Телешов А.В., директор
Сапожников В.А., гл. конструктор
Машиностороительная компания "ВСЕЛУГ", Москва


Структура российского рынка сухих смесей характеризуется сдвигом максимума продаж в область самых дешевых продуктов, что можно объяснить как "болезнь роста": знакомство строителей с новыми продуктами и технологиями начинается с более дешевых их разновидностей. В дальнейшем происходит замещение менее качественных продуктов более качественными.

Смеси российского производства ориентированы преимущественно на покупателей в секторе низшей ценовой категории, в то время как спрос на высококачественную продукцию удовлетворяется главным образом за счет импорта. Подавляющее большинство действующих в России производств сухих смесей пока не в состоянии обеспечить выполнение трех условий, без которых нет смысла говорить о действительно качественной продукции. Вот эти условия:
- использование высококачественного сырья,
- использование высококачественного оборудования,
- жесткий контроль качества на всех этапах от закупки сырья до доставки готовой продукции покупателям.

В настоящей статье представлен завод компании CONSOLIT по производству сухих строительных смесей, задуманный и реализованный как современное высокотехнологичное производство, ориентированное на удовлетворение ожиданий покупателей в секторе продукции средней и высшей ценовой категории и отвечающей высшим стандартам качества.

Завод сухих смесей CONSOLIT - новый бизнес-проект группы топ-менеджеров, которые в свое время создали ОАО "Штерн Цемент" и вывели эту компанию в лидеры цементного рынка России по объему производства и продаж. В реализации проекта оказался востребованным опыт продвижения в России совместно с концерном Duckerhoff высококачественных сухих смесей марки Sopro.

Рис.1 Новый завод ConsolitВ январе 2001 г. было принято решение о строительстве завода, выбрано место его размещения в подмосковном городе Подольске, определены основные технические характеристики, утвержден календарный план и бюджет. Через девять месяцев, в сентябре 2001 г. новый завод по производству сухих смесей, Рис. 1, был сдан в эксплуатацию, и состоялась торжественная церемония его открытия.

Мощность завода

По показателю потребления сухих смесей на душу населения Россия значительно отстает от развитых Европейских стран. Строительство большого завода на этой стадии развития рынка нецелесообразно. С другой стороны строительство современного завода малой мощности нецелесообразно экономически. Мощность нового завода выбиралась в среднем диапазоне. Она составляет 15 тонн высококачественных модифицированных смесей в час, что при работе в две смены соответствует годовому объему производства в размере 60'000 т.

Выбор поставщика оборудования

Российская машиностроительная компания ВСЕЛУГ была выбрана в качестве поставщика оборудования после сопоставления ряда технико-коммерческих предложений претендентов, среди которых остальными были иностранные компании.

При идентичных технических характеристиках компания ВСЕЛУГ смогла предложить наилучшие цены оборудования. С разрешения фирмы IVSIL продемонстрировала специалистам заказчика завод по производству сухих смесей, построенный по ее проекту и отвечающий современным требованиям в данной области технологии. Предложила поставку завода в модульном исполнении, при котором технологическое оборудование поставляется к месту размещения с предварительным монтажом в модулях, а опорные металлоконструкции и силосы сырьевых компонентов - в виде готовых элементов. Такой подход позволил существенно сократить сроки подготовки производства к запуску, поскольку исключались этапы строительства здания и монтажа в нем технологического оборудования. И, наконец, специалисты заказчика имели многолетний опыт эксплуатации фасовочной техники ВСЕЛУГ, которая себя неплохо зарекомендовала.

Технологическая схема и модульная компоновка

Компоновка технологической схемы завода выполнена в классическом вертикальном исполнении. В верхней части смесительной башни имеются восемь силосов для складирования сырьевых компонентов. Под силосами располагается оборудование для порционного весового дозирования компонентов, их смешения и упаковки готовой продукции в мешки.

Принцип модульной организации завода проиллюстрирован на Рис. 2.:



Технологическое оборудование размещается в четырех модулях, каждый из которых имеет габариты 12x3,5x2,9 метров - максимально допустимые для перевозки автотранспортом.

В месте размещения завода на фундамент устанавливается первый модуль, в котором располагается упаковочное оборудование. Сверху на него устанавливается модуль, содержащий бункер готовой смеси и рукавные фильтры, предназначенные для очистки запыленного воздуха от фасовочных машин. Над ним размещается третий модуль, в котором находится смеситель. Верхний, четвертый модуль, содержит оборудование для весового дозирования основных компонентов.

Силосы опираются на П-образные опоры, охватывающую модули, но несвязанные с ними. Вдоль каждой из длинных сторон модулей на фундамент устанавливаются четыре стойки, выполненные в виде ферм. На каждую пару стоек устанавливается перемычка, образующая верхнюю часть буквы "П". Таким образом, формируется четыре опоры, каждая из которых несет на себе по два силоса.

Силосный склад

Силосный склад предназначен для хранения минеральных вяжущих и заполнителей. Его суммарный объем составляет 360 м3, что при работе в одну смену позволяет поддерживать 3-4-дневный запас. Все силосы заполняются пневматически. В качестве основного вида транспорта используются автоцистерны. Поскольку ряд сырьевых компонентов в России доступен только в упакованном виде, предусмотрена возможность подачи в силосы компонентов, получаемых в мешках и биг бэгах, с помощью пневмокамерных насосов.

Каждый силос оборудован напорным рукавным фильтром, предназначенным для очистки транспортирующего воздуха от пыли. При регенерации рукавов уловленная пыль возвращается в свой силос. Степень очистки воздуха соответствует современным требованиям, содержание в очищенном воздухе пылевидных частиц не превышает 50 мг/м3.

Коническая часть силосов оборудована системой аэрации, которая служит для обеспечения надежной выгрузки любых сырьевых компонентов. Давление подаваемого на аэрацию воздуха в каждом силосе регулируется автономно, а подача воздуха производится только в момент выгрузки продукта из данного силоса, Рис. 3. Конструкция аэрирующих элементов позволяет производить их замену снаружи, не спускаясь в силос.

Запас сырьевых компонентов в силосах определяется расчетным путем: информация о пополнении запасов вводится в компьютер на основании транспортных накладных, данные об их фактическом расходовании поступают от весового дозатора. Ошибка, возникающая в результате возможных неточностей в накладных, может корректироваться по сигналу нижних индикаторов уровня. Верхние индикаторы уровня предназначены для аварийной сигнализации при переполнении силоса.

Дозирование основных компонентов

Рис.3Для взвешивания основных компонентов служат бункерные весы, Рис. 3, верхний предел взвешивания которых составляет 2000 кг. Компоненты подаются на весы последовательно в режиме "грубого" и "тонкого" потока с помощью винтовых конвейеров. Скорость подачи регулируется частотным преобразователем. Для прерывания подачи в конце дозирования используются дисковые затворы с пневматическими приводами.

Гарантируемая погрешность весоизмерительной системы не превышает 1 кг, фактические отклонения при дозировании, как правило, укладываются в интервал до 4 кг. Система управления дозатором позволяет задавать в базе данных предельно допустимые отклонения для каждого сырьевого компонента. Если фактическая погрешность дозирования превышает предельно допустимое значение, компьютер прервет автоматический режим работы и обращается к оператору.

На заключительной стадии реализации проекта предусматривается установка системы автоматического весового дозирования малых компонентов (добавок) и порционной пневматической подачи их в смеситель. На первом этапе реализована схема работы, при которой оператор вводит предварительно приготовленную навеску с комплексной добавкой в бункер и нажимает кнопку - сигнал для системы управления, свидетельствующий о том, что добавка находится в бункере. Далее компьютер загружает добавку из бункера в камерный насос и в нужный момент подает ее в смеситель.

Чтобы свести возможность ошибки от присутствия человеческого фактора к минимуму, использован метод светофора. Красный сигнал означает, что бункер занят - ввод добавки запрещен, зеленый - что бункер свободен и ввод добавки разрешен.

Смешение

Рис.4Сердцем завода является смеситель ВСЕЛУГ Торнадотм, 1200КК Рис. 4, имеющий объем 1,2м3 и предназначенный для интенсивного перемешивания сухих сыпучих продуктов. Смеситель имеет простую надежную конструкцию, обеспечивает получение гомогенных смесей за короткие интервалы времени, обеспечивает равномерное распределение в объеме смеси малых добавок и позволяет диспергировать любые компоненты, в том числе склонные к слипанию и образованию комков.

Режим смешения характеризуется высокими скоростями сдвига. Лопасти главного вала воздействуют на перемешиваемые компоненты, создавая центробежные силы в 6-8 раз превышающие силу тяжести. При этом один цикл смешения с загрузкой и выгрузкой занимает в зависимости от состава смеси от 1,5 до 5,0 минут. Очень важно, что в процессе перемешивания компоненты находятся во взвешенном состоянии, и не образуют мертвых зон.

Для разрушения агломератов и диспергирования склонных к слипанию компонентов смеситель оснащен ножевыми мешалками ударного действия - деагломераторами, Рис. 5, развивающих скорость до нескольких тысяч оборотов в минуту. Режим работы деагломераторов можно изменять зависимости от сложности выполняемой задачи. Пробы для контроля качества продукции могут отбираться из смесителя в автоматическом режиме на любом этапе с помощью встроенного пробоотборника.

Через разгрузочный клапан готовая смесь поступает в бункер фасовочной машины, предназначенной для упаковки готовой продукции в мешки. Смеситель оснащен также резервным разгрузочным клапаном, который в настоящее время не используется, но позволит в будущем установить оборудование для упаковки в маленькие пакеты и/или в биг бэги.


Упаковка, хранение и отгрузка готовой продукции

Рис.6Смесь упаковывается в клапанные мешки на двухмодульной фасовочной машине ВСЕЛУГ Аэропресстм, Рис. 6. Скорость упаковки составляет в среднем 600 мешков/час. Упаковка может вестись в мешки емкостью от 5 до 50 кг, в качестве основного варианта принят 25-килограммовый мешок.

Во время работы над проектом рассматривалась альтернативная возможность использования фасовочной машины с турбинной или с пневмокамерной системой подачи продукта в мешок, Рис. 7.

Рис.7 Рис.7


Машина с пневмокамерной подачей несколько сложнее и требует обеспечения сжатым воздухом низкого давления. Кроме того, в случае пневматической подачи продукта в мешок возрастают требования к эффективности системы аспирации. Тем не менее, выбор остановили на этой машине по следующим соображениям.

Турбинный нагнетатель имеет преимущества при фасовке тонкодисперсных легко аэрирующихся продуктов, таких как цемент, гипс, известь, известняковая мука. В аэрированном состоянии эти продукты ведут себя подобно жидкости - становятся текучими и приобретают способность передавать давление. Турбинка, подобно водяному насосу, накачивает продукт в мешок, который при этом легко заполнить до отказа.

При фасовке на турбинной машине не аэрирующихся продуктов, например, смесей с большим содержанием песка, меняется физическая суть процесса. Лопасти турбинки действуют подобно ковшам роторного экскаватора - захватывают продукт порциями и кидают его в мешок. Как только уровень в мешке достигает клапана, наполнение прекращается. Процесс наполнения менее стабилен, сложнее настроить режим дозирования "тонким" потоком.

Пневмокамерный нагнетатель менее чувствителен к свойствам фасуемого продукта, поскольку подача продукта в мешок происходит под давлением сжатого воздуха. Машина с пневмокамерной системой является более универсальным инструментом, что было определено в качестве главного критерия при выборе типа машины. Еще одно преимущество пневмокамерной системы заключается в отсутствии подверженных абразивному износу вращающихся деталей - это также было принято во внимание, так как содержащийся в составе смесей песок обладает сильными абразивными свойствами.

Фасовочную машину обслуживает один оператор, занятый насадкой пустых мешков. Наполненные мешки сбрасываются на приемный конвейер и поступают на склад, где два грузчика укладывают их на поддоны, с помощью погрузочного конвейера ВСЕЛУГ Консольтм. Конвейер оснащен механизмом подъема-опускания и поворачивается в горизонтальной плоскости на 180 градусов, что дает возможность загружать поддоны, не прерывая фасовку.

Готовая продукция отгружается автотранспортом на поддонах. По желанию покупателя мешки пакетируются с использованием стрейч пленки. Выполняются заказы по формированию на поддонах сборных грузов. Емкость склада соответствует двухнедельному объему производства при работе в одну смену.

Компьютерная система управления

Система управления имеет двухуровневую структуру. Верхний уровень реализован на базе персонального компьютера, который предназначен для ведения баз данных по рецептурам и компонентам, формирования отчетов о выработке продукции и расходовании компонентов, отображения на экране монитора мнемосхем, показывающих состояние всех датчиков и механизмов, вывода сообщений о сбоях в работе и их квитирования, настройки параметров технологического процесса. Нижний уровень реализован на базе программируемого контроллера, который предназначен для опроса датчиков и передачи управляющих сигналов на исполнительные устройства.

Предусмотрены три режима управления: автоматический, полуавтоматический и ручной. Для работы в автоматическом режиме оператор выбирает из базы данных рецептуру и задает требуемое количество замесов. Перед началом первого цикла компьютер тестирует все элементы системы и приступает к выполнению задания в случае успешного завершения теста.

Проверяется суммарный объем загружаемых компонентов, который не должен превышать 70% объема смесителя. Проверяются остатки запасов сырья в силосах - если какого-либо компонента недостаточно, оператор получит подсказку, сколько замесов данного состава можно сделать. Если в процессе тестирования обнаружены неполадки или недопустимое состояние оборудования, которое компьютер не в состоянии исправить без помощи человека, об этом сообщается оператору.

В процессе выполнения задания компьютер контролирует выполнение каждой операции. Для контроля открытия и закрытия затворов используются бесконтактные индуктивные датчики. Для контроля вращающихся механизмов применяется метод счета импульсов датчиков вращения, в менее ответственных случаях - контролируется срабатывание магнитных пускателей. Если в работе механики происходит сбой, выполнение программы прерывается и выводится сообщение с точной характеристикой события, места и времени.

В полуавтоматическом режиме оператор имеет возможность с помощью мышки перемещать по мнемосхеме курсор и начатием кнопки активировать приводы механизмов. При этом компьютер проверяет разумность действий оператора и откажется выполнить команду, которая может привести к аварии. Компьютер, например, не включит привод винтового конвейера, если расположенный на выпускном отверстии дисковый затвор закрыт, Не будет производить выгрузка бункерных весов, если занят смеситель, не будет разгружать смеситель, если в бункере фасовочной машины недостаточно места.

При переходе на ручное управление активируются локальные кнопочные посты, расположенные в непосредственной близости от приводов. Включение и выключение механизмов с кнопочных постов производится только при ремонте и наладке оборудования, в автоматическом и полуавтоматическом режиме локальные посты управления заблокированы.

В базе данных накапливается подробнейшая информация о работе завода. Например, можно получить сведения о заданном и фактическом количестве компонентов в каждом когда-либо сделанном замесе по прошествии нескольких месяцев или даже лет. Информация о выпуске продукции и расходовании компонентов может выводиться в удобной для анализа форме - в разрезах по времени, рецептурам, компонентам. Для защиты информации от несанкционированного доступа предусмотрена возможность настройки многоуровневой системы паролей.

Воздухообеспечение

В производстве сухих смесей значительная часть затрат электроэнергии приходится на выработку сжатого воздуха. По удельному энергопотреблению новый завод CONSOLIT выгодно отличается от многих зарубежных аналогов благодаря продуманной системе организации воздухообеспечения. Все потребители разделены на три группы: для пневмоприводов и регенерации рукавных фильтров используется воздух при давлении до 8 атм, для пневмотранспорта и аэрации при давлении до 2 атм, для нагнетателей фасовочной машины при давлении до 0,8 атм. Каждая группа потребителей связана с компрессором, вырабатывающим воздух нужного давления. При этом не требуется редуцировать давление в широком диапазоне и упрощается задача, связанная с осушкой воздуха.

Подготовка сырьевых компонентов

В отличие от европейских стран сырьевая база для производства сухих смесей в России довольно бедная. Многие компоненты недоступны или же не удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям по качеству. Характерной чертой многих российских поставщиков является проблема с обеспечением стабильности качества.

Чтобы минимизировать зависимость производства от перебоев, связанных с трудностями в обеспечении качественным сырьем, в течение 2002 г планируется реализация второго этапа проекта, на котором будет построен завод по подготовке высококачественных сырьевых компонентов.