Embed Size (px)
Citation preview
Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea
Presentado porBERNARD SEEMANN
Nunca deberíamos olvidarnos que el proceso de
fabricación de cemento, ES PRINCIPALMENTE
UNA TRANSFORMACIÓN MINERAL, eso significa
que el producto debe ser monitoreado y
controlado directamente en cada etapa de
transformación
CONTROL DE PROCESO
CONTROL DE PROCESO EN PLANTA DE CEMENTO
LA TRADICIÓN :
TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE
DESDE 1/H a 1/ turno
LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO
ANALIZADOS MANUALMENTE
RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL Acción ±1 hora después
CONTROL DE PROCESO
LA DEBILIDADE DEL METODO TRADICIONAL :
•MUESTRAS NO REPRESENTATIVA •FRECUENCIA BAJA
• TIEMPO DE RESPUESTA LARGO
• ERRORES HUMANOS
CONTROL DE PROCESO
Laboratorio Automático
Mezcla crudo 1 Harina caliente Cemento 2Alimentación horno
Cemento 1Clinker
Mezcla crudo 2
Gabinete de
control
Field network
Analizador de Carbono y Azufre
PSD Analizador
Analizador de cal libre
Molino y Prensa
Muestras promedias
Vision Software
Laboratory network
Hacia PLC sistema planta (LIMS, PLC, etc.)
Programa de control de Mezcla
de crudo
Instrucciones hacia alimentadores de mezcla de crudo
XRF/XRD Estación de trabajo
consola control móvil
Extraccion de polvo
Gas (XRF/XRD)
Ventilador Transporte
Local tecnico
Estacion puente
XRFXRD
PSD Estación de trabajo
Control de Proceso en Línea
Cal libre
Tamaños partículas
Composición Pérdida al Fuego
Al - Fe - Ca - Si - S - P - K
Carbono Azufre
5/h2/h7/h 6/h Continuous
EstructuraMineral
Gas muestra & Análisis
ContinuousContinuous
Machacador
Premezclado
Aditivos
Mezcla crudo
Silos mezcla
Precalcinador
HornoEnfriador
Aditivos
Molino CementoClinkerSilo
Cemento Silo
Cantera
HARINA CRUDA HARINA CALIENTE CLINKER CEMENTO
Ventajas comparado a los laboratorios centralizados automáticos
• Análisis con alta frecuencia• Ahorro de energía y calidad más estable•Fácil de utilizar•Sistemas Independientes• no hay riesgo de no tener ningún análisis en toda la planta al mismo tiempo•Sistemas más baratos
Control de Proceso en Línea
PORQUE CONTROLAR EL CRUDO ? Chequeo del LSF (Lime saturation factor)
Chequear la finura, especialmente %>90 micrones
Chequeo del ratio Silicato SR (ratio de Si vs Al y Fe)
Chequeo del ratio Aluminio AR (ratio de Al vs Fe)
Control de la MEZCLA DE CRUDO
Cambios de LSF en mezcla de crudo en LSF de crudo deben mantenerse abajo de 1%
Cambios de SR deberían quedar abajo de 0.1
Cambios en AR deberían quedarse abajo de 0.1
Frecuencia de control
Ajuste solo 1 vez por hora: grandes fluctuaciones
Aumento de la frecuencia : fluctuaciones menores y el objetivo se logra más a menudoLSF valor promedio alto mas C3S cemento mas reactivo
1 HORA
LSF
100
1 HORA
LSF
100
Control de la MEZCLA DE CRUDO
Limite del método tradicional
Mejor ubicación para tomar una muestra
A la entrada de la alimentación del silo de mezcla incluyendo el polvo del horno (kiln dust), donde se puede, considerando que:• es el producto final incluyendo adición de polvo de horno• tener en cuenta el tiempo de residencia de los diferentes componentes del crudo en el circuito de molienda
Control de la MEZCLA DE CRUDO
Crusher
Preblending
Additives
Raw Mill
Blending Silos
Precalciner
Kiln
Quarry
Kiln Dust
Analizador FX3500
Tolva de mezcla TRH
Muestreo tornillo PREC100
Muestreo a pistón P11
Toma muestra PF106
TransporteMecánico
Hacia PLC planta o programa de control de mezcla de crudo:Ca, Si, Al, Fe, etc.
Control de Proceso en Línea
Hasta 7 análisis por hora
Hasta 2 puntos de muestreo
controlado con 1 solo analizador
Esquema típicoCuantificación de los mayores óxidos + software de control de mezcla de crudo
Control automáticos de los alimentadores de dosificación (weight feeders)Muestreo en caída Muestreo en aerodeslizador
Sistema Automático de control de mezcla de crudo
Estudio de caso Control de mezcla de crudo
Muestreo
Transporte de muestra
Analizador
Valores de LSF del crudo durante 24 horas una muestra cada 20 mn, con objetivo 0.97
Deviación Estándar do LSF < 0.01
Raw Mix Control Estudio de caso
Resultados
PORQUE CONTROLAR
LA HARINA CALIENTE ?
Monitorear el valor actual del grado de calcinación a la salida del precalcinador
Chequeo del valor actual del ciclo Volátiles en el horno/precalcinador
Control de Harina Caliente
En los hornos modernos 50 a 60% del consumo de combustible
está quemado en el precalcinador.
Control del ciclo volátil: Azufre, cloro, álcalis
Hacia PLC de planta:
Valor de Calcinación
Y Tasa de Azufre
Muestreador de Piston PC303
Sistema de enfriamiento
Determinación Carbono Azufre
Transporte de muestra corta distancia
Hasta 4 análisis por hora
Control de Harina CalienteAnálisis típicas
MediciónPerdida al fuego
Hacia PLC planta :Valor de calcinación
Hasta 2 análisis por hora
2 posibilidades
Estudio de caso Control de Harina Caliente
Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta
Toma muestra de harina caliente+ con su enfriador
Analizador LOI - PAF
CCR hacia control del calcinador
Valor de LOI monitoreada
cada 30 mn
Alimentación en combustible basada sobre el valor actual de LOI
Valor de calcinación
ESTABLE y OPTIMUM
Estudio de caso Control de Harina Caliente
Resultados
Date Time LOI Analyser Result Lab Result Variance23.01.2013 15.26 PM 97,32 97,51 -0,19
15.56 PM 97,90 97,89 0,0116.26 PM 98,28 97,98 0,3016.56 PM 97,74 97,72 0,02
Average 97,81 97,77 0,04
Date Time LOI Analyser Result Lab Result Variance24.01.2013 09.36 AM 97,15 96,61 0,54
10.06 AM 97,20 97,06 0,1410.36 AM 96,88 97,27 -0,3911.06 AM 97,33 97,89 -0,5611.36 AM 97,15 96,95 0,2012.06 AM 97,80 97,10 0,70
Average 97,25 97,15 0,10
Resultados
Comparación de datos entre el laboratorio y el analizador en línea
Estudio de caso Control de Harina Caliente
Sistema Automático de control de harina caliente instalado en una planta de cemento
PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?
Monitoreo del valor de cal livre (FCaO%)-Cal libre alta va tener un impacto negativo en la resistencia a 28 días. Las pequeñas partículas de cal libre bien quemadas hidratan muy lentamente. Ellas van hidratarse muchos días después de haber sido en contacto con el agua, y el tamaño se duplica provocando grietas en el hormigón
Control del Clinker
- Si el LSF está correctamente dosificada, cal libre baja indica que el clinker ha sido quemado muy duro. El resultado son grandes cristales de alita, que son difíciles de moler, y el cemento tiene una reactividad más baja.
Utilizar los dados para optimizar la operación de quemado del horno
HORAS
Control del Clinker
PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?
LA TRADICIÓN :
TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE ≈1/H
LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO
ANALISIS
RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE CONTROL Acción ±1 hora después (como descartar el clinker fuera de especificación)
CONTROL DE PROCESO
Muestreo incorrecto, porque?
Polvo
Costra?Clinker?
Sistemas de muestreo de clinker
Control del Clinker
Descarga del horno
Horno
Enfriador
Toma muestra bajo parrillas
Toma muestra a la descarga del
enfriador
Enfriador
Control del ClinkerSistema de Transporte de la muestra
Analizador usando extracción por glicol y conductividad
CalentamientoMezcla del clinker + glicol
Medición de Conductividad
Celda de Análisis
Celda de Preparación
CaO + (CH2OH)2 H2O + (CH2O)22- + Ca 2+
Control del ClinkerOptimización de cal libre
Control del Clinker: Estudio de casoSistema automático de control de cal libre como
instalado en una planta
Toma muestra a la descarga del hornoAnalizador de cal libre
CCR para controlar el proceso del horno
Dados de cal libre
Resultados
La planta consiguió optimizar el valor de cal libre y mantener una baja desviación estándarMedia= 1%
dev Std = 0.1%
En caso de condiciones anormales, la planta puede descartar el clinker fuera de la especificación inmediatamente antes de entrar en el silo de clinker
Control del Clinker: Estudio de caso
US Plant With 2 wet kilns % free lime
0
0,1
0,2
0,30,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Jun
1998
Aug 1
998
Oct 19
98
Dec 1
998
Feb 1
999
Apr 1
999
Jun
1999
Aug 1
999
Oct 19
99
Dec 1
999
Feb 2
000
Apr 2
000
Date
% F
ree
lime
K-1K-2
1 2 3
1 : Análisis no sirve para controlar el horno (clinker sobre quemado)
2 : Control del horno manual usando dados de cal libre (cal libre más alta pero inestable)
3 : Sistema experto conectado al analizador (estable y cal libre mas alta)
Cal libre y dados de horno
Control del Clinker: Estudio de caso 2
Ahorros directos
Un aumento de 0,5 % de cal libre genera :
15 kcal / kg CK de ahorro de combustible
1kWh / Ton CK de energía eléctrica de molienda
Costes laborales análisis Manual
El costo de manejo de desechos de producción
costos incidentes de Post producción
Ahorros indirectos
Control del ClinkerAhorros
Evaluar el contenido de caliza (CaCO3) Evaluar el contenido de yeso (CaSO4·2H2O) Evaluar la finura del cemento
Finura del cemento tiene una relación directa con el desempeño del concreto:
• Resistencia a corto plazo
• Calor de hidratación
• Resistencia a largo plazo
Control del Cemento
PORQUE CONTROLAR EL CEMENTO ?
LA TRADICIÓN:
UNA MUESTRA COMPUESTA SE COLECTA MANUALMENTE A LA ALIMENTACION DEL SISTEMA DE TRANSPORTE HACIA EL SILO DE CEMENTO
LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO
SE ANALIZA ±1 VEZ POR HORA
RESULTADOS ENVIADOS A LOS OPERADORES AJUSTE DEL SEPARADOR Y ALIMENTACIÓN DEL MOLINO
Control del Cemento
Sistema de muestreo No representativo
Frecuencia de control MUY baja
Tiempo de respuesta largo
Error Humana
Valores de Blaine se utilizan para controlar la finura
Control del Cemento
Cuales son las principales desventajas del método tradicional ?
VALORES PSD
Calor de hidratación altaContribución a la resistencia a corto plazo
Contribución a la ultima resistencia < 32 micrones
Cero contribución aLa resistencia > 32 micrones
Utilizando los valores de PSD es posible de optimizar y estabilizar las propiedades requeridas del cemento
Control del Cemento
Mejor ubicación para tomar una muestra
A la salida del circuito de molienda antes del transporte hacia los silos porque• eso es el producto final, incluyendo el polvo de cemento
Control del Cemento
Planta de Cemento en UK
Cambios en las especificaciones del producto con análisis fuera de línea
Dados PSD no disponibles para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement)
Análisis manual Blaine3 horas son necesarias para lograr la especificación requerida
Perdida de ± 100 T de cemento!!
Control del Cemento: estudio de casoAnalizador PSD
Dado PSD disponible para el operador durante el cambio desde OPC (Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement) Menos de 30 min son necesarias para lograr la especificación requerida Ahorro en tiempo de purga
Product change
360 500 m2/kgIn spec material
Planta de Cemento en UK
Cambios en las especificaciones del producto con análisis en línea
Control del Cemento: estudio de casoAnalizador PSD
Planta Cemento en USA
Implementación de un sistema de control de proceso de alto nivel con un PSD en línea
20.3% Reducción de consumo de la energía especifica
• 15% Aumento de Producción • 15% Aumento resistencia a 1 día
• 10% Reducción del Blaine• C3S Concentración disminuyo
• Demanda en agua del cemento es estable y baja
Before high level control
After high level control, without on line PSD
With high level control and on line PSD
Average 48 60 69
Std. Dev. 3,81 2,35 3,33
Average 1414 1536 1476
Std. Dev. 40 45 22
Average 118 127 136
Std. Dev. 4,2 5,7 3,8
Average 4884 4902 4468
Std. Dev. 21 13 19
kWh/t 41,8 39,1 33,3
Average 2125,49 2176;54 2454,35
Average 60,22 61,21 59,69
One day strengths (psi)
C3S (%)
Summary of the impact of automated control and real time particle size measurement on production parameters
Bucket elevator pwer (kW)
Seperator speed rpm
Total feed rate (tph)
Mill power (kW)
Analizador PSD
Control del Cemento: estudio de caso
CONTROL DE PROCESO
Conclusioneso El control de calidad debería ser utilizado para optimizar el proceso de
fabricación del cemento y no solo para hacer informe post portem
o Más preciso & mayor frecuencia de resultados, significa que es posible de mejorar el control del proceso,
y por lo tanto
Mejorar la calidad Y ahorrar energía
o La mayoría de estas soluciones tiene un opayback < 1 AÑO
GRACIAS POR SU ATENCION
• Presentado por• BERNARD SEEMANN
