Основы проектирования

1. Основы проектирования

1.1 Проект и принципы проектирования

Проект – это комплекс проектной документации содержащей проектные решения по вопросам технического, организационного, социального и экономического характера, обеспечивающий строительство и эксплуатацию доменного цеха на более высоком уровне в сравнении с действующими передовыми доменными цехами.

Проектирование бывает:

· Одностадийное. Применяется для небольших объектов и чаще всего по типовым проектам.

· Двухстадийное. Применяется для более сложных объектов. Первая стадия – собственно проект, включающий принципиальное решение по основным вопросам сооружения, строительства и эксплуатации доменного цеха.
Вторая стадия – рабочая документация, которая конкретизирует основные проектные решения, принятые в проекте, и позволяет менять некоторые общие проектные решения.

Практикой проектирования и сооружения доменных цехов определены основные принципы проектирования, которые позволяют:

1. достичь высокого технического уровня строительства и эксплуатации доменных цехов;

2. обеспечить минимальные капитальные затраты;

Рекомендуемые материалы

3. наибольшую экономическую эффективность;

4. наиболее оптимальное решение в вопросах экологии, охраны труда и социальные вопросы.

1.) Принцип объективности. Этот принцип выражает необходимость объективной оценки необходимости сооружения доменного цеха, возможности реализации этого проекта и высокой экономической эффективности. Необходимость сооружения проекта обуславливается, прежде всего, потребностью чугуна в данном экономическом районе. Возможность сооружения доменного цеха определяется конкретными местными условиями, т.е. наличием энергоресурсов, материальных ресурсов и др. А высокая экономическая эффективность определяется сроками окупаемости капитальных вложений. Проект разрабатывается и осуществляется при положительных ответах на все три вопроса.

2.) Принцип прогрессивности. Этот принцип выражает необходимость использования современных прогрессивных методов строительства и эксплуатации доменных цехов. В каждом проекте должна быть полная и частичная новизна, новейшие достижения науки и техники и использование передового опыта в сооружении и эксплуатации доменных печей на передовых предприятиях.

3.) Принцип перспективности. Он определяет необходимость предусматривать возможности дальнейшего развития доменного цеха. Эти возможности закладываются в следующих решениях:

· резервирование площадей под сооружение новых объектов;

· планировка размещения основного технологического оборудования должна позволять увеличение объема и производительности действующих доменных печей;

· резервирование мощностей основного оборудования, которое позволит увеличивать производительность всех систем.

4.) Принцип комплексности. Данный принцип выражает необходимость комплексного решения вопросов как эксплуатации доменных печей в составе доменного цеха так и эксплуатации доменного цеха в составе комбината, а также комплексное использование рудных материалов содержащих не один, а несколько металлов.

5.) Принцип нормативности. Этот принцип обязывает широко использовать узаконенные нормативные и регламентирующие решения, выполненные в виде типовых проектов с использованием определенных норм и правил, технических условий и стандартов, которые обеспечивают не только высокий технический уровень проекта, но и сокращение капитальных затрат и повышение скорости их окупаемости. Как правило эти типовые решения проверены на практике и показали высокую эффективность их использования.

6.) Принцип экономичности. Принцип обязывает разрабатывать конкурирующие варианты, что обеспечивает снижение капитальных затрат и затрат по эксплуатации и производству. Экономическая эффективность выражается в следующих параметрах:

· относительная или сравнительная эффективность:

Э_ср = К*Е+С+Т

где К – капитальные затраты;

      Е – нормативный коэффициент (Е = 0,12);

      С – себестоимость продукции;

      Т – транспортные расходы.

· Абсолютная эффективность:

Э_абс = К/П £8 лет

при сроках окупаемости более 8 лет проект не разрабатывается.

7.) Принцип территориальности. Он обязывает учитывать природные условия местности, где располагается доменный цех.

1. Климатические условия (средняя температура, количество осадков, роза ветров);

2. Инженерно-геологические условия (характер грунта и его несущая способность, наличие и уровень расположения грунтовых вод и характер их движения, сейсмичность).

8.) Принцип долговечности. Данный принцип имеет особое значение при разработке проектов доменных цехов. Доменные печи требуют очень высокого ресурса надежности в работе и долговечности всего оборудования обслуживающего доменную печь, т.к. даже незначительные (по времени) остановки доменной печи приводят к снижению эффективности работы и что не менее важно это нарушение режима работы в смежных цехах.

9.) Принцип безопасности. Он выражает необходимость создания безопасных методов работы обслуживающего персонала и предупреждающих возникновение профессиональных заболеваний, травматизма, а также обеспечивающий необходимые бытовые условия для персонала доменного цеха.

10.) Принцип эстетичности. Данный принцип определяет необходимость создания благоприятных внешних условий, способствующих нормальному выполнению функций каждого работника цеха. Это касается архитектуры, оборудования рабочих мест, а также комнат отдыха для рабочих.

1.2 Материалы для проектирования

В качестве материалов для проектирования используются:

· Обобщенный опыт строительства и эксплуатации доменных цехов на ведущих предприятиях всех развитых государств;

· Новейшие научные разработки в области проектирования строительства и эксплуатации доменных печей, а также изобретения и новые технологические приемы;

· Перспективные планы развития в целом всей отрасли, а также отдельных экономических районов. Планы технического перевооружения и развития отдельных предприятий;

· Нормативные материалы и типовые проекты.

1.3 Порядок разработки проекта

1.3.1 Обоснование проектирования и строительства доменного цеха.

Обоснование составляется (прорабатывается) в составе схемы развития металлургической компании и выполняется как общероссийскими, так и зарубежными проектными организациями. Обоснование строительства базируется на комплексном подходе с учетом развития смежных производств (состав и объем производства доменного цеха определяет состав и объем производства фабрик окускования и само зависит от объема производства сталеплавильных цехов). Особо решаются вопросы обеспечения цеха топливом и другими энергоресурсами. определяются источники снабжения сырьем, топливом, рассчитываются их удельные расходы, определяется состав цеха, его производственная программа, количество и конструкция основных агрегатов, система транспорта, решения по организации и технологии строительства. Прорабатываются вопросы защиты окружающей среды, экономики и управления.

В обосновании также выполняются расчеты по целесообразности и экономической эффективности реконструкции действующих агрегатов. В качестве обоснования реконструкции могут выступать требования:

· Улучшение технико-экономических показателей работы агрегата;

· Повышение качества продукции;

· Улучшение условий работы обслуживающего персонала;

· Защита окружающей среды.

1.3.2 Задание на проектирование

Задание составляется заказчиком на основании решений, принятых в обосновании. В задании разрабатываются следующие вопросы:

· Объем производства и сортамент продукции;

· Состав доменного цеха, объем и конструкция доменных печей, а также расчет количества основного технологического оборудования;

· Источники сырых материалов и топлива, показатели их качества, расчет в потребности сырья и топлива;

· Технические условия для подсоединения к источникам электро и теплоснабжения;

· Использование новейших научно-исследовательских и конструкторских разработок в области технологии и конструкции оборудования;

· Разработка заданий на проектирование, изготовление и опробирование нестандартного оборудования;

· Необходимость проведения дополнительных научных исследований и изысканий в области технологии и конструкции агрегата (заказчик предоставляет проектанту все необходимые отчеты и материалы по научно-исследовательским работам);

· В задании точно оговаривается место строительства цеха или доменной печи и необходимые геологические изыскания.

Задание на проектирование подвергается экспертизе и последующему утверждению той же организацией, которая будет утверждать проект доменного цеха (обычно это департамент промышленности).

1.3.3 Разработка проекта

Для проектирования выбирается (назначается) генеральный проектировщик в качестве которого обычно выступают государственные институты по проектированию металлургических заводов (ГИПРОМЕЗ) с назначением главного инженера проекта.

На основе задания на проектирование разрабатываются основные принципиальные решения по основным разделам проекта. Такими основными разделами являются:

· Технологический, который составляется изначально и определяет основные элементы технологии доменной плавки, а также основные объемно планировочные решения. Все остальные части проекта разрабатываются с учетом реализации основных положений технологической части;

· Проектно-сметная документация, в которой на основе обобщенных данных оценивается стоимость работ по сооружению и эксплуатации предприятий.

Проект состоит из пояснительных записок, расчетов, схем, чертежей. В проекте выполняются балансовые расчеты по железу, энергетике, водоснабжению и др.

1.3.4 Разработка рабочей документации

При разработке рабочей документации разрабатываются рабочие чертежи по строительству, монтажу оборудования. Составляются уточненные сметные расчеты, уточняются объемы производства и сортамент продукции, конструкции основных агрегатов и оборудования с учетом тех дополнительных научных разработок и экспериментальных исследований, которые были оговорены в задании на проектирование.

1.4 Основные части проекта

Основными частями проекта являются:

Технологическая часть. Эта часть изначально разрабатывается и включает в себя решение последующих вопросов:

· Объем производства;

· Количество и объем доменных печей;

· Основные конструкции доменных печей;

· Расчет удельных расходов шихтовых материалов (рудных, флюсовых, кокса) на основе составления материальных и тепловых балансов;

· Показатели качества чугуна и другой продукции;

· Показатели качества шихтовых материалов;

а) рудные материалы – лучше использовать один рудный материал (моношихта), - агломерат с содержанием железа не менее 58 %, спеченный из 100 % концентрата такой основности, которая бы обеспечивала полный вывод флюса из шихты (на практике используют в небольших количествах окатыши для корректировки основности шлака), содержание мелких фракций должно быть не более 8 %. Агломерат должен иметь высокую однородность по химсоставу.

б) кокс – минимальное содержание серы и золы, максимальная прочность. Кокс должен быть сухого тушения, что обеспечивает стабильность по содержанию влажности кокса. Прочность кокса оценивается несколькими показателями. В холодном состоянии М₂₅ (М₄₀) не менее 88-90 % (86-88 %) и М₁₀ не более 6-8 %. В горячем состоянии качество кокса оценивается с использованием показателей CSR (горячая прочность) не менее 55-60 % и CRI (реакционная способность) не более 25 %.

· Основные элементы технологии доменной плавки. Принимая параметры дутьевого режима необходимо учитывать: теоретическую температуру горения, оптимальную для данной печи, выбранную температуру дутья, вид и количество вдуваемого дополнительного топлива и влияние этих видов топлива на теоретическую температуру горения и затем рассчитывается содержание кислорода в дутье;

· Выбор основного технологического оборудования доменного цеха;

· Разработка технологической схемы работы доменного цеха (транспортные системы грузопотоков, т.е. уборка продуктов плавки (чугуна и шлака) и системы транспорта шихтовых материалов.

· Расчет количества и выбор грузоподъемных механизмов;

· План доменного цеха и размещение оборудования;

· Объемно-планировочное решение доменного цеха.

Транспорт доменного цеха. В настоящее время основным видом транспорта являются железнодорожный транспорт, основным достоинством которого является универсальность (чугуновозы, шлаковозы, думпкары). Недостатками рельсового транспорта являются:

· Очень низкая маневренноть;

· Высокие удельные капитальные затраты и эксплуатационные расходы;

· Большие площади под железнодорожные пути, что увеличивает протяженность всех коммуникаций доменного цеха и ведет к удорожанию строительства. Поэтому  при сооружении новых предприятий в максимальной степени предусматривается использование других видов транспорта (конвейерного и др.).

Значительному упрощению грузопотоков способствует бесковшевая уборка шлака.

Энергохозяйство. В данной части разрабатываются вопросы электроснабжения, водоснабжения, а также газового и теплосилового хозяйств.

Электроснабжение –система включает в себя: цеховую подстанцию (одну или несколько); распределительные пункты; потребители электроэнергии.

Учитывая непрерывность производства, а также тяжелейшие последствия, вызываемые обесточиванием систем жизнеобеспечения основных агрегатов, система электроснабжения доменного цеха имеет и некоторые особенности:

· Обязательное наличие двух независимых источников питания, обычно первый источник – собственная электроцентраль ТЭЦ, второй источник – внешний (высоковольтная линия электропередачи);

· Трансформаторные подстанции имеют два и более трансформаторов, каждый из которых обеспечивает гарантированное снабжение электроэнергией основных потребителей;

· Для потребителей постоянного тока на одном из распределительных пунктов устанавливаются источники постоянного тока, как правило – это механические преобразователи. Для питания осветительных приборов подается напряжение 220 В от одного или нескольких пунктов;

Газовое хозяйство. В данном разделе определяется максимальный расход газообразного топлива, кислорода на обогащение дутья, рассчитываются протяженность и размеры газопроводов, также определяется расход кислорода на технические нужды и централизованная подача его к печам.

Теплосиловое хозяйство. Данный пункт включает в себя проектные решения по обеспечению доменных печей дутьем, централизованную подачу воздуха к воздухонагревателям, обеспечение доменного цеха паром, очистку доменного газа и использование вторичных энергоресурсов.

В настоящее время задачей обеспечения дутьем и паром решается системой ТЭЦ ПВС, а централизованное обеспечение воздухом воздухонагревателей для горения топлива осуществляется центральными воздуходувными станциями.

Основным направлением использования вторичных энергоресурсов является использование газовых утилизационных безкомпресорных турбин (ГУБТ), в которых используется энергия сжатого колошникового газа и который является приводом электрогенераторов, за счет этого в систему электроснабжения возвращается примерно до 80 % электроэнергии, затраченной на производство доменного дутья.

Водоснабжение. На предприятии организуются две независимые системы водоснабжения. Первая система – производственное водоснабжение (главным образом на охлаждение доменной печи), вторая система – пожаропитьевое водоснабжение.

Промышленное водоснабжение включает в себя: оборотные циклы водоснабжения, которые позволяют значительно уменьшить расход воды на технологические нужды и в этом случае в систему входят: водонасосные станции, системы очистки воды, системы охлаждения в случае необходимости (градирни, бассейны с брызгальными установками) и система водоводов.

Учитывая особую важность системы водоснабжения доменного цеха обязательно устанавливаются резервные (один или несколько) источников водоснабжения и насосных станций.

Организация производства. В этой части разрабатываются проектные решения по следующим вопросам:

"12 - Общая ангиология" - тут тоже много полезного для Вас.

1. Организационная схема доменного цеха и управления производством.

2. организация производственных процессов, т.е. режимы работы доменной печи и основного оборудования доменного цеха, графики ремонтов оборудования, организация и контроль технологического процесса, разработка технологических инструкций и систем управления АСУ ТП и отдельными технологическими процессами.

3. Организация трудовых процессов. Расстановочные штаты, нормирование труда, система оплаты труда, режим работы обслуживающего персонала и т.д.

Экономическая часть. В этой части составляются расчетные сметы стоимости проектно-изыскательных работ, строительных работ, монтажа оборудования и его стоимости, рассчитывается себестоимость продукции (цеховая и общезаводская), определяется прибыль и др. показатели экономической деятельности предприятия.

Техника безопасности. В этой части определяются основные опасности и вредности на всех участках доменного цеха и разрабатываются мероприятия по обеспечению безопасных методов труда. Также планируются вопросы бытового обеспечения работников цеха, пункты здравоохранения, общественного питания, обеспечения работников спецодеждой и инструментом и другие вопросы.

Кроме этого разрабатываются отдельные части проекта по защите окружающей среды, по эстетическому оформлению производственных помещений. Заканчивается проект сводной частью технико-экономических показателей работы доменных печей. Здесь указываются: производительность печи (удельная и КИПО), удельный расход кокса, сырых материалов и дополнительного топлива, основные показатели интенсивности доменной плавки, основные показатели газодутьевого режима, показатели качества продукции.