СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ПО ИЗНОСУ ГИДРОЦИКЛОНА
HYDRAULIC CYCLONE WEAR MAINTENANCE SYSTEM

Ссылка на родственную заявку
Настоящая международная заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки №62/373229, поданной 10 августа 2016 г., полностью включенной посредством данной ссылки в настоящее раскрытие.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к использованию гидроциклонных сепараторов для разделения жидких/твердых фаз в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности. В частности, изобретение относится к системе управления и способу, использующим компьютерную технику, датчики износа, таймер-клапаны, данные управления процессом и проприетарные программно-реализованные алгоритмы управления, для автоматического включения и отключения отдельных гидроциклонных сепараторов и групп сепараторов при активном управлении износом таких гидроциклонных сепараторов, обеспечивающем заданный характер износа для согласования программ планового обслуживания.
Уровень техники
Гидроциклоны, используемые в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности, подвергаются воздействию потоков пульпы, содержащей жидкость с твердыми частицами, вызывающей абразивный износ поверхности внутренних стенок сепараторной камеры и входного/выходного патрубков. Чрезмерный износ может привести к неприемлемо высокому сопротивлению прокачке в контуре сепарации и снижению эффективности сепарации. Вследствие этого, гидроциклоны требуют периодического обслуживания для ремонта и/или замены компонентов, подверженных износу, включая как отдельные секции гидроциклона, так и наносимую износостойкую облицовку внутренней поверхности. Такое обслуживание приводит к остановке отдельных блоков гидроциклона и распределительных систем (батарей гидоциклонов), содержащих группы отдельных блоков, и может замедлить или остановить производственный процесс. Если такое обслуживание может проводиться по ранее установленной программе, то сокращаются простои, уменьшаются неудобства и связанные с обслуживанием трудозатраты и расходы, улучшается планирование и предсказуемость сроков/расходов, повышается прозрачность процесса в целом, а процедуры обслуживания могут быть привязаны к имеющимся программам модернизации. Кроме того, выполнение такого обслуживания еще до того, как износ станет неприемлемо большим, будет способствовать снижению вероятности возникновения нештатных ситуаций и предотвращению требующих больших затрат преждевременных или незапланированных работ по техническому обслуживанию. Вдобавок, возможность планирования обслуживания групп гидроциклонов позволяет в дальнейшем сократить простои, неудобства, связанные с обслуживанием усилия и затраты, а также усовершенствовать планирование и предсказуемость сроков и стоимости обслуживания и повысить прозрачность процесса в целом, а процедуры обслуживания можно будет связать с имеющимися программами модернизации.
Многие производственные объекты в обогащении полезных ископаемых, энергетике и угольной промышленности имеют распределительные системы, содержащие группы отдельных гидроциклонных блоков, при этом некоторые отдельные блоки или группы блоков могут быть приведены в действие или отключены в любой заданный момент времени дистанционно управляемой арматурой (клапанами), управляемыми через специальное компьютеризированное рабочее место в диспетчерском пункте, или ручными клапанами, с учетом требований сепарационного процесса и обслуживания. Соответственно, в любой момент времени, в работе производственного объекта могут быть задействованы не все его гидроциклонные блоки, и часть блоков может простаивать или быть на обслуживании, при этом текущие требования в отношении сепарационного процесса будут удовлетворяться. Помимо приведения в действие или отключения, для управления работой объекта, эксплуатационными характеристиками и износом отдельных гидроциклонов или их групп, могут регулироваться другие параметры (рассмотрены ниже), также с учетом требований сепарационного процесса.
Износ гидроциклонов обычно обнаруживается и контролируется двумя способами: (1) использованием датчиков времени, например таймер-клапанов, непосредственно измеряющих продолжительность работы данного гидроциклона, и (2) посредством датчиков износа, встроенных в облицовку стенок центробежного сепаратора (циклона) или в области предполагаемого износа. Датчики износа передают сигналы, сообщающие о медленном абразивном изнашивании материала в процессе работы, на соответствующие узловые модули для каждого циклона по водонепроницаемым кабелям, присоединяющим датчики к соответствующему блоку управления каждого узла циклона. Узловые модули, в свою очередь, передают оперативные данные по соответствующему кабелю на контроллеры распределителя, где накапливаются данные сигналов и периодически передаются на специальное компьютеризированное рабочее место на диспетчерском пункте, как это показано и описано в предыдущем патенте US 6945098 заявителя, и представлено на фиг.1.
В то время как датчики времени и датчики износа предоставляют персоналу, управляющему работой гидроциклонов, приблизительную оценку фактического износа отдельных гидроциклонов, они не дают точной оценки износа гидроциклонов среди групп гидроциклонов, а также они не используются, как по отдельности, так и в группах, для управления износом среди групп гидроциклонов, особенно с прицелом на оптимизацию этого процесса. Соответственно, существующие устройства и способы не предоставляют достаточных возможностей для управления износом, как того требуют задачи планирования обслуживания, а также не обеспечивают планирования обслуживания по состоянию износа (далее обслуживания по износу), приспособленного для потребностей конкретного производства. Это особенно справедливо для групп гидроциклонов в распределительной системе, где каждый отдельный блок может обладать своими рабочими характеристиками и историей, например, различным составом пульпы (в том числе, основанным на характеристиках материала руды), различной наработкой, различной степенью разбавления водой, различным рабочим давлением и различным расходом пульпы. В силу указанных причин, было бы желательно иметь более совершенный механизм активной оценки износа отдельного блока в группе гидроциклонов в процессе работы, для предоставления операторам возможности активно и, желательно, оптимальным образом, приводить в действие или отключать отдельные гидроциклоны или их группы в пределах распределительной системы, для улучшения и планирования распределения износа в распределительной системе, либо для его выравнивания, либо для усиления неравномерности, с целью сопряжения с конкретными и предпочтительными программами обслуживания.
В силу указанных причин, существует потребность в системе управления обслуживанием гидроциклонов по износу, обеспечивающей приведение в действие и отключение, согласно потребностям производства, отдельных гидроциклонов или их групп в пределах распределительной системы гидроциклонов, с использованием полученных данных наработки, износа и другой информации, для обеспечения заданного характера износа в группе гидроциклонов и согласования этого характера износа с программой планового обслуживания, для обеспечения необходимого обслуживания по износу. Раскрываемый здесь предмет изобретения по меньшей мере частично удовлетворяет эту потребность.
Раскрытие изобретения
Основной задачей настоящего изобретения является создание новой и усовершенствованной системы управления для оптимального приведения в действие и отключения отдельных гидроциклонных сепараторов или групп таких сепараторов для управления износом этих гидроциклонных сепараторов с целью получения заданной схемы износа и согласования с программами планового обслуживания, а также способа ее использования. Кроме того, изобретение обеспечивает непрерывный мониторинг износа циклона посредством датчиков прямого действия и цифровых датчиков, а также косвенную оценку износа на основании данных датчиков времени и других датчиков в сети, осуществляющей мониторинг условий процесса в целом. Другой задачей изобретения является создание системы и способа управления обслуживанием гидроциклона по износу описанного выше типа, в которых преодолены ограничения и недостатки уровня техники.
Эти и другие задачи решаются в соответствии с изобретением посредством использования системы управления обслуживанием по износу гидроциклона, для управления обслуживанием по износу в группе из нескольких гидроциклонных сепараторов, находящейся во взаимодействии с ассоциированной (соответствующей) системой управления гидроциклонами, выполненной с возможностью мониторинга и управления работой этих нескольких гидроциклонных сепараторов. В предпочтительном варианте осуществления, система управления включает одно или более устройств измерения эксплуатационных параметров, находящихся во взаимодействии (связанных) с одним или более гидроциклонными сепараторами, для измерения и передачи временных данных (по времени) расхода пульпы для одного или более гидроциклонных сепараторов; и один или более электронных датчиков износа, находящихся во взаимодействии с внутренней областью износа одного или более гидроциклонных сепараторов, для определения состояния износа внутри упомянутой внутренней области износа по меньшей мере одного гидроциклонного сепаратора, вырабатывающих электронные данные, характеризующие упомянутое состояние износа, и передающих эти электронные данные, характеризующие это состояние износа.
В этом варианте осуществления, система управления также включает компьютерный алгоритм, приспособленный для использования ранее установленного плана обслуживания гидроциклона, основанного на оценке конечного пользователя и вводимой пользователем информации, устанавливающего оптимальные или предпочтительные программы обслуживания оборудования, оценку износа, анализа временных данных расхода пульпы и данных состояния износа для одного или более гидроциклонных сепараторов, вычисления, на основании этого анализа, оценки профиля износа для одного или более гидроциклонных сепараторов, автоматической выдачи системе управления гидроциклонами команды на приведение в действие и отключение одного или более гидроциклонных сепараторов в соответствии с требованием выполнения ранее установленного плана обслуживания гидроциклонов, вычисления оценки последующего профиля износа для одного или более гидроциклонных сепараторов на основании дальнейшего анализа, и введения, автоматически или вручную, поправок в ранее установленный план обслуживания гидроциклонов на основании оцененного в последующем профиля износа.
Эти и другие задачи также решаются изобретением, предлагающим способ управления обслуживанием по износу в группе из нескольких гидроциклонных сепараторов. В предпочтительном варианте осуществления, способ включает шаги использования по меньшей мере одного устройства измерения эксплуатационных параметров во взаимодействии с одним или более гидроциклонными сепараторами (не показаны), для измерения и передачи временных данных расхода пульпы для одного или более гидроциклонных сепараторов; и использования одного или более электронных датчиков износа во взаимодействии с внутренней областью износа одного или более гидроциклонных сепараторов, для определения состояния износа внутри этой внутренней области износа одного или более гидроциклонных сепараторов, и вырабатывающих электронные данные, характеризующие упомянутое состояние износа, и передающих эти электронные данные.
Способ также включает использование ранее установленного плана обслуживания гидроциклона, основанного на вводимой пользователем информации (согласно описанному выше), оценке износа; использование компьютерного алгоритма, обеспечивающего прием временных данных расхода пульпы и электронных данных, характеризующих состояния износа; использование компьютерного алгоритма для анализа временных данных расхода пульпы и данных состояния износа для каждого гидроциклонного сепаратора; использование компьютерного алгоритма для вычисления, на основании этого анализа, оценки профиля износа для каждого гидроциклонного сепаратора; использование компьютерного алгоритма для выдачи системе управления гидроциклонами команды на приведение в действие и отключение каждого гидроциклонного сепаратора в соответствии с требованием выполнения ранее установленного плана обслуживания гидроциклонов; использование компьютерного алгоритма для вычисления оценки последующего профиля износа для каждого гидроциклонного сепаратора на основании последующего упомянутого анализа; и введения коррекции в ранее установленный план обслуживания гидроциклонов на основании оцененного в последующем профиля износа.
Эти и другие задачи также решаются изобретением, предлагающим способ управления обслуживанием по износу в группе из нескольких гидроциклонных сепараторов, при осуществлении которого шаги использования ранее установленного плана обслуживания гидроциклона, основанного оценке износа; анализа временных данных расхода пульпы и данных состояния износа для одного или более гидроциклонных сепараторов; вычисления, на основании этого анализа, оценки профиля износа для одного или более гидроциклонных сепараторов; выдачи системе управления гидроциклонами команды на приведение в действие и отключение одного или более гидроциклонных сепараторов в соответствии с требованием выполнения установленного плана обслуживания гидроциклонов; вычисления оценки последующего профиля износа для одного или более гидроциклонных сепараторов на основании последующего анализа; и введения коррекции в установленный план обслуживания гидроциклонов на основании оцененного в последующем профиля износа, выполняются компьютерным алгоритмом, приспособленным для использования ранее установленного плана обслуживания гидроциклона и выполнения каждого из шагов.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая использование проводных датчиков износа гидроциклона и средств управления ими, в соответствии с уровнем техники;
на фиг.2 представлена блок-схема процесса, иллюстрирующая компоненты и шаги способа настоящего изобретения;
на фиг.3 представлена диаграмма входных данных, поступающих от различных датчиков и детекторов, для оценки которых может быть использована предложенная система управления обслуживанием по износу в процессе управления работой гидроциклона.
Подробное описание осуществления изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, представлена система управления обслуживанием по износу гидроциклона, позволяющая управлять приведением в действие и отключением, посредством ассоциированной системы управления гидроциклоном, отдельных гидроциклонных сепараторов или их групп, для управления износом таких гидроциклонных сепараторов с целью достижения заданной схемы износа и согласования с программами планового обслуживания, а также и способ применения этой системы. Как показано на фиг.2, система 10 включает одно или более устройств 12 измерения эксплуатационных параметров, взаимодействующих с одним или более гидроциклонными сепараторами (не показаны). Устройства 12 измерения эксплуатационных параметров обеспечивают непрерывно или периодически измерение и передачу временных данных 14 расхода пульпы через гидроциклонный сепаратор(-ы) в процессе работы. Обычно в качестве устройств 12 измерения эксплуатационных параметров выбирают таймер-клапаны и датчики положения распределительного клапана (трубопроводной арматуры), и эти устройства обеспечивают приблизительную оценку внутреннего износа гидроциклона путем непосредственного измерения продолжительности работы данного гидроциклона.
Система 10 также включает один или более электронных датчиков 16 износа, используемых во взаимодействии с внутренней областью(-ями) износа одного или более гидроциклонных сепараторов (также не показаны). Электронные датчики 16 износа позволяют обнаруживать состояние износа внутри внутренней области(-ей) износа гидроциклонного сепаратора(-ов), формируя электронные данные, характеризующие состояние 18 износа, и передавая эти электронные данные.
Система 10 также включает компьютерный алгоритм 20, выполненный с возможностью использования ранее установленного плана 22 обслуживания гидроциклона, основанного на оценке износа и необходимости технического обслуживания конкретного производства. Ранее установленный план 22 обслуживания гидроциклона может, предпочтительно, включать график остановки выбранных отдельных гидроциклонов или их групп для замены секций отдельных гидроциклонов и/или наносимой на внутренние поверхности износостойкой облицовки, обычно подвергаемой износу, наряду с любыми другими компонентами гидроциклона, для которых могло бы потребоваться обслуживание, включая входные и выходные патрубки, насосы, измерители расхода, датчики и другие относящиеся к гидроциклону устройства. Предпочтительно, план 22 обслуживания гидроциклона включает график приведения в действие и отключения отдельных гидроциклонов или групп гидроциклонов в распределительной системе для улучшения и планирования распределения износа по распределительной системе, либо для достижения более равномерного, либо неравномерного, но запланированного износа. Такой график позволяет планировать обслуживание групп гидроциклонов для снижения простоев и возникающих неудобств, сокращения трудоемкости и стоимости необходимого обслуживания, а также усовершенствовать планирование сроков и затрат и повышение их предсказуемости и общей прозрачности процесса, и воспользоваться преимуществами существующих программ модернизации.
Временные данные 14 расхода пульпы, вырабатываемые и передаваемые устройством(-ами) 12 измерения эксплуатационных параметров гидроциклона(-ов), поступают в компьютерный алгоритм 20 и анализируются им. Одновременно, в компьютерный алгоритм 20 также передаются данные 18 состояния износа, генерируемые и передаваемые электронным датчиком (-ами) 16, и анализируются там. Используя эти данные, компьютерный алгоритм 20 может вычислить оценку профиля износа для каждого рассматриваемого гидроциклонного сепаратора и автоматически дать указание связанной с ним системе управления гидроциклоном (не показана, но обычно включает специализированную рабочую станцию), посредством команд 24, привести в действие и отключить один или более гидроциклонных сепараторов, в соответствии с требованиями или рекомендациями ранее установленного плана обслуживания гидроциклона. Компьютерный алгоритм 20 также позволяет, на основе этого анализа, рассчитать оценку последующего профиля износа для одного или более гидроциклонных сепараторов для внесения, вручную или автоматически, корректировок 26 в ранее установленный план обслуживания гидроциклона, на основе последующей оценки профилей износа.
Ранее установленный план 22 обслуживания гидроциклона также может учитывать различные рабочие характеристики и особенности предшествующей эксплуатации, например, различный состав пульпы, разную наработку, различное водное разбавление вводимых составов, разные рабочие давления и расходы, при выдаче команды на приведение в действие или отключение одного или более гидроциклонов, а также при разработке корректировок 26 в ранее установленный план обслуживания гидроциклона. В частности, как показано на фиг.2 и 3, в компьютерный алгоритм могут быть введены дополнительные данные 28 датчиков, представляющие прямые измерения, либо оценку нескольких количественных параметров технологического процесса, связанных с расходом пульпы через гидроциклон, которая может далее способствовать компьютерному алгоритму 20 в оценке износа в отдельном гидроциклонном сепараторе или группе сепараторов. Это может быть обеспечено одним или более дополнительными измерительными устройствами, определяющими наличие состояния загустевания 30, износ 32 (описано ранее), положение 34 распределительного клапана (описано ранее применительно к установке моментов открытия и закрытия клапанов), температуру 36 подшипника подающего насоса, вибрации 38 подшипника подающего насоса, энергопотребление 40 подающего насоса, уровень 42 разбавляющей воды в отстойнике, давление 44 на входе гидроциклона или внутри него, расход 46 гидроциклона, скорость 48 подачи насоса, размер 50 частиц пульпы, плотность 52 слива верхнего продукта гидроциклона, температуру 54 слива верхнего продукта гидроциклона, и плотность 56 загружаемого пульпы.
Хотя измерение и оценка этих количественных параметров само по себе не обязательно служит прогнозом износа гидроциклона, каждый количественный параметр технологического процесса имеет известное или предполагаемое влияние на износ гидроциклона, например, будучи в дальнейшем сопоставленным с состоянием износа и данными продолжительности использования, позволяет с большей точностью предсказать действительный износ гидроциклона, скорость износа и места износа. Соответственно, включение одного или более из этих дополнительных параметров может способствовать компьютерному алгоритму 20 в вырабатывании команд на приведение в действие или отключение одного или более из гидроциклонных сепараторов, а также во внесении корректировок или выдаче разрешений на корректировки 26 ручным способом в ранее установленный план обслуживания гидроциклона.
Соответственно, в данном новом изобретении используется комбинация прогноза износа на основе наработки с данными проприетарных датчиков обнаружения критического износа, вместе с возможным использованием дополнительных данных по эксплуатационным параметрам, для нахождения не имеющего аналогов, полностью автоматизированного, гибкого решения проблемы обслуживания по износу. Эта информация важна, поскольку позволяет операторам прогнозировать сроки возникновения чрезмерного износа в отдельных гидроциклонных сепараторах или группах гидроциклонных сепараторов, и скорость такого износа, благодаря чему работы по техническому обслуживанию, связанные с заменой секций гидроциклонных сепараторов и/или облицовки, могут планироваться заранее. Кроме того, данная информация важна для операторов, поскольку позволяет им отслеживать наработку каждого отдельного блока и использовать эту информацию, в комбинации с данными, полученными от различных датчиков, таймеров наработки и устройств определения износа, для включения или отключения отдельных гидроциклонных сепараторов или групп гидроциклонных сепараторов в распределительной системе гидроциклонов, для регулирования износа отдельного циклона, регулирования износа циклонов в группе и обеспечения однородного или неоднородного, но планового, износа в группе гидроциклонных сепараторов. Такой активный выбор гидроциклонных сепараторов, основанный на выявленном техническом ресурсе до износа, позволяет операторам оптимизировать износ и еще более эффективно разрабатывать прогнозируемые программы технического обслуживания.
Благодаря использованию настоящего изобретения, схемы износа в гидроциклонных сепараторах могут быть приспособлены к предпочтительным условиям обслуживания на производственном объекте. Например, оператор может привести в действие или отключить группу из двух или более циклонов в любой необходимой комбинации так, чтобы оптимальное их количество одновременно подвергалось износу для оптимизации планово-предупредительного обслуживания. Соответственно, компьютерный алгоритм 20 функционирует как фоновый процесс, к которому можно постоянно возвращаться, в его исходной или откорректированной формах, после каких-либо отклонений в процессе, например, появления состояния загустевания (roping). Модель критического износа, использующая прямое измерение износа, опирается на свои специализированные датчики для определения момента достижения точек индикации износа, и может быть использована для немедленного отключения циклонов, чтобы предотвратить выход из строя. Когда компьютерный алгоритм 20 дополнен прогностической моделью, основывающейся на времени наработки оборудования, этот алгоритм лучше способен скорректировать оценку срока службы по износу. Когда компьютерный алгоритм 20 также обеспечен дополнительными данными рабочего процесса, он может формировать еще более надежные оценки срока службы по износу. Комбинация двух основных моделей управления, присущая им приспособляемость и автоматизация схем управления гидроциклоном представляют собой новое достижение в данной области.
В настоящем изобретении также предложен способ управления обслуживанием по износу среди одного или более гидроциклонных сепараторов. В предпочтительном варианте осуществления, способ включает шаги использования по меньшей мере одного устройства 12 измерения эксплуатационных параметров, находящегося во взаимодействии с по меньшей мере одним гидроциклонным сепаратором (не показан) и приспособленного для измерения и передачи временных данных 14 расхода пульпы для одного или более гидроциклонных сепараторов; и использования одного или более электронных датчиков 16 износа, находящихся во взаимодействии с внутренней областью износа одного или более гидроциклонных сепараторов и приспособленных для определения состояния износа внутри внутренней области износа одного или более гидроциклонных сепараторов и формирования электронных данных, характеризующих состояние 18 износа, и передающих эти электронные данные, характеризующие состояние 18 износа.
При осуществлении способа также используют ранее установленный план 22 технического обслуживания гидроциклона на основании оценки износа; используют компьютерный алгоритм 20, приспособленный для приема временных данных 14 расхода пульпы и электронных данных, характеризующих состояние 18 износа; применяют этот компьютерный алгоритм для анализа временных данных 14 расхода пульпы и электронных данных 18 износа для каждого гидроциклонного сепаратора; применяют компьютерный алгоритм 20 для вычисления оценки профиля износа для каждого гидроциклонного сепаратора на основе этого анализа; применяют компьютерный алгоритм 20 для выдачи системе управления гидроциклоном команды на приведение в действие и отключение гидроциклонного сепаратора, что необходимо для выполнения ранее установленного плана 22 технического обслуживания гидроциклона; применяют компьютерный алгоритм 20 для вычисления оценки последующего профиля износа для каждого гидроциклонного сепаратора на основе последующего упомянутого анализа; и обеспечивают выполнение корректировок ранее установленного плана 22 технического обслуживания гидроциклона на основе оцененного в последующем профиля износа.
Раскрытие каждого патента, патентной заявки и публикации, упомянутых в настоящем описании, полностью введено в него посредством ссылки.
В то время как предмет настоящего изобретения был рассмотрен со ссылкой на частные варианты выполнения, очевидно, что специалисты могут предложить другие варианты осуществления и видоизменения, не выходящие за пределы существа и области притязаний описанного здесь предмета изобретения. Приложенная формула включает все такие варианты осуществления и эквивалентные видоизменения.