6.1.2. Кейс. Практикуемся в разработке технико-коммерческого предложения на проектную спецификацию арматуры с применением инженерно-стоимостного анализа

Множество разработок комплексных и сложных технико-коммерческих предложений начинается с получения обычного запроса на предложение. Иногда даже не прилагается опросных листов. Как правило, специалисты равняются на известные им решения и вообще-то проверяют этим, а знаешь ли ты таковые решения. Конечно, есть и другой вариант «послушать, как у них там за бугром делается».

Часто советником является проектный институт, однако, он не является знатоком многих участков использования арматуры, и мы можем сказать, что проектные институты в свою очередь равняются на решения, разработанные еще в советские времена уже не существующими НИИ. За последнее время опыт применения арматуры уже во многом переместился в инжиниринговые и арматурные компании. С учетом растущей конкуренции инженерных решений, предлагаемых разными фирмами, и накопления опыта их внедрения, старые разработки институтов не могут быть и вовсе применены.

Тем не менее, на этом первом этапе уже ставится задача «как есть», и с этого момента начинается работа по проведению инженерно-экономического анализа с целью разработки наиболее конкурентного предложения (подробнее см. Горобченко С. Л. Практический маркетинг. Применение комплексного инженерно-экономического анализа для маркетинговых целей ТПА – экспресс, 1\2013). Ниже мы приводим пример разработки сложного коммерческого предложения, проведенного специалистами компании Метсо для одного из предприятий содовой промышленности.

После опроса специалистов немного кристаллизовались первые задачи.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Проект, включает в себя следующие задачи:

1. реконструкция цеха абсорбции и дистилляции по регулирующей арматуре

2. приведение в соответствие с требованиями Ростехнадзора по безопасности

3. замена запорной арматуры.

4. установка интеллектуальных позиционеров

Двигателем прогресса стали требования Ростехнадзора – не часто встретишь…

В рамках действующей реконструкции ставятся следующие задачи:

1. выполнение предписаний Ростехнадзора по повышению уровня безопасности.

2. установка современной системы АСУТП.

3. установка приборов КИП и А в рамках действующих проектов реконструкции.

4. снижение выбросов в т.ч. и по арматуре.

Важно, что в комплексе с КИП и А и вместе с системой АСУТП. Из этого следует, что требования к качеству регулирования и исполнительным механизмам будут на уровне.

Требования к запрашиваемой арматуре:

1. подготовка исполнения арматуры в соответствии с опросными листами (для бюджетного предложения).

2. применение современной арматуры

3. работоспособность в современных системах автоматизации управления и контроля техпроцессов.

4. смарт клапаны с интеллектуальными контроллерами, работающими на сигнале 4–20mA на основе HART-протокола.

5. V класс герметичности для 80% отсечных клапанов.

6. фланцевое исполнение.

Ключевое для нас слово смарт клапаны с интеллектуальными контроллерами прозвучало. Хотя и жаль, что «на основе HART протокола»…

Дополнительные положения, принятые во внимание.

1. Высокая экспортоориентированность (80% продукции идет на экспорт).

2. Сложность, непрерывность и взаимозависимость производств между собой.

3. Необходимость снижения потерь сырья и химикатов за счет повышения точности регулирования.

4. Необходимость уменьшения объема обслуживания арматуры и КИП.

5. Перспективность освоения современной смарт арматуры для дальнейших новых проектов.

Экспортоориентированность – первый признак того, что предприятие – серьезное. За рубежом не любят брака. Следовательно, и требования к качеству регулирования будут, по всей видимости, немаленькие…

На первом этапе нами была проведена большая информационно-аналитическая работа по поиску основных тенденций и типовых решений и цифр, отражающих современное состояние производств содовой промышленности. Для этих целей были привлечены консультанты КЦ Промконсалт ВШТЭ СПбГУПТД Санкт-Петербург. Выдержка из отчета приведена ниже.

Особенности содового производства

Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает в себя восемь основных переделов (отделений):

1. Получение карбонатного сырья на ГОКах.

2. Переработка карбонатного сырья: обжиг, охлаждение и очистка диоксида углерода, гашение извести с получением известковой суспензии.

3. Очистка рассола: взаимодействие сырого рассола с реагентами в реакторах и отстой рассола.

4. Абсорбция: отмывка в промывателях газов, выделяющихся на других стадиях от аммиака, двухстадийное насыщение раствора хлорида натрия (рассола) аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающим со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола.

5. Карбонизация: отмывка от аммиака газа, покидающего стадию карбонизации (сопровождается улавливанием небольших количеств диоксида углерода), предварительная карбонизация; карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия в осадительных колоннах, компримирование перед подачей в карбонизационные колонны, диоксида углерода, поступающего со стадий переработки карбонатного сырья и кальцинации.

6. Фильтрация отделение гидрокарбоната натрия на фильтрах и отсос воздуха вакуум насосами.

7. Кальцинация: обезвоживание и разложение гидрокарбоната натрия в содовых печах, охлаждение и очистка диоксида углерода после содовых печей.

8. Регенерация аммиака (дистилляция) предварительный подогрев и диссоциация содержащихся в фильтровой жидкости карбонатов и гидрокарбонатов аммония в конденсаторе и теплообменнике дистилляции, смешение и взаимодействие нагретой жидкости с известковой суспензией в смесителе и отгонка аммиака.

Рис. 1. Технологическая схема производства кальцинированной соды

Что ж, специализация по химии в полном объеме. Нас ждет масса регулирующих и отсечных клапанов, способных работать в полупериодическом режиме и кристаллизующихся средах…

Технико-экономические показатели процесса получения соды.

Экономические показатели производства кальцинированной соды характеризуются следующими данными (данные по литературным источникам):

1. На 1 т продукта расходуется:

Начнем считать. В первую очередь по массовым технологическим потокам. Выделим, что в своем большинстве среда – рассольная и с наличием извести, а также наверняка и с абразивными шламами.

2. Энергетические затраты.

Как следует из описания – самый дорогой процесс – кальцинация. Здесь и будут лежать источники окупаемости клапанов и энергосбережения.

3. Фондоемкость производства соды

Надежда на энергетику не оправдается. Затраты не велики. Основная эффективность будет лежать в собственно регулировании параметров технологического процесса.

4. Сумма капитальных затрат по объектам основного производственного назначения распределяется следующим образом:

Основные капитальные затраты также лежат в собственно технологических линиях, а не вспомогательных, добычных или транспортных процессах. На таких предприятиях Технологи «правят бал».

5. Структура себестоимости соды кальцинированной характеризуется следующими данными, %:

Примерно также распределится и эффективность от работы арматурного хозяйства в целом. С учетом того, что "технология превыше всего", то задачей для арматуры будет не снижение расходов на содержание и ТО, а на снижение потерь в технологии (графа «сырье и материалы»).

6. Общая сумма затрат на 1 т соды распределяется по стадиям производства следующим образом, %:

Основные процессы – адсорбция, карбонизация, дистилляция и кальцинация занимают все эксплуатационные затраты на производство. И еще раз мы правы в том, что основное внимание при подготовке предложения нужно будет направлять на технологические эффекты и сверхэффекты.

7. Использование тепла в основных отделениях производства соды составляет в долях от общего теплопотребления, %

Если отдельно заняться клапанами для обеспечения подачи технологического пара и газа, то нас ждут обжиговые печи, кальцинация и регенерация аммиака и диоксида углерода. Остальные не интересны. Хотя в последнее время и охлаждающей водой можно заниматься, особенно там, где переводят охлаждение на испарительное охлаждение. Экономия воды – в 40 раз!

8. Определение технико-экономических показателей (ТЭП) в содопоташном производстве.

Выделяются до 100 технико-экономических показателей. Выделим наиболее существенные. Сопоставление отдельных видов технологических затрат для различных аппаратов показало, что при выпаривании стоимость пара составляет 81–87% от суммы технологических затрат на переработку растворов; при сушке 81–87% затрат приходится на долю мазута, при вакуум кристаллизации основной статьей расхода является стоимость воды (71–76%).

Эти данные можно использовать для выделения контуров, обслуживающих именно наиболее ресурсопотребляющие потоки и начинать работу именно с них.

Распределение переменной части технологических затрат на переработку содопоташных растворов показано в табл.1.

Табл. 1. Распределение переменной части технологических затрат

Затраты на пар – основные. Пар и ближе к технологии, чем вода и мазут. При этом все сосредоточено вокруг производства соды. Очень хорошо. Можно будет поискать специализированные решения из прошлого опыта проектирования.

9. Уровень автоматизации как часть ТЭП.

Уровень автоматизации достигает 75–76%, в т.ч. основных процессов (кальцинация, дистилляция) – 90–95%, уровень механизации в основных цехах достигает 71–72%.

Отрасль уже хорошо знакома с автоматизацией. Это важно. Более будет понятно, когда будем говорить о протоколах, нечувствительности, диагностике и пр. Это уже наша сфера и посмотрим на нее попристальнее.

Особенности систем автоматизации и регулирования содового производства

Производство соды относится к сложным объектам химической промышленности, эффективность работы которых может быть повышена путем установки эффективных автоматических регулирующих исполнительных устройств в АСУ ТП.

Характерными особенностями содового производства являются непрерывность и крупнотоннажность технологических процессов, значительное количество основных и вспомогательных отделений, отличающихся сильной взаимозависимостью. На каждое из них воздействует большое число разнородных возмущений. Характеристики самих технологических аппаратов являются нестационарными как по статическим, так и динамическим характеристикам, что требует постоянной корректировки технологических режимов и большего внимания к динамическому регулированию. Особенно важно отметить, самой характерной средой содового производства являются агрессивные, кристаллизующиеся и абразивные среды. В схемах работы имеются рециклы, связывающие режимы основных отделений, поэтому нарушение режима в одном из них приводит к нарушению нормального хода всего производства.

С точки зрения контуров регулирования и управления содовые производства имеют следующие особенности:

– Последовательная технологическая структура, при которой выход из строя или даже временная разгрузка одной из стадий приводит к резкому изменению работы всего агрегата.

– Значительное число параллельно включенных аппаратов в основных отделениях – абсорбции, фильтрации, дистилляции и карбонизации. Например, отделение карбонизации типового многоэлементного завода содержит три серии карбонизационных колонн. В свою очередь каждая серия состоит из 4 или 5 карбонизационных колонн, одна из которых работает в режиме предкарбонизации.

– Отсутствие промежуточных емкостей и жесткие связи между отдельными стадиями.

– Достаточно большие мощности агрегатов, определяющие необходимость длительного цикла непрерывной работы.

– Большое число точек контроля параметров технологического процесса, составляющее часто до 1000 позиций.

– Жесткие требования к качеству регулирования, поскольку нарушение технологического режима распространяются на смежные отделения и в конечном итоге могут приводить к нарушению режима производства в целом или значительным потерям.

1.1. Особенности производства кальцинированной соды.

Производство кальцинированной соды состоит из следующих этапов:

– абсорбции и очистки рассола

– карбонизации

– фильтрации

– кальцинации

– дистилляции

– гашения

– обжига.

Перейдем к клапанам.

Регулирующие клапаны для основного оборудования содового производства.

ИЗВЕСТКОВЫЕ ПЕЧИ

Состав исходных продуктов:

Мел CaCO3, на сухое вещество не менее 96%

SiO2 и нерастворимые в HCl примеси не более 2%

Топливо – кокс не более 82%

Зольность -10,5%

влага – 5%

Летучие – 2,0

Сера 0,5%

Известковые печи

Температура в кожухе – не выше 70оС

Давление – 200–350 мм вод ст.

Вверху печи – 2–10.

Печной газ

Температура – не выше 150оС

Содержание на абсолютно сухой газ

СО2 -33–35%

О2 0,5–1,5%

СО 0,5–2,0%

Пыли г\м3, не более 2,0

Газ после электрофильтра

Температура, оС:

– На входе 30–35

– На выходе 20–25

Разрежение, кПа (70–100)

Содержание СО2–32–34

Пыли не более 10г\м3

Участки регулирования

– Регулирование известково-обжигательных печей предусматривает поддержание стабильной нагрузки печей с учетом потребности в негашеной извести и поддержание оптимальных параметров процесса.

– Регулирование состоит из следующих подсистем:

– Расход воздуха

– Температура газа

– Давление газа в верхней части печи и выброс диоксида серы в атмосферу посредством дроссельных заслонок, степень открытия которых изменяется с помощью регуляторов давления.

– Регулирование подачи топлива.

– Регулирование на участках дутьевых вентиляторов, электрофильтра, промывателей и пр.

С учетом сказанного на этом участке сосредоточимся на стабилизации процесса. Они работают в стационарном режиме и, как правило, относятся к медленным процессам.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА

Получение известкового молока включает стадии гашения извести горячей водой и очистку известкового молока от крупных кусков необожженного карбонатного сырья, мелких зерен недопала, перекала и др. нерастворимых примесей.

При регулировании решаются задачи соответствия нагрузки в отделении гашения потребности в дистилляции в известковом молоке, а также поддержание постоянной концентрации гидроксида кальция в известковом молоке.

Участки регулирования:

– Регулирование расхода нагретой промывочной воды (слабое известковое молочко) для гашения

– Регулирование на участках промывки после сортировочного барабана

– Регулирование конденсатора

– Регулирование классификатора

– Вспомогательные контуры регулирования на мешалках, шаровых мельницах очистки от шлама, отбросной жидкости дистиллера, пара, дистиллерной жидкости, пробоотборники и пр.

Вот и пришли к сложным участкам. Известковое молочко – один из весьма сложных видов среды для регулирования.

Основными проблемами являются колебания титра молока, т.к. они усложняют дозирование молока в отделении дистилляции и увеличивают потери извести и аммиака с отбросной жидкостью дистиллера. В последней содержание свободного СаО может колебаться в очень узких пределах (1–2 н.д), т.е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения дистилляции известковое молоко разбавляется примерно 4 раза. Отсюда следует, что колебания титра молока, поступающего на дистилляцию, не должны превышать 4 н.д.

Титр молока регулируют расходом воды, подаваемой на гашение. Концентрация Са(ОН)2 измеряется каждые 30 мин.

Конечная температура молока (85–95%) в значительной степени зависит от температуры, поступающей на гашение воды, которая подогревается за счет тепла конденсации водяных паров, выходящих из гасителя. Для гашения используют подогретую воду из холодильников газа содовых печей или газа дистилляции.

Сложности для арматуры.

– Налипание и кристаллизация осадка.

– Сложная среда с большим количеством хлор-ионов, вызывающих значительную коррозию даже при высокой щелочности среды (рН 8–11,4).

– Истирание затворов и значительные трудности при страгивании затвора.

– Зарастание трубопроводов и, как следствие, уменьшение проходного сечения, что приводит к изменению пропускной способности и возможной потере линейности регулирования. Желательна регулирующая арматура с более широким диапазоном регулирования.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА СЫРОГО РАССОЛА

Технологическая схема очистки основана на осаждении с предварительной каустификацией содового раствора. Основной задачей регулирования является поддержание стабильности нагрузки по очищенному рассолу. Необходимая степень очистки рассола достигается стабилизацией концентрации рассола и дозирования осадительных реагентов в зависимости от нагрузки и постоянства температурного режима.

Участки регулирования