ПЫЛЕУДАЛЕНИЕ ТРУБНОЙ МЕЛЬНИЦЫ

АННОТАЦИЯ

Наиболее важным оборудованием в производстве пропантов на предприятии является трубная шаровая мельница. Этот тип шаровых мельниц предназначен для помола твердых материалов, таких как руды и нерудные ископаемые, стройматериалы и прочие. Высокая степень загрязнения воздуха представляет собой один из крайне опасных производственных факторов, оказывающих влияние как на окружающую среду, так и на здоровье работников. Для эффективного сокращения отрицательных последствий данного воздействия на производственном объекте применена специализированная система фильтрации воздуха. Целью этой системы является минимизация содержания в воздухе пыли, стружки и других аэрозольных взвесей, а также повышение общей производительности труда в соответствии с нормативными требованиями.

ABSTRACT

The most important equipment in the production of proppants at the enterprise is the pipe ball mill. This type of ball mill is designed for grinding hard materials such as ores and non-metallic minerals, building materials and others. A high degree of air pollution is one of the extremely dangerous production factors that affects both the environment and the health of workers. To effectively reduce the negative consequences of this impact, a specialized air filtration system was used at the production facility. The purpose of this system is to minimize dust, chips and other aerosol particles in the air, as well as increase overall labor productivity in accordance with regulatory requirements.

Ключевые слова: трубная мельница, пропанты, система аспирации, циклон

Keywords: tube mill, proppants, aspiration system, cyclone

Российская Федерация занимает ведущее положение среди крупнейших мировых производителей углеводородов. Для активного увеличения объемов добычи этих ценных ресурсов отечественные нефтегазодобывающие компании уделяют все более значительное внимание нетрадиционным и трудноизвлекаемым запасам.

В настоящее время доля трудноизвлекаемых запасов нефти в низкопроницаемых коллекторах в России составляет 40%, причем 80% из них находятся в Западной Сибири. Этот вид запасов постоянно увеличивается, так как запасы легкодобываемой нефти, расположенной близко к поверхности, постепенно исчерпываются. [2]

В современной практике добычи трудноизвлекаемой нефти и газа широко используется метод повышения продуктивности скважин, известный как гидроразрыв пласта (ГРП). Этот метод включает закачку флюида разрыва вместе с керамическими пропантами, выполняющими роль расклинивающего агента. Они предотвращают смыкание трещин, что приводит к увеличению дебита нефти. Таким образом, керамические пропанты играют ключевую роль в технологии гидроразрыва, определяя его эффективность.[1]

Среди основных потребителей пропантов выделяются крупные отечественные нефтяные компании, такие как ООО "РН-Юганскнефтегаз" (ПАО "НК Роснефть"), ОАО "ТНКВР Холдинг", ПАО "Газпром нефть", ОАО "Сургутнефтегаз", ПАО "ЛУКОЙЛ", а также отечественные и зарубежные сервисные компании, такие как ООО "Катконефть", ООО "Катобьнефть", "ПетроАльянс", NewCoWellServices, Halliburton, Schlumberger WellServices, BJ Services и другие. [3]

Обеспечение конкурентоспособности продукции, не уступающей зарубежным аналогам в текущих геополитических условиях, представляет особую актуальность. После многолетних исследований было решено отдать предпочтение керамическим пропантам, объединяющим в себе выдающуюся прочность, низкую насыпную плотность, химическую стойкость и высокую проводимость.

История технологии производства пропантов в России началась в 1994 году на ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" в г. Боровичи, Новгородская область. Первая производственная линия с мощностью 15 тысяч тонн в год была введена в эксплуатацию в 1998 году. Акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" является современным, динамичным и стабильно развивающимся предприятием с обширной научно-технической базой и высококвалифицированными кадрами. Оно осуществляет поставки продукции как на внутренний, так и на зарубежный рынок, обладая собственными сырьевыми и энергетическими ресурсами. Качество продукции признано ведущими отраслями, включая металлургию, нефтегазовую, цементную, атомную, строительную и другие.

Производственные показатели за первое полугодие 2023 года выросли на 14%, превысив показатели аналогичного периода предыдущего года и достигнув более 315 тысяч тонн. Этот положительный динамизм объясняется эффективной работой коллектива предприятия и систематической модернизацией и расширением производства. [6]

В настоящее время в цехе №7 ведется строительство линии по производству магнезиальных неформованных материалов, а также дополнительной линии упрочненных пропантов. Завершается процесс установки трубной мельницы, что демонстрирует стремление предприятия к постоянному улучшению технологических возможностей и расширению ассортимента выпускаемой продукции.

Процесс изготовления пропантов включает несколько важных этапов. В начале происходит измельчение руды до мельчайших частиц, затем эти частицы преобразуются в сферические формы нужного размера и подвергаются обжигу в печи при высокой температуре, инициирующей процесс агломерации. Одним из ключевых этапов является помол кальцинированной глины в ротационных мельницах с использованием стальных мелющих шаров. [1]

Наиболее важным оборудованием в производстве пропантов является трубная шаровая мельница. Этот тип шаровых мельниц предназначен для помола твердых материалов, таких как руды и нерудные ископаемые, стройматериалы и прочие. Она получила свое название от процесса измельчения, осуществляемого твердыми шарами.

Основным элементом трубной шаровой мельницы является вращающийся барабан цилиндрической формы, частично заполненный твердыми шарами, изготовленными обычно из стали или чугуна. Электродвигатель приводит барабан во вращение, а внутренние стенки барабана облицованы износостойкими материалами из стали или специальной резины. [4]

Принцип работы шаровой мельницы заключается в перемоле твердых пород при передвижении наполнителя внутри корпуса. На материал действуют ударные и истирающие силы, и время измельчения зависит от типа и крупности исходного материала.

Трубная шаровая мельница обладает рядом преимуществ по сравнению с другими устройствами для измельчения твердых пород:

1. Высокая производительность.

2. Возможность регулировки крупности помола.

3. Высокая степень сокращения крупности материала.

4. Универсальность, позволяющая перерабатывать разнообразные материалы.

5. Быстрая окупаемость.

Трубная шаровая мельница представляет собой пустотелый сварной цилиндрический барабан, защищенный внутри от износа бронефутерованными плитами. Барабан разделен на две камеры двойной межкамерной перегородкой, что позволяет использовать различные виды футеровок в каждой камере в соответствии с требованиями процесса измельчения. [5]

Рисунок 1. Схема традиционной шаровой трубной мельницы:

1 – исходный материал, 2 – входная горловина, 3 – корпус, 4 – самосортирующая бронефутеровка, 5 – межкамерная перегородка, 6 – бронефутеровка, 7 – мелющие шары, 8 – выходная решётка, 9 – выходная горловина, 10 – размолотый материал, 11 – цильпебс

Мельницы, в которых происходит сухое измельчение материала, подвергают аспирации, т. е из них непрерывно удаляют воздух, запыленный мельчайшими частицами. Необходимость этого диктуется следующими причинами.

Мельчайшие частицы сырьевого материала налипают на мелющие тела и футеровку мельницы, они обладают также способностью адсорбировать (удерживать на своей поверхности) пузырьки воздуха. Смесь мельчайших твердых частиц с воздухом, осевшая на мелющих поверхностях, обладает амортизирующим действием и смягчает силу удара мелющих тел. В результате ухудшаются условия размола материала.

Воздушный поток, проходя через мельницу, увлекает эти мельчайшие частицы и очищает от них мелющие поверхности. Таким образом, с помощью аспирации увеличивается производительность шаровых мельниц, а также улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Скорость воздушного потока в барабане принимается от 0,3 до 0,7 м/сек. При этом обеспечивается повышение производительности мельницы на 20—25%.

Отсос запыленного воздуха производится через разгрузочное устройство мельницы. Для этого в нем специально предусматривается соединительный патрубок.

Схема аспирационной системы мельницы следующая. Запыленный воздух через разгрузочный кожух отсасывается из мельницы и направляется на очистку для выделения из него взвешенных твердых частиц. Первичная грубая очистка осуществляется в циклонах, а очень, тонкие частицы удерживаются затем фильтром. Полностью очищенный воздух удаляется в атмосферу.

Движение пылевоздушного потока по всей системе производится центробежным вентилятором, просасывающим воздух через мельницу и все последующие очистные устройства. Это обеспечивает работу всей системы под разрежением и предупреждает выбивание пыли.

Осажденные частицы из циклонов и фильтров поступают в транспортирующие устройства измельченного материала и вместе с ним направляются на дальнейшую переработку. На работу аспирации оказывает большое влияние герметичность воздуховодов и затворов аппаратов. При недостаточной плотности оказывается значительным подсос воздуха и нарушается эффективность работы всей установки.

Циклоны.

Циклоны изготовляют одиночными или групповыми от двух до восьми одиночных циклонов в группе. Производительность одиночного циклона зависит от его диаметра. Циклоны НИИОГаз выпускают диаметром от 400 до 800 мм с градацией через 50 мм, т. е. 450; 500 мм и т. д. Средняя производительность их соответственно равна от 2000 до 6000 м3/ч газа.

Степень очистки газа от пыли в циклонах НИИОГаз зависит от размера взвешенных частиц в газе и составляет в среднем для частиц размером до 5 лк — 40—50%; Ю мк— 60—80% и 20 мк — 90—95%. Таким образом, циклон не производит полной очистки газов. Для более полного осаждения пыли применяют фильтры.

Фильтры.

Рукавный фильтр состоит из нескольких рукавов, располагаемых в металлической камере. Верхняя часть рукавов закрыта тканью и прикреплена к раме. Запыленный воздух (газ) поступает по трубе 6 и направляется затем в рукава. Проходя через ткань рукавов, частицы пыли задерживаются тканью, а очищенный воздух поступает в трубу и удаляется в атмосферу. Рукава периодически встряхиваются механизмом и осевшая на ткани пыль ссыпается в бункер фильтра, оборудованного специальным затвором.

Газовоздухопроводы.

Газовоздухопроводы выполняют из стального листа толщиной 3—8 мм в зависимости от диаметра газопровода. Если по газопроводу будут проходить газы с температурой выше 350—400° С, его внутри облицовывают жаростойкими материалами. площадь сечения принимается из условий скорости движения газа в них 10—20 м/сек.

Для того чтобы можно было регулировать поступление газа, на газопроводах устанавливают специальные двойные переключатели, дроссельные заслонки, плоские задвижки. В процессе работы в газопроводе может скапливаться осевшая пыль, уменьшающая его рабочее сечение и ухудшающая этим работу всей аспирационной установки. Для очистки осевшей пыли в газопроводе устраивают специальные люки с надежной герметизацией, а также устанавливают сборные бункера в местах большого пылеосаждения.

Вентиляторы.

Вентиляторы являются неотъемлемой частью аспирационной системы. Они обеспечивают отбор запыленного воздуха из мельницы или другого агрегата, транспортируют его по всей системе и выбрасывают в атмосферу. На аспирационных системах устанавливают центробежные вентиляторы.

Центробежный вентилятор состоит из кожуха, имеющего форму улитки, внутри которого вращается на валу колесо с лопатками. При вращении колеса воздух, находящийся внутри кожуха, приходит во вращение; под действием центробежной силы он прижимается к стенкам кожуха и выбрасывается через выхлопное отверстие. Центробежные вентиляторы выпускают производительностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров газа в час. По величине создаваемого напора они подразделяются на вентиляторы низкого (до 100 мм вод. ст.), среднего (до 300 мм вод. ст.) и высокого (более ,300 мм вод. ст.) давления. В аспирационных системах АО «БКО» устанавливают вентиляторы среднего давления.

Высокая степень загрязнения воздуха представляет собой один из крайне опасных производственных факторов, оказывающих влияние как на окружающую среду, так и на здоровье работников. Для эффективного сокращения отрицательных последствий данного воздействия на производственных объектах широко применяются специализированные системы фильтрации воздуха. Целью этих систем является минимизация содержания в воздухе пыли, стружки и других аэрозольных взвесей, а также повышение общей производительности труда в соответствии с нормативными требованиями.

Аспирационный процесс направлен на извлечение разнообразных вредных примесей, таких как пыль, стружка и волокна, из воздуха внутри производственных помещений. Это приводит к улучшению качества воздуха на рабочем месте, снижению риска профессиональных заболеваний и несчастных случаев, повышению уровня пожарной безопасности и уменьшению выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Эффективность работы аспирационной системы непосредственно зависит от качества ее проектирования. Этап проектирования включает в себя определение необходимых характеристик и конфигурации системы, а также подбор соответствующего оборудования. Процесс разработки системы начинается с обследования объекта и изучения основных технологических процессов, присутствующих на производстве. Полученные данные используются для формулировки технического задания на проект.

В процессе производства пропантов основным загрязняющим веществом является пыль, составляющая примерно 50% от общей массы выбросов. Однако, Боровичский комбинат огнеупоров активно осуществляет модернизацию производства, внедряя современные технологии и оборудование. Эти усилия направлены на улучшение экологической ситуации, что в свою очередь снижает отрицательное воздействие на окружающую среду и, следовательно, на здоровье местных жителей.

Рисунок 2. Схема проектируемой системы аспирации на АО БКО

Для всех производственных площадок предприятия установлены разрешительные документы по природопользованию, учитывающие все источники выбросов, и соблюдение установленных нормативов находится под постоянным контролем аккредитованной лаборатории охраны окружающей среды.

Боровичский комбинат огнеупоров использует бокситы, содержащие до 40% воды, для производства пропантов. При обжиге этого сырья выделяется значительное количество пара, исчисляемого в миллионах кубических метров. Тем не менее, предприятие стремится к снижению водяных выбросов, вводя новые технологии и сушильные процессы.

С учетом ввода в эксплуатацию нового участка в цехе №7, предприятие приложило усилия по экологической безопасности. Оборудование, связанное с образованием пыли, оснащено современными аспирационными системами и рукавными фильтрами. Электрофильтр №4 обеспечивает эффективную очистку отходящих газов от тепловых агрегатов, соблюдая высокие температурные стандарты.

Дополнительно, для снижения выбросов пыли были проведены мероприятия по реконструкции электрофильтра №1 и капитальному ремонту электрофильтра №3. Эти шаги позволили повысить эффективность очистки до 99%, что значительно снизило содержание пыли в воздухе в санитарно-защитной зоне предприятия.

В результате комплексных мероприятий Боровичский комбинат огнеупоров смог существенно улучшить экологическую обстановку в своей зоне воздействия. Измерения, проведенные ФБУЗ "Центр гигиены и эпидемиологии в Новгородской области", свидетельствуют о том, что предельно допустимая концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе в санитарно-защитной зоне предприятия не превышена.

Список литературы:

1. Унковская Е.О. Анализ помольных агрегатов и возможности их совершенствования / Е.О. Унковская, Т.А. Косенко, Ю.А. Кучеров // Брянск. 2019. 16-22 с.
2. История АО "БКО": корпоративный сайт. – URL: https://www.aobko.ru/about/history/ (дата обращения: 03.04.2024). – Текст: электронный.
3. СТО 163-2016 «Освоение и испытание скважин Западной Сибири. Утвержден и введен в действие указанием ОАО «Сургутнефтегаз» от 20.11.2017 №2718.
4. Панькович И. В., Усенко А. А., Савастьин М. Ю. Перспектива применения пропанта малых фракций как метода оптимизации процесса многостадийного гидроразрыва пласта// Международный журнал прикладных наук и технологий "Integral" №5/2022
5. ГОСТ Р 54571–2011. Пропанты магнезиально-кварцевые. Технические условия: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30.11.11 N 659–ст: дата введения 2013–01–01. – URL: http://www.techhap.ru/gost/285640.html(дата обращения: 03.04.2024). – Текст: электронный.
6. Хахлев П.А. Совершенствование конструкции ступенчатой футеровки и исследование процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице 05.02.13/ Хахлев П.А. // Машины, агрегаты и процессы (строительство и ЖКХ) дис. ... канд. техн. наук. – Белгород, 2017. – 192 с.