выбора конвейерных золомеров



Предыдущая | Следующая

 

выбора конвейерных золомеров для использования в технологических потоках углеобогатительных фабрик В последние годы при строительстве новых обогатительных фабрик, а также при реконструкции и техническом перевооружении действующих практически повсеместно для экспрессного технологического контроля зольности потоков угля (на конвейерах) стали применять соответствующие приборные средства. Однако специалисты, которые занимаются разработкой и реализацией проектов, не имеют никаких руководящих технических материалов или рекомендаций по выбору типа конвейерных золомеров для применения в той или иной точке контроля. Настоящая работа призвана в какой-то мере оказать помощь при таком выборе. Она была выполнена в лаборатории метрологии и физических методов контроля Института обогащения твердого топлива (ИОТТ). Лаборатория более 35 лет занимается разработкой и внедрением средств контроля качества углей с использованием электромагнитных и ядерно-физических излучений, имеет большой опыт в данной области прикладных исследований.
Для контроля зольности угля в потоке (на конвейере) создано большое количество приборов различных типов??????? На практике исходя из реальных возможностей их использования на отечественных обогатительных фабриках выбор можно осуществлять из трех типов золомеров.
А. Двухлучевые гамма-золомеры с двумя радиоизотопными источниками.
Такие золомеры наиболее активно рекламирует фирма Mineral Control Instrumentation (MCI, Австралия) и некоторые фирмы Германии (Berthold Technologies и др.) и Польши (Emag и др.). Это золомеры COALSCAN-3500 (Австралия), IT-2000 — на основе датчиков Berthold (Германия), ALFA-05/2E (Польша) и другие.
При дальнейшем рассмотрении проблемы предполагается, что указанный типоряд золомеров используется без модуля измерения влажности, которым такие приборы часто комплектуются, то есть осуществляется контроль только одного параметра — зольности.
Б. Золомеры, основанные на использовании обратно рассеянного гамма-излучения одного радиоизотопного источника.
Такой тип приборов предлагают в настоящее время Польша (Emag) и Россия (ФГУП ИОТТ, ФГУП Институт физико-технических проблем) — это золомеры типа ALFA-05/T (Польша), РКТП-6 (Россия).
В. Золомеры, использующие естественную радиоактивность золообразующих минералов (породы).
В настоящее время они рекламируются рядом фирм Англии (TSRE British Coal), Австралии (MCI), Польши (Emag), Украины (ФМ-Сертификат). Это золомеры NGCQM (Англия), COALSCAN — 1500 (Австралия), RODOS (Польша), СТКЗ-1К (Украина).
Далее по тексту золомеры групп А и Б будем называть радиоизотопными золомерами (РИЗ), так как они имеют в своем составе радиоизотопные источники, а группы В — золомерами естественной радиоактивности (ЕРЗ).
Для обоснованного выбора типа золомера сравним основные, наиболее вероятные технико-экономические характеристики ЕРЗ и РИЗ, а именно: погрешность контроля, приоритетные области применения, стоимость.
Погрешность контроля.
«Коридор неопределенности» результатов измерений Погрешность контроля обуславливает «коридор неопределенности» результатов измерений, когда фактическая зольность потока угля Афакт. с вероятностью 0,95 (95 %) распределена в диапазоне (коридоре) от Аизм. —??? до А изм. +???? где А изм. — зафиксированная прибором величина зольности потока угля,??? — погрешность контроля. «Коридор неопределенности» характеризует возможность фиксировать тенденцию изменения зольности в технологическом процессе.
Начнем рассмотрение погрешности золомеров с ЕРЗ.
Погрешность ЕРЗ в большой степени зависит от уровня естественной радиоактивности золообразующих минералов (породы), который определяется геолого-минералогическими факторами (бассейн, месторождение, пласт и т. д.). Уровень естественного гамма-излучения породы и золообразующих минералов может быть настолько низким, что применение ЕРЗ вообще может быть под вопросом.
Следовательно, требуется специальное предварительное исследование углей для уточнения возможных метрологических характеристик.
Рассмотрим, какова будет погрешность контроля для ЕРЗ концентрата при А = 10 % и рядового угля при А = 25 %.
П. Тэйлор в работе???? убедительно доказал, что типичная и наиболее вероятная погрешность??? для ЕРЗ при нормальных условиях измерения обычно составляет величину около 3 % абс. для зольности до 15 % и 5-6 % в диапазоне значения зольности от 25 до 45 %. Это означает, что для Аизм. = 10 %,
«коридор неопределенности» будет от 7 до 13 %, а для зольности 25 % – от 20 до 30 %.
Приведенный возможный разброс фактической зольности при Аизм.?? 10 % практически исключает эффективный контроль и управление процессом обогащения. Для А = 25 % величина коридора может быть и приемлема, так как требования к точности контроля рядовых углей, как правило, менее жесткие, чем для концентратов. Окончательный вывод можно сделать, сравнивая области приоритетного функционального назначения и соответствующие финансовые затраты.
На погрешность контроля ЕРЗ большое влияние оказывает состояние естественного гамма-фона в месте установки датчика. Особенно этот фактор влияет на результаты измерений при отсутствии свинцовой защиты над углем (над конвейером). При этом не спасает положения и наличие дополнительного автономного измерения фоновых излучений, как это имеет место в украинском золомере СТКЗ—1К. В этом случае на показания прибора будут влиять даже погодные условия за счет вариаций величины фонового излучения от продуктов распада радона и эманации тория, присутствующих в воздухе, а их содержание зависит от метеорологических и других факторов????? «Коридор неопределенности» в таких ситуациях будет еще шире, чем приведено выше. Применение же защиты неудобно тем, что над углем приходится «навешивать» до 1,5 т свинца.
Общепризнанным среди специалистов по инструментальному контролю является вывод о том, что погрешность ЕРЗ в два раза хуже, чем погрешность РИЗ. Этот вывод приведен в обзорном докладе по приборам контроля качества угля на XIII международном конгрессе по обогащению углей????? Указанный доклад представил консультант-эксперт Д. Пейдж, который курирует вопросы приборной золометрии в ISO (международная организация по стандартизации). Это означает, что «коридор неопределенности» для ЕРЗ всегда шире, чем для РИЗ.
Погрешность радиоизотопных золомеров (при соблюдении соответствующих технических условий их применения) по данным многочисленных публикаций лежит в диапазоне 5-10 % относительных. Такой же вывод из анализа публикаций делает Д. Пейдж в работе????? Примем за среднюю величину погрешность??? = 8 % отн. Тогда для концентрата (? 10 %) «коридор неопределенности» имеет величину от 9,2 до 10,8%, и вывод из сравнения ЕРЗ и РИЗ (по погрешности) для случая низкозольных концентратов ОФ очевиден — можно применять только РИЗ. Выбор между конкретными типами РИЗ определяется другими факторами: функциональным назначением золомеров, их стоимостью. Для рядового угля с зольностью 25 % «коридор неопределенности» составит от 23 до 27 %, что также меньше, чем для приборов ЕРЗ.
Приоритетные области применения различных конвейерных золомеров Большое разнообразие существующих конвейерных золомеров, зависимость эффективности их работы от геологоминералогических и технологических факторов приводит к большому разнообразию практического использования таких устройств в различных точках контроля. Но физические принципы работы золомеров диктуют все же наиболее приемлемые (приоритетные) условия их эффективного применения.
Такие приоритетные условия или области применения приборов были определены на основании анализа многочисленных публикаций и обзорной информации по рассматриваемой проблеме.
К началу 2000 г. из общего количества золомеров, введенных в эксплуатацию на предприятиях в основных угледобывающих странах, только 8% относились к ЕРЗ (группа В)????? Начиная с 2000 г., растет использование ЕРЗ за счет контроля рядовых углей шахтной добычи и высокой зольности???? 5]. Именно в этой области наиболее эффективно применение данных золомеров. Однако если рядовой уголь является шихтой или смесью углей с большой разницей в удельной естественной радиоактивности (разные пласты, поставщики), то использование ЕРЗ может оказаться неприемлемым. Такие ситуации легко выявляются в момент предварительного анализа геолого-минералогических данных по объекту контроля или посредством ситуационного исследования.
Двухлучевые гамма-золомеры (группа А) предусматривают полную компенсацию влияния плотности на результаты измерений. Эти золомеры предпочитают использовать для определения в основном низких и средних зольностей, до?? 20 %.
Излучение двух радиоизотопных источников таких РИЗ проходит через весь слой угля, а затем регистрируется. Такая схема измерений позволяет получить погрешность??? в 5-10 % отн. при:
— больших вариациях плотности потока угля, например, когда смешиваются (шихтуются) рядовые угли разных пластов (поставщиков) со значительной разницей в плотности или смешиваются (шихтуются) мелкозернистые и крупнокусковые продукты обогащения;
— определении средней зольности потоков угля, представляющих собой «слоеный пирог» из различных продуктов;
— контроле потоков угля малой производительности с величиной слоя от 50 до 100 мм, тогда как другие золомеры ориентированы на большие слои.
Только в условиях действия приведенных факторов целесообразно применять указанный тип РИЗ для контроля потоков углей, так как двухлучевые золомеры очень дороги и могут быть получены в России исключительно с использованием импортных поставок.
Золомеры по обратному рассеянию гамма-излучения (группа Б) отличают от двухлучевых РИЗ две характерные особенности.
Это, во-первых, наличие минимально необходимой высоты контролируемого слоя угля, которая не должна быть меньше так называемого слоя насыщения: 120-150 мм для низкозольных и 100 мм для высокозольных углей. Во-вторых, влияние вариаций плотности на результаты измерений компенсируется в меньших пределах. Это приводит к тому, что анализируемый продукт должен быть более однородным по плотностному параметру. Как следствие, контроль потоков, состоящих из смеси различных углей, ограничивается определенными жесткими условиями. Кроме того, схема измерений по обратному рассеянию принципиально не позволяет контролировать потоки углей, имеющих структуру «слоеного пирога».
Тем не менее меньшая стоимость РИЗ рассматриваемого типа, применение одного радиоизотопного источника вместо двух, более высокая чувствительность к зольности, в ряде случаев конструктивная простота делают очень привлекательным использование таких устройств. И это возможно, когда на ОФ обогащаются угли:
— одного пласта (поставщика) без серьезных нарушений геолого-минералогических характеристик угля и вмещающей породы;
— нескольких пластов (поставщиков) примерно однородных по составу золообразующих минералов, по плотности угля и вмещающих пород;
— нескольких неоднородных пластов (поставщиков), угли которых всегда шихтуются (смешиваются) и не поступают отдельно каждый или в частичной шихте (смеси) на обогащение;
— нескольких неоднородных пластов (поставщиков) и всегда известно, какой именно уголь или какая шихта (смесь) углей находится в зоне контроля в любой момент времени.
Как видим, имеет место достаточно широкая сфера применения РИЗ по обратному рассеянию гамма-излучения.
Заканчивая рассматривать функциональное назначение различных типов золомеров, необходимо сделать несколько замечаний общего характера.
РИЗ могут применяться для контроля зольности технологических потоков угля, если в любых контролируемых продуктах изменение содержания окислов железа в зольном остатке, некоррелированные (несвязанные) с изменениями зольности данного продукта, не превышает??????? % абс. ЕРЗ свободны от этого недостатка. С другой стороны, угли разных пластов, разных поставщиков могут иметь значимо разную удельную естественную радиоактивность, что определяет в ряде случаев проблемы для ЕРЗ, аналогичные влиянию изменений плотности при использовании РИЗ по обратному рассеянию гамма-излучения. Таким образом, обычно приходится делать выбор из нескольких альтернативных вариантов. Однако очевидно, что в каждой точке контроля целесообразно применять устройство, которое имеет оптимальное соотношение его стоимости и потребительских свойств.
Учитывая трудности формализации указанной оптимальности, следует в сложной ситуации или при инвестиционном планировании крупных финансовых вложений обращаться за соответствующим экспертным заключением по рассматриваемому вопросу в специализированную организацию или к специалистам по инструментальному контролю качества угля.
Стоимость Информация о стоимости зарубежных приборов приведена по данным работ???? 6] в таблице. Она мало изменилась за последние годы.
Следует иметь в виду, что для РИЗ любого типа требуются дополнительные затраты (50-90 тыс. руб. в пересчете на один прибор) на разработку проекта установки (размещения) в соответствии с санитарными нормами и правилами, а также затраты на получение лицензии на право эксплуатации РИЗ. Кроме того, имеются серьезные проблемы по ввозу в Россию импортных радиоизотопных источников, которыми комплектуются импортные золомеры. Он практически запрещен. В связи с этим для импортных приборов требуется либо модернизация блока источника, либо согласование для радиоизотопных источников специальных условий поставки.
И то, и другое увеличивает стоимость золомеров на 5-10 тыс.
дол. США. Эксплуатационные расходы на обслуживание РИЗ и ЕРЗ не отличаются «в разы» и не могут влиять на выбор того или иного золомера.
Лицензирование и безопасность В последние два года в некоторых российских компаниях наметилась субъективная, необъяснимая с технических и экономических позиций тенденция отказа от применения РИЗ в пользу ЕРЗ. В частности, даже в случае, когда геологоминералогические и технологические условия эксплуатации благоприятны для применения самого простого РИЗ, например, РКТП-6, предпочтение отдается ЕРЗ стоимостью в пять раз дороже стоимости золомера РКТП-6. Причина — длительность и сложность процесса оформления лицензии, как это следует из пояснений руководителей предприятий. Цена такой позиции — увеличение капитальных затрат на несколько десятков тысяч долларов на один прибор с учетом всех дополнительных расходов.
Что касается безопасности, то все РИЗ должны соответствовать как требованиям определенных нормативов надзирающих органов России, так и требованиям МАГАТЭ. Приборы РКТП-6 им соответствуют, на что имеются сертификаты и санитарно-эпидемиологические заключения.
Выводы 1. Для контроля на конвейерном транспорте ОФ зольности концентрата (при А?? 10 %) применимы, как правило, только радиоизотопные золомеры (РИЗ).
2. Для контроля рядового угля наряду с РИЗ могут быть использованы ЕРЗ, а выбор между ними должен осуществляться в пользу золомера с наиболее оптимальным соотношением стоимости и потребительских свойств прибора.
3. К основным потребительским свойствам золомера следует отнести «коридор неопределенности» результатов измерений с учетом функционального назначения прибора наряду с его конкретными технологическими характеристиками.
4. Учитывая многофакторность критериев выбора конвейерных золомеров и трудность формализации оптимальности соотношения их стоимости и потребительских свойств, в сложных ситуациях или при значительных инвестиционных проектах вопрос о приобретении того или иного типа золомера должен решаться при наличии экспертного заключения компетентной организации.
Список литературы 1. Tailor P. M., Wykes J. S. The natural gamma technique for online coal quality monitoring — five years field experience in the UK.
Papers presented at the 1993 international symposium on On-line analysis of Coal, Vienna, Austria, 10-13 October 1993, Session 2.
2. Mathew P.Y. On-stream coal ash analysis based on natural gamma ray activity. Nuclear techniques in the exploration and exploitation of energy and mineral resources. Proceeding of an international symposium, Vienna, 5-8 June, 1990, Vienna, 1991, p. 93.
3. Page D. On-line coal quality monitoring. XIII International coal preparation congress, Brisbane, Australia, 4-10 October 1998, v. II, p. 439.
4. Cierpisz S., Heyduk A., Sicora T.«Dynamics of on-line ash monitors in monitoring and control systems». XIV International coal preparation congress and exhibition, Sandton, South Africa, 11-15 March, 2002, p. 149.
5. Миронович В., Сикора Т. Текущий контроль качества и количества угля на обогатительных фабриках и под землей шахт. Проблемы ускорения научно-технического прогресса в отраслях горного производства. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского и 50-летию ИОТТ, 27-29 ноября 2002 г., г. Люберцы, с. 373.
6. Kirchner A. T. On-line analysis of coal, IEACR/40, September 1991, IEA Coal research.
7. Sowerby B. D. Nuclear techniques coal industry. Nuclear techniques in the exploration and exploitation of energy and mineral resources. Proceeding of an international symposium, Vienna, 5-8 June, 1990, Vienna, 1991, P. 3.
8. Михайлов Г. И., Борушко Н. И., Арабян С. С., Савран А. М.
Опыт эксплуатации приборов контроля зольности и влажности угля в потоке // Горные машины и автоматика. — 2002. — № 11.
— С. 42.