Presentado por BERNARD SEEMANN. Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea

Transcripción

1 Presentado por BERNARD SEEMANN Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea

2 CONTROL DE PROCESO CONTROL DE PROCESO EN PLANTA DE CEMENTO Ø Nunca deberíamos olvidarnos que el proceso de fabricación de cemento, ES PRINCIPALMENTE UNA TRANSFORMACIÓN MINERAL, eso significa que el producto debe ser monitoreado y controlado directamente en cada etapa de transformación

3 CONTROL DE PROCESO LA TRADICIÓN : TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE DESDE 1/H a 1/ turno LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO ANALIZADOS MANUALMENTE RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL à Acción ±1 hora después

4 CONTROL DE PROCESO LA DEBILIDADE DEL METODO TRADICIONAL : MUESTRAS NO REPRESENTATIVA FRECUENCIA BAJA TIEMPO DE RESPUESTA LARGO ERRORES HUMANOS

5 Laboratorio Automático Mezcla crudo 1 Mezcla crudo 2 Alimentación Harina caliente Clinker Cemento 1 Cemento 2 horno Field network VenYlador Transporte Analizador de cal libre Analizador de Carbono y Azufre Programa de control de Mezcla de crudo Gas (XRF/ Extraccion de XRD) polvo Local tecnico Instrucciones hacia alimentadores de mezcla de crudo XRF/XRD Estación de trabajo Gabinete de control XRF Molino y Prensa XRD Laboratory network Muestras promedias PSD Analizador PSD Estación de trabajo Vision SoNware consola control móvil Hacia PLC sistema planta (LIMS, PLC, etc.) Estacion puente

6 Control de Proceso en Línea Cantera Aditivos Silos mezcla Precalcinador Aditivos Cemento Silo Machacador Premezclado Mezcla crudo Horno Enfriador Clinker Silo Molino Cemento Composición Al - Fe - Ca - Si - S - P - K Pérdida al Fuego Gas muestra & Análisis Cal libre Estructura Mineral Carbono Azufre Tamaños partículas 7/h 2/h Continuous 5/h Continuous 6/h Continuous HARINA CRUDA HARINA CALIENTE CLINKER CEMENTO

7 Control de Proceso en Línea Ventajas comparado a los laboratorios centralizados automáticos Análisis con alta frecuencia à Ahorro de energía y calidad más estable Fácil de utilizar Sistemas Independientes à no hay riesgo de no tener ningún análisis en toda la planta al mismo tiempo Sistemas más baratos

8 Control de la MEZCLA DE CRUDO PORQUE CONTROLAR EL CRUDO? Ø Chequeo del LSF (Lime saturayon factor) Ø Chequear la finura, especialmente %>90 micrones Ø Chequeo del rayo Silicato SR (rayo de Si vs Al y Fe) Ø Chequeo del rayo Aluminio AR (rayo de Al vs Fe) Cambios de LSF en mezcla de crudo en LSF de crudo deben mantenerse abajo de 1% Cambios de SR deberían quedar abajo de 0.1 Cambios en AR deberían quedarse abajo de 0.1

9 Control de la MEZCLA DE CRUDO Limite del método tradicional 100 Frecuencia de control LSF 1 HORA Ajuste solo 1 vez por hora: grandes fluctuaciones 100 LSF 1 HORA Aumento de la frecuencia : fluctuaciones menores y el objeyvo se logra más a menudo LSF valor promedio alto à mas C3S à cemento mas reacyvo

10 Control de la MEZCLA DE CRUDO Mejor ubicación para tomar una muestra Precalciner Quarry Additives Kiln Dust Blending Silos Preblending Raw Mill Crusher Kiln A la entrada de la alimentación del silo de mezcla incluyendo el polvo del horno (kiln dust), donde se puede, considerando que: es el producto final incluyendo adición de polvo de horno tener en cuenta el Yempo de residencia de los diferentes componentes del crudo en el circuito de molienda

11 Control de Proceso en Línea Esquema típico Cuan%ficación de los mayores óxidos + software de control de mezcla de crudo Muestreo en caída Muestreo tornillo PREC100 Muestreo en aerodeslizador à Control automá%cos de los alimentadores de dosificación (weight feeders) Toma muestra PF106 Tolva de mezcla TRH Muestreo a pistón P11 Transporte Mecánico Hasta 7 análisis por hora Hasta 2 puntos de muestreo controlado con 1 solo analizador Hacia PLC planta o programa de control de mezcla de crudo: Ca, Si, Al, Fe, etc. Analizador FX3500

12 Estudio de caso Control de mezcla de crudo Analizador Sistema Automático de control de mezcla de crudo Muestreo Transporte de muestra

13 Raw Mix Control Estudio de caso Resultados Valores de LSF del crudo durante 24 horas una muestra cada 20 mn, con objetivo 0.97 Deviación Estándar do LSF < 0.01

14 Control de Harina Caliente PORQUE CONTROLAR LA HARINA CALIENTE? Ø Ø Monitorear el valor actual del grado de calcinación a la salida del precalcinador Chequeo del valor actual del ciclo VoláYles en el horno/ precalcinador En los hornos modernos 50 a 60% del consumo de combustible está quemado en el precalcinador. Control del ciclo volátil: Azufre, cloro, álcalis

15 Control de Harina Caliente Análisis típicas Muestreador de Piston PC303 Determinación Carbono Azufre Hasta 4 análisis por hora Medición Perdida al fuego Sistema de enfriamiento Transporte de muestra corta distancia Hasta 2 análisis por hora Hacia PLC de planta: Valor de Calcinación Y Tasa de Azufre Hacia PLC planta : Valor de calcinación 2 posibilidades

16 Estudio de caso Control de Harina Caliente Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta Analizador LOI - PAF CCR hacia control del calcinador Toma muestra de harina caliente + con su enfriador

17 Estudio de caso Control de Harina Caliente Resultados Valor de LOI monitoreada cada 30 mn Alimentación en combustible basada sobre el valor actual de LOI Valor de calcinación ESTABLE y OPTIMUM

18 Estudio de caso Control de Harina Caliente Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta de cemento Resultados Date Time LOI Analyser Result Lab Result Variance PM 97,32 97,51-0, PM 97,90 97,89 0, PM 98,28 97,98 0, PM 97,74 97,72 0,02 Average 97,81 97,77 0,04 Date Time Comparación LOI Analyser de Result datos entre Lab Result el Variance laboratorio AM y el 97,15 analizador en 96,61 línea 0, AM 97,20 97,06 0, AM 96,88 97,27-0,39

19 Control del Clinker PORQUE CONTROLAR EL CLINKER? Ø Monitoreo del valor de cal livre (FCaO%) - Cal libre alta va tener un impacto negativo en la resistencia a 28 días. Las pequeñas partículas de cal libre bien quemadas hidratan muy lentamente. Ellas van hidratarse muchos días después de haber sido en contacto con el agua, y el tamaño se duplica provocando grietas en el hormigón - Si el LSF está correctamente dosificada, cal libre baja indica que el clinker ha sido quemado muy duro. El resultado son grandes cristales de alita, que son difíciles de moler, y el cemento tiene una reactividad más baja.

20 Control del Clinker PORQUE CONTROLAR EL CLINKER? Ø UYlizar los dados para opymizar la operación de quemado del horno HORAS

21 CONTROL DE PROCESO LA TRADICIÓN : TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE 1/H LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO ANALISIS RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL à Acción ±1 hora después (como descartar el clinker fuera de especificación)

22 Polvo Costra? Clinker? Muestreo incorrecto, porque?

23 Control del Clinker Sistemas de muestreo de clinker Horno Enfriador Toma muestra bajo parrillas Enfriador Descarga del horno Toma muestra a la descarga del enfriador

24 Control del Clinker Sistema de Transporte de la muestra

25 Control del Clinker Op$mización de cal libre Analizador usando extracción por glicol y conductividad Celda de Análisis Celda de Preparación Calentamiento Mezcla del clinker + glicol Medición de Conductividad CaO + (CH 2 OH) 2 à H 2 O + (CH 2 O) Ca 2+

26 Control del Clinker: Estudio de caso Sistema automático de control de cal libre como instalado en una planta CCR para controlar el proceso del horno Toma muestra a la descarga del horno Analizador de cal libre Dados de cal libre

27 Control del Clinker: Estudio de caso Resultados Media= 1% dev Std = 0.1% La planta consiguió optimizar el valor de cal libre y mantener una baja desviación estándar En caso de condiciones anormales, la planta puede descartar el clinker fuera de la especificación inmediatamente antes de entrar en el silo de clinker

28 Control del Clinker: Estudio de caso 2 Cal libre y dados de horno US Plant With 2 wet kilns % free lime % Free lime 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, K-1 K-2 Date 1 : Análisis no sirve para controlar el horno (clinker sobre quemado) 2 : Control del horno manual usando dados de cal libre (cal libre más alta pero inestable) 3 : Sistema experto conectado al analizador (estable y cal libre mas alta)

29 Control del Clinker Ahorros Ahorros directos Un aumento de 0,5 % de cal libre genera : Ø 15 kcal / kg CK de ahorro de combustible Ø 1kWh / Ton CK de energía eléctrica de molienda Ahorros indirectos Ø Costes laborales análisis Manual Ø El costo de manejo de desechos de producción Ø costos incidentes de Post producción

30 Control del Cemento PORQUE CONTROLAR EL CEMENTO? Ø Ø Evaluar el contenido de caliza (CaCO3) Evaluar el contenido de yeso (CaSO4 2H2O) Ø Evaluar la finura del cemento Finura del cemento tiene una relación directa con el desempeño del concreto: Resistencia a corto plazo Calor de hidratación Resistencia a largo plazo

31 Control del Cemento LA TRADICIÓN: UNA MUESTRA COMPUESTA SE COLECTA MANUALMENTE A LA ALIMENTACION DEL SISTEMA DE TRANSPORTE HACIA EL SILO DE CEMENTO LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO SE ANALIZA ±1 VEZ POR HORA RESULTADOS ENVIADOS A LOS OPERADORES à AJUSTE DEL SEPARADOR Y ALIMENTACIÓN DEL MOLINO

32 Control del Cemento Cuales son las principales desventajas del método tradicional? Ø Sistema de muestreo No representativo Ø Frecuencia de control MUY baja Ø Tiempo de respuesta largo Ø Error Humana Ø Valores de Blaine se uylizan para controlar la finura

33 Control del Cemento VALORES PSD Calor de hidratación alta Contribución a la resistencia a corto plazo Contribución a la ulyma resistencia < 32 micrones Cero contribución a La resistencia > 32 micrones à Utilizando los valores de PSD es posible de optimizar y estabilizar las propiedades requeridas del cemento

34 Control del Cemento Mejor ubicación para tomar una muestra A la salida del circuito de molienda antes del transporte hacia los silos porque eso es el producto final, incluyendo el polvo de cemento

35 Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD Planta de Cemento en UK Cambios en las especificaciones del producto con análisis fuera de línea Dados PSD no disponibles para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement) à Análisis manual Blaine à 3 horas son necesarias para lograr la especificación requerida à Perdida de ± 100 T de cemento!!

36 Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD Planta de Cemento en UK Cambios en las especificaciones del producto con análisis en línea Product change 360 à 500 m 2 /kg In spec material Dado PSD disponible para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement) à Menos de 30 min son necesarias para lograr la especificación requerida à Ahorro en tiempo de purga

37 Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD Planta Cemento en USA Summary of the impact of automated control and real time particle size measurement on production parameters Before high level control After high level control, without on line PSD With high level control and on line PSD Bucket elevator pwer (kw) Average Std. Dev. 3,81 2,35 3,33 Seperator speed rpm Average Std. Dev Implementación de un sistema de control de proceso de alto nivel con un PSD en línea 20.3% Reducción de consumo de la energía especifica 15% Aumento de Producción 15% Aumento resistencia a 1 día 10% Reducción del Blaine C3S Concentración disminuyo Demanda en agua del cemento es estable y baja Total feed rate (tph) Average Std. Dev. 4,2 5,7 3,8 Mill power (kw) Average Std. Dev kwh/t 41,8 39,1 33,3 One day strengths (psi) Average 2125, ; ,35 C3S (%) Average 60,22 61,21 59,69

38 CONTROL DE PROCESO Conclusiones o El control de calidad debería ser utilizado para optimizar el proceso de fabricación del cemento y no solo para hacer informe post portem o Más preciso & mayor frecuencia de resultados, significa que es posible de mejorar el control del proceso, y por lo tanto Mejorar la calidad Y ahorrar energía o La mayoría de estas soluciones tiene un o payback < 1 AÑO

39 Presentado por BERNARD SEEMANN GRACIAS POR SU ATENCION