słupy kotwiczne). Jednostkowe naciski na poszczególnych węzłach okotwiczenia baterii mogą być w łatwy sposób określane za pomocą tensometrycznych przetworników siły []. Tensometry, montowane na wszystkich sprężynach okotwiczenia baterii, umożliwiają stałą kontrolę ich oddziaływania na masyw ceramiczny, a tym samym możliwość nie tylko ciągłej diagnozy ich stanu (pęknięcie sprężyny, utrata sprężystości itp.), ale również możliwość podejmowania natychmiastowych decyzji o konieczności podjęcia działań regulacyjnych. W praktyce ruchowej, ze względu na koszt i wymaganą ilość takich przetworników, dopuszczalny jest sposób określania wielkości przykładanych sił poprzez pomiar zgniotu sprężyn je wywołujących. W tym jednak wypadku każda zamontowana sprężyna winna być atestowana i posiadać charakterystykę zgniotu w zależności od przykładanych sił. Trzeba się również liczyć z niedoskonałością takiej metody diagnozy, a pomiary i działania regulacyjne winny być wykonywane nie rzadziej jak raz na kwartał [].

32 Miernikiem odkształceń elementów dociskowych jest pomiar wychylenia i strzałki ugięcia słupów kotwicznych. Ponadto właśnie odkształcenia słupów kotwicznych pośrednio określają ograniczenie, bądź wręcz utratę sztywności ściany []. Z A tego powodu ich diagnoza winna być procesem ciągłym, prowadzonym najlepiej w sposób automatyczny za pomocą mierników laserowych, połączonych bezpośrednio ze stacjami operatorskimi. W przypadku braku mierników laserowych wartość strzałki ugięcia i odchylenia słupa określa się w sposób F B pośredni, poprzez pomiar odległości poszczególnych punktów słupa kotwicznego od pionowej, teoretycznej linii, poprowadzonej C wzdłuż zewnętrznego obrysu stojaka. W A praktyce linię tę uzyskuje się poprzez zawieszenie, w określonej odległości od stojaka kotwicznego, pionu, bądź dwóch jednego na wysokości od szczytu stojaka do D pomostu roboczego, a drugiego od pomostu do spodu stojaka. Zasadę określania strzałki ugięcia i wychylenia stojaka kotwicznego, według tej metody, przedstawia rys... STRZAŁKA UGIĘCIA = (A B) + (D A+C A) * ½ WYCHYŁ = D + C * A Rys.. [.] [.] Zasada określania strzałki ugięcia poprzez pomiar dwoma pionami Teoretyczną linię obrysu stojaka można również uzyskać poprzez zamontowanie, na trwale, strun pomiarowych wewnątrz słupa. Dla słupów kotwicznych, w których przewidziano zamontowanie strun pomiarowych, biegnących wzdłuż całej wysokości słupa, pomiar strzałki ugięcia staje się prostszy. Wykonuje się go na wysokości dolnych rygli ramy drzwiowej za pomocą wyskalowanego przymiaru. Przymiar taki określa odchylenie struny pomiarowej od wyznaczonej głębokości 0, odpowiadającej mocowaniu struny pomiarowej na szczycie i spodzie stojaka kotwicznego. Ocenę strzałki ugięcia stojaków kotwicznych, jak i deformacji innych elementów baterii, można również zrealizować poprzez pomiary geodezyjne. Wzrost strzałki ugięcia powyżej 0 mm świadczy o rozpoczętym procesie starzenia okotwiczenia, zaś powyżej 0 mm o jego całkowitej nieprzydatności. Przepisy Technicznej Eksploatacji Koksowni [6] nakazuję w takiej sytuacji bezwzględną wymianę odkształconych słupów.

33 Podstawa diagnozy starzenia się baterii, jak i podejmowanych działań naprawczych leży przede wszystkim w ocenie stanu jej ceramiki. Przeglądy i pomiary diagnostyczne ceramiki baterii winny określać: - stan obmurza kanałów grzewczych, stan wymurówki komór koksowniczych, stan wypełnienia i szczelności regeneratorów rozszerzalność wymurówki na poziomie trzonu i stropu, a wyniki każdego przeglądu i pomiaru muszą być porównywane z wartościami oczekiwanymi, zależnymi od wieku baterii, a także z wcześniejszymi danymi. Głównie tym sposobem można zidentyfikować zarówno kondycję baterii, trendy zmian jej stanu, jak i priorytety działań naprawczych [9]. Konwencjonalne metody oceny stanu masywu ceramicznego baterii, oparte o wzrokową obserwację, posiadają szereg mankamentów wynikających z [6]: - nieścisłego ilościowego określenia stopnia uszkodzeń (głębokość, obszar i rozmieszczenie usterek), niemożności oceny usterek w centralnej części ściany, czasochłonności i trudności badań. Nie sposób również, a często zachodzi taka konieczność, w tradycyjny sposób precyzyjnie ocenić stan kanałów skośnych, kanałów palnikowych i regeneratorów. Tym niemniej często, a tak jest w warunkach polskich, wizualna ocena jest jedyną dostępną metodą diagnozy stanu ceramiki. Wówczas w czasie każdego oglądu komory należy w miarę dokładnie określić []: typ usterki jej ceramiki deformacje, ubytki, pęknięcia, miejsce usytuowania usterki poziom usytuowania, w pobliżu jakich elementów (otwory odciągowe, zasypowe, głowice), powierzchnia, jakich elementów dotyczy (ściana, podłoga, sklepienie), znaczenie usterki niewielkie (powierzchniowe ubytki itp.), istotne (głębokie ubytki, pęknięcia, deformacje itp.), znaczne (perforacje ścian, deformacje utrudniające eksploatację itp.),

34 zaś w przypadku oglądu kanałów grzewczych: - stan spodu kanału czystość, szczelność (brak widocznych przebić gazu surowego), - stan kanałów skośnych przelotowość, obecność elementów regulacyjnych - stan palników przelotowość ich osadzenie. Jeśli to tylko jest możliwe (baterie z wziernikami do regeneratorów) należy również ocenić stan wypełnienia regeneratorów (czystość), obecność kształtek regulujących przepływ mediów na długości kanału tokowego oraz w każdym wypadku szczelność luster i połączeń masywu ceramicznego z armaturą grzewczą. Uzyskane dane z wizualnej oceny wymagają odpowiedniego dokumentowania. Wobec znacznej ich ilości najlepszą obecnie metodą jest komputerowa rejestracja i obróbka wyników obserwacji. W koksowni Tata Steel wdrożono metodę zapisu danych w postaci ciągu cyfr, określających znaczenie usterki (dobry stan, stan pogorszony, stan zły, stan awaryjny) w poszczególnych punktach masywu (kanał grzewczy, ściana w określonych punktach, podłoga, sklepienie, strop, inne miejsca). Odpowiedni program komputerowy prezentuje tak uzyskane dane w postaci kolorowych map ceramiki, gdzie każdy kolor określa stan danej jej części []. Podobną rejestrację i odczyt danych o stanie ceramiki pracujących w Polsce baterii zaproponował Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla []. Zgodnie z tą metodą każda komora została podzielona na cztery elementy ściana lewa, ściana prawa, sklepienie, podłoga, a ściany ponadto na dodatkowe części, określające obszar kanału i obszar danej warstwy. Na rysunku. przedstawiono przykładową prezentację uszkodzeń jednej ze ścian ocenianych tą metodą. Ściana 6 Ściana 6 Rys.. Raportowanie zdiagnozowanego stanu przykładowej ściany wg metody ICHPW []

35 Mając na uwadze poważne ograniczenia takiej metody diagnozy DMT Gmbh wdrożył na koksowni Zollverein, jako dodatek do konwencjonalnej wzrokowej obserwacji, laserowy pomiar szerokości komór []. Lasery montowane na drągu wypychowym na kilku wysokościach mierzą szerokość komór na całej ich długości przy każdym wypchnięciu koksu. Drogą radiową wynik pomiaru jest przekazywany do kabiny wypycharki. Chłodzenie wodne umożliwia ciągłe mierzenie bez przerw w procesie technologicznym. Zasada takiego pomiaru została pokazana na rys... W oparciu o wyniki takiego pomiaru (rys..) w prosty sposób można nie tylko stwierdzić wszelkiego rodzaju deformacje ściany, ale przede wszystkim, porównując kilka wyników z tej samej komory wykonanych w różnych okresach, określić tendencję zachodzących zmian i opracować dokładne plan działań naprawczych. Ściana komory koksowniczej Pomost WYPYCHARKI Pozycja wypycharki ODBIORNIK IZOLACJA OSŁONA WODNA nadajnik radiowy miernik odległości przetwornik MONITOR Rejestrator danych IZOLACJA OSŁONA WODNA OSŁONA WODNA IZOLACJA miernik odległości OSŁONA WODNA IZOLACJA Ściana komory koksowniczej Rys.. Schemat diagnozy stanu komór w oparciu o pomiar ich szerokości [] Rys.. Przykład diagnozy stanu komory w oparciu o pomiar jej szerokości []

36 Pewnym uzupełnieniem informacji o stanie ceramiki komory może być również odnotowywana wartość siły wypychania koksu, której odzwierciedleniem jest prąd rozruchu drąga wypychowego.wprawdzie jej wielkość zależy od wielu czynników, m.in. od masy wypychanego koksu, własności fizyko-chemicznych mieszanki węglowej, czasu koksowania oraz utrzymywania wymaganej wysokości temperatur na długości i wysokości ścian grzewczych, to jednak komory obarczone defektami zawsze wykazują jej wzrost niezależnie od warunków technologicznych []. Ostatnimi czasy poszerzono metodę diagnozy, i to w sposób istotny, o endoskopową inspekcję ceramiki komór, kanałów grzewczych i regeneratorów []. Wdrożone zostały dwa typy endoskopów do wysokotemperaturowych operacji: - chłodzony wodą sztywny endoskop, który może być wprowadzony zarówno poziomo jak i pionowo (rys..), chłodzony powietrzem elastyczny endoskop, wprowadzany pionowo do kanałów grzewczych lub do komór (rys..6). Pierwszy z endoskopów składa się z trzech koncentrycznych sztywnych tub ze stali nierdzewnej z umieszczonym wewnątrz nich systemem optycznym zawierającym mikrokamerę. Dodatkowym wyposażeniem, służącym do rejestracji danych, jest monitor TV, magnetowid i drukarka video. Przy użyciu tego endoskopu można precyzyjnie zdiagnozować zarówno obmurze komór, jak i trzonu, kanały skośne i kratownicę regeneratora. Elastyczny endoskop pozwala na szybką inspekcję wnętrza kanałów grzewczych. Sonda jest nawinięta na rolkę. Zawiera głowicę z mikrokamerą. Głowica jest izolowana włóknami ceramicznymi i wisi na końcu stalowego kabla owiniętego materiałem izolacyjnym. Zdjęcia zrobione przez mikrokamerę są wyświetlone na monitorze TV i przechowywane na taśmie video. Rys.. Schemat konstrukcji sztywnego endoskopu chłodzonego wodą i przykłady jego zastosowania []

37 Rys..6 Schemat konstrukcji elastycznego endoskopu chłodzonego powietrzem [] Endoskop jest doskonałym narzędziem pomocniczym w działaniach remontowych. Pozwala bowiem nie tylko precyzyjnie określić miejsce i typ usterki, ale również prawidłowość wykonanej naprawy [6]... Ocena stanu technologicznego baterii. Diagnoza stanu technologicznego jest niezbędnym elementem oceny kondycji każdego urządzenia, a więc tym bardziej tak skomplikowanego jak bateria koksownicza. Abstrahując od faktu, że niektóre z elementów tej diagnozy muszą być, ze względów eksploatacyjnych ciągle monitorowane (temperatury w kanałach kontrolnych, parametry wsadu, ciśnienie w odbieralniku gazu surowego itd.), trzeba stwierdzić, że właśnie diagnoza stanu technologicznego baterii pozwala w sposób obiektywny i szybki oceniać tempo narastania jej usterek. Ponadto to najczęściej dzięki diagnozie stanu technologicznego można usunąć nie tyle samą usterkę baterii, co przyczynę postępu jej degradacji.

38 Najprostszym, a zarazem dostatecznie obiektywnym elementem tej diagnozy jest system zbierania podstawowych danych produkcyjnych, takich jak: - - masa jednostkowego wsadu i jego właściwości, czas koksowania (średni, minimalny, maksymalny), równomierność obsługi komór, siła potrzebna do wypchnięcia koksu (amperaż), ilość komór wyłączonych z eksploatacji, komór o podwyższonej sile wypychania koksu i komór z których nie udało się usunąć koksu przy użyciu standardowych procedur (zaciśnietych) warunki temperaturowo-ciśnieniowe pracy baterii, zużycie ciepła na koksowanie. Część tych danych (masa jednostkowego wsadu, czas koksowania, zużycie ciepła na koksowanie, równomierność obsługi komór, ilość komór wyłączonych z eksploatacji) można uzyskać bilansując masę przerobionego węgla i ilości obsłużonych komór w określonej jednostce czasu oraz zużycie gazu opałowego o określonej kaloryczności. Składowe do bilansu można już dziś uzyskać w sposób automatyczny, bezpośrednio z czujników położenia montowanych bezpośrednio na poszczególnych elementach maszyn piecowych, układów liczących [] i izotopowych mierników masy montowanych na wieży węgla [] oraz liczników zużycia gazu (organy spiętrzające zabudowane na rurociągach i współpracujące z nimi przepływomierze) i kalorymetrów montowanych na drodze dopływu gazu opałowego. Inne dane (parametry wsadu) wymagają wykonania laboratoryjnych analiz. Należą tu m.in.: - zawartość wilgoci, zawartość popiołu, zawartość części lotnych, zawartość siarki, fosforu, chloru, związków alkalicznych, analiza sitowa, właściwości plastyczne i dylatometryczne oraz ciśnienie rozprężania. Analizy te w większości są oznaczeniami standardowymi i nie wymagają większego komentarza. Istotne zmiany właściwości wsadu, a szczególnie odstępstwa od założeń projektowych, nie tylko mogą pogorszyć jakość produktów koksowania, ale również utrudniają eksploatację baterii oraz mogą być przyczyną uszkodzeń ceramiki jej komór i jako takie należy traktować jako nieprawidłowości technologiczne. Nieprawidłowością technologiczną, a zarazem w niektórych przypadkach (brak wpływu koniunktury na wielkość produkcji) najprostszym elementem oceny stanu baterii, są zmiany czasu koksowania i niedostateczna równomierność obsługi komór. Stąd konieczność odnotowywania rzeczywistego (dla każdej komory) czasu koksowania i jego odchyleń od wartości ustalonej. Dla oceny równomierności obsługi komór służy współczynnik Kz [6], określany wzorem: Kz = (t-a)/t [.]

39 gdzie: Kz współczynnik równomierności obsługi komór, t ustalona ilość komór na zmianę, w czasie której powinien być wypychany koks, a ilość komór wypychanych niezgodnie z harmonogramem, z odchyleniami większymi od ±0 minut Im niższa wartość tego współczynnika (ideałem byłaby wartość ) tym niższa równomierność obsługi komór i tym samym niższy poziom technologii. Stałych pomiarów wymaga siła wypychania koksu z komór. Znając jej wartość, a w zasadzie momenty i miejsca jej wzrostu, można ocenić nie tylko stan obmurza komory, ale również właściwości wsadu i gotowość koksu. Na krzywej siły wypychania koksu (rys..) można wyróżnić dwa charakterystyczne odcinki []: - - gwałtowny wzrost siły przyłożonej do drąga wypychowego (odcinek A-B) związany z dogęszczaniem bryły koksowej i pokonaniem siły tarcia koksu o wymurówkę, stopniowy spadek (odcinek B-C) lub nieustabilizowane wzrosty i spadki (odcinek B-C -C) siły przyłożonej do drąga wypychowego związane z przepychniem koksu wzdłuż ścian i podłogi. Odnotowywana maksymalna wartość siły wypychania na pierwszym odcinku, przy prawidłowej technologii koksowania, zależy w głównej mierze od masy bryły koksowej i w związku z tym jej wielkość dla danej objętości komór i systemu ich obsadzania winna być wartością stałą. Jeśli na tym odcinku odnotowuje się większe wartości niż przyjęty normatyw, świadczy to o pogorszeniu właściwości wsadu, bądź niedostatecznej gotowości koksu. Wzrosty siły wypychania na drugim odcinku są zaś głównie wynikiem pogorszonego stanu technicznego komór (deformacje i ubytki ceramiki, a także narosty grafitu na ścianach i sklepieniu komór). Rys.. Przebieg krzywej siły wypychania koksu []

40 W praktyce ruchowej wartość siły wypychania można wyznaczyć poprzez pomiar momentu obrotowego wału wprawiającego w ruch drąg wypychowy. Najczęściej jednak operuje się wartością prądu pobieranego przez silnik napędzający drąg wypychowy [9]. Mając na uwadze istotność tego parametru oceny w koksowni Hüttenwerke Krupp Mannesmann zainstalowano komputerowy program diagnostyczny oparty na charakterystyce prądu pobieranego przez silnik napędzający drąg wypychowy [90]. Po każdym wypchnięciu koksu krzywa pobieranego prądu przez drąg wypychowy jest wprowadzana do pamięci systemu. Zainstalowany program diagnostyczny porównuje jej charakter z deponowanymi krzywymi wzorcowymi. Ponieważ charakter krzywych jest zbierany i interpretowany już od przeszło lat, stąd powody odchyleń od normatywu są w większości wypadków znane. Jeśli jednak pojawia się nowa, odmienna krzywa, wówczas jest ona deponowana w bazie pod nowym numerem i szukane są przyczyny stwierdzonych odchyleń. Takie postępowanie gwarantuje stałą aktualizację systemu diagnozy. Najistotniejszym elementem diagnozy stanu technologicznego baterii są jednak wyniki pomiarów warunków hydrauliczno-temperaturowego. Stałych pomiarów wymaga w tym względzie [6]: - temperatura w kontrolnych kanałach grzewczych, ciśnienie gazu surowego w odbieralniku. Okresowej kontroli wymaga też [9]: - temperatura w skrajnych kanałach grzewczych, temperatura we wszystkich kanałach grzewczych (wzdłuż ścian), temperatura w zaworach spalinowych, ciśnienie w zaworach spalinowo-powietrznych, analiza spalin Chociaż wynaleziono wiele nowych instrumentów do diagnozowania stanu termicznego pieców koksowniczych pomiar temperatur w kanałach grzewczych jest wciąż główną metodą jego kontroli [9]. To właśnie utrzymanie prawidłowego rozkładu temperatur w kanałach grzewczych zapewnia, przy odpowiednim doborze mieszanki wsadowej, uzyskanie wymaganej jakości koksu, zmniejszenie zużycia gazu opałowego oraz jednoczesne przedłużenie żywotności baterii i redukcję zanieczyszczenia powietrza. Pomiary temperatur w kanałach grzewczych wykonywane są pirometrami ręcznymi. Nie sposób, wobec powyższego, w jednym czasie wykonać takiego pomiaru we wszystkich kanałach grzewczych. Stąd dla bieżącej kontroli wybiera się tzw. kanały kontrolne (identyczne na każdej ścianie grzewczej), reprezentatywne dla całości baterii [9] i na nich lub razy na zmianę wykonuje się pomiar. Uzyskane wyniki, aby mogły służyć ocenie muszą być jednak odpowiednio przetworzone. Wysokość odnotowywanych temperatur w kanałach grzewczych zależy bowiem od momentu rozpoczęcia pomiaru od chwili wyłączenia w nich opalania w danym cyklu rewersyjnym. Dlatego przy analizie rozkładu temperatur w kanałach kontrolnych należy poszczególne wyniki, uzyskane w różnym z konieczności czasie, sprowadzić do identycznego momentu, poprzez zastosowanie poprawki na spadek temperatur. Jej wyznaczenie w praktyce odbywa się drogą pomiarów temperatur w kanałach kontrolnych kilku wybranych ścian co minutę w

41 przeciągu całego cyklu rewersyjnego. Znając moment rozpoczęcia pomiarów i czas ich trwania można zastosować albo stałą poprawkę dla wybranej grupy ścian [9], albo indywidualną dla każdej ściany [9]. W tym ostatnim przypadku skorygowaną temperaturę mierzonego kanału grzewczego można przedstawić wzorem: tr = t+(a-b*exp(-c*τ) [.] gdzie: tr t τ a,b,c - skorygowana temperatura w kanale grzewczym [oc], - zmierzona temperatura kanału grzewczego [oc] - czas upływający od chwili rewersji do momentu pomiaru [minuty], - współczynniki. Dla tak uzyskanych wyników pomiaru temperatur w kanałach kontrolnych oblicza się średnią, przy czym nie uwzględnia się, przy uśrednianiu: ścian skrajnych, remontowanych, przyległych do remontowanych, lub pustych komór oraz ścian buforowych i półbuforowych (ścian o założonych z góry odmiennych warunkach temperaturowych), a następnie odnotowuje wszystkie ściany, których temperatura w kanałach kontrolnych odbiega od obliczonej średniej w większym stopniu niż 0K (oddzielnie dla każdej ze stron). Średnia temperatura baterii musi pokrywać się z ustaloną projektowo, bądź doświadczalnie temperaturą dla danego poziomu produkcji. Dopuszczalne odchylenia w tym względzie wynoszą zaledwie K. O prawidłowości stanu temperaturowego w kontrolnych kanałach grzewczych decyduje współczynnik wyrównania temperatur Kb określony jako iloraz ilości kanałów, w których temperatura nie przekracza różnicy 0K, do całkowitej ilości kanałów ujmowanych do obliczania średniej temperatury danej strony baterii [6]: Kb = ((m-am) + (m-ak))/m [.] gdzie: Kb m am ak - współczynnik równomierności ogrzewania wzdłuż baterii, - ilość ścian grzewczych w baterii, z wyjątkiem skrajnych i sąsiadujących z komorami remontowanymi i buforowymi, kanałów z odchyleniami od normatywu większymi ponad dopuszczalny poziom, - ilość ścian grzewczych po stronie maszynowej z ponadnormatywnymi odchyleniami w kanałach kontrolnych, - ilość ścian grzewczych po stronie koksowej z ponadnormatywnymi odchyleniami w kanałach kontrolnych. Mając na uwadze, że wyniki pomiarów w kanałach kontrolnych są niedostateczne dla diagnozy stanu temperaturowego baterii prowadzi się okresowe pomiary temperatur wzdłuż kanałów skrajnych i wzdłuż ścian. Pierwszy z pomiarów winien być wykonywany nie mniej niż raz na miesiąc w identyczny sposób jak w kanałach kontrolnych. Ma on na celu określenie tak wysokości temperatur w kanałach skrajnych (kanały te ze względu na niekorzystne warunki termiczne wymagają oddzielnej kontroli), jak i stopnia ich wyrównania. O stopniu wyrównania świadczy wysokość współczynnika wyrównania, określanego w identyczny sposób jak dla kanałów kontrolnych, z tą różnicą, że dopuszczalne odchylenia temperatur w tym wypadku mogą wynosić 0K [6].

42 Drugi z pomiarów, wykonywany przynajmniej raz w roku, służy do szczegółowej oceny układu termicznego poszczególnych ścian, przy czym dotyczy to nie tyle bezwzględnej wysokości temperatur, lecz charakteru krzywej rozkładu. Problemem w tym wypadku jest jednak wyznaczenie teoretycznej krzywej rozkładu temperatur wzdłuż ścian. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla proponuje [9] następującą procedurę jej tworzenia: dla danej konstrukcji baterii (system obsadzania komór oraz szerokość komór po stronie maszynowej i koksowej) wyznaczany jest, drogą obliczeń i badań prowadzonych podczas wstępnej eksploatacji baterii, teoretyczny rozkład temperatur niezależny od ich średniej wysokości (przykładowe teoretyczne rozkłady przedstawiono w Tablicy.), wyliczana jest różnica średniej temperatury rzeczywistej danej ściany i średniej teoretycznej, dla każdego kanału nadawana jest wartość skorygowanej teoretycznej temperatury, poprzez dodanie wyliczonej różnicy do teoretycznej temperatury (Tablica.) - - Podobną metodykę przyjęto w China Steel Corporation [9], z tym że tu wyznacza się jeden teoretyczny rozkład dla całości baterii, a to przy możliwych odchyleniach temperatur konkretnych ścian może prowadzić do mylnych wniosków (przy obniżeniu, lub podwyższeniu temperatury całej ściany rozkład może być dobry, a odchylenia wszystkich kanałów wyjdą poza dopuszczalny zakres). Uzyskane dane z pomiarów można przedstawiać w formie tabelarycznej, co jednak utrudnia sposób ich interpretacji, ale również w postaci bardziej czytelnych wykresów (rys..) i map (rys..9) termicznych, w których każde ponadnormatywne odchylenia są wyróżniane odrębnym kolorem [9]. Tablica. Teoretyczne rozkłady temperatur wzdłuż ścian grzewczych dla różnego typu baterii Bateria o ubijanym systemie załadunku komór (z palnikami równej wysokości) Nr kanału Temperatura 0 60 (n-) 00 n- 60 N 0 Bateria o ubijanym systemie załadunku komór (z palnikami różnej wysokości) Nr kanału Temperatura 0 60 (n-) nieparzyste 0 (n-) parzyste 90 n- N 0 0 Bateria o zasypowym systemie załadunku komór Nr kanału Temperatura Temperatura Temperatura Temperatura (n-) 00+(i-)* 00+(i-)*, 00+(i-)* 00+(i-)* n- 00+(n-)* (n-)*, (n-)* (n-)*-60 N 00+(n-)* (n-)*, (n-)* (n-)*-00 Zbieżność 0 mm 0 mm 0 mm 60 mm

43 Tablica. Sposób tworzenia skorygowanego wzorca rozkładu temperatur Nr kanału ŚREDNIA STAŁA Rys.. Rozkład temperatur rzeczywisty Rozkład temperatur wzorcowy =0 WZORZEC = = = = = = 0 + = 0 + = 0 + = 0 + = 0 + = 0 + = = = = 99 Przykładowy wykres diagnozy stanu termicznego kanałów kontrolnych [9]

44 Rys..9 Przykładowa mapa diagnozy stanu termicznego wszystkich kanałów Grzewczych [9] Wadą pomiarów temperatur w kanałach grzewczych jest nieciągłość systemu diagnozy. Dlatego obecnie coraz częściej uzupełnia się go pomiarami temperatur ścian od strony komory pirometrami montowanymi na drągu wypychowym [9]. Pirometry, montowane na kilku wysokościach drąga, chłodzone są wodą, a ich soczewki przedmuchiwane sprężonym powietrzem. Dane są przekazywane drogą przewodową, bądź radiową bezpośrednio do komputera. Jak wynika z porównań (rys..0.) wyniki takiego pomiaru w dostateczny sposób korelują z temperaturami w kanałach grzewczych. Rys..0 Wynik pomiarów korelacyjnych pomiędzy temperaturą kanałów grzewczych, a temperaturą ścian od strony komory na trzech wybranych wysokościach [9]

45 Pewną odmianą takiego systemu diagnozy stanu termicznego baterii jest pomiar temperatury warstwy przyściennej wypychanego koksu pirometrami montowanymi na wozie przelotowym [9]. Jednakże wyniki tego pomiaru, ze względu na brak dostatecznej wiarygodności (inna temperatura wskazywana przez pirometr w przypadkach palenia się bryły koksowej itp.) wskazują jedynie miejsca możliwych nieprawidłowości, a nie bezwzględną wartość układu temperaturowego baterii. Koniecznym uzupełnieniem diagnozy układu termicznego baterii, będącym równocześnie miernikiem sprawności regeneratorów i szczelności ich obmurza, jest pomiar temperatur spalin w zaworach spalinowo-powietrznych. Pomiary te wykonuje się za pomocą czujników z wkładem rezystancyjnym albo termoelektrycznym. Zgodnie z Przepisami Technicznej Eksploatacji Koksowni [6] temperatura ta nie powinna ona przekraczać dla baterii PTU 00oC, a dla pozostałych baterii 0oC. O poprawnym stanie technologicznym baterii, obok odpowiedniego rozkładu temperatur, świadczy również właściwy rozkład ciśnień w komorach koksowniczych i w układzie grzewczym [96]. Rozkład ten powinien przeciwdziałać możliwości zassania powietrza do komór koksowniczych i zapewnić optymalne spalanie gazu opałowego we wszystkich kanałach grzewczych, przy jednoczesnym utrzymaniu dodatnich ciśnień pod ich wziernikami [9]. Przeciwdziałanie zassaniu powietrza do komór wymaga utrzymania w nich, w czasie całego procesu koksowania, ciśnień wyższych niż ciśnienie atmosferyczne i wyższych od ciśnień w jakimkolwiek miejscu systemu grzewczego. Można to zapewnić utrzymując odpowiednie ciśnienie w odbieralniku gazu surowego []. Normatywną wartość ciśnienia w odbieralniku, przy prawidłowym rozkładzie ciśnień w układzie grzewczym (w każdym miejscu układu grzewczego, z wyjątkiem kanałów nadprzewałowych, ciśnienie nie przewyższa ciśnienia atmosferycznego), oblicza się mnożąc łączną wysokość komory, sklepienia i rury odciągowej przez wartość ciśnienia hydrostatycznego gazu surowego o temperaturze 0oC i dodając do iloczynu wartość Pa. Kontrola tego parametru diagnozy sprowadza się w zasadzie do sprawdzenia pracy regulatorów ciśnień montowanych na rurociągu ssawnym i prawidłowości ich nastaw. Kontrola układu ciśnień w systemie grzewczym w praktyce przemysłowej sprowadza się do ich pomiaru na trzech poziomach systemu grzewczego [9]: - w zaworach spalinowo powietrznych na strumieniu wznośnym i opadającym, o ile jest to możliwe na poziomie przestrzeni podsklepieniowej regeneratorów, na poziomie stropu baterii, tuż pod wziernikami wybranych kanałów grzewczych. Do niedawna pomiary te wykonywano za pomocą mikromanometrów cieczowych. Obecnie prawie wyłącznie do tych pomiarów wykorzystuje się elektroniczne przetworniki ciśnień często z pamięcią wewnętrzną i możliwością podłączenia ich do komputera. Stwierdzone w czasie pomiarów odchylenia od ustalonej, dla danej konstrukcji baterii i danej podaży gazu opałowego, krzywej hydraulicznej, w jakimkolwiek z punktów pomiarowych, przekraczające Pa są nieprawidłowościami technologicznymi i mogą świadczyć o pogorszeniu stanu technicznego wypełnienia regeneratorów oraz stanu kanałów skośnych (zagruzowania, zatopienia, przesysy gazu i powietrza itp.), lub o zaniedbaniach ze strony obsługi baterii. Szczególnie istotne z punktu widzenia diagnozy stanu baterii jest ustalenie różnicy ciśnień w zaworach pomiędzy strumieniem wznośnym i opadającym, lub pomiędzy górą i spodem regeneratora, gdyż wartość ta, przy ustalonym przepływie powietrza i spalin, świadczy wprost o stanie technicznym ich wypełnienia.

46 Parametry określające warunki spalania gazu opałowego są, obok warunków hydrauliczno-temperaturowych, głównymi parametrami technologicznymi pracy baterii koksowniczej [6]. Ocena warunków spalania gazu opałowego ma na celu przede wszystkim stwierdzenie miejsc ewentualnych nieszczelności obmurza komór (przesysów gazu surowego do układu grzewczego) oraz nadmiarów i niedomiarów powietrza potrzebnego do jego spalenia. Ostatnie dziesięciolecie przyniosło zdecydowany postęp w dziedzinie konstrukcji i produkcji analizatorów składu chemicznego i to analizatorów ciągłego działania, z prawie natychmiastowym odczytem wskazań mierzonych stężeń. Takie analizatory montuje się najczęściej u podstawy komina. Niezależnie od obecności analizatorów ciągłych wymagana jest jednak analiza okresowa składu spalin w wybranych, reprezentatywnych zaworach i wybranych reprezentatywnie kanałach grzewczych. Wówczas to oprócz analizy stężeń istotnych składników spalin (O, CO, CO, NOx, SO) należy wykonać obliczenia współczynnika nadmiaru powietrza (jeśli analizator nie jest przystosowany do wskazań tego parametru) zgodnie z normą BN-/0-0. Jego wartość, określająca ilość doprowadzanego powietrza do procesu spalania w stosunku do ilości stechiometrycznej, decyduje bowiem o wysokości płomienia (spalanie dyfuzyjne) i związanym z tym rozkładzie temperatur na wysokości kanału grzewczego i komory koksowniczej, a także o ilości strat ciepła z odchodzącymi spalinami. Niedobór powietrza powoduje pogorszenie spalania i niekorzystne podwyższenie zawartości tlenku węgla w spalinach. Dla baterii opalanej gazem koksowniczym wartość współczynnika nadmiaru powietrza w kanałach grzewczych (określana na strumieniu opadającym) winna kształtować się na poziomie,-,, tzn.: spalanie w kanałach grzewczych powinno zachodzić z 0-0% nadmiarem powietrza. Często w praktyce przemysłowej, dla diagnozy warunków spalania gazu opałowego w kanałach grzewczych stosuje się metodę wizualnej oceny płomienia [9]. Płomień kopcący świadczy o niedomiarze powietrza, bądź o nieszczelności obmurza, zaś płomień krótki, nie wypełniający całej powierzchni kanału, o jego nadmiarze. Metoda taka może być jednak stosowana tylko w przypadku opalania baterii gazem koksowniczym, gdyż w przypadku gazu słabego płomień jest niewidoczny i tylko nieszczelność obmurza może być w ten sposób wykazana. Analizy spalin w zaworach wykonuje się również w celu oceny stopnia szczelności obmurza. Porównanie uzyskanych danych z analizy spalin w kanałach grzewczych, z wynikami analiz w zaworach spalinowo-powietrznych pozwala wskazać miejsca ewentualnego zasysania powietrza do układu grzewczego. Porównanie zaś wzrostu składników palnych w spalinach, dla ustalonego przepływu powietrza przez układ grzewczy baterii, przy włączonym i wyłączonym opalaniu oraz ze wsadem i bez wsadu w komorze koksowniczej, którą obsługują ściany połączone z badanymi zaworami, pozwala określić stopień szczelności obmurza ścian grzewczych i wewnętrznych ścian regeneratorów (przy dolnym opalaniu) [9]. Wzrost stężenia składników palnych przy włączonym opalaniu w stosunku do stanu z wyłączonym opalaniem, przy pustej komorze, wskazuje nieszczelność ścian regeneratorów. Dalszy wzrost stężenia składników palnych po obsadzeniu komory wsadem węglowym wskazuje nieszczelność obmurza ścian grzewczych. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla prowadzi ocenę szczelności obmurza komór całości baterii w oparciu o nieco inną zasadę, a mianowicie pomiar współczynnika nadmiaru powietrza przy włączonym i wyłączonym opalaniu [9]. Pierwszy z pomiarów pozwala, przy danym przepływie gazu opałowego, określić ilość przepływającego przez układ grzewczy powietrza. Drugi z pomiarów, przy ustalonym wcześniej przepływie powietrza, pozwala określić przepływ infiltrującego gazu.

47 . RZEGLĄD DOTYCHCZASOWYCH SPOSOBÓW MONITORINGU STANU BATERII KOKSOWNICZEJ. Diagnozowanie stanu techniczno-technologicznego urządzeń technicznych, rozumiane jako zbieranie, gromadzenie i prezentacja wyników pomiarów i obserwacji warunków ich pracy, jest szczególnie w przypadku skomplikowanych obiektów, niedostateczne dla oceny stopnia ich zużycia. Dla kontroli stanu takiego obiektu jakim jest bateria koksownicza konieczne jest, oprócz systematycznego zbierania danych o poszczególnych jej elementach, stałe analizowanie wyników obserwacji [99]. Przydatna dla oceny stanu baterii analiza wyników obserwacji, ze względu na znaczną ich ilość, jest jednak bardzo skomplikowana. W wielu koksowniach najczęściej ogranicza się ją więc do zliczania ilości stwierdzonych usterek, bądź ilości uszkodzonych elementów. W zależności od potrzeb wskazywane są np.: komory z ubytkami, czy pęknięciami ścian lub komory zdeformowane, a także inne składowe o określonym stopniu uszkodzenia. W niektórych zakładach takie zestawienia uzupełnia się czasem o subiektywną ocenę stanu ocenianych składowych. Wykonywane na przykład przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla oceny stanu ceramiki komór baterii w polskich koksowniach zawierają nie tylko informacje o ilości komór obarczonych danego typu usterkami ale przede wszystkim wskazują te o określonym (małym, średnim i wysokim) stopniu zagrożenia dla ich dalszej eksploatacji []. Coraz powszechniej w koksowniach dla monitorowania stanu technicznego baterii, w celu usprawnienia analizy zebranych danych, wykorzystywana jest technika komputerowa. Obecnie komputerowe programy do takiej podstawowej analizy danych pracują przykładowo w koksowniach Tata Steel, Broken Hill Pty, Mittal Steel Ostrava A.S. i VTŽ. Třinec. Porządkują one i sortują zgromadzone dane, a następnie prezentują je w postaci map uszkodzeń w podziale na usterki nieskutkujące pogorszeniem stanu, drobne, akceptowalne i poważne. W Tata Steel oceniane są w ten sposób: ceramika, okotwiczenie i warunki temperaturow pracy baterii [], a program opracowany dla Broken Hill Pty przez Nippon Steel ocenia w ten sposób: rozkład temperatur wzdłuż ścian grzewczych, szczelność kanałów grzewczych, zmiany rozszerzalności masywu ceramicznego i stopień zniszczenia obmurza komór [9], zaś program oceny opracowany dla Mittal Steel Ostrawa A.S.: rozkład temperatur w kanałach grzewczych, szczelność i jakość spalania gazu opałowego w kanałach grzewczych oraz stan ceramiki pieców [00]. W koksowni VTŽ. Třinec oprócz mapy usterek ceramiki komór (rys.) tworzone są przez program komputerowy dla każdej komory słupkowe wykresy ilości przekroczeń za dany okres czasu takich parametrów jak siła wypychania koksu, emisja pyłu przy wypychaniu, temperatura wypychanego koksu i temperatura w kontrolnych kanałach grzewczych (rys..) [0].

48 KONTROLA STANU KOMÓR KONTROLA STANU KOMÓR stopień uszkodzeń Rys.. stopień uszkodzeń stopień uszkodzeń Mapa analizy usterek ceramiki wybranej komory baterii nr w TŽ. Třinec [0]

49 ILOŚCI PRZEKROCZEŃ PARAMETRÓW OCENY Siła wypychania Emisja pyłu Temperatura koksu strona lewa Temperatura koksu strona prawa Temperatura w kanałach grzewczych strona lewa Temperatura w kanałach grzewczych strona prawa Rys.. Słupkowe wykresy przekroczeń parametrów oceny wybranej baterii koksowniczej w VTŽ. Třinec [0] Oceny stanu oparte na takich analizach, prowadzone czy to za pomocą komputera czy bez jego udziału, ukierunkowane są jednak nie tyle na określenie stopnia zużycia baterii, co na planowanie niezbędnych działań remontowoprofilaktycznych lub działań normujących technologię (VTŽ. Třinec ). Takie podejście do monitoringu, choć z punktu widzenia służb remontowych i eksploatacyjnych koksowni dostateczne, nie daje możliwości ani globalnej oceny stanu baterii, ani oceny zachodzących zmian i skuteczności podjętych ewentualnie działań remontowych. Nie sposób bowiem, bez jasno określonych kryteriów, stwierdzić jaki jest stan baterii jedynie na podstawie wiedzy o ilości usterek danego typu i to w dodatku na różnych elementach baterii. Stan techniczny baterii z uszkodzonymi nieznacznie wszystkimi komorami może stanowić identyczne zagrożenie (lub nie) jak baterii z kilkoma komorami obarczonymi większymi uszkodzeniami. Takie monitorowanie stanu baterii nie jest w stanie spełnić oczekiwań współczesnych dysponentów (właścicieli) zakładów koksowniczych. Współczesne monitorowanie wymaga bowiem zastosowania innych środków niż tylko proste sumowanie określonych pozycji wyników oceny.

50 Współczesny monitoring stanu baterii, podobnie jak każdy system ekspercki, wymaga przede wszystkim zmiany opisowych danych na dane liczbowe, a więc odpowiedniego wartościowania usterek [0]. Tylko wartościowanie usterek umożliwia bowiem ilościowe porównanie zachodzących zmian w stanie obiektu. Obecnie na tej zasadzie funkcjonują tylko nieliczne systemy monitoringu stanu baterii. Choć każdy z nich bazuje na ilościowej ocenie stopnia zużycia baterii to jednak różnią się one nie tylko ilością elementów branych pod uwagę przy ocenie ale przede wszystkim sposobem ich wzajemnego powiązania i formą prezentacji wyników, a więc informacji którą ten wynik zawiera. Każdy z tych systemów ma swoje zalety, ale również sporo wad. Najprostszy sposób ilościowej oceny stopnia zużycia baterii, proponowany przez firmę Fosbel, polega na przypisaniu każdej komorze, w zależności od występujących na jej ścianach usterek, konkretnej wartości liczbowej w zakresie od 0 do [0]. Komora nieuszkodzona i nie poddana dotychczas jakimkolwiek zabiegom remontowym posiada, zgodnie z założeniami tego systemu, wartość 0, zaś komora ze znacznymi uszkodzeniami całych powierzchni ścian wartość. Zsumowanie tak uzyskanych wartości wszystkich komór daje konkretny obraz baterii, dający możliwość stosownych porównań zachodzących zmian w czasie. Ponadto wersja monitoringu proponowana przez Fosbel, w zależności od uzyskanej oceny stanu ceramiki, prognozuje żywotność baterii (komory) bez prowadzonych działań remontowych oraz wymaganą częstotliwość prowadzonych ocen (Tablica.). Podstawową zaletą tej wersji monitoringu jest przejrzystość i prostota. Jest on bowiem uniwersalny, a jego prowadzenie nie wymaga specjalistycznego przygotowania, straty czasu i skomplikowanych analiz. Podstawową wadą jest ograniczenie oceny do jednego, może i najistotniejszego lecz przecież niejedynego elementu, jakim jest ceramika ścian komór koksowniczych. Nie sposób w całościowej ocenie stanu baterii pominąć tak istotnych elementów jak okotwiczenie, uzbrojenie i osprzęt, gdyż często właśnie ich niesprawność jest przyczyną niszczenia baterii. Oryginalne podejście do oceny ilościowej stopnia zużycia baterii prezentują wersje monitoringu opracowane we Francji i Rosji. W wersji monitoringu opracowanej przez Centrum Pirolizy w Marienau dla Koksowni Sollac ocena stanu baterii odbywa się w oparciu o ocenę stanu czterech elementów rozkładu temperatur wzdłuż ścian grzewczych, szczelności kanałów grzewczych, rozszerzalności masywu i stopnia zniszczenia obmurza komór [0]. Stan każdego z nich porównywany jest ze stanem prognozowanym dla danego wieku baterii (rys..). W zależności od różnicy między wartością oczekiwaną i uzyskaną z oceny danego elementu w danym okresie eksploatacji (krótki, średni, długi) wyznaczane są współczynniki korekcyjne. Jeśli wynik oceny danego elementu mieści się pomiędzy stanem dobrym i złym to wówczas współczynnik korekcyjny przyjmuje zawsze wartość 0. W przeciwnym wypadku jego wartość jest równa + lub - jeśli stan ocenianego elementu w niewielkim stopniu odbiega od stanu oczekiwanego i + lub - jeśli różnica stanów jest znaczna. Ostateczna ocena baterii to skorygowany, po uwzględnieniu współczynników korekcyjnych, wiek baterii: SKORYGOWANY WIEK = WIEK + W + X + Y + Z [.]

51 Tablica. Ocena techniczna ceramiki obmurza komór baterii koksowniczej w zależności od stwierdzonych jej uszkodzeń oraz prognozowana jej żywotność bez prowadzonych działań naprawczych i wymagana częstotliwość jej ocen wg wersji monitoringu Fosbela Wartość techniczna Wymagane działania 0 0, Monitoring,, Konserwacja zapobiegawcza., Naprawy OPIS STANU Częstotliwość Żywotność CERAMIKI ocen [miesiąc] KOMORY [tydzień] Nowa, nie uszkodzona 0 0 ściana Przemurowane skrajne -0 kanały grzewcze Po profilaktyce o - 6 przewidywanej trwałości Po profilaktyce - 0 Mniejsze, miejscowe - 0 uszkodzenia Średnie uszkodzenia, występujące w wielu 6-6 miejscach Znaczna część ściany z mniejszymi lub średnimi -6 uszkodzeniami Bardzo głębokie miejscowe - uszkodzenia Bardzo głębokie występujące w wielu - miejscach uszkodzenia Bardzo głębokie występujące na znacznej 0- Co cykl części ściany uszkodzenia Znaczne uszkodzenia na 0 całej powierzchni ściany

52 średni okres eksploatacji długi okres eksploatacji Współczynniki korekcyjne krótki okres eksploatacji Zużycie elementu oceny [%] STAN ZŁY przykładowy wynik oceny STAN DOBRY - - Wiek baterii [lata] współczynnik korekcyjny Rys.. ROZSZERZALNOŚĆ MASYWU ROZKŁAD TEMPERATUR WZDŁUŻ ŚCIAN SZCZELNOŚĆ KANAŁÓW STAN OBMURZA KOMÓR W X Y Z Francuski model oceny stopnia zużycia baterii [0]. Prognozowany stan każdego z ocenianych w tej wersji elementów wynika z jedynie z doświadczenia autora systemu. Bazując na tych doświadczeniach można przyjąć na przykład za stan normalny obniżenie szczelności kanałów powodujące zbliżony do liniowego wzrost współczynnika zużycia kanałów o -0%/rok dla baterii o wysokości komór do m i paraboliczny jego wzrost dla baterii o wysokości komór ponad m (rys..) Współczynnik zuzycia [%] 0 0 Wysokość komory > m 60 Wysokość komory < m Kalendarzowy wiek baterii [lata] Rys.. Współczynnik normalnego zużycia elementu szczelności kanałów w zależności od kalendarzowego wieku baterii [0].

53 Podobne podejście do ilościowej oceny stopnia zużycia baterii prezentuje wersja monitoringu opracowana przez Suchorukowa [0]. Według tej wersji monitorowanie stanu technicznego baterii odbywa się w oparciu o ocenę jej szczelności, geometrii komór koksowniczych i rozkładu temperatur wzdłuż ścian oraz wieku baterii i wielkości jej produkcji. Obliczeniowy wiek baterii (bezwymiarowa wartość) określa następująca zależność: Tr = (0,0 * X + 0, * Y + 0, * Z) * M * T/P [.] gdzie: Tr obliczeniowy wiek baterii, X - współczynnik określający stan szczelności baterii, Y - współczynnik określający geometrię komór koksowniczych, Z - współczynnik określający równomierność rozkładu temperatur, M projektowa zdolność produkcyjna [t/rok], T - rzeczywisty wiek baterii [lata], P - wielkość zrealizowanej produkcji koksu w okresie eksploatacji [t]. Poszczególne współczynniki określające stan danego elementu oceny w tej wersji monitoringu określane są, w zależności od wysokości komór, w oparciu o następujące wzory: X = A * (G ) Y=B*K Z = C * ( Kb) [.] [.] [.] gdzie: A = dla komór o wysokości do m,, dla komór o wysokości -6 m i, dla komór o wysokości m, G gazoprzepuszczalność ceramiki, rozumiana jako procentowy stosunek objętości przenikającego do systemu grzewczego gazu surowego do całkowitej ilości produkowanego gazu w danej jednostce czasu [%], B = dla komór o wysokości do m, 0, dla komór o wysokości -6 m i 0, dla komór o wysokości m, K zmiana szerokości komór [mm], C = 00 dla komór o wysokości do m, 0 dla komór o wysokości -6 m i 00 dla komór o wysokości m, Kb współczynnik wyrównania temperatur w kanałach kontrolnych Mimo, że istnieje zbieżność w doborze elementów oceny w obu w/w wersjach i pokrywa się ona z zakresem wielu innych bezwymiarowych systemów oceny (np.: wersji monitoringu wykorzystywanej w Broken Hill Pty ), można mieć wątpliwości co do ich wyboru. Wersje te również nie uwzględniają takich elementów oceny jak okotwiczenie, uzbrojenie i osprzęt, a wyciąganie wniosków o stanie baterii na podstawie rozkładu temperatur wzdłuż ścian może być mylące. Ewentualne nieprawidłowości w rozkładzie temperatur nie muszą bowiem być jedynie efektem złego stanu technicznego systemu grzewczego, lecz np.: zaniedbań technologicznych.

54 Poważne zastrzeżenia budzi też oparcie oceny stanu baterii o jej wiek (wersja francuska) lub stosunek planowanej do zrealizowanej produkcji (wersja rosyjska). Wprawdzie bateria koksownicza, jak każdy obiekt produkcyjny, starzeje się w miarę upływu czasu i najczęściej obniża swą zdolność produkcyjną, to jednak wpływ tych czynników dla różnych baterii i różnych warunków ich produkcji nie jest przecież, jak to powiedziano wcześniej, identyczny. Nie sposób wobec powyższego, bez dokładnego rozeznania warunków produkcji, konstrukcji baterii, planowanej żywotności i czynników destrukcyjnych, określić stopień poprawności stanu ocenianych składowych dla danego wieku jej eksploatacji (wersja francuska). Wprawdzie uwzględnianie wysokości komór przy doborze współczynników korekcyjnych w dużej mierze niweluje ten problem jest jednak, o czym świadczy chociażby wykazany przez autora rozrzut planowanych wartości współczynników (rys..) niedostateczne. Nie można również wykluczyć koniunkturalnego załamania wielkości produkcji, co niekoniecznie musi być wynikiem złego stanu baterii (wersja rosyjska). Taki sposób oceny praktycznie uniemożliwia wykonanie porównawczych ocen różnych baterii i podejmowania na tej podstawie decyzji o kolejności ich remontu, bądź wyłączeń z eksploatacji, chyba że będzie się operowało nie skorygowanym (obliczeniowym) wiekiem baterii, lecz stosunkiem tej wartości i rzeczywistego wieku baterii. Mimo powyższych zastrzeżeń sama idea odpowiedniego sumowania wyników ocen poszczególnych składowych przedstawiona w powyższych wersjach monitoringów wydaje się być bardzo interesująca. W koksowni Rourkela Steel Plant na potrzeby wyboru działań profilaktycznych i remontowych, opracowano nomogram oceny oparty o pięć składowych [06]. Są to wiek baterii, liczba uszkodzonych kanałów grzewczych, odchylenie słupów kotwicznych, wielkość produkcji i typ przeprowadzonych dotychczas remontów. Suma wartości wyników ocen wytypowanych składowych (zwanych współczynnikami celu), uzyskanych z opracowanego w tym celu nomogramu, wyznacza zakres koniecznych prac remontowych (rys..). Zgodnie z nim współczynnik celu w przypadku uszkodzenia np.: 0 kanałów grzewczych i utrzymywania strzałki ugięcia słupów kotwicznych powyżej 00 mm uzyskuje wartość 0 dla każdej z ocenianych składowych, a suma wyników jest równa 0. Wobec powyższego należałoby przewidzieć na tej ścianie (komorze) remont bieżący. Choć omawiany model oceny stopnia zużycia baterii ukierunkowany jest na dobór metod remontowych można by, ze względu na ilościowe podejście do oceny stanu wytypowanych elementów, wykorzystać go dla celów współczesnego monitoringu. Problemem w tym wypadku jest jednak nie tylko dyskusyjny dobór elementów oceny, ale przede wszystkim ustalone arbitralnie współczynniki celu. Z góry bowiem założono, że oceniana bateria będzie pracowała 0 lat (po tym okresie współczynnik celu osiągnie dla danej składowej oceny wartość maksymalną). Trudno się również zgodzić z autorami tej wersji, że przeprowadzony remont zimny baterii (pieca) pogarsza jej stan, a tak to wynika z nomogramu.

55 0 9 Współczynnik celu (W) Uszkodzone kanały grzewcze Strzałka ugięcia stojaków kotwicznych [mm] Wiek baterii [lata] Wykorzystanie pieca [%] RP RG RZ UPRZEDNIE DZIAŁANIA REMONTOWE KONIECZNE DZIAŁANIA REMONTOWE RP RG RB RZ CAŁKOWITY WSPÓŁCZYNNIK CELU (Σ W) RP - PROFILAKTYKA, RB - Remonty bieżące, RG - Remonty gorące, RZ - Remonty zimne Rys.. Indyjski model oceny stopnia zużycia baterii [06].

56 Zdecydowane poszerzenie zakresu oceny stanu baterii o nieujęte we wcześniej prezentowanych modelach monitoringu elementy zostało zaproponowane w wersjach opracowanych w Zakładzie Koksowniczym Huty im T.Sendzimira i w IChPW. W pierwszej z wymienionych wersji dla określenia stanu baterii przewidziano ocenę następujących elementów [0]: - stan wypełnienia regeneratorów, wielkość oporu hydraulicznego wypełnienia regeneratorów, wysokość i rozrzut temperatur regeneratorów, stan armatury zaworów gazowo-powietrzno-spalinowych, stan ceramiki komór, szerokość komór, wartość siły wypychania koksu, ilość wyłamań wsadu, wielkość produkcji, stan armatury stropu, stan osprzętu bocznego, stan czystości kanałów grzewczych, szczelność ceramiki kanałów grzewczych i jakość spalania w nich gazu opałowego, wysokość i rozrzut temperatur w kanałach grzewczych, stan armatury grzewczej i osprzętu ścian grzewczych Elementy te, w zależności od potrzeb, zostały zgrupowane w oddzielnych obiektach - ceramika, eksploatacja i armatura, lub równolegle - komory, regeneratory i ściany grzewcze (rys..6). Każdy element oceny w zależności od stwierdzonych usterek, np.: w przypadku ceramiki komór są to: ubytki, wżery i pęknięcia ścian, podcięcia podłogą (deską obsadową), uszkodzenia sklepienia i nadmierna ilość grafitu na ścianach i sklepieniu; oceniany jest niezależnie w skali 0-0. Stan baterii jest wynikiem sumowania w odpowiedniej proporcji ocen wydzielonych obiektów, a stan wydzielonych obiektów wynikiem sumowania w odpowiedniej proporcji ocen pojedynczych elementów wchodzących w ich skład, np.: w przypadku ceramiki jest to suma w odpowiedniej proporcji ocen stanu ceramiki regeneratorów, ceramiki kanałów grzewczych i ceramiki komór. Wielkość przyjętych proporcji przy sumowaniu ocen pojedynczych elementów i wydzielonych obiektów, wynika z szacowanego przez autorów tej wersji, wpływu danego elementu na pracę wydzielonego obiektu i danego obiektu na całość baterii. Przy końcowej, globalnej ocenie stanu technicznego baterii, dokonanej w oparciu o oceny cząstkowe, obowiązuje również skala 0-cio stopniowa, w której wyróżnia się następujące przedziały: - stan bardzo dobry (eksploatacja normalna) - stan dobry (drobne remonty pojedynczych komór) - stan dostateczny (remonty gniazdowe) - stan awaryjny (zagrożenie szybkim zniszczeniem baterii) - 0 pkt, 6 - pkt, - 6 pkt, < pkt.

57 Przegląd stanu kratownic Pomiar oporu kratownic Ocena Ceramiki regeneratorów Pomiar temperatur regeneratorów Ocena Eksploatacyjna regeneratorów Przegląd armatury GPS Ocena Armatury regeneratorów Przegląd stanu ceramiki komór Pomiar szerokości komór Ocena Ceramiki komór Rejestracja amperaży Ocena Eksploatacji komór Rejestracja wyłamań wsadu Rejestracja wielkości produkcji Przegląd armatury stropu Przegląd osprzętu bocznego (drzwi i ramy) Ocena Armatury komór OCENA REGENERATORÓW OCENA KOMÓR Przegląd zagruzowania kanałów grzewczych Ocena Ceramiki ściany Przegląd przebić i poprawności spalania Ocena Eksploatacyjna ściany Pomiar temperatur Ocena Armatury regeneratorów Przegląd armatury grzewczej i osprzetu ściany OCENA CERAMIKI OCENA EKSPLOATACJI OCENA BATERII OCENA ARMATURY OCENA ŚCIAN Rys..6 Schemat prowadzenia oceny wg HTS [0]. W wersji IChPW [9] bateria została podzielona (rys..) najpierw na obiekty podstawowe : - ceramika, osprzęt grzewczy, osprzęt odbieralnikowy, okotwiczenie i uzbrojenie, warunki eksploatacji. Każdy z tych obiektów posiada kilka podobiektów (np.: ceramikę podzielono na ceramikę stropu, komory, kanałów, regeneratorów i trzonu), a następnie każdy podobiekt na indywidualne elementy oceny (np.: ceramikę komory podzielono na ceramikę podłogi, ścian i sklepienia). Dla każdego z wydzielonych elementów sporządzono listę usterek. Następnie każda usterka z utworzonych list została odpowiednio oszacowana w skali -00%. Ostateczna wartość ocenianego elementu to różnica między 00% i wartością o którą obniżyły jego stan poszczególne usterki. Na koniec powiązano ze sobą cząstkowe oceny podobiektów, proporcjonalnie do założonego ich wpływu na całość obiektu, a obiektów na całość baterii. Wynikiem oceny jest stan baterii wyrażony w procentach. W wersji tej, zgodnie z założeniami, niezależnie od całościowej oceny stanu baterii istnieje, podobnie jak w wersji HTS, możliwość jej uszczegółowienia na poziomie wydzielonych obiektów i podobiektów.

58 Schemat podziału baterii na elementy oceny Ceramika pojedynczego kanału Ceramika ścian Ceramika podłogi Ceramika komory Sieć gazowa baterii Zawory Ceramika sklepienia Ceramika stropu Sieć gazowa ścian Kolektory spalin Ceramika kanałów Sieć spalinowa Ceramika regeneratorów i trzonu OSPRZĘT GRZEWCZY CERAMIKA OSPRZĘT ODBIERALNIKOWY Osprzęt komór BATERIA Osprzęt baterii Rozkład temperatur wzdłuż baterii Temperatura 00 Okotwiczenie poprzeczne WARUNKI EKSPLOATACJI 00 OKOTWICZENIE i UZBROJENIE Okotwiczenie 0 0 Sieć gazowa Uzbrojenie Uzbrojenie boczne Okotwiczenie podłużne Uzbrojenie stropu 00 Układ temperatur Układ ciśnień 9 0 Warunki spalania 6 Warunki produkcji Nr ściany SM Kanały grzewcze Kanały grzewcze SK Jakość Cykliczność Emisja Zawory Zawory Podatność na stany awaryjne Rys.. Schemat prowadzenia oceny wg IChPW [9]. Sposób monitoringu zaproponowany przez HTS i IChPW, oparty na liczbowym ustaleniu wartości danego elementu, grupy elementów i całości baterii, abstrahując od ich wyboru i przyjętych kryteriów, daje nie tylko większe możliwości oceny (śledzenie zachodzących zmian w stanie technicznym interesującego obszaru baterii), ale przede wszystkim poprawia jakość interpretacji otrzymanych wyników.

59 Stwierdzenie, że bateria, czy dany jej element, posiada wartość pkt na 0 możliwych, lub wartość 0% jest rozumiane zawsze w ten sam sposób, niezależnie od typu baterii, elementu oceny, żywotności, poziomu techniki remontowej itp. Można w ten sposób nie tylko ocenić stan wybranych elementów, ale równocześnie dokonać porównań elementów i baterii pozornie nie związanych ze sobą oraz wskazać te, które wymagają najpilniejszych działań remontowych, niezależnie od stanu pozostałych. Oczywiście przy takim sposobie punktowania, zarówno poszczególnych elementów jak i całej baterii, trudno nie ustrzec się błędów subiektywizmu. Podstawową jednak ich wadą, szczególnie wersji IChPW, jest ogrom danych koniecznych do zebrania dla uzyskania wyniku oceny. Ich zgromadzenie wymaga bardzo dużo nakładów czasu, olbrzymiego i wszechstronnego doświadczenia, a i tak szczegółowe wyniki ocen przy dodatkowo subiektywnie wybranych kryteriach wcale nie muszą poszerzać ogólnej wiedzy o stanie baterii i jej elementów. Dla podjęcia decyzji eksploatacyjnych i remontowych, z punktu widzenia decydentów, nie jest bowiem konieczna szczegółowa analiza stanu każdego, nawet najdrobniejszego, elementu baterii. Niewątpliwym niedostatkiem obu tych metod jest subiektywność wartościowania siły oddziaływania poszczególnych defektów na stan baterii. 6. PROPOZYCJA SYSTEMU OCENY ILOŚCIOWEJ STOPNIA ZUŻYCIA BATERII. Analizując znane i opisane wersje monitoringu stanu baterii, z punktu widzenia możliwości ich stałego wykorzystania dla szybkiej i wiarygodnej oceny stopnia zużycia różnych baterii, należy stwierdzić, że nie do końca spełniają postawione cele. Jedne ograniczają ocenę jedynie do kilku, niekoniecznie adekwatnie dobranych, elementów, inne zaś, ze względu na nadmierną ilość elementów oceny, stają się zbyt skomplikowane. Przydatny monitoring powinien być pewnym kompromisem pomiędzy tym co możliwe, a tym co niezbędnie konieczne. Wynik oceny stanu technicznego musi być podany w zrozumiały sposób, z możliwością porównania zachodzących zmian i różnych baterii miedzy sobą, niezależnie od ich konstrukcji i wieku, możliwości produkcyjnych i stosowanej technologii. Takie możliwości daje jedynie przedstawianie wyników ocen w formie liczbowej, a elementami oceny powinny być wskaźniki charakteryzujące stan techniczny baterii koksowniczej. Parametry technologiczne mogą i powinny natomiast stanowić uzupełnienie oceny stanu technicznego. Ponadto kryteria oceny w przydatnej wersji monitoringu powinny być możliwie jednoznaczne (w miarę ściśle określony rodzaj usterek, zakres przeglądów i pomiarów), niezależne od czasu oceny, osoby ją wykonującej i rodzaju baterii, a algorytmy i wartościowanie usterek dostatecznie obiektywne i stałe. Uwzględniając powyższe zaproponowano w niniejszej pracy, w oparciu o już istniejące, opisane w poprzednim rozdziale, wersje monitoringu oraz własne doświadczenia, możliwie uniwersalny, obiektywny, a zarazem realny system oceny ilościowej stopnia zużycia baterii, którego implementacja będzie możliwa przy stosunkowo najmniejszych nakładach finansowych i czasowych. Jego idea opiera się na następujących zasadach:

60 - 6.. w każdej baterii wyróżnia się zasadnicze obiekty, których stan techniczny w istotny sposób oddziałuje na stopień zużycia baterii, każdemu obiektowi można przypisać liczbową wartość jego wpływu na stan techniczny baterii, stan techniczny obiektu ocenia się na podstawie ilości charakterystycznych usterek, nazywanych dalej elementami oceny obiektu, każdemu elementowi można z kolei przypisać liczbową wartość jego wpływu na stan techniczny obiektu, wytypowane dla wybranych obiektów baterii elementy (usterki) są typowe i możliwie łatwe do stwierdzenia bez nadmiernego nakładu sił i środków, stan techniczny obiektów i w końcu zużycie baterii przedstawia się w formie procentowego ubytku wartości użytkowej, wartościowanie wpływu elementów i obiektów powinno być możliwie jak najbardziej obiektywne i przy niedostatku, a w większości przypadków braku, ilościowych zależności liczbowych ustalonych na drodze eksperymentalnej lub dedukcyjnej powinno bazować na ocenie eksperckiej. Wybór obiektów oraz elementów (usterek) ocenianych w wybranych obiektach. W konstrukcji baterii koksowniczej można funkcjonalnością jej składowych [0] (rys. 6.): - Rys 6. rozróżnić, płytę fundamentową, masyw ceramiczny, więźbę i osprzęt. Zasadnicze składowe konstrukcji baterii koksowniczej. kierując się

61 Żywotność konstrukcji płyty fundamentowej baterii koksowniczej, w której skład wchodzą płyta dyszowa, przyczółki i kolektory spalin, przewyższa w zdecydowany sposób żywotność pozostałych składowych baterii. Na płycie fundamentowej, w czasie normalnej eksploatacji, nie prowadzi się napraw, a ewentualne uszkodzenia, z wyjątkiem szczególnych przypadków (np.: złamanie przyczółka) nie wpływają na stan całości baterii. Nie ma więc sensu wyróżnianie jej jako obiektu oceny stanu technicznego baterii. Inaczej jest w przypadku pozostałych składowych, których uszkodzenia nie tylko decydują o żywotności baterii, ale przede wszystkim określają warunki jej eksploatacji i nie sposób ich pominąć w prowadzonej ocenie. Zasadniczą składową baterii jest masyw ceramiczny. Zarówno proces koksowania, jak i przepływ mediów grzewczych potrzebnych do tego procesu są prowadzone w określonej konstrukcji ceramicznej. Można w niej, niezależnie od typu baterii, wyróżnić (rys. 6.): - obmurze komór koksowniczych ściany, podłoga i sklepienie, - obmurze systemu grzewczego złożone z: kanałów grzewczych, umieszczonych wewnątrz ścian grzewczych, stanowiących jednocześnie obmurze komór koksowniczych, na których spodzie znajdują się palniki gazowe i wyloty kanałów skośnych doprowadzających powietrze i ewentualnie gaz o niskiej kaloryczności (wielkopiecowy, lub mieszanina wielkopiecowego z gazem koksowniczym) oraz odprowadzających spaliny, trzonu, stanowiącego podstawę komór koksowniczych i ścian grzewczych, w którym znajduje się cały system kanałów gazowych, powietrznych i spalinowych, regeneratorów wraz z kanałami tokowymi, usytuowanych bezpośrednio pod trzonem, wykorzystujących ciepło spalin odprowadzanych z kanałów grzewczych do podgrzania powietrza i ewentualnie gazu o niskiej kaloryczności (w wypadku eksploatacji baterii z wykorzystaniem do opalania gazu wielkopiecowego), - strop, znajdujący się nad sklepieniem komór i ścian grzewczych, w którym zlokalizowane są otwory technologiczne dla odciągu gazu powstającego w procesie koksowania (odbieralnik, kolano przerzutowe), dla zasypu węgla do komór (zasypowy system obsadzania komór) oraz dla rewizji komór i kanałów grzewczych. Strop w porównaniu z obmurzem komór koksowniczych i obmurzem systemu grzewczego stanowi najmniej istotny element masywu ceramicznego baterii. Nawet uszkodzony jest dostatecznie pewny, w każdej chwili może być wymieniony i prócz szczególnych przypadków (bardzo znaczne ubytki od strony wnętrza komory lub kanałów grzewczych) nie stanowi większego zagrożenia dla żywotności baterii. Nie ma więc sensu ujmowanie go jako oddzielnego obiektu oceny.

62 Pozostałe składowe konstrukcji baterii koksowniczej, więźba i osprzęt, pełnią w niej funkcję ochrony i usztywnienia masywu ceramicznego oraz wykonują określone czynności technologiczne (doprowadzenie mediów grzewczych, odprowadzenie spalin oraz usunięcie lotnych produktów koksowania) [0] i jako takie decydują o szczelności i stabilności konstrukcji oraz warunkach jej eksploatacji. Nie sposób, w związku z powyższym, pominąć w ocenie stanu technicznego baterii stanu tych składowych na co zwraca uwagę między innymi Dürselen []. Rys 6. Zasadnicze elementy masywu ceramicznego baterii koksowniczej. W zespole więźby i osprzętu baterii wyszczególnić można: uzbrojenie, okotwiczenie, osprzęt grzewczy i osprzęt odbieralnikowy, w których z kolei można wydzielić: w uzbrojeniu uzbrojenie komory, składające się z pancerzy, ram (ramopancerzy) i drzwi piecowych, gniazd i pokryw otworów stropowych (zasypowych lub rewizyjnych) oraz uzbrojenie ścian grzewczych składające się z gniazd i pokryw otworów wziernikowych, w okotwiczeniu słupy, ściągi (poprzeczne i podłużne) i zestawy sprężyn, w osprzęcie grzewczym instalację gazu opałowego, składającą się z przewodów gazowych, armatury gazowej (kurki gazowe, elementy regulacyjne, odwadniacze, podgrzewacz gazu) i armatury przestawczej (przestawnica, cięgna, ramiona kurków przestawczych, wyłączniki krańcowe) oraz instalacji dozowania powietrza i odciągu spalin (zawory spalinowo-powietrzne),

63 w osprzęcie odbieralnikowym rury odciągowe (ewentualnie również rury przerzutowe stosowane w bateriach w celu wspomagania procesu odciągu lotnych produktów koksowania w momencie obsadzania komory) wraz z zamontowaną na nich armaturą oraz walczak z zamontowanymi na nim urządzeniami (zasuwy, skrzynie smołowe, dysze natryskowe, pochodnie). Biorąc pod uwagę powyższe rozważania logicznym jest wydzielenie następujących obiektów oceny stanu technicznego baterii: - ceramika komór koksowniczych, ceramika układu grzewczego, więźba i osprzęt. Podczas wizualnej oceny obmurza komór, bo taka forma oceny jest najczęściej prowadzona, możliwe jest w miarę dokładne odnotowanie usterek jedynie w części głowicowej (- kanałów skrajnych każdej ze stron baterii) i to zarówno na ścianach, jak na podłodze i sklepieniu komór. Są to zarazem te części ceramiki, które najczęściej ulegają uszkodzeniom, a ich remont, choć często bardzo trudny, nie pociąga jeszcze za sobą znacznych skutków finansowych i ograniczeń produkcyjnych (stosunkowo krótki czas trwania remontu). Możliwości oceny dalszej części wymurówki komór są ograniczone. Prowadzone przeglądy, czy to od strony drzwi, czy poprzez otwory technologiczne w stropie baterii, nie są w stanie ujawnić dokładnego rozmiaru i wielkości ewentualnych usterek, chyba że wykorzysta się metodę endoskopową u nas praktycznie nie wdrożoną. Das [06] i Štejnberg [09] proponują wprawdzie by podział wymurówki komory na niezależne fragmenty oceny ujmował jak najmniejsze powierzchnie (obszar jednego kanału, każda poszczególna kształtka), jednak w świetle wcześniejszych wywodów realnym i wystarczającym jest podział na obmurze lewej i prawej ściany oraz podłogi i sklepienia znajdujące się oddzielnie po stronie maszynowej i po stronie koksowej. W czasie oceny stanu obmurza komór odnotowywanie miejsca występowania usterek byłoby jednak niedostateczne, gdyż nie każda usterka powoduje jednakowe konsekwencje techniczne. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla [0] proponuje by o stanie technicznym obmurza komór w odmienny sposób decydowały ubytki w podziale na płytkie, głębokie i bardzo głębokie, deformacje (w tym również zawężenia komór), pęknięcia kształtek, narosty grafitu i dotychczasowe naprawy nie przywracające pełnej sprawności (torkretowanie, spawanie ceramiczne, częściowa przemurówka). Takie rozróżnianie usterek, choć uzasadnione, nie w pełni spełnia wymogi obiektywnej oceny. Odnotowywanie obecności nadmiaru grafitu (nie tyle usterki technicznej, co technologicznej) ma, ze względu na możliwy obszar występowania, ograniczone zastosowanie. Uwzględnianie w ocenie stanu technicznego obmurza komór obecności grafitu komplikuje ponadto wybór fragmentów oceny (trzeba byłoby podzielić obszar ceramiki komór na bardzo małe fragmenty i zróżnicować możliwe usterki na ich powierzchni), a efekt takiego postępowania, jak pokazały próbne oceny [0], jest praktycznie niezauważalny (obniżenie stanu z tytułu występowania tylko możliwych usterek pod powierzchnią grafitu nie może być uznane jako znaczne, co przy ograniczonym obszarze występowania tej usterki czyni jej wpływ możliwym do pominięcia).

64 Trudne jest również, bez dostatecznej praktyki lub drogiego oprzyrządowania, nadmierne różnicowanie wielkości usterek w sposób zaproponowany przez IChPW. W związku z powyższym ostatecznie uznano w tej pracy, że na potrzeby oceny, możliwym i wystarczającym jest rozróżnianie następujących usterek elementów oceny: A ceramika komór: ubytki ścian: małe - sporadycznie występujące wżery, odkruszenia i ubytki na najwyżej kilkunastu kształtkach, a także ubytki wypełnienia styku pancerza lub ramopancerza z ceramiką komory oraz naprawy o ograniczonej skuteczności (torkretowanie), duże - wżery, odkruszenia i ubytki kilkudziesięciu kształtek, obejmujące np.: całą przestrzeń nad koksem pod rurą odciągową gazu surowego, pęknięcia ścian: małe - sporadyczne pęknięcia lub rozwarstwienia spoin na kilkunastu kształtkach, duże - pęknięcia lub rozwarstwienia spoin na kilkudziesięciu kształtkach, deformacje ścian i zawężenia komory: małe - zmiany geometrii ścian nie powodujące znaczących utrudnień w eksploatacji, duże - zmiany geometrii ścian powodujące znaczące utrudnienia w eksploatacji, takie jak odbiegająca od normatywu siła wypychania koksu lub konieczność ograniczenia ilości wsadu węglowego, uszkodzenia podłogi komory - wytarcia kształtek z obniżeniem poziomu podłogi poniżej zamontowanych progów, miejscowe deformacje oraz naprawy o ograniczonej skuteczności, takie jak zalewanie poziomu podłogi masami ceramicznymi, uszkodzenia sklepienia komory: małe - pęknięcia nie przechodzące przez całą szerokość kształtki, ubytki o ograniczonym zakresie (najwyżej na jednej kształtce), znaczne narosty grafitu, duże - ubytki na kilku kształtkach oraz pęknięcia obejmujące całą szerokość kształtki. Istnieje jeszcze jeden istotny element oceny stanu ceramiki komór niedostatecznie doceniany, a będący podstawą wielu ocen w zagranicznych koksowniach. Jest to wartość zmian rozszerzalności ich obmurza. Każdy przyrost długości ścian komór w czasie eksploatacji pogarsza ich stan. Dla celów opracowywanego sposobu oceny stanu baterii przyjęto w tej pracy, że jego wartość na poziomie 0,% stanowi już poważną usterkę, która w określony sposób winna obniżyć wartość jej ceramiki.

65 Dobrym uzupełnieniem oceny stanu technicznego obmurza komór może być informacja o sile wypychania koksu. Choć jest to parametr typowo technologiczny zależny od wielu czynników i jako taki nie może być elementem oceny stanu technicznego, to jednak jako informacja uzupełniająca jest wręcz niezbędny. Często, w normalnej eksploatacji, właśnie na podstawie wielkości siły wypychania koksu podejmowane są decyzje remontowe. Informacja uzupełniająca powinna również zawierać syntetyczny opis dotychczas przeprowadzonych remontów. B ceramika systemu grzewczego W przypadku oceny stanu technicznego ceramiki ścian (fragment ceramiki układu grzewczego) odmiennie niż przy ocenie obmurza komór, ze względu na możliwości, istotę i wiarygodność wykonania przeglądu, ocenie mogą i powinny być poddane wszystkie kanały grzewcze, a więc tak jak to proponuje Das [0]. Typowymi usterkami technicznymi kanałów grzewczych, niezależnie od typu baterii, a więc elementami oceny są: niedrożność kanałów powietrzno-spalinowych: częściowa zagrafitowania, zagruzowania lub zatopienia kanałów skośnych oraz usterki wypełnienia regeneratorów ograniczające dopływ powietrza do kanału grzewczego, całkowita zagrafitowania, zagruzowania lub zatopienia kanałów skośnych oraz usterki wypełnienia regeneratorów całkowicie blokujące dopływ powietrza do kanału grzewczego, niedrożność kanałów gazowych: częściowa zagrafitowania, zagruzowania oraz usterki na dolocie gazu do kanału grzewczego (np.: nieszczelności ceramiki kanałów gazowych) ograniczające jego dopływ, całkowita zagrafitowania, zagruzowania oraz usterki na dolocie gazu do kanału grzewczego (np.: niedrożność ceramicznych kanałów gazowych) blokujące jego dopływ, uszkodzenia elementów regulacyjnych - brak elementu regulacyjnego, przewrócony element regulacyjny, nieszczelność obmurza (infiltracja gazu surowego z komory koksowniczej do przestrzeni kanału grzewczego): jednostronna przebicie gazu surowego z jednej komory do układu grzewczego, dwustronna przebicie gazu surowego z obu komór do układu grzewczego. Każda z tych usterek wpływa w istotny sposób na stan układu grzewczego ocenianego kanału. Inne usterki kanałów grzewczych, typu przesunięty register w kanale rozpałowym, zagruzowania kanału wziernikowego, choć utrudniają ocenę stanu i mogą również świadczyć o rozpoczętej degradacji masywu ceramicznego, są na tyle nietypowe, możliwe do usunięcia prostymi środkami i trudne do zaklasyfikowania, że ujmowanie ich w przeglądach i ocenie mijałoby się z samą ideą proponowanego monitoringu.

66 Niezależnie od przeglądów kanałów grzewczych, stanowiących podstawę oceny ich stanu technicznego, należy w uzupełnieniu przedstawić rozkład temperatur wzdłuż ocenianych ścian i ewentualne informacje o niedostatecznym spalaniu w nich gazu opałowego (kopcący płomień). Mimo, że trzon baterii koksowniczej jest jednym z najistotniejszych fragmentów ceramiki układu grzewczego, to ocena jego stanu, przy użyciu standardowych metod (przeglądy, pomiary), jest na czynnej baterii niemożliwa. Tylko w pewnym zakresie o jego stanie może świadczyć osiągany poziom temperatur w kanałach grzewczych i jakość spalania w nich gazu opałowego, ale te parametry, nie jako składowe oceny stanu technicznego ale jako informacje uzupełniające, będą już wykorzystywane przy okazji oceny stanu ceramiki kanałów grzewczych. Wobec powyższego nie należy traktować trzonu jako oddzielnego fragmentu oceny stanu technicznego ceramiki baterii. Podobnie jest z oceną stanu technicznego ceramiki regeneratorów. Tylko na nielicznych bateriach (z dostępem do całości przestrzeni podsklepieniowej) można pośrednio monitorować ich stan, w oparciu o pomiary ciśnieniowe i temperaturowe. W zdecydowanej większości regeneratorów możliwość oceny ich stanu ograniczona jest do wyników przeglądów zewnętrznych murów i widocznej, od strony zaworu spalinowo-powietrznego, części kanału tokowego. Ponieważ zasady monitoringu stanu technicznego baterii powinny być z założenia identyczne dla wszystkich baterii należy wobec powyższego przyjąć, że elementami oceny regeneratorów będą jedynie widoczne uszkodzenia (nieszczelności i ubytki czół oraz wokół zaworów spalinowopowietrznych) odnotowywane oddzielnie dla każdej z jej stron. Ocenę taką winno się uzupełnić wynikami pomiarów ciśnieniowych i temperaturowych w zaworach spalinowo-powietrznych. Choć same w sobie wyniki te, podobnie jak przy ocenie stanu technicznego kanałów grzewczych, nie mogą być podstawą oceny stanu technicznego regeneratorów, są, wobec braku innych elementów oceny, niezbędną informacją uzupełniającą. C więźba i osprzęt Choć wszystkie z części składowych więźby i osprzętu mają swoje znaczenie w eksploatacji baterii nie każda z nich może i musi być ujęta w całkowitej ocenie jej stanu technicznego. Tak jest w przypadku ściągów podłużnych, odwadniaczy, podgrzewacza gazu opałowego, elementów sterowania pracą rury odciągowej, przewodów gazowych i walczaka. Pierwszy z nich, niezbędny przy uruchomieniu baterii i remontach związanych z wymianą ceramiki ścian grzewczych na zimno, w czasie normalnej i stabilnej eksploatacji pełni jedynie drugoplanową rolę (zabezpieczenie przyczółków przed ewentualnym naporem rozszerzającej się lub przepychanej w czasie wypychania niedostatecznie gotowego koksu ceramiki baterii). Niesprawność dźwigni sterujących na rurze odciągowej, odwadniaczy i podgrzewacza gazu opałowego utrudnia, a czasem chwilowo uniemożliwia obsługę komór, nie prowadzi jednak do uszkodzeń baterii, a więc obniżenia jej stanu technicznego. Sprawność walczaka i przewodów gazowych, choć bardzo istotna w eksploatacji baterii, jest trudna do zdefiniowania na potrzeby monitorowania jej stanu technicznego. Z jednej strony bowiem uszkodzenia walczaka i przewodów gazowych

67 mogą całkowicie uniemożliwić eksploatację całości baterii do czasu ich usunięcia (np.: liczne i duże nieszczelności), a z drugiej strony, przy pewnych uwarunkowaniach, nawet istotne usterki tych elementów (np.: niesprawność regulatorów ciśnienia) nie muszą obniżać sprawności całości baterii. Niezbędną informacją przy ocenie osprzętu odbieralnikowego jest w tym wypadku wartość minimalnie utrzymywanych ciśnień w walczaku w ciągu całego okresu koksowania, zaś w przypadku przewodów gazowych stabilność utrzymywanych ciśnień podczas każdej rewersji. Są to jednak parametry technologiczne i jako takie nie mogą same w sobie być elementami oceny stanu technicznego, a jedynie jego uzupełnieniem. Zadaniem uzbrojenia baterii jest ochrona masywu ceramicznego (pancerze, ramy drzwiowe, ramopancerze) i zamknięcie oraz uszczelnienie wszystkich otworów technologicznych (drzwi piecowe, zamknięcia otworów w stropie baterii na komorach i ścianach grzewczych). Fragment ten winien zapewnić również dostateczną szczelność komory, zapobiegającą wydobywaniu się gazu surowego na zewnątrz. Problem ten nabiera szczególnego znaczenia w związku z coraz surowszymi wymogami ochrony środowiska. Za usterkę należy więc uznać: - uszkodzenia pancerza, ramy (ramopancerza) - wyłamania, pęknięcia, widoczne odkształcenia, brak progu, a także widoczną emisję na tych elementach, uszkodzenia drzwi piecowych - niesprawność ryglowania i innych zamknięć na drzwiach, ubytki wymurówki, uszkodzenia doszczelnienia, a także widoczną emisję, uszkodzenia gniazd lub pokryw otworów zasypowych (rewizyjnych) wyłamania, pęknięcia, widoczne odkształcenia, a także widoczna emisja na tych elementach. Niezbędne jest także uwzględnianie w ocenie baterii większości składników jej okotwiczenia. Bezwzględnie określić należy: - deformację słupów kotwicznych (oddzielnie dla każdej ze stron), której miernikiem jest strzałka ugięcia powyżej 0 mm i widoczne skręcenia, przeciążenia lub niedociążenia sprężyn dociskowych na okotwiczeniu rozumiane jako utrzymywanie wymiaru sprężyn poza zakresem atestacji, stwierdzony brak ich zgniotu, pęknięcia sprężyn, uszkodzone elementy regulacji zgniotu sprężyn. Zawyżona wartość strzałki ugięcia nie tylko utrudnia eksploatację (przejazd maszyn piecowych), ale przede wszystkim prowadzi do utraty sprężystości słupa, a następnie odkształceń uzbrojenia bocznego komory i rozluźnienia jej wymurówki, a więc obniżenia stanu technicznego baterii. Podobne znaczenie ma, a więc musi stanowić element oceny stanu technicznego, obciążenie sprężyn wywierających nacisk na ściany grzewcze i spinających słupy kotwiczne strony maszynowej ze stroną koksową. Wynikiem przeglądu stanu okotwiczenia powinna być jeszcze ocena ściągów poprzecznych (spinających słupy kotwiczne). Ostatnimi jednak czasy ściągi te montuje się w osłonach wewnątrz ceramiki stropu i o ich stanie można sądzić jedynie na podstawie obciążenia sprężyn zamontowanych na stojakach kotwicznych.

68 Przy ocenie stanu osprzętu grzewczego trzeba uwzględnić przede wszystkim te składowe, które mogą wpływać na stan całości baterii. Z tego punktu widzenia na uwagę zasługują następujące elementy osprzętu grzewczego: - - uszkodzenia składowych dozowania gazu opałowego - stwierdzona nieszczelność kurka lub połączenia przewodu gazowego z masywem, ograniczona drożność przewodów gazowych, braki elementów regulacji, niesprawność urządzenia przestawczego (niedomykanie kurka w danej pozycji), uszkodzenia składowych dozowania powietrza i odciągu spalin - pęknięcia i stwierdzone nieszczelności korpusu skutkujące zasysaniem powietrza, brak elementów regulacji, niesprawne przepustnice, niesprawność urządzenia przestawczego (niedomykanie talerzy lub klap w danej pozycji). Za usterki osprzętu odbieralnikowego należy uznać: - uszkodzenia rur odciągowych - pęknięcie lub przepalenie rury odciągowej, ograniczenie jej drożności, niesprawność jej zamknięcia lub zaworu odcinającego, emisję gazu surowego w obrębie rury wznośnej (rury przerzutowej) i na jej osprzęcie. Niedomykanie zamknięcia lub zaworu odcinającego, przepalenia, pęknięcia lub zarośnięcia osadami przelotu rury, a także emisja gazu surowego do atmosfery z rury lub w jej obszarze zawsze obniżają stan techniczny osprzętu odbieralnikowego, pogarszają warunki eksploatacji baterii, sprzyjając jednocześnie jej uszkodzeniom. 6.. Koncepcja oceny liczbowej stanu baterii. Schemat oceny stanu baterii, zgodny z powyższym wyborem obiektów i elementów oceny, przedstawiony został na rysunku 6.. Stan techniczny baterii koksowniczej, jak i wielu innych obiektów, można wyrazić jako procent jej początkowej wartości użytkowej ocenionej na 00%. Każda zmiana procentowej wartości wyniku oceny może być łatwo zinterpretowana, szczególnie jeśli jej zakres jest znaczny. Podjęcie decyzji co do konieczności rozpoczęcia działań naprawczych, czy oceny ich skuteczności jest wówczas znacznie ułatwione.

69 CERAMIKA KOMÓR (O) ściana lewa SM i SK ściana prawa SM i SK małe ubytki duże małe pęknięcia pęknięcia duże małe deformacje ścian i zawężenia komory duże nadmierna rozszerzalność ścian ubytki elementy ceramiki komór podłoga SM i SK małe duże małe duże uszkodzenia sklepienie SM i SK uszkodzenia małe duże Dane uzupełniające siła wypychania koksu syntetyczny opis dotychczasowych remontów CERAMIKA UKŁADU GRZEWCZEGO (O) BATERIA wnętrze kanałów grzewczych (-n) obiekty elementy ceramiki układu grzewczego czoła regeneratorów po SM i SK częściowa niedrożność dopływu powietrza całkowita częściowa niedrożność dopływu gazu całkowita jednostronna infiltracja gazu surowego dwustronna uszkodzony element regulacyjny nieszczelności i ubytki na czołach ceramiki regeneratorów i wokół zaworów spalinowo-powietrznych Dane uzupełniające rozkład temperatur wzdłuż ścian wizualna ocena spalania gazu opałowego w kanałach grzewczych ciśnienie w zaworach spalinowo-powietrznych temperatura w zaworach spalinowo-powietrznych uszkodzenia pancerza, elementy ramy okotwiczenia uzbrojenia i uszkodzenia osprzętu drzwi piecowych uzbrojenie stropu uszkodzenia ramy pokrywy otworu zasypowego rewizyjnego słup kotwiczny sprężyny instalacja gazowa instalacja pow-spal instalacja odbieralnikowa przeciążenie lub niedociążenie sprężyn uzbrojenie boczne deformacja słupa kotwicznego OKOTWICZENIE, UZBROJENIE I OSPRZĘT (O) uszkodzenia organów dozowania gazu opałowego uszkodzenia organów dozowania powietrza i odciągu spalin uszkodzenia rury odciągowej Dane uzupełniające ciśnienie gazu opałowego w ciągu doby (średnie, minimalne, maksymalne) ciśnienie gazu surowego w ciągu doby (średnie, minimalne, maksymalne) Rys. 6. Schemat oceny stanu baterii koksowniczej. emisja gazu surowego w obrębie rury odciągowej

70 Stan baterii zależy od stanu technicznego jej obiektów składowych (ceramika, komór koksowniczych, ceramika układu grzewczego oraz więźba i osprzęt) przy czym wpływ każdego z nich jest inny. Uwzględniając wybór takich obiektów oceny baterii ocenę jej stanu można zapisać w formie następującej zależności: STAN BATERII [%] = W*O + W*O + W*O [6.] gdzie: O, O, O stan techniczny wyrażony w [%] odpowiednio: ceramiki komór koksowniczych, ceramiki układu grzewczego, okotwiczenia, uzbrojenia i osprzętu, W, W, W - wartość współczynników wpływu stanu w/w obiektów na stan baterii. Dla tak określonej zależności współczynniki wpływu winny przyjmować wartości w zakresie od 0 do, przy czym ich suma W i i= musi być równa. Im większa wartość współczynnika wpływu tym większe jest znaczenie stanu technicznego danego obiektu w całościowej ocenie baterii. W ten sam sposób można przedstawić wynik oceny stanu technicznego poszczególnych obiektów baterii w oparciu o stan wybranych (najważniejszych) elementów składowych: n O [%] = Oi * Wi [6.] Oj * Wj [6.] Ok * Wk [6.] i= m O [%] = j= p O [%] = k= gdzie: Oi, Oj, Ok stan techniczny danego elementu oceny w wybranym obiekcie [%], Wi, Wj, Wk -wartość współczynników wpływu stanu określonych elementów na stan wybranego obiektu, Ocena stanu elementu, zgodnie z przyjętym schematem (rys. 6.) sprowadza się do ustalenia czy występuje dana usterka, czy też nie. Za wartość 00% danego elementu należy uznać brak występowania wytypowanej usterki na całości baterii, każda zaś odnotowana obecność rozpatrywanego elementu oceny (usterki danego typu) obniża jego wartość proporcjonalnie do zakresu jego występowania. Matematycznie można to wyrazić za pomocą następującej zależności: Oxy [%] = 00% * ( - ndxy / nxy ) [6.]

71 gdzie: Σndxy Σnxy - sumaryczna ilość występowania usterek danego typu (danego elementu oceny), maksymalna możliwa ilość występowania usterek danego typu (danego elementu oceny) Zgodnie z powyższym jeżeli np.: w czasie przeglądu ceramiki 000 kanałów grzewczych stwierdzono w 0 z nich dwustronną infiltrację gazu to wartość tego elementu oceny wynosi 9%. Takie podejście do wyboru elementów i ich wartościowania stanu nie tylko upraszcza ale przede wszystkim, ze względu na całkowitą jednoznaczność, obiektywizuje proces oceny. Operowanie zasadą proporcjonalności zapewnia bowiem najlepiej zasadę bezstronności i niezależności (od typu i wieku baterii, ilości i konstrukcji ocenianych obiektów) wykonywanych ocen. Przy takim sposobie oceny współczynniki Wxy określają wpływ danej usterki na stan ocenianego obiektu. Ich wartość, podobnie jak przy ustalaniu wpływu obiektów na całość baterii, winna mieścić się w przedziale 0, a ich suma dla danego obiektu musi być równa. Kluczowym zagadnieniem pozostaje zobiektywizowanie wartości współczynników W, W i W wpływu stanu obiektów na stan baterii oraz współczynników Wxy oceniających wpływ poszczególnych rodzajów usterek (wpływ stanu elementów) na stan poszczególnych obiektów. Przy zupełnym niedostatku odpowiednich danych (np.: ilościowych zależności empirycznych lub dedukcyjnych) najlepszą drogą pozostaje w tym przypadku sięgnięcie po doświadczenia dostatecznie reprezentatywnej i licznej grupy ekspertów i tą drogą postanowiono pójść w niniejszej pracy. Dotarto przede wszystkim do doświadczonych praktyków, reprezentujących przemysł koksowniczy (osoby pracujące przy budowie, rozpale i uruchamianiu baterii, przy ich remontach oraz prowadzące ich eksploatację), branżowe biuro projektowe oraz instytucje naukowo-badawcze współpracujące z koksowniami. W sumie grupa ekspercka składała się z osób (listę ekspertów zawiera załącznik nr ), z których każda otrzymała przygotowaną, zunifikowaną ankietę stanowiącą załącznik nr. Autorowi pracy zależało na tym, aby każda z ocen została wykonana samodzielnie, co eliminowało sytuację w której ocena któregoś z uczestników ankiety, cieszącego się dużym autorytetem, zdeterminuje ocenę pewnej większej grupy specjalistów. Chodziło więc o stworzenie zbioru danych wynikającego z niezależnej oceny. Uzyskany tym sposobem zbiór danych i poglądów przyjętych do rozważań po wnikliwej analizie i odpowiedniej obróbce statystycznej dawał szansę uzyskania opinii średniej całej grupy specjalistów, których indywidualne opinie się różnią, a więc wystąpi sytuacja zbliżenia się do obiektywnej oceny faktycznego stanu technicznego baterii koksowniczej. Prośba skierowana do ekspertów uczestniczących w ankiecie sprowadzała się w zasadzie do dwóch zagadnień: - ustalenia przez nich wartości liczbowych współczynników wpływu stanu obiektów W, W i W oraz usterek (elementów) w ramach obiektów Wxy, sformułowania ewentualnych uwag dotyczących przede wszystkim wybranych rodzajów obiektów i elementów (usterek).

72 6.. Analiza wyników ankiet oceny stanu baterii koksowniczej. Kompletna dokumentacja ankiet, licząca około 00 stron, znajduje się w posiadaniu autora niniejszej pracy i ze względów technicznych nie została do pracy dołączona. Pierwszym i w istocie najważniejszym punktem oceny stanu technicznego baterii przy złożonej procedurze postępowania było ustalenie wartości liczbowych współczynników wpływu stanu obiektów W, W i W. Odpowiednie dane liczbowe z ankiet oraz wyliczone na ich podstawie wskaźniki charakteryzujące wartości średnie oraz miary rozproszenia wyników (rozstęp, odchylenie standardowe) zawiera Tablica 6.. Jak z niej wynika uczestnicy ankiety za najważniejszy obiekt rzutujący na stan techniczny baterii uznali ceramikę komór koksowniczych (wartość średnia W=0,), przy czym przypisywane jej wartości liczbowe wahały się w przedziale od 0, aż do 0,6. Nieco mniejsze znaczenie w opinii ankietowanych ekspertów ma stan ceramiki układu grzewczego (wartość średnia W=0,), przy granicznych wartościach oceny od 0, do 0,0. Wyraźnie najmniejszą wagę, zgodnie z oczekiwaniami, eksperci przywiązują do stanu okotwiczenia i osprzętu (średnia wartość W=0,), przy granicach rozstępu 0,0 do 0,. Rozproszenie wyników oceny wokół wartości średniej dla każdego z trzech ocenianych obiektów mierzone odchyleniem standardowym było zbliżone i wynosiło około 0,0. Można więc powiedzieć, że w opinii specjalistów stan techniczny baterii koksowniczej w ok. 0% determinowany jest stanem ceramiki i zaledwie w ok. 0% zależy od stanu okotwiczenia i osprzętu. Interesujący jest problem zgodności opinii ankietowanej grupy specjalistów odnośnie znaczenia oddziaływania stanu każdego z obiektów na stan całej baterii koksowniczej. Dla analizy tego problemu przypisano ocenie znaczenia każdego z obiektów, wykonanej przez danego specjalistę, wartości: obiekt najważniejszy, obiekt najmniej ważny, obiekt pośrednio ważny. W przypadku identycznych wartości znaczenia obiektów numer miejsca (pozycji) był średnią odpowiednich składowych. Dane klasyfikacyjne, sporządzone w oparciu o konkretne wyniki z tablicy 6., zawiera Tablica 6.. Jak z niej wynika opinia specjalistów była w zasadzie zgodna, że najważniejszy wkład w ocenę stanu baterii ma ceramika komór, która u -tu, a więc większości ekspertów znalazła się na miejscu pierwszym, a u -miu dzieliła miejsce pierwsze z ceramiką układu grzewczego. Wyraźna zgodność panowała również odnośnie najmniej istotnego wpływu stanu okotwiczenia i osprzętu na stan techniczny baterii. Tego zdania było aż spośród ekspertów.

73 Tablica 6. Oddziaływanie określonych obiektów na stan techniczny baterii w opinii ankietowanych specjalistów nr uczestnika, j=... nr obiektu, i= wi Sw wmin wmax i 0,6 0,0 0, 0,0 0,60 0, 0,0 0,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,6 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,6 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0, 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,09 0,0 0, obiekt nr ceramika komór, obiekt nr ceramika układu grzewczego, obiekt nr uzbrojenie, okotwiczenie i osprzęt wi = j= wij - średnia arytmetyczna wagi oddziaływania i-tego obiektu, (w Sw = i 6 j= ij wi n ) - odchylenie standardowe.

74 Tablica 6. Wartościowanie oddziaływania określonych obiektów na stan baterii w opinii ankietowanych specjalistów. nr uczestnika, j=... nr obiektu, i=... 0,,, 0,6,9 0, awi,,,,,,,,,,,,,,,,,,, awi = j= awij S aw = - średnia arytmetyczna wartościowania oddziaływania i-tego obiektu, i awmax obiekt nr ceramika komór, obiekt nr ceramika układu grzewczego, obiekt nr uzbrojenie, okotwiczenie i osprzęt j= (a wij awi n ) - odchylenie standardowe. S aw awmin i

75 Ilościową miarą zgodności opinii wśród ankietowanych ekspertów może być wartość tzw. współczynnika konkordacji Ko. Przy pełnej zgodności ekspertów pozycja oddziaływania poszczególnych obiektów na stan baterii przyjmowałaby identyczne wartości u wszystkich ekspertów. Suma tych wartości dla poszczególnych obiektów wynosiłaby po kolei: m j= aw j = m; m j= aw j = m;... ; m j= awkj = k m [6.6] gdzie: m ilość ekspertów, k ilość obiektów. m Wówczas suma kwadratów S odchylenia wielkości j= awij od ich średniej awi osiągnęłaby wartość maksymalną równą: m (k k ) S max = [6.] Z kolei pełna niezgodność w opiniach może być przedstawiona jako przypadek kiedy każdemu obiektowi będzie przypisana ta sama ilość ale wszystkich z możliwych m ocen i wówczas wszystkie j= awij będą takie same i równe: m j= awij = a wi [6.] m a więc suma kwadratów będzie minimalna i wyniesie 0. Wszystkie możliwe wartości sumy kwadratów mieszczą się więc w przedziale: 0 S m (k k ) [6.9] Współczynnik konkordacji, będący miara zgodności opinii specjalistów, jest stosunkiem uzyskanej z ocen specjalistów sumy kwadratów S do S max, czyli pełnej zgodności: Ko = S m( k k ) [6.0]

76 Wynika stąd, że im bardziej wartość Ko będzie zbliżona do tym większa będzie zgodność opinii ekspertów. W konkretnym przypadku, oceny zgodności opinii ekspertów przy wartościowaniu obiektów baterii koksowniczej, uzyskano wysoką wartość współczynnika konkordacji równą Ko = 0,9. Z powyższego wynika, że panuje w przedmiotowej materii duża zgodność opinii i w modelu oceny stanu technicznego baterii można operować następującymi, uśrednionymi wartościami liczbowymi wpływu obiektów (rys. 6.): ceramika komór (W) ceramika układu grzewczego (W) okotwiczenie i osprzęt (W) 0, 0, 0, W obrębie każdego z trzech wyróżnionych obiektów dokonana została analiza wyników oceny eksperckiej, dotyczącej wartościowania współczynników wpływu poszczególnych elementów (usterek) na dany obiekt. Podobnie jak dla obiektów obróbka statystyczna wyników obejmowała wyznaczenie: wartości średniej (dla każdego z elementów), odchylenia standardowego oraz granic rozstępu. Wyniki analizy wartości współczynników wpływu poszczególnych usterek na stan obiektu, czyli ceramiki komór, zawarte są w Tablicy 6., natomiast w Tablicy 6. przedstawiono wyniki wartościowania tychże usterek (elementów) począwszy od najważniejszego (mającego największy wpływ) elementu, któremu przypisano cyfrę, aż po element o najmniejszym, w opinii eksperta, znaczeniu, któremu przypisano cyfrę 0. Jak wynika z tabel zdecydowana większość ekspertów za najbardziej znaczący defekt uznała duże deformacje ścian i zawężenia komór (element 6), przypisując mu wartość od 0,0 do 0,0 (średnia arytmetyczna 0,). W ocenie innych elementów eksperci nie byli już tak zgodni, przy czym za znacząco większe od pozostałych wartości oddziaływania na stan ścian komór koksowniczych uznali elementy i, czyli duże ubytki oraz duże pęknięcia ścian komór, co najlepiej ilustruje rys. 6.. Wyraźnie najmniejsze znaczenie przypisano elementom i, czyli małym ubytkom ścian komór oraz małym uszkodzeniom sklepienia komór, dla których średnia wartość oddziaływania na stan ceramiki komory wyniosła zaledwie 0,0. Wyliczony w opisany uprzednio sposób współczynnik konkordacji (na wartość którego oddziałuje również ilość ocenianych czynników, w tym przypadku elementów) osiągnął wysoką wartość Ko = 0,9, co świadczy o dużej zgodności w opiniach zbiorowości ekspertów.

77 Oddziaływanie obiektów na stan baterii [-] 0, 0, 0, 0, 0, 0 Rys. 6. Ustalone średnie wartości liczbowe wpływu stanu obiektów baterii na jej stan techniczny

78 Tablica 6. Oddziaływanie określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek ceramiki komór nr elementu, i=...0 nr uczestnika, j= ai Sa i amin amax 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00 0,00 0,0 0,0 0,06 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,6 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0, 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,06 0,0 0,0 0,06 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0, 0, 0, 0, 0, 0,6 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,00 0,0 6 0,0 0, 0, 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,09 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,06 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,06 0,0 0,00 0,0 9 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,00 0,00 0,0 0,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0 0,0 0,0 0,6 0,06 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,06 0,0 0, 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0, 0,0 0,0 0,0 0,00 0, element nr małe ubytki ścian komór, element nr duże ubytki ścian komór, element nr małe pęknięcia ścian komór, element nr duże pęknięcia ścian komór, element nr małe deformacje ścian komór i zawężenia komory, element nr 6 duże deformacje ścian komór i zawężenia komory, element nr uszkodzenia podłogi komory, element nr małe uszkodzenia sklepienia komory, element nr 9 duże uszkodzenia sklepienia komory, element nr 0 nadmierna rozszerzalność obmurza komór.

79 Tablica 6. Wartościowanie oddziaływania określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek ceramiki komór. nr elementu, i=...0 nr uczestnika, j=... amax,0, 9,, 0,9,,, 9, 6,0,, ai 9,,, 6,, 9, 0 6,, 9 6,, 9, 9,96,,,,,,,,,,,, 9,,,, 6 9 6, 9 6, ,,,,,,,,, 6 Sa amin 6 i 9,, 9,,, 0, 6,,, 6,,,,9 9, 6,,, 0,6 6,,, 9 6,, 6 6,,, 9 9,,, 6,,, 0 6,,, 0 9 9, 0, 9 9, ,, 6, 0 9, 9, 0,,, 0 6 6,,,,,,, 6 9, 6,, 6,,,,, 0 6, 9, 0 9 9, 9, 6, 0 9,, 9,, 6,, 0 element nr małe ubytki ścian komór, element nr duże ubytki ścian komór, element nr małe pęknięcia ścian komór, element nr duże pęknięcia ścian komór, element nr małe deformacje ścian komór i zawężenia komory, element nr 6 duże deformacje ścian komór i zawężenia komory, element nr uszkodzenia podłogi komory, element nr małe uszkodzenia sklepienia komory, element nr 9 duże uszkodzenia sklepienia komory, element nr 0 nadmierna rozszerzalność obmurza komór.

80 Oodziaływanie elementów na ceramikę komór koksowniczych [-] Rys. 6. 0, 0, 0, 0, 0 Ustalone średnie wartości liczbowe wpływu stanu elementów ceramiki komory na jej stan techniczny

81 Kolejna grupa wyników dotyczyła oceny oddziaływania różnych defektów (elementów) na stan ceramiki układu grzewczego. Zestawienie uzyskanych rezultatów oceny zawierają Tablice 6. i 6.6, natomiast rys. 6.6 ilustruje rozkład wartości średnich dla poszczególnych elementów. Analiza całości tych wyników wykazuje, że w opinii ankietowanych największe zagrożenie i najbardziej niekorzystny wpływ na stan techniczny ceramiki układu grzewczego baterii wywierają trzy elementy: - całkowita niedrożność dopływu powietrza i gazu do kanału grzewczego (elementy odpowiednio i ), dwustronna infiltracja gazu z komory koksowniczej do kanału grzewczego (element 6). Zgodność ocen w zakresie uszeregowania wpływu oddziaływania usterek na stan techniczny ceramiki układu grzewczego, mierzona wartością współczynnika konkordacji, była największa, gdyż wynosiła Ko = 0,9. Najwięcej kontrowersji, w świetle uzyskanych wyników ankiety (Tablica 6. i 6.), budzi wpływ elementów okotwiczenia i osprzętu na stan baterii. O zróżnicowanej opinii specjalistów dotyczącej wpływu poszczególnych elementów świadczy najniższy jak dotychczas współczynnik konkordacji Ko = 0,9. Największą rolę eksperci przypisali uzbrojeniu baterii, a w szczególności uszkodzeniom pancerzy i ram, deformacji słupów kotwicznych oraz stanowi sprężyn dociskowych (elementy, i ). W zdecydowanej większości byli zgodni co do najmniej istotnego wpływu uszkodzenia gniazda lub pokrywy otworu zasypowego (element ). Ankieta skierowana do ekspertów (załącznik ), obok prośby o ustalenie wartości liczbowych współczynników wpływu stanu obiektów W W oraz oddziaływania elementów Wij w obrębie każdego z trzech obiektów, zawierała również prośbę o ocenę trafności wyboru ocenianych elementów i ich opisu. Wniesione przez poszczególnych ekspertów uwagi (Tablice ), wynikające przede wszystkim z indywidualnych doświadczeń, dotyczyły w głównej mierze pewnych uzupełnień i korekt zaproponowanych definicji poszczególnych elementów oceny (usterek). Część uwag uwzględniono w końcowej redakcji opisu prowadzenia monitoringu lecz niektórych nie sposób było uwzględnić. Nie można bowiem wprowadzić do definicji elementów sformułowań właściwych dla innych elementów (uwzględnienie pustych spoin w definicji ubytków przy równoczesnym utrzymaniu definicji pęknięć ścian oraz wżerów i wytopów pod rurą odciągową w definicji uszkodzeń sklepienia przy równoczesnym utrzymaniu definicji ubytków ścian, a także nieszczelności kielicha i rury odciągowej w definicji jej uszkodzeń, przy równoczesnym utrzymaniu usterki typu emisja gazu surowego w obrębie rury wznośnej i na jej osprzęcie), czy sformułowań ważnych tylko dla danego typu baterii (podcięcie warstw nad tokiem komory). Nie sposób również uwzględnić sformułowań, których późniejsze stosowanie może okazać się niemożliwe przy ocenie stanu baterii (rozróżnianie wielkości ubytków na podstawie ich głębokości oraz deformacji słupa również na podstawie oceny ich przegrzania, a także ocenę uszkodzeń rury odciągowej m.in.: w oparciu o występowanie przelewu wody do komory).

82 Tablica 6. Oddziaływanie określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek ceramiki układu grzewczego nr elementu, i=... nr uczestnika, j= ai Sa i amin amax 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,09 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0, 0, 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,9 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,09 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,09 0,0 0,00 0, 0, 0, 0, 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,9 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,06 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,06 0,00 0,0 6 0,0 0, 0,6 0,06 0,0 0, 0,0 0, 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,00 0,0 0, 0,9 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,00 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,09 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,06 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 element nr częściowa niedrożność dopływu powietrza do kanału grzewczego, element nr całkowita niedrożność dopływu powietrza do kanału grzewczego, element nr częściowa niedrożność dopływu gazu do kanału grzewczego, element nr całkowita niedrożność dopływu gazu do kanału grzewczego, element nr jednostronna infiltracja gazu surowego, element nr 6 dwustronna infiltracja gazu surowego, element nr uszkodzony element regulacyjny w kanale grzewczym, element nr nieszczelności ubytki na czołach ceramiki regeneratorów i wokół zaworów spalinowo-powietrznych.

83 Tablica 6.6 Wartościowanie oddziaływania określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek ceramiki układu grzewczego nr elementu, i=... nr uczestnika, j=... amax,,,9 0,,,,,,,0,,,0,6,, 6,,9, 6,6, ai, 6,, 6,, 6,,,,, 6,,,,,,,,,,,,,,,, 6,, 6,, 6,,,,,, 6,,,,,,,,,,,,, 6, ,, 6,,,,, 6,,,,,,,, 6,,,,,,, 6,,,, 6 element nr częściowa niedrożność dopływu powietrza do kanału grzewczego, element nr całkowita niedrożność dopływu powietrza do kanału grzewczego, element nr częściowa niedrożność dopływu gazu do kanału grzewczego, element nr całkowita niedrożność dopływu gazu do kanału grzewczego, element nr jednostronna infiltracja gazu surowego, element nr 6 dwustronna infiltracja gazu surowego, element nr uszkodzony element regulacyjny w kanale grzewczym, element nr nieszczelności ubytki na czołach ceramiki regeneratorów i wokół zaworów spalinowo-powietrznych. Sa amin i

84 Oddziaływanie elementów na ceramikę układu grzewczego [-] 0, 0, 0, 0 F IN JA AC R T IL G AZ U SU O R W O EG F IN - D JE JA AC R T IL SZ U Rys. 6.6 O N KO G S A O TR ZU ZO D N N SU Y A N O R W O EG T EN M E EL -D W EG R U S U O TR A N N N YJ C LA Y W E AL N A K G Z R C EW ZY M Ustalone średnie wartości liczbowe wpływu stanu elementów ceramiki układu grzewczego na jej stan techniczny

85 Tablica 6. Oddziaływanie określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętu nr elementu, i=...9 nr uczestnika, j= ai Sa i amin amax 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,6 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,00 0,0 0, 0,0 0, 0,09 0,0 0, 0,00 0,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,09 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0, 0,0 0, 0, 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 6 0, 0,0 0,0 0, 0,06 0, 0, 0,0 0, 0,0 0, 0,00 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0, 0, 0, 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,06 0,00 0,06 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0, 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,09 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,06 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,09 0,0 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,06 0,00 0, 9 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0, 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 0,0 0,06 0,06 0,00 0,0 element nr uszkodzenia pancerza, ramy, element nr uszkodzenia drzwi piecowych, element nr uszkodzenia ramy lub pokrywy otworu zasypowego (rewizyjnego), element nr deformacja słupa kotwicznego, element nr przeciążenie lub niedociążenie sprężyn dociskowych na okotwiczeniu, element nr 6 uszkodzenie elementów dozowania gazu opałowego, element nr uszkodzenie elementów dozowania powietrza i odciągu spalin, element nr uszkodzenie rury odciągowej, element nr 9 emisja gazu w obrębie rury wznośnej (rury przerzutowej).

86 Tablica 6. Wartościowanie oddziaływania określonych elementów w opinii ankietowanych specjalistów ocena usterek uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętu nr elementu, i=...9 nr uczestnika, j=... amax,0,9, 9,, 9 6,9,9,,69,6,, 9,, 9, 6,,,6,, 6,,,9,99, 9, 6,, ai,,,,, 6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 9,, 6, 6, 9,,,,,, 6,,,,,,,,,,, 6,,,,,,, 6,,,,,,,, 9,, 6,,,,,,,,,, 6,,,,,, 6,,,,, 9,,,,, 9 6, 9,,,,, element nr uszkodzenia pancerza, ramy, element nr uszkodzenia drzwi piecowych, element nr uszkodzenia ramy lub pokrywy otworu zasypowego (rewizyjnego), element nr deformacja słupa kotwicznego, element nr przeciążenie lub niedociążenie sprężyn dociskowych na okotwiczeniu, element nr 6 uszkodzenie elementów dozowania gazu opałowego, element nr uszkodzenie elementów dozowania powietrza i odciągu spalin, element nr uszkodzenie rury odciągowej, element nr 9 emisja gazu w obrębie rury wznośnej (rury przerzutowej). Sa amin i

87 U SZ KO D Rys. 6. ZE N IE R AM Y LU ZK B IE IA PA N C ER ZA,R A M Y Oddziaływanie elementów na uzbrojenie, okotwiczenie i osprzęt [-] 0 D R ZW P IP O IE KR C Y O W W Y YC O H TW O R U ZA SY PO W EG O ZE N O D ZE N U SZ KO D U S 0, 0, Ustalone średnie wartości liczbowe wpływu stanu elementów uzbrojenia, okotwiczenia i osprzętu na ich stan techniczny