پیش‌زمینه پروژه و مشخصات پایه خط تولید

این مطالعه موردی شامل یک خط تولید گالوانیزه گرم غوطه‌وری دوستدار محیط زیست با گرمایش مستقیم و سوخت گاز طبیعی است که برای بازار آمریکای جنوبی با قطعات سازه‌ای فولادی به عنوان هدف اصلی پردازش در نظر گرفته شده است. دیگ روی با ابعاد داخلی ۴.۷ متر طول، ۱.۰ متر عرض و ۱.۸ متر عمق. این ابعاد مستقیماً ظرفیت نامی روی ۵۰ تن را تعیین می‌کنند و حداکثر خروجی ساعتی را به حدود ۲ تن محدود می‌کنند. کل خط تولید به صورت مدولار برای مطابقت با استانداردهای صادرات حمل و نقل اقیانوسی طراحی شده است، با وزن کل تقریباً ۱۵۹.۷ تن، که معادل شش کانتینر ۴۰ فوتی های-کیوب به علاوه یک کانتینر ۲۰ فوتی عمومی است.

سیستم الکتریکی باید شرایط شبکه محلی آمریکای جنوبی را برآورده کند - برق سه فاز ۲۲۰ ولت / ۶۰ هرتز. این فرکانس با استاندارد داخلی ۳۸۰ ولت / ۵۰ هرتز متفاوت است و نیاز دارد که تمام موتورها، درایوهای فرکانس متغیر و واحدهای کنترل PLC برای اطمینان از مطابقت زمان‌بندی، سرعت چرخش و پروتکل‌های ارتباطی با مشخصات منبع تغذیه محلی، مجدداً کالیبره شوند تا ۶۰ هرتز تنظیم شوند.

II. پارامترهای سیستم گرمایش و تامین گاز

منبع انرژی گرمایش، گاز طبیعی لوله‌کشی است. مشخصات فنی محدودیت‌های روشنی را برای کیفیت گاز اعمال می‌کند: ارزش حرارتی باید در محدوده ۸۴۰۰ تا ۸۶۰۰ ضربدر ۴.۱۸ کیلوژول بر متر مکعب باشد، فشار ورودی باید بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلوپاسکال حفظ شود و فشار گره گاز بین ۹۰ تا ۸۰ کیلوپاسکال کنترل می‌شود. این شرایط مرزی مستقیماً بر انتخاب مشعل تأثیر می‌گذارند.

بخش احتراق مجهز به چهار مشعل پالس با سرعت بالا، مدل TJ100 است. هر مشعل مصرف لحظه‌ای گاز تقریباً ۲۸ متر مکعب در ساعت دارد که مجموع مصرف لحظه‌ای گاز را به ۱۱۲ متر مکعب در ساعت می‌رساند. برای اطمینان از تولید مداوم بدون وقفه ناشی از نوسانات تامین گاز، خط لوله گاز از پیکربندی ورودی دوگانه اصلی با یک واحد در حال سرویس و یک واحد آماده به کار استفاده می‌کند که امکان تعویض آنلاین را فراهم می‌کند. سیستم احتراق از هر دو حالت خودکار و دستی بالا-پایین دوگانه پشتیبانی می‌کند - تنظیم دقیق دستی در طول راه‌اندازی در دسترس است، در حالی که ردیابی خودکار در طول تولید عادی فعال می‌شود. کوره تحت حالت احتراق فشار میکرو-مثبت کار می‌کند که برای جلوگیری از برگشت هوای سرد و حفظ پایداری حرارتی در داخل کوره طراحی شده است.

III. مواد مخزن فرآیند و چیدمان کل خط

تمام مخازن پیش‌تصفیه و پس‌تصفیه دارای ابعاد خارجی یکسان ۴.۷ متر طول، ۱.۰ متر عرض و ۱.۸ متر عمق هستند که با ابعاد دیگ روی مطابقت دارد. این تصمیم طراحی، برنامه‌ریزی مسیر جرثقیل را ساده می‌کند و اجازه می‌دهد تا نقاط سفر و موقعیت‌یابی بالابر در یک چارچوب مختصات واحد مجدداً استفاده شوند. مخازن با قاب‌های سازه‌ای فولادی و صفحات فولادی ۵ میلی‌متری به عنوان ماده پایه ساخته شده‌اند که با لایه‌های ضد خوردگی پلاستیک تقویت شده با فایبرگلاس (FRP) پوشانده شده‌اند تا در برابر حمله شیمیایی اسیدها، قلیاها و نمک‌های شار مقاومت کنند.

بخش اسیدشویی شامل چهار مخزن اسیدشویی بسته است. زمان غوطه‌وری در هر مخزن بسته به وضعیت اکسیداسیون سطح قطعات کار بین ۶ تا ۳۰ دقیقه قابل تنظیم است. اتاق اسیدشویی تحت فشار منفی کار می‌کند و از چرخ دستی‌های ریلی زمینی برای بارگیری و تخلیه مواد استفاده می‌شود و اطمینان حاصل می‌شود که مه اسید در طول عملیات به کارگاه منتشر نمی‌شود. پس از اسیدشویی، قطعات کار به طور متوالی به دو مخزن شستشو برای شستشوی سرریز می‌روند، سپس وارد مخزن شار می‌شوند. یک مخزن شار وجود دارد که دمای عملیاتی آن بین ۵۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد حفظ می‌شود و pH تقریباً ۵ کنترل می‌شود. یک دستگاه خودکار حذف آهن، غلظت یون آهن را در حد ۱ میلی‌گرم در لیتر محدود می‌کند تا فعالیت حمام شار را تضمین کند. بخش خنک‌کننده شامل یک مخزن خنک‌کننده است که با یک برج خنک‌کننده پلاستیک تقویت شده با فایبرگلاس برای خنک‌سازی آب در گردش جفت شده است. گرمای آزاد شده در طول خنک‌سازی به سیستم پیش‌گرمایش اسید هدایت می‌شود و به یکپارچه‌سازی حرارتی مکمل دست می‌یابد. بخش غیرفعال‌سازی نیز شامل یک مخزن است که از فرآیند غیرفعال‌سازی بدون کروم برای رعایت الزامات زیست‌محیطی صادرات استفاده می‌کند.

IV. پیکربندی سیستم تصفیه مه اسید و دود روی

اتاق اسیدشویی بسته، همراه با استخراج فشار منفی، مه اسید را به سیستم تصفیه هدایت می‌کند. مه اسید ابتدا از مرحله رقیق‌سازی عبور می‌کند - آب رقیق‌سازی نیز برای تهیه اسید تازه استفاده می‌شود، طرحی که مصرف قلیا را کاهش می‌دهد - و سپس وارد برج جذب و خنثی‌سازی مه اسید می‌شود. برج خنثی‌سازی مجهز به دستگاه دوزینگ خودکار است و توسط یک فن مکنده با فرکانس متغیر ۲۲ کیلووات هدایت می‌شود. پروب‌های تشخیص pH در ورودی و خروجی نصب شده‌اند تا تغییرات pH را قبل و بعد از خنثی‌سازی در زمان واقعی نظارت کنند و مبنایی برای تنظیمات دوزینگ فراهم کنند.

تصفیه دود روی از بالای دیگ روی آغاز می‌شود و از یک هود مکش دو طرفه استفاده می‌کند که هر دو طرف جانبی عرض دیگ را پوشش می‌دهد. دودهای روی گرفته شده به طور متوالی از یک فیلتر کیسه‌ای برای حذف ذرات و سپس از مرحله بو زدایی پرده آب برای حذف اجزای بدبو عبور می‌کنند و در نهایت توسط یک فن مکنده با فرکانس متغیر ۳۷ کیلووات تخلیه می‌شوند. فن ۲ تا ۳ دقیقه قبل از پایین آوردن قطعات کار به داخل دیگ روشن می‌شود تا فشار منفی مکش کافی در مرحله اولیه تولید دود روی سنگین ایجاد شود.

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

مهمترین ویژگی مهندسی این خط تولید، بازیابی حرارت اتلافی پنج مرحله‌ای آبشاری از گازهای خروجی احتراق دیگ روی است، با دماهایی که به تدریج از حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد در خروجی کوره تا شرایط نزدیک به محیط کاهش می‌یابد. بخش‌های زیر هر سطح استفاده را به ترتیب دمای نزولی توصیف می‌کنند.

مرحله ۱: گرمایش مایع شار. گاز خروجی از کوره در دمای حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد خارج می‌شود و ابتدا وارد یک مبدل حرارتی فولاد ضد زنگ می‌شود، جایی که آب در گردش را تا حدود ۹۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. این آب گرم سپس به یک کویل تبادل حرارت آلیاژ تیتانیوم در داخل مخزن شار فرستاده می‌شود و مایع شار را از دمای محیط به نقطه تنظیم فرآیند ۵۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد می‌رساند. آلیاژ تیتانیوم در اینجا یک انتخاب اجباری است، زیرا محلول شار حاوی کلرید روی و کلرید آمونیوم است که برای فولاد ضد زنگ معمولی خورنده هستند.

مرحله ۲: خشک کردن قطعات کار. پس از تبادل حرارت مرحله اول، دمای گاز خروجی به حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد و سپس وارد بخش مخزن خشک‌کن می‌شود. لوله تبادل حرارت مورد استفاده در اینجا یک لوله مارپیچ با قطر خارجی ۶۳۰ میلی‌متر و ضخامت دیواره ۸ میلی‌متر است. سطح بزرگتر باعث آزادسازی حرارت اتلافی می‌شود. یک فن به طور همزمان هوای گرم را از نزدیکی سطح لوله به سمت قطعات کار می‌دمد و آنها را قبل از ورود به دیگ روی پیش‌گرم می‌کند و در نتیجه تلفات حرارتی از حمام روی را کاهش می‌دهد.

مرحله ۳: پیش‌گرمایش هوای احتراق (ثبت اختراع). با ادامه خنک شدن گاز خروجی به حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، وارد پیش‌گرم‌کن هوای احتراق می‌شود - دستگاهی که برای آن حق ثبت اختراع دریافت شده است. گاز خروجی هوای احتراق مورد نیاز مشعل‌ها را از دمای محیط به ۵۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. این هوای احتراق پیش‌گرم شده، هنگامی که به کوره تحویل داده می‌شود، دمای احتراق نظری را افزایش می‌دهد. برآورد طراحی نشان می‌دهد که صرفه‌جویی در گاز ۲ تا ۳ متر مکعب در هر تن قطعات گالوانیزه است - صرفه‌جویی واقعی به شرایط عملیاتی خاص سایت بستگی دارد. با این حال، اثر کیفی هر ۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش دمای هوای پیش‌گرم شده بر سرعت انتشار شعله در علم احتراق به عنوان یک عامل مثبت در بهره‌وری حرارتی به خوبی تثبیت شده است.

مرحله ۴: خشک کردن لجن (ثبت اختراع). بالای کانال گاز خروجی مبدل حرارتی هوای احتراق، یک مخزن خشک‌کن لجن از فولاد ضد زنگ ۳۱۶L به ابعاد ۶۰۰۰ میلی‌متر طول، ۷۵۰ میلی‌متر عرض و ۳۷۵ میلی‌متر ارتفاع نصب شده است که از حرارت اتلافی گاز خروجی در دمای حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌کند. این دستگاه نیز یک فناوری ثبت شده است. لجن فیلتر پرس با رطوبت اولیه حدود ۸۰٪ را پردازش می‌کند و آن را تا رطوبت حدود ۱۰٪ خشک می‌کند و در نتیجه وزن دفع در محل را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

مرحله ۵: بازیابی حرارت اتلافی لبه دیگ و گرمایش کارگاه. تابش حرارتی سطحی در لبه‌های دیگ روی، که دما در آن به حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، توسط یک کویل دو لایه فولاد ضد زنگ بازیابی می‌شود. گرمای بازیابی شده برای گرم کردن آب در گردش برای اهدافی مانند حمام، پیش‌گرمایش اسید یا گرمایش فضای کارگاه استفاده می‌شود. حرارت اتلافی کم‌درجه باقی‌مانده قبل از تخلیه نهایی به دودکش نیز می‌تواند مستقیماً از طریق لوله‌های فولادی به کارگاه آزاد شود، اگرچه باید اقدامات حفاظتی در برابر سوختگی اجرا شود.

VI. بالابری، لجستیک و کنترل اتوماسیون

بالابری قطعات کار از پیکربندی بالابر دوگانه ۳ تن به علاوه ۳ تن استفاده می‌کند. چهار مجموعه بالابر با این مشخصات در منطقه اسیدشویی نصب شده‌اند، در خارج از سقف اتاق اسیدشویی نصب شده‌اند و قلاب‌ها برای عملیات از طریق کنترل از راه دور بی‌سیم به داخل اتاق امتداد می‌یابند. قطعات کار ابتدا با استفاده از یک قاب بالابر به صورت دستی به قفسه‌های بزرگ متصل می‌شوند، تا ارتفاع ثابتی بالا برده می‌شوند، سپس توسط چرخ دستی ریلی زمینی به داخل اتاق اسیدشویی منتقل می‌شوند. جرثقیل‌های سقفی در داخل اتاق قفسه‌های بزرگ را به مخازن اسید بلند می‌کنند و به طور متوالی در هر ایستگاه مخزن پردازش می‌شوند.

راه حل لجستیک دو گزینه اتوماسیون را برای خریدار ارائه می‌دهد: یکی بالابر برقی گانتری با عملیات کنترل از راه دور است؛ دیگری بالابر برقی رینگ-ریل با چرخ دستی‌های RGV است که می‌تواند زمان غوطه‌وری و دمای گالوانیزه را از طریق برنامه‌های PLC کنترل کند. رویکرد کنترل برنامه‌ریزی شده از طولانی شدن زمان غوطه‌وری بر اساس تجربه فردی اپراتورها جلوگیری می‌کند و در نتیجه از پوشش‌های روی بیش از حد ضخیم که باعث اتلاف مواد و افزایش هزینه‌ها می‌شود، جلوگیری می‌کند.

VII. توزیع بار الکتریکی و منطق کنترل

ظرفیت کل نصب شده الکتریکی کل خط تولید تقریباً ۲۰۵ کیلووات است. فن مکنده مه اسید با توان ۲۲ کیلووات و فن مکنده دود روی با توان ۳۷ کیلووات درجه‌بندی شده‌اند - هر دو مجهز به درایوهای فرکانس متغیر برای تطبیق با نیازهای استخراج متغیر تحت شرایط عملیاتی مختلف هستند. موتور جرثقیل سقفی با توان ۱۵ کیلووات، تجهیزات حذف آهن با توان ۱۵ کیلووات، کمپرسور هوا با توان ۷.۵ کیلووات، سه پمپ اسپری هر کدام با توان ۵.۵ کیلووات و موتورهای بالابر در مجموع ۳۰ کیلووات درجه‌بندی شده‌اند. ۲۰ کیلووات ذخیره برای توسعه آینده یا بارهای موقت اختصاص داده شده است.

کنترل دمای حمام روی از یک حلقه تنظیم PID ۳ مرحله‌ای استفاده می‌کند، با سیگنال‌های دما که از طریق ترموکوپل‌ها دریافت شده و روی یک صفحه نمایش بزرگ نمایش داده می‌شوند. محدوده کنترل هدف ۴۳۸ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد است. سیستم به طور خودکار خروجی مشعل را بر اساس انحراف بین دمای اندازه‌گیری شده و نقطه تنظیم تنظیم می‌کند و نیاز به مداخله دستی مکرر را از بین می‌برد.