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谦比西铜矿选矿自动化改造的设计与实践

楼主:仪控工程网 时间:2018-09-02 13:12:42

摘 要:谦比西铜矿选矿厂投产十多年来,检测仪表及控制系统部件老化,结合西矿体工艺改造,对选厂DCS系统及PLC系统进行升级改造。文中详细介绍了选厂自动化系统改造主要内容及控制系统组成,结果表明,通过一年多的实际生产运行,选矿生产指标稳定、良好,取得了优异的技术经济指标。

关键词:选矿;自动化;改造

中图分类号:TP272 文献标识码:B 文章编号:1671-1041(2015)05-0021-03

0 引言

赞比亚谦比西铜矿选矿厂自2000 年7 月28 日主矿体恢复建设,2003 年7 月28 日建成投产,设计处理能力为6500t/d。随着生产的进行,DCS 和PLC 控制系统的核心部件CPU 模块已停产,备件无法采购,而且选厂的自控系统以及连续使用近10 年,按照DCS 和PLC 控制系统的要求及设备的工作年限也必须对控制系统进行系统升级、改造。

同时,由于主矿体出矿量逐年下降,考虑现有选厂生产能力有约3000t/d 的富余能力,2011 年经过在现有选矿厂基础上进行改扩建,处理主矿体矿石和西矿体矿石的混合矿,生产规模按未来主矿体3500t/d, 西矿体3000t/d,合计6500t/d 来考虑。为配合工艺改造,也有必要新增部分仪表检测及控制回路,因此考虑完善已有检测及控制回路,提高选矿工艺指标,有必要对选厂自动化系统进行优化设计。

工艺流程简介

赞比亚谦比西铜矿选矿厂选矿工艺流程分为4 个部分:破碎、磨矿、浮选和精矿脱水。

破碎流程:三段一闭路破碎流程,原矿经竖井井下粗碎,由胶带运输至破碎车间粗矿堆,经座式给料机给矿,强化中碎前预先筛分的流程。矿石经破碎后,产品粒度为-11mm,送主厂房粉矿仓。

磨矿流程:采用连续磨矿浮选的选别工艺,磨矿回路采用Φ4.27x6.1m 球磨机与Φ500mm 水力旋流器组成一段闭路磨矿,磨矿产品细度为-0.074mm 占70%,溢流浓度为30%。

浮选流程:浮选回路为一粗两扫一精,先产出铜精矿I及尾矿I,精矿尾矿与一、二扫选精矿混合后进入中矿再磨系统进行闭路磨矿。再磨产品细度为-0.074mm 占95%,再磨后的中矿经一粗一扫一精的选别流程产出铜精矿II 及尾矿II,铜精矿II 去精矿浓缩机与精矿I 混合成为最终铜精矿,尾矿II 与尾矿I 汇合成为最终尾矿。

铜精矿脱水采用浓缩- 过滤两端脱水流程:浓缩采用Φ22.86m 浓缩机,过滤采用陶瓷过滤机,最终精矿水份10.5% ~ 11%。

工艺过程控制改造方案

选矿厂工艺过程控制主要包括破碎筛分、磨矿分级、浮选流程、浓缩脱水、回水系统和辅助系统等6 部分。

2.1 破碎筛分流程

为达到破碎系统处理量和粒度要求,保护设备及人员安全,在设计中进行优化。①对中碎给矿量、细碎给矿量和中细碎及筛分产出矿量进行计量,对破碎流程进行考核,并据此安排生产,为生产提供基础数据。②当地员工素质普遍偏低,操作的熟练程度以及安全意识普遍较差,为了提高生产效率、降低安全风险,设计了流程一键启停以及联锁保护系统,减少人员操作,并设计了启动预告及确认功能,保障设备的稳定运行及人员安全。③结合现场工人反映的安全隐患问题,制定了有针对性保障方案,以保障工人的人身安全。例如增加了皮带停机确认功能,当皮带故障停车时,必须在现场按确认按钮才能再次启动皮带,为现场操作及维护人员提供安全保障。

2.2 磨矿分级流程

为了保证入浮选的矿浆符合工艺要求的粒度和浓度,磨矿分级的过程控制主要包括如下内容:

1)球磨机恒定给矿控制。

磨矿作业的稳定性及其效率直接影响选厂流程的稳定性,从而影响选厂的技术经济指标,因此根据球磨机功率检测,调节粉矿仓振动给料机频率,实现进入球磨机的矿石量恒定的目的,以稳定磨矿生产。

2) 旋流器溢流粒度的控制。

旋流器分级的主要工艺指标,就是尽可能多的分离出符合工艺要求粒度的矿物,减少符合工艺要求粒度的矿物随沉砂返回球磨机再磨,保证符合工艺要求粒度的矿物完全能够进入下一段流程,同时提高球磨机的处理量。因此,旋流器分级的控制要点如下:

①对旋流器的给矿压力进行检测,并将该压力调整和控制在某一区间范围。即通过变频器对旋流器的给矿砂泵进行调节,通过控制给矿体积量来达到控制给矿压力的目的。同时,还将结合提高旋流器的处理量,统筹予以一并考虑,寻找出较好的压力区间范围。

②水力旋流器给矿浓度由给矿浓度稳定回路进行调节。系统检测旋流器给矿浓度,通过电磁流量计与调节阀改变泵池补加水流量来实现。

③对旋流器给矿泵池的液位检测,并通过调整给入旋流器的矿浆量(前提是保持给矿压力区间范围,结合矿泵池的液位调整变频驱动的泵速),使给矿泵池的液位保持在合适的范围内。

2.3 浮选流程

浮选流程的自动化改造主要包括以下内容:①恢复浮选机充气量控制。充气量被认为是浮选机浮选控制中最灵活、最敏感的参数。根据现场十多年的生产实际经验及谦比西选矿厂的矿石性质,本次设计恢复完善了浮选机充气量控制系统,从而提高浮选效果。②浮选柱自动化改造。现场原浮选柱采用全人工的方式进行操作控制,容易造成精矿品位和产率的波动,这对于提高最终的浮选指标十分不利,因此采用浮选柱参数的自动检测与控制对稳定精矿质量和提高精矿产率十分重要。在本次改造设计中针对原有浮选柱工艺情况,设计了浮选柱液位控制系统。因此,降低了浮选操作人员的劳动强度,提高了设备运行效率,稳定了浮选指标。

2.4 浓缩脱水流程

尾矿分级生产流程的主要指标,就是尽量将粗砂和细砂相分离,为此,旋流器分级的控制要点如下:①对旋流器的给矿压力进行检测,并将该压力调整和控制在某一区间范围,即通过变频器对旋流器的给矿砂泵进行控速,通过控制给矿体积量来达到控制给矿压力的目的。同时,还将结合提高旋流器的处理量,统筹予以一并考虑,寻找出较好的压力区间范围。②对旋流器给矿泵池的液位进行检测,并通过调整给入旋流器的矿浆量(前提是保持给矿压力区间范围,结合矿泵池的液位调整变频驱动的泵速),使给矿泵池的液位保持在合适的范围内。③尾矿浓缩机底流增加浓度、流量检测。④尾矿浓缩机底流三级加压泵增加出口压力检测。尾矿浓缩机底流采用三级加压泵分段加压方式将尾矿送至十多公里外的尾矿坝,加压泵出口压力检测非常关键。同时,加压泵的运行与压力信号进行了联锁控制,提高了设备效率,减少了操作人员的劳动强度。

2.5 回水系统流程

尾矿浓密机溢流水排入回水系统回水池,回水通过变频泵输送至主厂房磨矿系统,从而满足选厂生产废水零排放要求。现场回水池与回水泵站与主厂房相距较远,原操作为人工就地操作,新系统中设计了回水池液位和回水泵联锁控制,可在控制室内远程启停回水泵,提高了自动化程度。同时,回水系统管道压力和流量参数送控制室显示。

2.6 辅助系统

① 仪表气源系统。选矿厂使用的气源直接由空压机提供,未进行干燥过滤处理,导致用气点故障频繁。针对该情况,采用微热吸附式干燥机及三级过滤器设计气源干燥系统,同时根据工艺变动情况合理布置气源管路,改善了主要工艺设备如球磨机、旋流器配套气动仪表工作环境,降低了仪表维护及保养工作量,延长了现场仪表使用寿命。

②防雷接地系统。原有防雷接地系统因长时间的使用,性能大大降低,接地电阻值无法满足现有控制系统的要求,并且在雨季经常由于雷击导致控制系统间的通讯中断从而引起全厂停产,严重影响生产。因此,本项目对全厂防雷接地系统重新进行了设计及施工。项目实施后,经过2 个雨季的考验,未出现过因雷击导致控制系统通讯中断,提高了控制系统可靠性。

3 控制系统配置

根据现场的实际情况,本工程控制系统设计一个中央控制室和一个分控制室。中央控制室设置在主厂房,设计了1 个工程师站和3 个操作员站,负责对磨矿分级、浮选流程的监视及操作,并且可查看全厂各流程工艺参数;主厂房低压配电室放置冗余PLC 系统,完成主厂房磨矿分级、浮选流程等过程电气设备的联锁控制。冗余PLC 系统通过通讯连接至DCS 主控制站。破碎筛分厂房值班室设置分控制室,设计一套PLC 系统和1 个操作员站(兼工程师站),负责对破碎筛分过程的监视及操作。尾砂分级值班室设置一个分控制站,设计了一套PLC 系统,负责对尾砂分级、回水水池及回水泵站工艺参数的监控和电气联锁控制。分控制站通过通讯接入主厂房DCS 系统,可在DCS 系统操作员站上实现远程监视。

磨浮主厂房选用日本横河电机的Centum CS3000 DCS系统,对原有DCS 控制柜进行整体硬件更换和软件更新,替换原现场控制站FCS,3 台操作员站HIS 及一台工程师站EWS。新DCS 控制柜将采用目前主流硬件,通过FIO 通讯方式,替换原有RIO 方式,确保质量可靠、维护方便、长时间良好运行,从而实现全厂操作控制和企业管理一体化。在DCS 系统的操作站上,重新按照新的硬件架构,对系统进行组态,以实现显示带参数的动态工艺流程画面,对关键的过程控制回路实现自动控制,实现声光报警画面和工艺参数历史趋势记录曲线等。

对原有破碎PLC 系统、磨浮主厂房PLC 系统以及尾砂分级站PLC 系统进行重新设计,分别选用西门子公司S7-400H 冗余系统及S7-300 系列PLC,更新至目前主流硬件水平,同时对系统软件及应用软件进行更新完善。改造完成后的控制系统架构如图1 所示。


图1 控制系统架构图

Fig 1 Control system architecture

结论

针对原控制系统超期使用、核心部件停产、备件无法采购问题,重新设计控制系统架构,采用DCS 系统用以对选矿厂的磨矿、浮选、尾矿输送等选矿流程的主要工艺参数进行检测、控制、执行、显示、报警,为提高选矿技术经济指标和减少操作人员、集中管理起到了应有的作用。

针对原PLC 系统模块老化及故障频发现象,重新设计PLC控制系统,用以对选矿厂的碎矿、磨矿、浮选、尾矿输送等选矿流程的电气设备进行连锁、保护,提高了工艺设备运行安全性,减少了操作人员,保障了生产稳定运行。针对现场生产任务紧,只能利用每月2 天停产检修间隙进行间断施工的情况,通过精细设计、精心组织及精细实施,采用项目管理软件编制进度计划搭接作业,在不影响现场正常生产情况下完成仪表及设备安装,控制系统一次投运成功,减少了现场停产时间。

通过一年多的实际生产运行,选矿生产指标稳定、良好,取得了十分优异的技术经济指标,控制系统设计及实施后同原有生产指标相比,原矿处理量提高6%,铜精矿回收率由90.75% 提高到92.04%,铜精矿产量提高了7.6%。

作者简介

苏勇(1982- ),男,湖北荆州人,硕士,北京矿冶研究总院,工程师,从事自动化工程设计。

参考文献

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【3】李瑾, 姜浩刚, 衣成玉. 焦家金矿6000t/d 新选厂建设实践[J].中国矿山工程,2010,39(4):33-36.

【4】张晓煜, 韩西鹏. 某选矿厂自动化改造及使用效果[J]. 矿山机械,2014 (4):131-132.

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