BİLYALI DEĞİRMEN OPTİMİZASYONU İÇİN EN GELİŞMİŞ SEVİYE KONTROLÜ KULLANILIYOR

Giriş
Gelişmiş sistemlerin, tüm dünyada bilyalı değirmenlerin işletmesinin operasyonunda kanıtlandığı herkesçe bilinen bir sır gibi görünüyor. Yüksek seviye kontrol sistemleri onlarca yıldan beri çimento üreticilerine daha verimli ve daha tutarlı bir operasyon sağlamaları için rehberlik etmektedir. Günümüzde bu sistemlerin operatörleri lüzumsuz kılmadığı bilinmektedir, lakin CCR kontrol takımına diğer işleri üzerinde çalışabilmeleri için daha fazla zaman sağlamaktadır. Bu oto-pilot sistemler değirmen ve fırını kontrol ederken, manuel ayarlama için çalışanlara daha fazla zaman sağlanmaktadır ve fabrikanın diğer alanlarında daha kesin operasyon mümkün kılınmaktadır.
Öte yandan, her bir insansız kontrolör ya da oto-pilot sistemi, sadece kendisine rehberlik eden bilgi kadar iyi olabilir. Benzersiz teknolojisi ile Kima, örneğin çimento değirmenlerinde 1. ve 2. kamaranın doluluk seviyesini ayrı ayrı ölçmek için yapıdan doğan ses kullanıyor ve bugün bu endüstrideki uygulama için en ileri teknoloji olarak ilan edilebiliyor. Bu makale, Almanya’nın Juelich şehrinde 15 yıldan daha uzun süre önce KIMA Echtzeitsysteme tarafından geliştirilen SmartFillTM doluluk seviyesi ölçme sisteminin başarılı hikayesini anlatmaktadır.
Uzman sistemler olması gereken teknolojiyi kurdu
Günümüzde komplike ve iyi geliştirilmiş bir uzman sistemin kullanımı kolaydır ve fabrika personeli tarafından bakımı rahatça yapılabilir olmalıdır. Günümüzde, ‘Uzmanların’ (programlama becerileri olan mühendislerin) uzaktan ‘ayarlama’ ve ‘değişiklikler’ için sıkça ziyarette bulunmaları tarih olmuştur (ya da olmalıdır). Modern üst düzey bir kontrol sistemi, proses mühendislerinin sürükle bırak yöntemi vasıtasıyla basit grafik araçlarla ve logic blocks, kendi fabrika kontrol döngülerini kendileri yaratmasına ve değiştirmesine izin verir. Burada bahsedilen konu referans noktası düzeltmeleri değildir, ancak kontrol döngüsüne yeni aygıtlar ekleyerek mantıksal kombinasyonları değiştirmesinden örnek olarak; yanma sırasında yeni yakıt türleri gibi yeni parametrenin dikkate alınması veya manuel giriş parametrelerinden yeni sürekli ölçüm sinyallerine geçiş yapılmasındaki değişiklikten bahsedilmektedir.
KIMA Echtzeitsysteme tarafından geliştirilen modüler ve açık kontrol yazılımı SmartControl TM bunun bir sonucu olarak düşünülür. Büyük bir başarı da, öğütme işlemlerinde bilyalı değirmenlerin tek kamara veya iki kamarada dahil olmak üzere kontrol edilmesi gerektiği zaman kullanılmasıdır, cüruf, kömür, fakat özellikle de çimento üretimi için merkezi boşaltım da dahil olmak üzere. Kontrol mantığı ön kurulu roller presleri ve tabi ki seperatör kontrolünü içerebilir. Öğütme prosesleri için çözüm MillMaster adı altında satılmaktadır.
Mill Master, ‘Kontrol Tasarımcısı’ olarak adlandırılan özel bir programda bir kontrol grubuna monte edilen çok sayıda fonksiyon bloğuyla birlikte gelir. Sezgisel kullanıcı arayüzü net görselleştirme, mutlak esneklik ve çok kolay öğrenme olanağı sunar. Program, proses mühendislerine herhangi bir programcı becerisi olmaksızın kontrol mantığı üretme ve dışarıdan yardıma (Kima ya da diğerlerinden) gerek kalmadan kendi kendine adapte / manipüle etme fırsatı sunacak şekilde tasarlanmıştır.
Önceden tanımlanmış fonksiyonlar ve yapılar basitçe ‘sürükle ve bırak’ ile büyük bir fonksiyon kataloğundan oluşturulur ve ana hatlara odaklanmaya katkı sağlar. Çok fazla seçeneğe sahip olan mevcut yapı, çoğu uygulamaya, halihazırda tam bir yerleşik çözüm sunarak yalnızca limit değer ve ayar noktası ayarlamalarına imkan sağlayarak çok daha eksiksiz bir çözüm getiriyor.
Bu arada, Kima ‘Echtzeitsysteme’ ismi ‘gerçek zamanlı sistemler’ anlamına gelmektedir ve 20 yılı aşkın süredir bu dijital filtreleri geliştiren ve kullanan benzersiz deneyimleri nedeniyle almıştır. Oldukça fazla değişkenlik gösteren proses enstrümantasyon sinyallerinin düzeltilmesi için kullanılanılan bu filtrelerin, geleneksel olanlara kıyasla gecikme süresi yoktur. Resim 3’teki yeşil çizgi proses endüstrisinde alışılageldiği gibi oldukça dalgalı bir ölçüm sinyali vermektedir. Klasik bir filtre sinyali düzleştirir, ancak hesaplamanın kendisinden sonra daima bir gecikme zamanı vardır.
Yüksek gelişmiş dijital filtrelerin yanı sıra MillMaster, yalnızca gerçek zamanlı bilgi sağlamakla kalmayıp, devamındaki eğilimleri de öngörebilen tahmini modeller de içerir. Soft sensor diye de tabir edilen sensörler, sonucu çok daha uzun sürede belirleyen proseslere göre daha çok boyutsal giriş vektörlerini kullanarak hesaplama yapabilirler. Bu modelin öngörüsü, lineer olmayan süreçlerdeki karmaşık fenomenler için çok yararlı bir araçtır. Lütfen KIMA’nın MPC kontrolü temelli süreçleri kontrol etmediğini, ancak gelecek dönem eğilimlerine de hitap edebilmek adına bu teknolojiyi de kullandığını göz önünde bulundurun. Hem sensörlerin sinyali hem de kontrol döngüsü, öngörülemeyen durumlar göz önüne alındığında daha kararlıdır.
Kontrol hattı ve strateji
Her kontrolör, sadece ekipmanının hedeflendiği değer kadar iyidir. Ve her öğütme prosesi, değirmen kapasitesinin kullanıldığı kadar iyidir. Bir bilyalı değirmeni kontrol etmek için kullanılan klasik stratejiler, öğütme sürecinin verimliliğini dolaylı olarak etkiler. Taze malzeme = sabit; Refüze malzeme= sabit; Toplam besleme = sabit. Tüm bu stratejiler, operatöre sürecin çok sabit olduğunu gösteren bir izlenim verir. Aslında durum tam olarak böyle değildir. Çünkü bu stratejilerin hepsi çalkalanma eğilimindedir. Ölçülebilirlik, en kesin doluluk seviyesi ölçümünü kullanan yöntemdir.
Bu nedenle KIMA yaklaşık 20 yıl kadar önce yapıdan doğan sesi temel alan SmartFill adlı doluluk seviyesi ölçümünü geliştirmeye karar vermiştir.
2 kamaralı değirmende 1. ve 2. kamaranın dolumundan sağlanan yüksek seviyede tekrarlanabilir ve stabil sinyaller, üst düzey kontrol sistemlerine temel yeni bilgiler sunar. Sonuç olarak, dünyadaki önde gelen çimento üreticileri, kendi geliştirdikleri sistemlere SmartFill’in ‘elektronik kulaklarını’ entegre ettiler veya kullanılmasını önerdiler. KIMA Echtzeitsysteme, ana kontrol parametresi olarak değirmenin optimum doluluğunu kullanır. Öğütme, oluşabilecek dengesizliklerin çok daha kolay telafi edilebildiği dengeli hale gelir. Temel olarak öğütme malzemesinin sertliği değişir ve böylece değirmen içinde kalınan süre de değişir. Resim 5, üretim evresi içindeki tüm gecikme sürelerinin az ya da çok sabit (T1-T5) olduğunu belirtir; yalnızca malzemenin bilyalı değirmende (T değirmeni) harcadığı süre bilinmiyor ve kesinlikle öğütülebilirlik ile değişiyor. Bunun arkasındaki mantık, beslemenin buna göre yarlanması ve değirmendeki seviyeyi sabit tutmak için kullanılmasıdır.
Sofistike kontrol cihazları da güvenilir sensörlere ihtiyaç duyar
Klasik PID üniteleri ile karşılaştırıldığında, KIMA E’nin Mill Master gibi donuk bileşenleri, prosesin çeşitli bölümlerinde aşınma sonucu oluşan sinyal sürüklenmelerini telafi edebilir. SmartFill Sensörleri, klasik doldurma seviyesi teknolojileri ile karşılaştırıldığında, bilinen literatürde zaten tarif edildiği gibi aynı özellikleri içerir. Rakip sistemler / teknolojiler, orijinal kaynaktan uzakta kurulmuştur değirmen gövdesinde. Mikrofonlar ve yatak temelindeki ses veya titreşimleri ölçen titreşim sensörleri, dolaylı ve arızaya sebebiyet vermeye açık ham bilgilerdir. Bir mikrofon, motorların titreşimlerini, dişli kutusunun titreşimini hassasiyetle dinlemektedir. Bu türden sistemlerin aylık olarak çok sıklıkla yeniden kalibre edilmesi ise bir sır değildir.
Dünya çağında her kıtada toplam 700’den fazla başarılı bilyalı değirmen kurulumu ile, SmartFill sistemi piyasadaki en ileri teknoloji üründür. Bu sensörlerin yaklaşık %80’i, üst düzey kontrol sistemlerinde ve optimum doluluk oranının en birincil hedef olduğu stratejilerde uygulanmaktadır.
Bir veya iki kamaralı değirmen içinde sadece sabit bir dolum seviyesi ile optimum üretim hacmine ulaşmak mümkün değildir. Bu seviyeleri sabit tutarak tane boyutu dağılımı daha da inceltilerek daha sabit bir ürün kalitesi de garantilenir. Ayrıca, HeidelbergCement, Dyckerhoff (Buzzi), LafargeHolcim ve diğer üreticilerin birçoğundan bildirilen, astarların ve bilyaların aşınmasının azaldığı da mantıklı bir sonuçtur. Sonuç olarak, OEM’lerin öğütme tesisi projelerinde SmartFill’i değerlendiriyor olması şaşırtıcı değildir.
Müşterilerine greenfield veya modernizasyon projelerinde sabit bir ürün kalitesi ve sürekli yüksek üretim sağlamak için direkt olarak değirmen gövdesine monte edilen sensör kutusu ile ölçüm sistemi şartnameden itibaren uygun olarak kabul edilir.
Tesis otomasyonuna uygulanması ve uyarlanması
Hangi DCS sisteminin kullanıldığından bağımsız olarak, MillMaster topladığı verileri OPC bağlantısı ile fabrika kontrol odasına aktarır. Az sayıdaki referans noktası düzeltmeleri ve limit değeri ayarlamaları, tesisin SCADA ve görselleştirme ekranlarında kolayca uygulanabilir. Bu da, manuel veya standart PID kontrol işleminden otomatik pilota kadar olan yolu oldukça kolaylaştırır.
Manuel çalıştırmada, değirmen girişi (taze besleme), SCADA sistemine girilen “yeni manuel” değeri ile ayarlanmalıdır. MillMaster çalışırken hesaplanan “taze besleme referans değeri” taze beslemeyi kontrol eder.
Bu devreyi açıp kapama mantığı tüm mevcut ayar değerleri için uygulanmalıdır (örnek):
1. taze besleme sv
2. separator döner kafes hızı sv
3. separatör fanı sv
4. öğütme yardımcısı sv
5. su püskürtme sv
Bu ve daha fazla ayar değerleri, KIMA E’nin MillMaster (MiMa) çalışırken tam otomatik ayarlanabilir. Sistem genellikle çalışma süresinin %95-100’üne ulaşır. Böylece, operatörler değirmeni çok hızlı şekilde otomatik modda çalıştırmayı öğrenerek kendilerine diğer işlerine konsantre olmabilmeleri için zaman tanırlar. Ayrıca, proses mühendisleri, yalnızca parametreleri değil aynı zamanda en kolay yeni enstrümantasyonları da kendi kontrol prensiplerine de uyarlayabileceklerdir.
Kanıtlanmış sonuçlar
ABD’de 10 yıl önce Lafarge Davenport çimento fabrikası olarak bilinen bugünkü adıyla Continental Çimento fabrikası, MillMaster + SmartFill kombinasyonunun çeşitli avantajlarını bildirmiştir. Johnathon Sprague, Enstrümantasyon Süpervizörü şunları söylemiştir:
‘’Davenport Lafarge fabrikası, yeni Smartfill ve Mill Master sistemlerinden çok memnundur. Kima alanında oldukça bilgili bir firma ve projemiz boyunca onlarla çalışmak mükemmeldi. Bilyalı değirmenlerde sıklıkla kullanılan eski mikrofon teknolojisinin yerine SmartFill sisteminin ve değirmen doluluk seviyesi kontrolünün faydalarını en üst düzeye çıkarmak adına MillMaster kontrol sisteminin kesinlikle kullanılmasını öneriyorum.
Değirmenlerimizi KIMA Echtzeitsysteme GmbH’den MillMaster ve SmartFill sistemleri ile çalıştırıp kontrol ettikten sonra, öğütme sürecimizi şu şekilde optimize edebildik:
• Proses kararlarının alınması yönünde daha iyi bilgi * Diyaframa ilave blokaj plakaları eklemek için bir plan yapılmıştı, çünkü 1. kamaranın doluluk oranının az olduğu ve 2. kamaranın da dolu olduğu düşünülüyordu. SmartFill sistemini devreye aldığımız gün ise, 1. kamaranın dolu tam dolu olduğunu, 2. kamaranın ise sadece %60 dolu olduğunu gördük. Daha sonra ise, ara diyaframdaki tüm mevcut blanks kaldırarak daha iyi bir akış sağladık, ve 2. kamaradaki doluluk oranını %85-95 seviyesine çıkardık.
* Şimdi ise proses değişikliklerinin etkilerini çok daha kolay görebiliyoruz, çünkü değirmen doluluğu sürekli olarak sabit tutuluyor.
* Bu sayede, üretim kapasitemizi artırırken öğütme yardımcılarının kullanımını azaltmayı başarabildik.
• Daha istikrarlı çalışma sayesinde daha tutarlı laboratuvar sonuçları alınmaktadır.
• Astar plakaları ve öğütücü bilyalarda daha az aşınma görülmektedir. Rutin olarak karşılaştığımız astar civatası gevşeme sorunundan çok büyük oranda kurtulmuş olduk. Bunun sebebi ise, stabil değirmen doluluğundan dolayı astar plakalarına uygulanan direkt darbenin düşmüş olmasıdır.
• Çimentonun tonu başına azalan Kw harcama değeri
• Artan üretim kapasitesi
• SmartFill sistemi ilk kurulum ve kalibrasyon dışında herhangi bir bakıma gereksinim duymaz.
• MillMaster sisteminin devreye alınması ve optimizasyonu, daha önce LUCIE optimizasyonuna ayrılmış işgücünü serbest bırakarak VPN bağlantısı üzerinden KIMA mühendisleri tarafından yapıldı. Son olarak, eski Lafarge tesisi olan Opterra çimento fabrikası (Karsdorf, Almanya), tek bir bina içerisindeki bilyalı değirmenlerini optimize etmek için 6 MillMaster + SmartFill paketi siparişi verdi. Bu proje çok yakından takip edilecek olup sonuçları belgelenecek ve daha sonra yayınlanacaktır.