Модернизация Магнитогорского металлургического комбината

Опубликовано в номере:
PDF версия
Комплексный проект модернизации системы автоматизации и электроснабжения в дымососном отделении кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината (ММК) позволил снизить потребление электроэнергии до 36% ежемесячной нормы и обеспечил бесперебойную работу критически важного технологического участка. Проект реализован компанией Schneider Electric совместно с ООО «ГПБ-Энергоэффект» по энергосервисной схеме. Это избавило конечного заказчика от необходимости делать первоначальные капитальные вложения: стоимость оборудования и проведенных работ покроется средствами, сэкономленными на плате за электричество.

Выбор партнера для комплексного проекта

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (Челябинская область) выпускает более 12 млн тонн стали в год и входит в число крупнейших производителей черного металлопроката в России и мире. Это производственный комплекс полного цикла, выполняющий все операции — от подготовки сырья до его глубокой переработки. Важным звеном в организации технологических процессов на предприятии служит дымососное отделение кислородно-конвертерного цеха (ККЦ), которое обеспечивает удаление газов, в большом количестве образующихся при плавке металла. Этот участок обслуживает сразу несколько установок по выпуску основной продукции, поэтому перебои в его работе совершенно недопустимы.

В дымососном отделении установлено три синхронных двигателя, работающих на напряжении 10 кВ и суммарной мощностью более 17 МВт, которые обеспечивают эвакуацию конвертерных газов. Работа этих мощных потребителей ранее регулировалась механически, что влекло за собой существенные потери электроэнергии. Кроме того, оборудование, обеспечивавшее электропитание двигателей, характеризовалось высокой степенью износа. Поддержание его работоспособности требовало от службы эксплуатации регулярного и трудоемкого обслуживания. Кроме того, высокое энергопотребление цеха не соответствовало современным стандартам, поэтому в 2013 г., в рамках развернувшейся на комбинате масштабной кампании по повышению энергоэффективности, было принято решение о модернизации ККЦ.

В качестве партнера была выбрана компания Schneider Electric — один из мировых экспертов в области систем автоматизации и управления энергией. История сотрудничества ММК и международного вендора к тому моменту насчитывала уже порядка 20 лет, однако впервые речь шла не об отдельных поставках оборудования, а о комплексном проекте модернизации.

Специалисты комбината тщательно продумали техническое задание. Одним из их требований было проведение работ в условиях действующего производства с минимизацией времени остановок оборудования. В итоге в 2016 г. в ККЦ был внедрен автоматизированный комплекс управления приводами дымососов и системы утилизации конвертерных газов.

 

Подсчет расходов

Проект модернизации оборудования дымососного отделения был реализован по энергосервисной схеме с привлечением финансового партнера — дочерней структуры «Газпромбанка» «ГПБ-Энергоэффект». Перед заключением договора компания Schneider Electric подготовила технико-экономическое обоснование проекта. С учетом особенностей техпроцессов на объекте заказчика был предложен комплекс мер по повышению энергоэффективности и рассчитан прогнозируемый уровень энергопотребления. Затем была найдена разность между текущим средним потреблением и прогнозируемым. Полученную величину умножили на ожидаемую стоимость электроэнергии, и таким образом был зафиксирован размер экономии в денежном эквиваленте. При этом, опираясь на широкий международный опыт и инженерные компетенции, Schneider Electric смог гарантировать заинтересованным сторонам уровень энергосбережения порядка 34–36%.

Преимуществом энергосервисного договора для ММК стала не только гарантия достижения результата, но и возможность привлечь финансирование от «ГПБ-Энергоэффект». Благодаря этому не пришлось изымать из оборота собственные средства или брать банковские кредиты. Период окупаемости проекта составит четыре года. Когда вся сумма контракта будет выплачена, ММК сможет в полной мере ощутить экономический эффект проведенных работ. А вот результаты разносторонних технических улучшений стали очевидны уже по завершению периода тестовой эксплуатации. Они связаны с повышением надежности работы конвертеров, удобством эксплуатации и другими преимуществами работы на современном оборудовании.

 

Новая инфраструктура

Ядром проекта стала установка преобразователей частоты Altivar 1200. Именно это оборудование позволяет экономить электроэнергию за счет регулирования работы двигателей в зависимости от фактической загрузки. В частности, комплекс управления позволяет разгрузить электродвигатели с 5600 кВт до 300 кВт в автоматическом режиме, если это необходимо для производства. Однако без модернизации системы электроснабжения конвертеров и другой инфраструктуры, а также создания системы автоматизации с необходимым и достаточным функционалом проект нельзя было бы считать успешным.

Морально устаревшая и физически изношенная система электроснабжения была наиболее «узким» местом в работе дымососного отделения. Чтобы избежать сбоев, недопустимых при работе по энергосервисному контракту, было принято решение практически полностью ее заменить. В частности, на объект были поставлены комплектные распределительные устройства PIX-17 (рис. 1) на напряжение 10 кВ с терминалами микропроцессорной защиты Sepam, а также комплект для проведения ретрофит 10 кВ, в состав которого входят силовые выключатели (такой комплект позволяет полностью заменить начинку силовой ячейки, сохранив старый корпус и тем самым сэкономив средства). Кроме того, для вторичных нужд и питания шкафов автоматизации были использованы шкафы 0,4 кВ Prisma, а для питания блоков управления — шкаф оперативного тока Gutor. Стоит подчеркнуть, что значительная часть электрораспределительного оборудования была произведена на российских заводах Schneider Electric, что позволило предложить клиенту оптимальную цену.

комплектные распределительные устройства PIX-17

Рис. 1. Комплектные распределительные устройства PIX-17

Ключевую роль с точки зрения надежности работы оборудования сыграло внедрение системы автоматизации, построенной на программируемом логическом контроллере (ПЛК) Modicon Quantum (рис. 2). В этом ПЛК предусмотрена возможность горячего резервирования и обновления системного и прикладного программного обеспечения без остановки процесса. На объекте реализованы алгоритмы автоматического поведения АСУ при возникновении нештатных ситуаций, к примеру, при отказе каналов управления, обрыве связи с преобразователем частоты, перегреве его трансформатора или инвертора. Кроме того, в Altivar 1200 предусмотрена возможность продолжения работы при отказе части его силовых ячеек. Даже если выгорело более трех модулей, для их замены потребуется пауза не более 20 минут, что соответствует продолжительности стандартного перерыва между активными фазами газоудаления от конвертеров, а значит, ремонт не нарушит производственный процесс. Все это создает условия для непрерывной работы конвертеров 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Шкаф автоматизации с ПЛК Modicon Quantum

Рис. 2. Шкаф автоматизации с ПЛК Modicon Quantum

 

Для удобства эксплуатации локальная система автоматизации дымососного отделения была интегрирована в уже существующую в цехе систему автоматизации более высокого уровня. Благодаря новой АСУ оператор получает всю необходимую информацию и возможность управления оборудованием из одной точки (рис. 3). В частности, на пульте управления отображаются текущее состояние схемы электроснабжения 10 кВ, режимы работы оборудования (потребляемый ток, напряжение до и после преобразователя частоты и т. д.), результаты диагностики и самодиагностики отдельных аппаратов. Система автоматизации позволяет быстро и точно собирать схему в автоматическом режиме (рис. 4), к примеру при запуске двигателя после профилактических работ. Также предусмотрена возможность автоматического расчета оперативных блокировок, и есть функция ведения и просмотра архива событий и трендов (рис. 5), которая позволяет анализировать причины возможных сбоев. Персоналу больше не нужно вручную списывать показания с приборов и вести соответствующие журналы. Такое точное наблюдение за всеми процессами еще больше повышает их надежность.

Главный экран АРМ

Рис. 3. Главный экран АРМ

Также в рамках проекта силами привлеченного «ГПБ-Энергоэффект» подрядчика была модернизирована маслостанция, необходимая для смазки подшипников в двигателях, что повысило надежность их эксплуатации. Система управления маслостанцией также была интегрирована в созданную АСУ. Теперь давление масла автоматически меняется в зависимости от технологического режима.

Магнитогорский металлургический комбинат

Рис. 4. Сборка схемы

 

Детали проекта

При реализации проекта было необходимо учесть непростые условия эксплуатации, в частности высокий уровень запыленности, характерный для любого металлургического производства. Преобразователи частоты установлены в отдельных быстровозводимых зданиях из сэндвич-панелей — это позволило решить проблему отсутствия свободных площадей. Система вентиляции обеспечивает избыточное давление в зданиях, благодаря чему пыль туда практически не проникает. Кроме того, на входе системы вентиляции и на каждом преобразователе установлены защитные фильтры, которые можно заменить без останова аппаратов. В помещениях зимой и летом поддерживается комфортный для оборудования, не допускающий перегревов температурный режим, и при этом система кондиционирования не требуется.

Магнитогорский металлургический комбинат

Рис. 5. Тренды

В общей сложности после завершения обследования и заключения энергосервисного контракта на реализацию проекта ушло около полутора лет. За этот период Schneider Electric выполнил весь комплекс работ — от проектирования, программирования и поставки оборудования до пусконаладочных работ и приемо-сдаточных испытаний.

 

Перспективы в отрасли

В период опытной эксплуатации было зафиксировано, что энерго­потребление за рабочий цикл снизилось более чем на 35% по сравнению с периодом до модернизации. Причем достигнутый эффект обеспечивается во всем заявленном заказчиком диапазоне производительности цеха.

Для российской металлургии это первый проект по повышению энерго­эффективности такого содержания и масштаба, однако есть все основания полагать, что полученный опыт может быть воспроизведен на ряде других предприятий отрасли. Безусловно, каждый объект уникален и требует детального обследования, однако потенциал экономии электроэнергии гарантированно будет находиться в диапазоне от 20 до 36%.

Возможности внедрения преобразователей частоты давно известны, однако раньше они использовались преимущественно для регулирования асинхронных двигателей низкого напряжения. Сейчас производители готовы предложить решения и для синхронных двигателей среднего напряжения, а именно такие агрегаты как раз широко распространены на металлургических комбинатах. Оборудование Schneider Electric уже успело показать себя в самых интенсивных режимах в ККЦ ММК и может быть рекомендовано к применению на подобных объектах.

При реализации проектов металлургические предприятия могут воспользоваться как собственными финансами, так и отработанной схемой сотрудничества по привлечению денежных средств через энергосервисную компанию. В любом случае, уже спустя три-пять лет реализованный проект по повышению энергоэффективности окажет выраженное влияние на экономические показатели, повышая конкурентоспособность производителя металлопроката на внутреннем и внешнем рынке.

Комментарии на “Модернизация Магнитогорского металлургического комбината

  1. А какая проектная организация разработала рабочую документацию на Вашей
    аппаратуре?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *