I. پیشینه پروژه و مشخصات خط تولید

این مطالعه موردی شامل یک خط تولید گالوانیزه گرم برای قطعات سازه فولادی در مقیاس بزرگ است که دارای یک دیگ روی با ابعاد داخلی ۱۳ متر طول، ۱.۸ متر عرض و ۳.۵ متر عمق است. این ابعاد معادل ظرفیت روی نامی ۴۲۰ تن و حداکثر خروجی ساعتی تقریباً ۱۸ تن است که این خط را در دسته خطوط تولید سنگین با عملیات مداوم قرار می‌دهد. این خط برای شعله مستقیم گاز طبیعی طراحی شده و برای منبع تغذیه سه فاز ۳۸۰ ولت/۵۰ هرتز پیکربندی شده است که با پروژه ۶۰ هرتز مقصد آمریکای جنوبی در مورد قبلی تفاوت دارد.

سیستم مخزن از زیرسازی بتنی با پوشش ضد خوردگی فایبرگلاس تقویت شده (FRP) استفاده می‌کند. مخازن فرآیند اصلی - اسیدشویی، شستشو، فلاکسینگ، خنک‌سازی و پاسیواسیون - دارای ابعاد خارجی یکسان ۱۳ متر طول، ۱.۸ متر عرض و ۳ متر عمق هستند که اختلاف عمق ۰.۵ متری با دیگ روی ایجاد می‌کند که باید در برنامه‌ریزی مسیر حرکت بالابر در نظر گرفته شود.

II. سیستم گرمایش و پارامترهای تامین گاز

منبع انرژی گرمایش، گاز طبیعی لوله‌کشی است، با ارزش حرارتی مورد نیاز در محدوده ۸۴۰۰ تا ۸۶۰۰ ضربدر ۴.۱۸ کیلوژول بر متر مکعب، فشار ورودی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلوپاسکال و فشار گره گاز کنترل شده بین ۹۰ تا ۸۰ کیلوپاسکال. بخش احتراق مجهز به شش مشعل پالس پرسرعت مدل TJ300 است که هر کدام مصرف لحظه‌ای گاز تقریباً ۷۰ متر مکعب در ساعت دارند و مجموع مصرف لحظه‌ای را به ۴۲۰ متر مکعب در ساعت می‌رسانند. خط لوله تامین گاز از پیکربندی ورودی دوگانه اصلی با یک واحد در سرویس و یک واحد در حالت آماده‌باش استفاده می‌کند که تامین بی‌وقفه را در طول تولید مداوم تضمین می‌کند.

کوره تحت حالت احتراق با فشار مثبت جزئی کار می‌کند. در تولید با بار کامل، مصرف گاز طراحی شده تقریباً ۱۲.۵ متر مکعب در تن قطعات کار تخمین زده می‌شود. کنترل دما از یک حلقه تنظیم PID سه مرحله‌ای استفاده می‌کند، دمای حمام روی از طریق ترموکوپل‌ها به دست می‌آید و روی صفحه نمایش بزرگ نمایش داده می‌شود. محدوده کنترل هدف ۴۳۸ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد است و سیستم به طور خودکار خروجی مشعل را بر اساس انحراف از نقطه تنظیم تنظیم می‌کند. تشخیص شعله از سنسورهای فرابنفش استفاده می‌کند و سیستم احتراق از حالت‌های دوگانه خودکار و دستی بالا-پایین پشتیبانی می‌کند.

III. مواد ساخت مخزن و رویکرد ضد خوردگی

در مقابل ساختار فولادی با ورق فولادی که در مورد قبلی استفاده شد، این خط تولید از مخازن بتنی با پوشش‌های ضد خوردگی FRP برای بخش‌های پیش‌تصفیه و پس‌تصفیه استفاده می‌کند. مجموعاً شش مخزن - برای اسیدشویی، شستشو، فلاکسینگ، خنک‌سازی و پاسیواسیون - دارای ابعاد خارجی یکسان ۱۳ متر طول، ۱.۸ متر عرض و ۳ متر عمق هستند. ساخت مخزن بتنی مسئولیت خریدار است و فروشنده فقط نصب پوشش FRP را ارائه می‌دهد. این تقسیم کار برای سناریوهایی مناسب است که خریدار از قبل گودال‌های مخزن موجود دارد یا پیکربندی مخزن ثابت سنگین را ترجیح می‌دهد.

بخش اسیدشویی شامل سه مخزن اسیدشویی بسته است. زمان غوطه‌وری در هر مخزن تقریباً ۶ دقیقه در شرایط زنگ زدگی معمولی است و بسته به وضعیت سطح می‌تواند تا ۳۰ دقیقه برای قطعات به شدت زنگ زده افزایش یابد. اتاق اسیدشویی تحت فشار منفی کار می‌کند، با نقطه تنظیم فشار منفی ۵ تا ۱۰ پاسکال - ۵ پاسکال در روزهای صاف و تنظیم شده به ۱۰ پاسکال در روزهای بارانی برای جبران تغییرات فشار اتمسفر. فن با فرکانس متغیر پس از رسیدن به فشار تنظیم شده، فرکانس را به طور خودکار کاهش می‌دهد. چرخ دستی‌های ریلی زمینی برای بارگیری و تخلیه مواد استفاده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که مه اسید به کارگاه منتشر نمی‌شود.

یک مخزن فلاکسینگ وجود دارد، با دمای عملیاتی بین ۵۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد و pH کنترل شده در حدود ۵. یک دستگاه حذف خودکار آهن، غلظت یون آهن را در حد ۱ میلی‌گرم در لیتر محدود می‌کند و لجن فیلتر شده به کوره خشک‌کن لجن ارسال می‌شود. بخش‌های خنک‌سازی و پاسیواسیون هر کدام شامل یک مخزن هستند، با فرآیند پاسیواسیون بدون کروم.

IV. پیکربندی سیستم تصفیه مه اسید و دود روی

اتاق اسیدشویی بسته دارای ابعاد ۱۷۱۵۰ میلی‌متر طول، ۱۵۰۰۰ میلی‌متر عرض و ۶۳۵۰ میلی‌متر ارتفاع است، با ساختار فولادی خارجی به ابعاد ۱۷۱۵۰ میلی‌متر در ۱۵۶۰۰ میلی‌متر در ۸۴۵۰ میلی‌متر. مه اسید ابتدا از مرحله رقیق‌سازی عبور می‌کند - آب رقیق‌سازی نیز برای آماده‌سازی اسید تازه استفاده می‌شود و مصرف قلیایی را کاهش می‌دهد - و سپس وارد برج جذب و خنثی‌سازی مه اسید می‌شود. برج توسط یک فن مکنده با فرکانس متغیر ۴۵ کیلووات هدایت می‌شود، با پروب‌های تشخیص pH نصب شده در ورودی و خروجی برای نظارت بر راندمان خنثی‌سازی در زمان واقعی.

تصفیه دود روی از دو منطق جمع‌آوری مستقل استفاده می‌کند. یکی هود جمع‌آوری متحرک نصب شده بالای دیگ روی است که از تمایل طبیعی دود به بالا رفتن برای جمع‌آوری استفاده می‌کند. دیگری سیستم جمع‌آوری مکش دو طرفه در دو طرف دیگ است. هر دو رویکرد از کنترل فرکانس متغیر استفاده می‌کنند - شروع در ۵۰ هرتز برای ۲ تا ۳ دقیقه قبل از پایین آوردن قطعات کار به داخل دیگ، سپس کاهش به ۱۰ هرتز در طول دوره‌های غیر گالوانیزه برای به حداقل رساندن مصرف برق.

دود روی جمع‌آوری شده از فیلتر کیسه‌ای برای حذف ذرات عبور می‌کند، سپس از مرحله بو زدایی پرده آب عبور می‌کند و در نهایت توسط یک فن مکنده ۱۶۰ کیلوواتی با فرکانس متغیر تخلیه می‌شود. جمع‌آوری کننده گرد و غبار طوری طراحی شده است که در طول دمیدن با سرعت بالا متوقف شود و با سرعت پایین کار کند تا اطمینان حاصل شود که کیسه‌های فیلتر به طور موثر تمیز می‌شوند.

V. سیستم استفاده از حرارت اتلافی آبشاری (ماژول فناوری اصلی)

طرح استفاده از حرارت اتلافی برای این خط تولید جامع‌تر از مورد قبلی است و شامل شش مرحله است. دمای گازهای خروجی به تدریج از حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد در خروجی کوره به شرایط نزدیک به محیط کاهش می‌یابد.

مرحله ۱: گرمایش مایع فلاکسینگ. گازهای خروجی از کوره در دمای حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد خارج شده و از یک مبدل حرارتی فولاد ضد زنگ عبور می‌کنند تا آب در گردش را تا حدود ۹۰ درجه سانتی‌گراد گرم کنند. این آب گرم سپس به یک کویل تبادل حرارت آلیاژ تیتانیوم در داخل مخزن فلاکسینگ فرستاده می‌شود و مایع فلاکسینگ را تا نقطه تنظیم فرآیند ۵۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. آلیاژ تیتانیوم به دلیل ماهیت خورنده کلرید روی و کلرید آمونیوم در محلول فلاکس، یک انتخاب اجباری مواد است.

مرحله ۲: خشک کردن قطعات کار. پس از تبادل حرارت مرحله اول، گازهای خروجی وارد گودال خشک‌کن به ابعاد ۱۴ متر طول، ۵ متر عرض و ۳ متر عمق می‌شوند. گازهای خروجی از یک مبدل حرارتی عبور می‌کنند و یک دمنده دمای بالا هوای گرم را به سطح قطعه کار برای خشک شدن سریع و یکنواخت می‌رساند. اثر خشک شدن ترکیبی از حرارت تابشی از ساختار خود گودال با جریان هوای گرم همرفتی است.

مرحله ۳: پیش گرمایش هوای احتراق (ثبت اختراع). با ادامه خنک شدن گازهای خروجی به حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، وارد مبدل حرارتی هوای احتراق می‌شود و هوای احتراق مورد نیاز مشعل‌ها را از دمای محیط به ۵۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد پیش گرم می‌کند. این هوای احتراق پیش گرم شده، هنگام تحویل به کوره، دمای احتراق نظری را افزایش می‌دهد. طراحی تخمین می‌زند که صرفه‌جویی در گاز تقریباً ۲ تا ۳ متر مکعب در تن قطعات گالوانیزه است - صرفه‌جویی واقعی به شرایط عملیاتی خاص سایت بستگی دارد.

مرحله ۴: خشک کردن لجن (ثبت اختراع). یک مخزن خشک‌کن لجن از فولاد ضد زنگ ۳۱۶L به ابعاد ۶۰۰۰ میلی‌متر طول، ۷۵۰ میلی‌متر عرض و ۳۷۵ میلی‌متر ارتفاع در بالای کانال گازهای خروجی مبدل حرارتی هوای احتراق نصب شده است. از گازهای خروجی در دمای حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد برای خشک کردن لجن فیلتر پرس از رطوبت حدود ۸۰٪ به حدود ۱۰٪ استفاده می‌کند و وزن دفع خارج از سایت را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

مرحله ۵: بازیابی حرارت اتلافی لبه دیگ (ثبت اختراع). دمای لبه دیگ روی به حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. یک کویل دو لایه فولاد ضد زنگ که در امتداد لبه دیگ قرار گرفته است، آب در گردش را برای حمام، پیش گرمایش اسید یا گرمایش کارگاه گرم می‌کند.

مرحله ۶: گرمایش کارگاه با گازهای خروجی. حرارت اتلافی کم‌درجه باقی‌مانده قبل از تخلیه نهایی از طریق لوله‌های فولادی مستقیماً به کارگاه آزاد می‌شود و اقدامات حفاظتی در برابر سوختگی انجام می‌شود.

علاوه بر این، آب گرم از بخش خنک‌سازی از طریق لوله‌های تبادل حرارت با اسید سرد در مخزن اسیدشویی گردش داده می‌شود و همزمان کاهش دمای آب خنک‌کن و پیش گرمایش مایع اسید را حاصل می‌کند - یک طراحی دو منظوره که نیاز به سرمایه‌گذاری برج خنک‌کن را کاهش می‌دهد.

VI. لجستیک بالابر و توزین آنلاین

بالابری قطعات کار از پیکربندی بالابر دوگانه ۵ تن به علاوه ۵ تن استفاده می‌کند. چهار مجموعه بالابر با این مشخصات در منطقه اسیدشویی نصب شده‌اند، که روی سقف خارجی اتاق بسته نصب شده‌اند و قلاب‌ها به داخل اتاق امتداد دارند تا از طریق کنترل از راه دور بی‌سیم عمل کنند. قطعات کار به صورت دستی با استفاده از یک قاب بالابر به قفسه‌های بزرگ متصل می‌شوند، تا ارتفاع ثابت بالا برده می‌شوند، سپس توسط چرخ دستی ریلی زمینی به داخل اتاق اسیدشویی منتقل می‌شوند، جایی که جرثقیل‌های سقفی به طور متوالی آنها را از طریق هر ایستگاه مخزن پردازش می‌کنند.

این خط تولید مجهز به سیستم توزین آنلاین است که هم وزن قطعه کار خام قبل از اسیدشویی و هم وزن نهایی پس از گالوانیزه را می‌خواند. با محاسبه اختلاف، تلفات آهن در طول اسیدشویی و افزایش وزن پوشش روی را نظارت می‌کند و امکان ردیابی مصرف روی در زمان واقعی و تنظیم فرآیند را فراهم می‌کند - قابلیتی که در مورد قبلی وجود نداشت.

راه حل لجستیک دو گزینه اتوماسیون را برای خریدار ارائه می‌دهد: بالابر برقی گانتری با کنترل از راه دور، یا بالابر برقی ریل حلقه‌ای با چرخ دستی‌های RGV برای کنترل برنامه‌ریزی شده PLC. رویکرد کنترل برنامه‌ریزی شده زمان غوطه‌وری را به دقت کنترل می‌کند تا از طولانی شدن زمان غوطه‌وری توسط اپراتورها بر اساس تجربه فردی جلوگیری کند و در نتیجه از پوشش‌های روی بیش از حد ضخیم جلوگیری شود.

VII. توزیع بار الکتریکی

ظرفیت کل نصب شده الکتریکی کل خط تولید تقریباً ۵۳۰ کیلووات است. بارهای اصلی به شرح زیر توزیع می‌شوند: فن مکنده دود روی ۱۶۰ کیلووات، فن مکنده مه اسید ۴۵ کیلووات، سیستم تصفیه اسید اتلافی ۸۰ کیلووات، موتور جرثقیل سقفی ۱۵ کیلووات، تجهیزات حذف آهن ۱۵ کیلووات، کمپرسور هوا ۷.۵ کیلووات، پمپ‌های اسپری مجموعاً ۲۶ کیلووات (شامل دو واحد ۷.۵ کیلووات و یک واحد ۱۱ کیلووات)، موتورهای بالابر مجموعاً ۴۰ کیلووات، برج خنک‌کن ۴ کیلووات، روشنایی ۲۰ کیلووات و ایستگاه بالابر ۲۲.۵ کیلووات. ۳۰ کیلووات ذخیره برای توسعه آینده اختصاص داده شده است.

VIII. ماژول اختیاری: سیستم بازیافت اسید اتلافی

این پیشنهاد شامل یک ماژول اختیاری است - یک خط تصفیه اسید اتلافی با استفاده از روش جابجایی اسید سولفوریک، با ظرفیت پردازش طراحی شده ۵ تا ۱۰ تن در روز. اسید اتلافی باید دارای غلظت یون آهن بیشتر از ۱۲۰ گرم در لیتر، غلظت یون فریک کمتر از ۵ گرم در لیتر و غلظت اسید آزاد بیشتر از ۵٪ باشد. این فرآیند از کریستالیزاسیون انجمادی برای رسوب دادن کلرید فروس استفاده می‌کند که سپس با اسید سولفوریک غلیظ واکنش داده و سولفات فروس و گاز کلرید هیدروژن تولید می‌کند. گاز کلرید هیدروژن به عنوان اسید هیدروکلریک بازیافتی بازیابی شده و به بخش اسیدشویی بازگردانده می‌شود، در حالی که سولفات فروس به عنوان محصول جانبی در قالب سولفات فروس مونوهیدرات فروخته می‌شود.

تجهیزات دارای توان کل تقریباً ۲۰۰ کیلووات است، با مصرف برق حدود ۴۰ کیلووات ساعت در تن اسید اتلافی تصفیه شده. این سیستم تقریباً ۱۵۰ متر مربع را اشغال می‌کند، با ارتفاع تجهیزات ۷ متر و فضای نصب و عملیاتی مورد نیاز ۹ متر. مشخصات فرآیند ایجاب می‌کند که اسید بازیافتی کمتر از ۴٪ باقیمانده آهن داشته باشد و غلظت اسید بازیافتی ۱۵٪ تا ۲۲٪ را حاصل کند. سولفات فروس محصول جانبی باید خلوص بیش از ۹۰٪ داشته باشد، با محدودیت ناخالصی تیتانیوم کمتر از ۰.۷۵٪، آرسنیک کمتر از ۰.۰۰۰۲٪، سرب کمتر از ۰.۰۰۰۱٪، کادمیوم کمتر از ۰.۰۰۰۱٪، جیوه کمتر از ۰.۰۰۰۰۲٪، کروم کمتر از ۰.۰۰۱٪، اسید آزاد کمتر از ۱٪ و مواد نامحلول کمتر از ۰.۵٪.