АгроЕкспедиції 
Біржа елеваторів 
Конкурентоспособный зерновой терминал — энергоэффективность на первом месте
Зерновая отрасль Украины за последние десятилетия увеличила экспорт зерна на 77 %. В 2013/2014 он составил более 30 млн т, что позволило превзойти Канаду, Бразилию, Аргентину и войти в тройку мировых экспортеров зерна. Зерновая логистика — одна из ключевых составляющих развития зернового рынка нашей страны, — предопределила строительство значительного числа морских зерновых терминалов. В существующей конкурентной среде основные зерновые потоки нацелены на морские терминалы высокой производительности, технологичности, надежности, безопасности и с оптимальной ценой перевалки.
Одесской национальной академией пищевых технологий совместно с ГП Зерновая столица успешно проведён системный анализ всей сети технологических процессов приемки, обработки, хранения и отгрузки зерна с целью обеспечения максимального качества зерновых материалов при минимально возможных энергетических затратах. Также решены вопросы уменьшения уровня загрязнения окружающей среды и экологической безопасности.
Товарное качество зерна
Многоплановые исследования, опыт создания основных транспортно-технологических линий позволил выявить приоритетные факторы, определяющие ухудшение качества зерновых материалопотоков. Среди важных вопросов предупреждения потерь качества зерна следует выделить его травмирование.
Особенно актуальным является вопрос боя зерна — кукурузы.
По данным анализа работы украинских предприятий зерновой отрасли, прирост дробления кукурузы составляет:
• 4,0…6,5% для «жёстких» режимов работы транспортно-технологических линий (ТТЛ) 80х-90х годов выпуска
• 2,0…4,0% для перевалочных элеваторов с ТТЛ, использующих современное высокопроизводительное оборудование 500-1500 т/ч
Такая картина зачастую объясняется элементарным пренебрежением к вопросам соблюдения правил технологических процессов, среди которых следует отметить:
• дробление зерна тяговыми органами, проблемы эффективной плотности укладки (порозности) частиц зернового потока;
• отсутствие синхронизации скоростных режимов загрузки, выгрузки и перемещения зерновых потоков (дифференциал от 0,5 до 3), импульсный характер пиковых нагрузок тягового органа и приводных механизмов;
По результатам наших исследований процессов дробления частиц, бой зерновок определяется скоростью взаимодействия зернового потока и преграды торможения. В связи с этим, место расположения «тормозных» устройств определено областью пересечения диапазона предельно допустимых скоростей транспортирования и эффективного гашения эжекционного давления.
Снижение прироста битых зерен в зерновой массе достигается при комплексном подходе в решении вопросов:
• сушка зерна с оптимальной интенсивностью (не более 5 % за один проход),
• сокращение длин транспортных маршрутов,
• применение технических средств, снижающих скорость соударения зерна и рабочих органов транспортных устройств:
минимизация использования цепных конвейеров, норий ТТЛ.
использование гасителей предельной скорости движения зерна в самотеках и силосах,
«мягкие» скоростные режимы движения лент, цепей, ковшей,
оптимальная геометрия загрузочных и разгрузочных узлов норий, насыпных лотков, сбрасывающих коробок конвейеров.
Специалистами группы предприятий «Зерновая столица» совместно с «Одесской национальной академией пищевых технологий» разработаны щадящие режимы, конструктивные параметры оборудования высокопроизводительных ТТЛ, которые рекомендованы к использованию в линиях приёмки, хранения, обработки и отгрузки зерна.
Практический опыт применения технологических и технических решений при строительстве, реконструкции ряда морских зерновых терминалов (МЗТ) подтверждает возможность уменьшения боя зерна в 2,0-3,0 раза.
Опыт выполнения мероприятий по снижению боя зерна
Энергоэффективность
Определение приоритетов при уменьшении энергоемкости морских зерновых терминалов (оценка энергоемкости процессов, технологий и основных образцов современной техники) потребовало полномасштабного энергетического аудита ряда терминалов Одесского, Ильичевского и Николаевского морских портов. Энергетическая экспертиза выявила основные проблемы нерационального расходования энергии. По удельным энергозатратам предприятия разделились на 3 группы:
Е3 – высокий уровень энергоэффективности ниже 1,5 кВт.ч/тЕ2 – средний уровень энергоэффективности 1,5 – 4,5 кВт.ч/тЕ1- низкий уровень энергоэффективности больше 4,5 кВт.ч/т
Достижение энергоэффективности класса Е3 осуществляется в 2 этапа, в рамках проектирования МЗТ и эксплуатации. Проектирование предполагает эффективные компоновочные решения, минимизацию маршрутов, количества оборудования, использование энергоэффективного оборудования и механизмов. Минимизация энергоёмкости МЗТ на этапе эксплуатации напрямую связана с качеством, эффективностью работы системы автоматизации СДАУ. Создание СДАУ требует тесного взаимодействия специалистов АСУ и технологов.
К классу Е-3 Энергоэффективности относятся терминалы полной синхронизации технологических транспортных и обеспечивающих систем, где система автоматического управления полностью адаптирована под требования технологий приемки, транспортирования, хранения и отгрузки материалопотоков.
Автоматизация МЗТ подразумевает комплекс задач:
• полный контроль и мониторинг маршрутов движения зерна внутри элеватора;
• синхронизация приема и отгрузки с автомобильного, железнодорожного, морского или речного транспорта;
• управление конвейерами, задвижками, перекидными клапанами и дистрибьюторами, гравитационного транспорта, обеспечение их режимного соответствия;
• управление сопутствующими системами аспирации;
• контроль и оперативный сбор и обработка данных о состоянии всего оборудования;
• диагностику аварий и отклонений параметров от технологического процесса с выдачей аварий¬ной сигнализации и информации о характере неисправности;
• действия, предотвращающие не санкционированную блокировку оборудования, остановку маршрутов;
• контроль токов нагрузок двигателей, регулирование степени сыпи во избежание наступления аварийных ситуаций и одновременно обеспечивающее максимальную производительность транспортного оборудования;
• контроль наличия продукта в бункерах и силосах;
• предотвращение смешивания зерновых культур;
• отображение технологических параметров в различных логических формах;
• ведение протоколов работы производства.
Для сбора данных с удаленного оборудования широко применяются устройства распределенного ввода-вывода «Siemens» или «Phoenex Contact» (Германия). Там, где это оправдано, применяются устройства беспроводной связи «Phoenex Contact» и «Weidmueller». Все это позволяет уменьшить расход кабельно-проводниковой продукции до 30%.
Связь между устройствами средств автоматизации осуществляется с широким использованием линий воло¬конно-оптической связи по протоколу ProfiNet.
Верхний уровень управления строится по структуре сервер — клиент и может работать в режиме горячего резерва, что позволяет повысить надежность системы.
Архитектура новой системы построена таким образом, что отказ отдельных технических средств, не приводит к потери функции управления всем комплексом.
Модульный принцип построения, доступный режим редактирования, использование открытых промышленных протоколов OPC, ProfiNet позволяет легко модернизиро¬вать систему и, по мере необходимости добавлять в нее новые элементы, постепенно охватывая дополнительные участки производства.
Применяемое программное обеспечение позволяет довольно быстро, просто и без больших затрат реализовать систему автоматизации. Тщательно разработанные и согласованные друг с другом компоненты системы позволяют эффективно решать задачи горизонтальной и вертикальной интеграции — от полевых установок до систем управления, визуализации и инфор¬мационных технологий. Все компоненты характеризуются очень простым применением, поддержкой стандартных интерфейсов.
Автоматизация технологического процесса элеватора осуществляется на основе аппаратно-технических программных средств ведущих европейских производителей «Siemens», «Weidmuller», «Rittal», «Eldon», «WoHner», что гарантирует высокое качество и надежность.
Использование разработанных решений позволяет обеспечить энергоэфективность морских зерновых терминалов в пределах 1,5 – 2,5 кВТ ч/т, что соответствует уровню энергоемкости терминалов стран ЕС, США м Канады.
Надежность
Надежность является важным параметром, который характеризуется следующими характеристиками: безотказность, долговечность, ремонтопригодность.
Обеспечение надежности МЗТ осуществляется с одной стороны надёжностью использованного проектом оборудования, а с другой применением эффективных методов диагностики состояния транспортно-технологический линий. Выполнение второй задачи реализуется путем использования системы Smart-Elevator.
Система Smart-Elevator создана для контроля и управления качеством технологического процесса, энергозатратами в режиме «онлайн», а также для самодиагностики технического состояния транспортно-технологической линии.
Система Smart-elevator состоит из четырех уровней:
Контроль технического состояния наиболее ответственных узлов оборудования, полностью исключающий влияние человеческого фактора на оценку их технического состояния.
Контроль и управление качеством процесса транспортирования. Система передаёт информацию о техническом состоянии ТТЛ и предупреждает о необходимости вмешательства обслуживающего персонала.
Оптимизация энергозатрат в зоне целесообразных режимов функционирования при полном соблюдении технологических параметров.
Создание требований и графика проведения регламентных работ по обслуживанию и ремонту оборудования, контроль выполнения регламентных работ.
Smart-elevator состоит из набора контрольно-измерительных приборов и логического модуля.На первом уровне Smart-elevator проводит постоянный сбор данных о техническом состоянии основных узлов ТТЛ, а именно:
• Состояние рабочих органов.
• Состояние шарнирных соединений.
• Состояние приводных механизмов.
• Концентрация пылевоздушной смеси в корпусе оборудования и за его пределами.
• Производительность транспортно-технологической линии.
Применение разработанной системы позволило обеспечить стабильную надёжную работу при полном устранении аварийных ситуаций основных технологических линий. В табл. 2 приведены результаты её использования.
Результаты внедрения системы самодиагностики SMART-elevator
Безопасность
Ужесточение требований экологических служб, проблемы взрывоопасности пылевоздушных смесей, участие украинских организаций в глобальных мировых проектах «Green construction» и «Green Buildings» предопределяют необходимость создания принципиально новых систем обеспыливания.
Многоплановые исследования, проведенные сотрудниками ГП «Зерновая столица» причин высокой запыленности комплексов перевалки сыпучих грузов, построенных за последние десятилетия в мире,- позволили установить основные проблемы недостаточной эффективности систем обеспыливания морских зерновых терминалов, среди которых особо следует отметить:
разнородность, значительные колебание интенсивности источников пылевыделения (изменение объема пылевоздушной смеси и избыточного давления от 2 до 5 раз);
отсутствие средств управления как отдельной установки, так и целостной системы пылеподавления предприятия.
Перечисленные выше проблемы устранены в рамках создания принципиально новой системы, нацеленной на устранение причин пылеобразования, а не следствий, — в противоположность традиционным системам аспирации. Решение задач гарантированной экологической безопасности, в отличие от существующих ныне подходов, осуществлено применением трех уровней экологической защиты:
первый уровень — подавление эжекционных источ¬ников пылеобразования;
второй уровень — герметизация, направленная на перемещение пылевоздушных потоков в демпферные укрытия, стабилизация параметров источников пылевыделения;
третий уровень — создание эффективных систем управления обеспыливающих установок нового образца — локально-распределенного типа.
Применение нового типа встроенного в укрытие оборудования локальной аспирации, в отличие от существующих локальных обеспыливающих установок, импортируемых в Украину, позволяет обеспечить заданную мощность воздуш¬ных завес источников пылеобразования полного маршрута перемещения зерна, где каждый аспирационный узел воздействует не на отдельный очаг пылевыделения, а на всю их совокупность.
Именно слаженная работа аспирационных узлов как единого механизма, разработанного для зернового терминала, решает задачу гарантированного пылеподавления. В свою очередь, существующие локальные установки современных зерновых терминалов при эффективном обеспыливании отдельных очагов пылевыделения не способны обеспечить полную экологическую защиту из-за отсутствия возможности воздействия на аэродинамически связанные группы источников пылевыделения.
Комплекс обеспыливания зернового терминала компании представляет собой SMART-систему «умных» аспирационных узлов, основанную на моделировании аэромеханики пылевоздушной среды с использованием моделей источников пылевыделения обеспыливаемых узлов.
Синхронизация работы аспирационных узлов, как единого механизма позволила:
повысить КПД пылеподавления с 60% до 99%;
уменьшить энергозатраты в 1,5-3 раза;
устранить залегание пыли в воздуховодах;
К преимуществам аспирационных узлов модульного типа следует отнести равномерные, выровненные, линейные эпюры давлений в плоскости очага пылеобразования с коэф¬фициентом ф=0,7-0,85, что не могут обеспечить обычные аспирационные приемники, коэффициенты выравненности эпюр которых не превышают ф<0,4. Такая ситуация напрямую определяет качество обеспыливания, надеж¬ность пылеподавления.
Результатом работы системы обеспыливания являются новые функции системы управления: грузочувствительный режим, системное ограничение распространения выбросов в окружающую среду — «экологически чистый элеватор», стабилизация параметров среды рабочих помещений предприятия по предельно допустимым нормам, система диагностики с функцией накопления и передачи данных.
Данная система управления значительно упростила контроль и предупреждение сбоев, увеличила срок службы как локальных аспирационных узлов, так и обеспыливающего оборудования в целом.
Выводы
В заключение еще раз следует отметить необходимость рационального баланса при проектировании и строительстве МЗТ следующих параметров:
пропускная способность технологических линий;
соответствие качества экспортным стандартам, мягкие режимы обработки зерна;
энергоэффективность на тонну зерна;
требования экологической безопасности, стандарты взрывозащиты;
надежность технологического оборудования; минимизация износа.
Оптимальный баланс вышеназванных параметров способствует сокращению срока окупаемости инвестиций и определяет реальные перспективы амбициозных планов ряда известных компаний строительства и эксплуатации морских зерновых терминалов Украины.
Олег Гапонюк, проф., д.т.н., зав. каф. «Технологического оборудования и аспирации зерновых производств» ОНАПТ, ГП «Зерновая Столица», Игорь Гапонюк, коммерческий директор ГП «Зерновая Столица».
