Koncepcja Zintegrowanego Systemu Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej

Transkrypt

1 166 karbo '2011 Nr 3 GRZEGORZ JAKUBINA *), LUDWIK KOSYRCZYK, PAWEŁ OKARMUS Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze Koncepcja Zintegrowanego Systemu Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej Idea of an integrated coke oven battery technical condition monitoring system Artykuł recenzował Aleksander Karcz Słowa kluczowe: bateria koksownicza, system monitorowania, stan techniczny Keywords: coke oven battery, monitoring system, technical condition Wprowadzenie stanu technicznego baterii koksowniczej ma ogromne znaczenie dla jej żywotności oraz planowania wielkości produkcji i wydatków na bieżące działania remontowe. Pośrednio wpływa również na jakość produktów koksowania, ochronę środowiska i warunki pracy obsługi baterii. Zaniedbywanie prowadzenia przeglądów technicznych lub nieprofesjonalne ich wykonywanie prowadzi nie tylko do przyśpieszonego zużycia baterii koksowniczej, ale również do wszystkich negatywnych skutków związanych z tym procesem. Aktualnie stosowane metodyki oceny stanu technicznego baterii są niewystarczające. Równocześnie brak w Polsce skutecznego oprzyrządowania dla pełnej i wiarygodnej oceny stanu ceramiki komór koksowniczych czy kanałów grzewczych. Proponowany w ramach projektu Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki system monitorowania wykorzystujący najnowocześniejsze metody pomiarowe umożliwi nie tylko skuteczną identyfikację usterek, ale przede wszystkim pozwoli na podejmowanie prawidłowych i dostatecznie szybkich decyzji technologicznych, profilaktycznych i remontowych. Bateria pieców koksowniczych jest najważniejszym i najkosztowniejszym agregatem w ciągu technologicznym procesu produkcji koksu. Wysokie koszty budowy baterii i długi czas zwrotu poniesionych nakładów, z których w dodatku znaczna część, bo ok. 1/3, 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 na świecie, jak i w Polsce, poza uznawany jeszcze niedawno 20-letni okres jej eksploatacji. Zapewnienie wieloletniej i bezawaryjnej pracy pieców koksowniczych osiąga się głównie przez stałe przeglądy ich stanu techniczno-technologicznego i natychmiastowe usuwanie stwierdzonych usterek [1]. Wyniki przeglądów i podjętych w ich efekcie działań winny być odnotowywane w prowadzonej dokumentacji eksploatacyjnej. W tym celu każda koksownia prowadzi szereg ksiąg raportowych, w których odnotowuje się wyniki pomiarów i ocen oraz podejmowane działania naprawcze. Ilość danych i ich forma jest jednak trudna do ogarnięcia i analizy. Problem ten nasila się w miarę starzenia baterii i związanego z tym narastania usterek. Trudno wówczas wyciągać odpowiednie wnioski co do hierarchii ważności podejmowanych działań remontowych, nie mówiąc już o analizie ich skuteczności. Poza tym, forma prowadzonych raportów jest najczęściej dowolna i niejednoznaczna. Zależy ona głównie od rzetelności i sposobu prowadzenia zapisów z wykonanych ocen i przedsiębranych działań, rodzaju używanego sprzętu oraz przyjętych metod oceny. Zasadniczym celem przy opracowaniu założeń systemu monitoringu powinno być uzyskanie bieżących, istotnych informacji o aktualnym stanie technicznym obiektu przy jednoczesnym zminimalizowaniu kosztu i czasu potrzebnego do ich gromadzenia. W oparciu o zgromadzone dane, system powinien umożliwić trafną diagnozę stanu baterii koksowniczej, która będzie podstawą do podjęcia odpowiednich decyzji. Przegląd światowych dostępnych metod monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej Diagnozowanie stanu technicznego złożonego obiektu przemysłowego, jakim jest bateria koksownicza, sprowadza się w dużej mierze jedynie do obserwacji warunków jej *) Autor do korespondencji: Mgr inż. Grzegorz Jakubina Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, ul. Zamkowa 1, tel , gjakubina@ichpw.zabrze.pl

2 Nr 3 karbo ' pracy i gromadzenia wyników pomiarów parametrów roboczych. Podejście takie nie zapewnia wystarczającej oceny stopnia jej zużycia i dlatego oprócz systematycznego gromadzenia danych o stanie poszczególnych podzespołów baterii, konieczna jest stała analiza uzyskiwanych wyników [2]. Prawidłowy monitoring pozwala całościowo ogarnąć stan baterii koksowniczej i prognozować tempo narastania usterek, oraz określić ewentualne przyczyny ich powstania. Dopiero na podstawie pełnego monitoringu i przeprowadzonej analizy uszkodzeń można prawidłowo określić zakres działań remontowych i profilaktycznych [3]. Obecnie komputerowe programy do takiej podstawowej analizy danych są stosowane przykładowo w koksowniach zagranicznych: 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 graficznej (tzw. map uszkodzeń), przy zachowaniu kryterium odpowiedniego podziału ze względu na wagę usterek, przy czym parametry oceny stanu baterii nie są zunifikowane. W koksowni Tata Steel oceniane są takie parametry jak ceramika, okotwiczenie i warunki temperaturowe pracy baterii [4], natomiast program opracowany dla Broken Hill Pty przez Nippon Steel dokonuje oceny stanu baterii na podstawie rozkładu temperatur wzdłuż ścian grzewczych, szczelności kanałów grzewczych oraz zmian rozszerzalności masywu ceramicznego i stopnia zniszczenia obmurza komór [5]. Oprogramowanie pracujące w koksowni Mittal Steel Ostrawa A.S. analizuje rozkład temperatur w kanałach grzewczych, szczelność i jakość spalania gazu opałowego w kanałach grzewczych oraz stan ceramiki pieców [6], natomiast w koksowni VTŽ. Třinec oprócz mapy usterek ceramiki komór tworzone są komputerowo dla każdej komory słupkowe wykresy ilości przekroczeń za dany okres takich parametrów, jak: siła wypychania koksu, emisja pyłu przy wypychaniu, temperatura wypychanego koksu i temperatura w kontrolnych kanałach grzewczych [7]. Oceny stanu baterii koksowniczych 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 remontowo-profilaktycznych. Niemożliwe jest określenie globalnego stanu baterii jedynie na podstawie wiedzy o ilości usterek danego typu i to w dodatku na różnych elementach baterii, gdyż przykładowo stan techniczny baterii z uszkodzonymi nieznacznie wszystkimi komorami może stanowić identyczne zagrożenie (lub nie) jak baterii z kilkoma komorami obarczonymi większymi uszkodzeniami. Powoduje to konieczność odpowiedniego wartościowania usterek, które umożliwia ilościowe porównanie zachodzących zmian w stanie całego obiektu. Obecnie na tej zasadzie funkcjonują tylko nieliczne systemy monitoringu stanu baterii, które bazując na ilościowej ocenie stopnia zużycia baterii różnią się ilością elementów branych pod uwagę przy ocenie i sposobem ich wartościowania oraz wzajemnego powiązania. Dla przykładu, we francuskiej metodzie monitoringu i oceny stanu technicznego baterii pod uwagę brane są następujące parametry pracy obiektu [8]: przyrost długości masywu ceramicznego pomiędzy stroną maszynową i koksową mierzony i obliczany na poziomie toku i sklepienia komory, przy czym pomiary rozszerzalności prowadzone są w odstępach rocznych zawsze o tej samej porze roku; rozkład temperatur w kanałach grzewczych, wykonywany podczas stabilnej pracy baterii i zaraz po obsadzeniu. Z pomiarów nie wyklucza się ścian przynależnych do pustej lub wyłączonej z ruchu komory; przebicia gazu surowego do instancji grzewczej, określane ilościowo pod kątem rozmiarów i lokalizacji nieszczelności bezpośrednio po obsadzeniu, przy włączonym i wyłączonym dopływie gazu opałowego do ściany; stan komór koksowniczych i ścian grzewczych, konstrukcji metalowych i stropu oceniany wzrokowo poprzez otwory drzwiowe i zasypowe w celu określenia: liczby, wielkości i lokalizacji spękań, stanu wymurówki ścian i toku, liczby i lokalizacji narostów grafitu, stanu osprzętu bocznego i połączeń pomiędzy osprzętem bocznym a głowicami. Przegląd kanałów grzewczych odbywa się przy użyciu analizy endoskopowej. Technika ta wykorzystuje kamerę termowizyjną chłodzoną powietrzem na giętkim przewodzie, sięgającym do dna kanału. Ponadto ocenia się: siłę wypychania koksu, zakres remontów piecowych, harmonogram obsługi komór koksowniczych, jakość koksu, jakość wszelkich remontów, czas koksowania. stanu każdego z tych elementów wynika jedynie z doświadczenia autora systemu [8]. Ilościowa ocena stopnia zużycia baterii w koncepcji rosyjskiej opracowana przez Suchorukowa i współ. [9] polega na monitorowaniu szczelności baterii, geometrii komór koksowniczych oraz rozkładu temperatur wzdłuż ścian grzewczych [9]. Istotnym mankamentem oceny stopnia zużycia baterii w podejściu rosyjskim jest przede wszystkim bezwzględne oparcie się na stosunku planowanej do zrealizowanej wielkości produkcji koksu. Do zalet rosyjskiej wersji monitoringu stopnia zużycia baterii, w porównaniu z wersją francuską, można natomiast zaliczyć uwzględnienie projektowej wysokości komór przy doborze współczynników korekcyjnych danych. Pozwala to określić stopień poprawności stanu ocenianych składowych z większą dokładnością niż w wersji francuskiej. Pomimo pewnych wad występujących w obu wyżej wymienionych wersjach monitoringu ich zaletą jest odpowiednie sumowanie wyników ocen poszczególnych składowych. Najprostszy sposób ilościowej oceny stopnia zużycia baterii, proponowany przez firmę Fosbel, opiera się na ocenie stanu ceramiki komór koksowniczych i polega na przypisaniu każdej komorze, w zależności od występujących na jej ścianach usterek, konkretnej wartości liczbowej w zakresie od 0 do 5 [10]. Komora nieuszkodzona i niepoddana

3 168 karbo '2011 Nr 3 dotychczas jakimkolwiek zabiegom remontowym posiada, zgodnie z założeniami tego systemu, wartość 0, zaś komora ze znacznymi uszkodzeniami całych powierzchni ścian wartość 5. Zsumowanie tak uzyskanych wartości wszystkich komór daje konkretny obraz baterii. 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, ponadto daje możliwość porównywania zachodzących zmian w stanie wymurówki komór (tabl. 1). 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 tego podejścia jest natomiast ograniczenie oceny do ceramiki ścian komór koksowniczych, bez uwzględnienia wpływu okotwiczenia i uzbrojenia baterii na jej stan. Kolejnym sposobem oceny stopnia zużycia baterii koksowniczej jest wykorzystanie do tego celu nomogramu oceny opracowanego na potrzeby działań profilaktycznych i remontowych przy uwzględnianiu wpływu uzbrojenia baterii na stopień jej zużycia. Wykonywany w oparciu o tę zasadę nomogram oceny stanu baterii, opracowany w indyjskiej koksowni Rourkela Steel Plant, bazuje na pięciu wartościach wejściowych, którymi są: wiek baterii, liczba uszkodzonych kanałów grzewczych, odchylenie słupów kotwicznych, wielkość produkcji i typ przeprowadzonych dotychczas remontów [11]. Suma poszczególnych wartości wyników ocen wyżej wymienionych składowych (tzw. współczynników celu) określa zakres koniecznych prac remontowych. Choć omawiany model oceny stopnia zużycia baterii ukierunkowany jest na dobór metod remontowych, można go wykorzystać dla celów współczesnego monitoringu, ze względu na ilościowe podejście do oceny stanu wytypowanych elementów. Wadą tego sposobu jest dyskusyjny dobór elementów oceny oraz ustalone arbitralnie współczynniki celu, co utrudnia właściwą ocenę stanu baterii. Ograniczeniem stosowalności tego podejścia jest przede wszystkim założony maksymalny wiek baterii. Zgodnie z nomogramem, wyznaczenie współczynników celu dla baterii pracującej dłużej niż wynosi założony w nomogramie maksymalny wiek baterii jest niemożliwe. Przegląd dotychczasowych opracowanych polskich metod monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej W Polsce opracowano w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia w Zakładzie Koksowniczym Huty im. T. Sendzimira (HTS) oraz w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu (TDI) dwie koncepcje oceny stopnia zużycia baterii koksowniczych. Koncepcje te na tle wyżej wymienionych sposobów monitoringu charakteryzuje uwzględnienie w całościowej ocenie stanu baterii wpływu stanu okotwiczenia, uzbrojenia i osprzętu. W przypadku metody HTS [12] pierwsze procedury były opracowane dla baterii systemu ubijanego typu PWR-51, a w czasie późniejszym nieco zmodyfikowane i zastosowane dla baterii systemu zasypowego typu PWR-63. Bateria koksownicza została podzielona na następujące strefy (rys. 1): regeneratory i trzon, ściany grzewcze, komory koksownicze. W każdej z wyżej wymienionych stref oceniane są: osprzęt i armatura, ceramika, eksploatacja. Wynikiem tych ocen są trzy niezależne wskaźniki stanu baterii charakteryzujące każdą z trzech wyróżnionych stref. Pomimo tego, że dla systemu obsadzania komór, zarówno zasypowego jak i ubijanego, ocenie poddawane są w większości przypadków te same elementy, wyliczenie oceny końcowej różni się zasadniczo. Dla systemu ubijanego ocena końcowa jest średnią arytmetyczną, natomiast dla systemu zasypowego iloczynem ocen osprzętu, ceramiki i eksploatacji. wymienianych elementów opiera się T a b l i c a 1 techniczna ceramiki obmurza komór baterii koksowniczej według wersji monitoringu firmy Fosbel [10] Chamber refractories assessment according to Fosbel monitoring system [10] T a b l e 1 Wartość techniczna Wymagane działania Opis stanu ceramiki komory Żywotność, miesiąc Częstotliwość ocen, tydzień 0 Nowa, nie uszkodzona ściana Monitoring 0,5 Przemurowane skrajne kanały grzewcze Po profilaktyce o przewidywanej trwałości ,5 Po profilaktyce Konserwacja zapobiegawcza Mniejsze, miejscowe uszkodzenia ,5 Średnie uszkodzenia, występujące w wielu miejscach Znaczna część ściany z mniejszymi lub średnimi uszkodzeniami ,5 Bardzo głębokie miejscowe uszkodzenia Bardzo głębokie występujące w wielu miejscach uszkodzenia ,5 Naprawy Bardzo głębokie występujące na znacznej części ściany uszkodzenia 0-1 Co cykl 5 Znaczne uszkodzenia na całej powierzchni ściany 0 -

4 Nr 3 karbo ' Przegląd stanu kratownic Pomiar oporu kratownic Ceramiki regeneratorów Ceramiki komór Przegląd stanu ceramiki komór Pomiar szerokości komór Pomiar temperatur regeneratorów Przegląd armatury GPS OCENA REGENERATORÓW Eksploatacyjna regeneratorów Armatury regeneratorów Eksploatacji komór Armatury komór Rejestracja amperaży Rejestracja wyłamań wsadu Rejestracja wielkości produkcji Przegląd armatury stropu Przegląd osprzętu bocznego (drzwi i ramy) Przegląd zagruzowania kanałów grzewczych Ceramiki ściany OCENA KOMÓR Przegląd przebić i poprawności spalania Pomiar temperatur Przegląd armatury grzewczej i osprzetu ściany Eksploatacyjna ściany Armatury regeneratorów OCENA CERAMIKI OCENA EKSPLOATACJI OCENA ARMATURY OCENA BATERII OCENA ŚCIAN Rys. 1. Model oceny stopnia zużycia baterii wg HTS Fig.1. HTS model for coke oven battery deterioration degree assessment na standartowych pomiarach oraz wizualnej ocenie. Uszkodzeniom poszczególnych elementów, w zależności od typu i wielkości usterki, przyznawane są punkty obniżające ich ocenę. Wyniki przeglądów zapisywane są we właściwych plikach, a formuły obliczeniowe są tak przygotowane, aby uzyskane wyniki zawierały się w przedziale od 0 do 10 punktów. Wyodrębniono następujące przedziały, charakteryzujące stan ocenianych elementów oraz całego obiektu: (10,9,8) stan bardzo dobry, eksploatacja normalna, (<8,7,6) stan dobry, wymagane działania profilaktyczne, renowacje, remonty bieżące, (<6,5,4) stan dostateczny, wymagane intensywne zabiegi renowacyjne i remontowe, (<4,3,2,1,0) stan awaryjny, wymagany natychmiastowy remont. W metodzie TDI opracowanej przez IChPW [13] najmniejszą częścią baterii jest pojedynczy piec. Taki podział, choć naturalny, nie zawsze jest przydatny z punktu widzenia raportowania stanu techniczno-technologicznego baterii. Dlatego, oprócz podziału baterii na oddzielne piece, dokonano równoległego jej podziału, dodatkowo ustanawiając wpływ każdego z nich na ogólną ocenę: ceramikę baterii, osprzęt grzewczy baterii, okotwiczenie i uzbrojenie baterii, osprzęt odbieralnikowy baterii, warunki technologiczno- -produkcyjne baterii. Podstawową wadą modeli HTS i TDI jest przede wszystkim duża ilość danych koniecznych do zebrania dla dokonania oceny oraz błędy subiektywizmu wynikające z oceny samych usterek i ich wpływu na pracę poszczególnych elementów baterii. Koncepcja Systemu Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej opracowywana w ramach projektu Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki Jednym z czternastu tematów wchodzących w skład projektu Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki jest temat 3.3 Zintegrowany system monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej. Celem postawionym realizatorom tego tematu jest opracowanie systemu monitorującego stan techniczny baterii koksowniczej, mającego na celu przedłużenie żywotności, utrzymanie wysokiej sprawności baterii i ograniczenie emisji szkodliwych substancji do środowiska. System będzie obejmować poziomy: analityczny (szczegółowy przeznaczony dla zespołów inżynierskich obsługujących baterie) oraz menedżerski (syntetyczny dla podejmowania strategicznych decyzji zarządczych). Temat 3.3 podzielony jest na dwa działania: działanie 15: Opracowanie modelu oraz wersji testowej systemu monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej. działanie 16: Weryfikacja i modyfikacja aparaturowo- -metodyczna systemu monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej na bazie testów przemysłowych. Oprócz dogłębnej analizy literaturowej istniejących systemów monitorowania i oceny stanu technicznego baterii koksowniczej oraz długoletnich doświadczeń w tym

5 170 karbo '2011 Nr 3 obszarze Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, znamienną cechą realizacji tematu 3.3 jest ścisłe współdziałanie wykonawców z największymi koksowniami oraz częste kontakty z ekspertami od oceny stanu technicznego baterii koksowniczych prowadzone w formie paneli. W ramach prac odbyły się trzy kluczowe panele z udziałem ww. ekspertów, jak również grona specjalistów poziomu zarządczego i kierowniczego. Pierwszy z paneli przeprowadzony był r. w Ustroniu Zawodziu, a jego głównym celem była pogłębiona dyskusja w gronie specjalistów zmierzająca do wyboru reprezentatywnych a zarazem najważniejszych parametrów kontroli pracy baterii, które posłużą do stworzenia Zintegrowanego Systemu Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej. Należy tu wspomnieć, że podstawowym celem przy typowaniu zestawu parametrów była właściwa eksploatacja baterii koksowniczej łącznie z działaniami profilaktyczno-remontowymi, przedłużającymi czas jej eksploatacji. Przeprowadzono ankietę, której wyniki pozwoliły wybrać istotne parametry oraz wyznaczyły kierunki realizacji tematu przy konstruowaniu wizji Systemu Monitorowania. Drugi z paneli odbył się r. w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla. Panel ten został podzielony na dwie części: pierwsza stanowiła wymianę doświadczeń w ramach oceny stanu technicznego baterii koksowniczej pomiędzy IChPW a firmą Fosbel, odnoszącą znaczące sukcesy przy stosowaniu autorskich działań profilaktyczno-remontowych, co zostało zaprezentowane przez pracowników tej firmy w części drugiej. Ostatni z odbytych paneli miał miejsce w Zakopanem r. przy okazji konferencji Koksownictwo 2010, a jego głównym zadaniem była weryfikacja dotychczasowych prac prowadzonych w ramach tematu oraz przedstawienie propozycji Zintegrowanego Systemu Monitorowania łącznie ze wstępną wersją oprogramowania. Uzyskano konstruktywne opinie pozwalające wprowadzić odpowiednie zmiany w celu ulepszenia i zautomatyzowania opracowywanego Systemu. Biorąc pod uwagę wszystkie doświadczenia uzyskane w wyniku paneli ekspertów oraz wnioski wynikające z analizy literaturowej dostępnych światowych systemów monitorowania, jak również własne doświadczenie, opracowano koncepcję Zintegrowanego Systemu Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej, która spotkała się z pozytywną oceną użytkowników baterii koksowniczych i jest w sposób systematyczny wdrażana. Opracowywany System Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej w ramach projektu Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki składa się z trzech następujących modułów (rys. 2); Danych Bieżących, Ekspercka, Okresowa, przy czym dwa pierwsze będą stanowiły podstawę podejmowanych działań profilaktycznych i remontowych, natomiast moduł ostatni ma ocenić stopień wyeksploatowania baterii i umożliwić podejmowanie racjonalnych decyzji eksploatacyjnych i remontowo-odtworzeniowych. Moduł Okresowa z założenia ma być oceną wykonywaną w odstępie czasowym, od jednego roku do dwóch lat. W zakres oceny wejdą parametry techniczne opisujące stan techniczny baterii oraz parametry technologiczne opisujące poziom eksploatacji baterii. ma umożliwić porównywanie stanu techniczno-technologicznego różnych baterii bez wnikania w szczegóły konstrukcyjne. Ma dać informacje o stopniu wyeksploatowania baterii, co będzie wskazówką dla decyzji strategicznych i wyboru priorytetów w działaniach remontowych i eksploatacyjnych. W dalszej części niniejszej publikacji zaprezentowano moduł Danych Bieżących testowany na wybranych bateriach, natomiast nad pozostałymi dwoma modułami prowadzone są dalsze prace. Charakterystyka modułu Danych Bieżących Moduł ten tworzy zestaw czterech wskaźników ocenianych w interwale czasowym 14 dób dla każdego z pieców tworzących baterię koksowniczą, przy zastosowaniu zapisu binarnego (0 stan prawidłowy, 1 stan nieprawidłowy), którego integralne uzupełnienie stanowi przegląd ceramiki komór koksowniczych. Schemat modułu przedstawia rysunek 3. Zintegrowany System Monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej System ciągłego monitoringu Moduł Moduł Ekspercka Danych Bieżących Moduł Okresowa Kontrola stanu baterii koksowniczej strategia działań remontowo odtworzeniowych INDYWIDUALNIE DLA KAŻDEGO PIECA Stopień wyeksploatowania baterii koksowniczej (określająca żywotność baterii) Wykonywana przez IChPW (1-2lata) Rys. 2. Schemat Zintegrowanego Systemu Monitorowania stanu technicznego Fig. 2. Technical condition integrated monitoring system scheme

6 Nr 3 karbo ' Na podstawie badań prowadzonych w ramach projektu Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki w dwóch największych polskich koksowniach stwierdzono, że dla podstawowych w koksownictwie krajowym baterii typu PWR-63 pracujących w systemie zasypowym maksymalne dopuszczalne natężenie w silniku napędowym drąga wypychającego koks nie powinno przekroczyć 160 A [14]. W wyniku dyskusji podczas panelu ekspertów postanowiono wdrożyć równoległy odczyt wartości maksymalnej siły na drągu wypychowym i odpowiednie prace znajdują się w fazie wdrożeniowej. Dwa następne wskaźniki, wynikające z oceny prawidłowości realizowanego harmonogramu wypychania komór i równomierności temperatur w kontrolnych kanałach grzewczych, są powszechnie stosowane w praktyce koksowniczej i ujęcie ich w Ocenie Danych Bieżących nie budziło żadnych zastrzeżeń, w odróżnieniu od subiektywnej (na obecnym etapie opomiarowania rozkładu temperatur na ścianach komory) oceny gotowości koksu prowadzonej przez maszynistę wozu odbioru wypychanego z komory koksu. Integralnym uzupełnieniem modułu Oceny Danych Bieżących jest przegląd ceramiki komór, realizowany przez pracownika mającego odpowiednie kwalifikacje do wykonywania tej oceny (specjalista ds. stanu technicznego baterii koksowniczej). W dalszej części artykułu przedstawiono innowacyjną metodykę przeglądu ceramiki komór, dla potrzeb której w ramach prowadzonych prac zostało opracowane specjalistyczne oprogramowanie, łącznie z zakupem specjalnych przenośnych komputerów WORKABOUT przystosowanych do ciężkich warunków pracy panujących na bateriach koksowniczych. Dla wskaźników oznaczonych numerami 1-4 (rys. 3) opracowano odpowiednie algorytmy oraz wytyczne poboru, oceny i prezentacji danych. Dla każdego z parametrów opracowano i ustalono odpowiednią ilość możliwych wystąpień (np. dla parametru amperażu ilość możliwych wystąpień przekroczenia dopuszczalnego maksymalnego amperażu 160 A w ciągu 14 dób wynosi 2). Po przekroczeniu przyjętego poziomu, system automatycznie wykazuje piece obarczone nieprawidłościami. Na początku 2011 roku dokonano instalacji i wdrożenia oprogramowania modułu Danych Bieżących przez specjalistyczną firmę ASKOM Sp. z o.o. na baterii nr 7 i 12 w ArcelorMittal oddział Zdzieszowice według wytycznych oraz algorytmów opracowanych w ramach realizacji tematu. Przetwarzanie danych i przygotowanie raportów dla użytkownika modułu Oceny Danych Bieżących realizuje dodatkowy komputer (rys. 4), podłączony do serwera danych. Poszczególne okna modułu dostępne są, jak wyżej wspomniano, dla specjalisty ds. stanu technicznego baterii koksowniczej w sieci przy użyciu przeglądarki internetowej. Na kolejnych rysunkach 5 i 6 przedstawione są: Strona główna modułu Oceny Danych Bieżących okno podglądu stanu komór, wykaz pieców obarczonych usterkami (kolor czerwony) (rys. 5), z możliwością analizy w dowolnym interwale czasowym. Strona szczegółowego podglądu danego pieca możliwość analizy parametrów dla konkretnego pieca (rys. 6),(który na stronie głównej był oznaczony kolorem czerwonym). Wykaz usterek dla konkretnych parametrów jest oznaczany 1 w kolorze czerwonym w interwale 14 dób. Istnieje możliwość analizy poprawności pracy pieca dla zadanego okresu (daty- -okno po lewej stronie). Po prawej stronie znajduje się okno Profilaktyka dla odpowiednich pieców, czyli automatyczna rejestracja wszelkich prac profilaktyczno-remontowych dla konkretnych ścian grzewczych oraz komór koksowniczych (w trakcie realizacji). Trzy pierwsze wskaźniki modułu Oceny Danych Bieżących są rejestrowane, zintegrowane za pomocą odpowiednich algorytmów z pracującym systemem kontroli pracy baterii, natomiast czwarty stan gotowości koksu realizowany jest przez odpowiednie oprogramowanie zainstalowane na wozie gaśniczym. Oprogramowanie to obsługuje maszynista wozu gaśniczego według opracowanej instrukcji czynnościowej wskazując komory, w których koks nie był gotowy do wypchnięcia (rys. 7). 1. Natężenie prądu Amperaż wypychania koksu 2. Wykaz komór wychodzących poza harmonogram 3. Wykaz ścian wychodzących poza współczynnik Kb 4. Stopień gotowości koksu 5. Przegląd ceramiki komór Wykaz pieców w których stwierdzono nieprawidłowości Rys. 3. Schemat modułu Danych Bieżących Fig. 3. Daily data evaluation module scheme

7 172 karbo '2011 Nr 3 Rys. 4. Schemat przetwarzania i przygotowania raportów modułu Oceny Danych Bieżących Fig. 4. Data processing and reparting in Daily Data Evaluation Module Rys. 5. Strona główna modułu Oceny Danych Bieżących Fig. 5. Main window of daily data evaluation module Wymiana danych pomiędzy maszynami a częścią stacjonarną systemu odbywa się drogą radiową za pośrednictwem radiomodemów Satel (rys. 8). Z oprogramowaniem sterownika komunikacyjnego współpracuje program na jednym z komputerów systemu baterii (moduł harmonogramu), który zapisuje dane odebrane z maszyn do bazy danych i wyświetla w odpowiednim zestawieniu binarnym według wcześniej opisanych wytycznych. Testy oprogramowania modułu Oceny Danych Bieżących zakończyły się pozytywną opinią użytkowników w Arcelor-

8 Nr 3 karbo ' Rys. 6. Strona szczegółowego podglądu danego pieca moduł Danych Bieżących Fig. 6. Window of a selected oven in Daily Data Evaluation module Rys. 7. Pulpit operatorski wozu gaśniczego Fig. 7. Quenching car steering screen Mittal oddział Zdzieszowice, zarówno pod względem doboru odpowiednich algorytmów, jak i sfery wizualnej modułu. Aby przyśpieszyć i w sposób możliwy skomputeryzować przegląd ceramiki komór koksowniczych w ramach realizacji tematu, zakończyły się prace nad opracowaniem specjalistycznego oprogramowania umożliwiającego szybką i precyzyjną rejestrację usterek. Oprogramowanie to zainstalowane zostało w przystosowanych do trudnych warunków przenośnych komputerach (kolektorach danych WORKABOUT PRO) (rys. 9). WORKABOUT PRO to kolektor danych oparty na oprogramowaniu Windows Mobile 2003 SE lub Windows CE.NET i umieszczony w ergonomicznej obudowie. Zapewnia on znakomitą wydajność, wytrzymałość i trwałość, które to cechy

9 174 karbo '2011 Nr 3 Rys. 8. Elementy wymiany danych systemu wozu gaśniczego Fig. 8. Elements of a quenching car software do docelowej bazy danych modułu Oceny Eksperckiej, gdzie dokonywać można gruntownej analizy uzyskanych wyników przeglądów. Testowanie urządzenia WORKABOUT PRO zakończono wynikiem pozytywnym. Specjaliści do spraw oceny stanu ceramiki komór z ArcelorMittal oddział Zdzieszowice całkowicie akceptują zarówno samo urządzenie, jak i płynność oraz skuteczność działania oprogramowania. Testy urządzenia zostaną przeprowadzone również na innych koksowniach. Podsumowanie Rys. 9. Przenośny komputer służący do rejestracji usterek masywu ceramicznego Fig. 9. Mobile computer for refectories faults registration są wymagane przy mobilnym zbieraniu danych w trudnych warunkach pracy. Konstrukcja urządzenia, oparta na obowiązujących w przemyśle standardach, zapewnia łatwą integrację z już posiadaną lub planowaną infrastrukturą. Oprogramowanie stanowi podręczną bazę danych z przeprowadzonych oraz zarchiwizowanych przeglądów stanu technicznego baterii koksowniczych. Urządzenie jest bardzo mobilne, w zakresie graficznego zobrazowania występujących (zauważonych) usterek. Łatwe w obsłudze nanoszenie usterek realizowane jest szybko oraz precyzyjnie za pomocą pasywnego ołówka, dając czytelne, z uwagi na zastosowaną kolorystykę, graficzne zobrazowanie usterek. Prostota obróbki danych oraz wprowadzanie zauważonych usterek do urządzenia jest na bardzo wysokim poziomie technicznym, co zdecydowanie ułatwia rejestrację uszkodzeń wybranych elementów masywu ceramicznego. Oprogramowanie będzie służyło również do przeglądu ceramiki drzwi piecowych, ram drzwiowych oraz przeglądu kanałów grzewczych. Za pomocą łącza USB wszystkie wyniki z przeglądów będą przegrywane We współczesnym koksownictwie przyjęła się tendencja do wydłużania czasu eksploatacji baterii koksowniczych. Warunkami, które do tego celu prowadzą, są: przestrzeganie zasad technologii oraz prowadzenie remontów w oparciu o dokładny systematycznie wykonywany monitoring stanu technicznego baterii koksowniczej. Na podstawie własnych długoletnich doświadczeń Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, w konsultacji z licznym gronem specjalistów oraz dogłębnej analizy systemów monitoringu baterii koksowniczych stosowanych zarówno w kraju jak i za granicą, opracowano koncepcję systemu monitorowania stanu technicznego baterii koksowniczej składającego się z trzech modułów: Danych Bieżących, Ekspercka, Okresowa. W artykule przedstawiono wyniki dotychczasowych prac w ramach realizowanego tematu i skoncentrowano się w głównej mierze na module Oceny Danych Bieżących, który jako pierwszy z powodzeniem został przetestowany i zaakceptowany przez branżę koksowniczą. Moduł ten składa się z czterech wskaźników, które są rejestrowane i zintegrowane za pomocą odpowiednich algorytmów z pracującym komputerowym systemem kontroli pracy baterii koksowniczej, oraz piątego przegląd ceramiki ścian komór koksowniczych, z zastosowaniem specjalistycznego oprogramowania przenośnego

10 Nr 3 karbo ' komputera przemysłowego (kolektora danych) w celu uzyskania szybkiej, precyzyjnej rejestracji powstałych usterek. Znaczny stopień automatyzacji pozyskiwania danych, w dużym stopniu przyczynia się do ich obiektywizmu, bowiem nie jest uzależniony od subiektywnych wpływów personelu. System umożliwia praktycznie w sposób ciągły wychwytywanie usterek technicznych i nieprawidłowości występujących na piecowni w początkowej fazie. Wyniki uzyskane w ramach testów praktycznych, potwierdzają trafność wyboru kluczowych parametrów kontroli pracy baterii oraz opracowanych algorytmów i wytycznych do prowadzenia prawidłowego monitoringu stanu techniczno-technologicznego baterii koksowniczej. Literatura 1. Kosyrczyk L., Monitoring stanu techniczno-technologicznego baterii koksowniczych. Wyd. AGH, Kraków, Löhr V., Hölken N., Haverkamp K., Planmäßige Instandhaltung und Wartung auf der Kokerei Minister Stein. Glückauf, 1987, t. 123, nr 7, s Kosyrczyk L., Zarys stosowanych technik remontowych na tle aktualnej oceny baterii koksowniczych. Karbo, 1998, t. 43, nr 10, s Halder S.K., Deshpande D.P., Maitra S., Sound Maintenance and Operating Practices Through Objective Inspection are the Key to Good Health of Coke Oven Battery. Cokemaking Intern., 2001, nr 2, s Hockings K., Ryan P., Gilroy D., Long Life Plan for BHP Coke Oven Batteries. 3 th European Coke and Ironmaking Congress, 1996, s. 219, Gent. 6. INH practice example oven condition and plan of repairs. ISPAT NOVÁ HUŤ A.S. (praca niepublikowana). 7. Nevřala V., Popis a funkce integrovaného diagnostického systému technologických agregátů na koksárenských bateriích v TŽ, a.s.třinec. 31 International Conference on Coke Production, Malenovice, Leroy J.M., Nass F., Pair D., Sereno G., Quantification of coke oven battery ageing in the french Arcelor Coke Plants. 61 st European Coke Committee Meeting, Duisburg, Suchorukov V.I., Švecov V.I., Čemarda I.A., Remont kladki i armirujuščego oborudowanija koksovych batarej. Ekaterinburg Coke Oven Management Information Technology COMIT. Konferencja naukowo-techniczna Koksownictwo 2006, Zakopane, Das A., Bose P.R., Singh B.N., Coke Oven Repair: Experience of Rourkela Steel Plant. 2nd International Cokemaking Congress, 1992, s. 184, Londyn. 12. Stefański W., stosowanych metod naprawy ceramiki baterii koksowniczych w ZK Huty im T.Sendzimira SA. Karbo, 1998, t. 43, nr 10, s Sprawozdanie IChPW temat nr 1.68/98 i : Opracowanie monitoringu stanu techniczno-technologicznego baterii koksowniczych, (niepublikowane). 14. Jakubina G. Okarmus P. Mytych J. Maj T., Pobór prądu elektrycznego podczas operacji wypychania koksu jako jeden z parametrów monitoringu stanu techniczno-technologicznego baterii koksowniczej. Karbo, 2011, t. 56, nr 3, s Praca wykonana w ramach projektu kluczowego nr POIG /08 Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego