журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
РЕКЛАМА

ТЕМА НОМЕРА

ИТОГИ И ТЕНДЕНЦИИ

ПРОИЗВОДСТВО

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

ЦЕНОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №11, 2002

ПРОИЗВОДСТВО

Как из двух цехов был сделан один

Модернизация оборудования по отжигу стали на предприятии California Steel Industries

В конце 90-х годов перед американской компанией California Steel Industries (CSI) встал вопрос о проведении реконструкции двух цехов отжига, который можно было решить за счет ремонта, замены или модернизации действующего оборудования посредством внедрения новых технологий. CSI остановила свой выбор на объединении двух цехов в единый модернизированный цех и оснащении его установками, способными осуществлять отжиг в атмосфере 100% водорода. Важность этого выбора была, в конечном итоге, подтверждена существенным снижением операционных расходов и значительным повышением уровня материально-технического снабжения.

Краткая история компании

Компания California Steel Industries была основана на базе фирмы Kaiser Steel, учрежденной в 1942 году и изначально осуществлявшей поставки стали для создаваемой в то время судостроительной отрасли западного побережья США и других рынков. Во время Второй мировой войны Kaiser Steel занимала выгодное стратегическое положение в Южной Калифорнии и благодаря этому имела широкий доступ к сырью и рынкам сбыта своей продукции. Однако к началу 80-х годов предприятие технически устарело и было закрыто.

В дальнейшем на его базе возникло совместное предприятие под названием California Steel Industries, учредителями которого (в равных долях – 50:50) стали компании CVRD (Бразилия) и Kawasaki Steel (Япония). Первые производственные процессы CSI включали, главным образом, горячую прокатку. Уже инсталлированные на то время установки по выпуску оцинкованной и холоднокатаной листовой стали, а также труб были перезапущены.

California Steel Industries обслуживает четыре сегмента рынка западного побережья США. Около 40% стали в виде горячекатаных, травленых и промасленных листов идет на изготовление таких изделий как спиральные сварные трубы, автомобильные колеса и ободья, трубопроводы, различные металлические соединения и строительные детали. Порядка 36% продукции в виде оцинкованного листа поступает для производства барабанов, цилиндров, цилиндрических и других типов емкостей, резервуаров, цистерн, водопропускных труб и т.п. Еще 16% используется для нужд электронной промышленности, а также изготовления осветительных приборов, металлической офисной мебели, водонагревательных систем и некоторых видов труб. Оставшиеся 8% производимой стали применяются для выпуска сварных труб с электрическим сопротивлением для газо- и нефтепроводов.

С момента своего основания в 1984 году California Steel Industries реализовала немало проектов по установке нового производственного оборудования. Среди них – монтаж новой линии непрерывного травления (1994 год) и печи с шагающим балочным подом (1997 год). В 1997 году пятиклетевой стан холодной прокатки был оснащен новым механическим и электрическим оборудованием. Годом позже в эксплуатацию была введена вторая линия горячего цинкования (погружением), что позволило расширить ассортимент выпускаемой продукции. В 1999 году завершилась инсталляция систем транспортировки и охлаждения горячих рулонов: первая осуществляет передачу продукта с подпольных многороликовых моталок стана горячей прокатки и его погружение в воду; вторая – снижает температуру горячекатаного рулона до температуры травления всего за два часа. Завершив реализацию всех данных проектов, CSI приступила к оценке своих установок по отжигу холоднокатаной листовой стали.

Объединение двух цехов

Здесь следует отметить, что в середине 60-х – начале 70-х годов, когда американские производители холоднокатаной листовой стали осуществляли строительство пятиклетевых прокатных станов, многие из них оборудовали дополнительные установки по отжигу в камерной печи, которые обычно имели одно- или четырехшахтную конфигурацию и позволяли повышать качество продукции и эффективность использования всего оборудования в целом.

К концу 90-х годов, когда срок эксплуатации этих установок насчитывал 30 и более лет, стало очевидным, что операторам следует принимать решение о проведении их капитального ремонта, замены или модернизации с применением новых технологий. Именно в этот период компании California Steel Industries предстояло выбрать один из трех вышеуказанных путей для реконструкции первого цеха отжига на базе одношахтных установок, введенного в эксплуатацию в начале 70-х годов, и второго цеха на базе четырехшахтных установок, который начал функционировать несколько раньше.

Тщательно рассмотрев все требования по ремонту устаревшего оборудования, CSI воспользовалась возможностью сэкономить на операционных издержках, расходах на техническое обслуживание и запасные части за счет объединения двух цехов в один модернизированный. Внимательно взвесив все преимущества отжига в атмосфере 100% водорода, компания приняла решение провести реконструкцию всего оборудования для отжига таким образом, чтобы можно было использовать эту технологию (впервые она была успешно применена на заводе Mon Valley Works компании US Steel).

Действуя в тесном взаимодействии с несколькими потенциальными поставщиками, CSI разработала емкую стратегию в части конструктивных особенностей проекта, предусматривавшего размещение модернизированного оборудования на свободных площадях впереди дрессировочного стана. В дальнейшем был выбран главный и единственный поставщик для окончательного определения конфигурации объекта, управления установкой оборудования и введением его в эксплуатацию. Все эти мероприятия проводились в непосредственной близости от операционных участков компании и были открыты в интересах обеспечения постоянных поставок холоднокатаной листовой стали клиентам CSI.

До начала последней модернизации, как уже отмечалось выше, на предприятии CSI функционировали два цеха по отжигу. В цехе холодного проката листовой стали в эксплуатации находились 15 одношахтных водородно-азотных установок для отжига типа Lee-Wilson, семь пламенных печей прямого нагрева и восемь установок воздушного/водяного охлаждения. Производительность цеха, построенного в 1969 году, составляла 7 тыс. т продукции в месяц. Отжиг осуществлялся в атмосфере смешанного газа, состоящего из 6% водорода и 94% азота.

Во втором цехе (возведен в середине 60-х годов) были расположены 12 четырехшахтных водородно-азотных установок по отжигу, пять пламенных печей прямого нагрева и четыре воздухоохладителя, а также различные конвекционные системы, генерирующие конвекционный поток в объеме 5 тыс. куб. футов (141,6 куб. м) в минуту. Мощность цеха составляла 18 тыс. т продукции в месяц.

Расстояние между цехами составляло около одной мили. Первый цех (восточный) располагался на восточном участке в границах главного комплекса CSI возле линии электролитической очистки, двухклетевого дрессировочного стана, линии продольной резки и транспортно-отгрузочных установок. Второй (западный) находился на западном участке территории предприятия недалеко от линии травления и пятиклетевого стана холодной прокатки.

Около 20% продукции, изготавливаемой пятиклетевым станом холодной прокатки, транспортировалось при помощи крана во второй цех для отжига без предварительной очистки. Остальные 80% холодного проката перевозились в центральный комплекс CSI для предварительной очистки. После этой операции 2/3 проката грузовиками перевозились во второй (западный) цех для отжига. Оставшаяся 1/3 проката отжигалась в восточном цехе. По завершении отжига весь прокат сосредоточивался в первом цехе для подачи на дрессировочный стан.

Обоснование проекта

Компания California Steel Industries обосновала необходимость реализации проекта по модернизации двумя факторами: объединение двух цехов и сосредоточение за счет этого оборудования в одном месте; внедрение технологии отжига в атмосфере 100% водорода.

Почему было принято решение об объединении двух цехов? Дело в том, что срок эксплуатации оборудования на предприятии CSI составлял от 30 до 40 лет, поэтому требовались капитальный ремонта и серьезные инвестиции. Наличие одного общего цеха позволило бы сократить транспортировку рулонов между восточным и западным цехами. Это особенно было бы важно для мягких (после отжига) рулонов, которые в большей степени подвержены разрушению от механического воздействия и попадания влаги. Кроме того, объединение складских помещений давало бы возможность сократить излишние запасы расходного материала и время подготовительно-наладочных работ. Наконец, еще одним преимуществом оказались бы создание единой бригады операторов и одной группы технического обслуживания, а также типизация запасных частей.

Одна из идей проекта также состояла в том, чтобы транспортировать тяжелые рулоны по железной дороге из западного комплекса к стану холодной прокатки, где осуществлялись бы все остальные производственные процессы. Рассматривались также возможности сокращения издержек за счет производства большего количества рулонов, проходящих через линию очистки.

Планируя внедрить технологию отжига в атмосфере 100% водорода, руководство исходило из последних исследований, свидетельствующих о том, что многие новые и модернизированные предприятия достигали высокого качества продукции, низких операционных расходов и прочих преимуществ за счет применения оборудования, функционирующего на базе использования 100% водорода. Учитывался также и тот факт, что оптимальные характеристики отжига достигаются не только благодаря применению водородной атмосферы, но и за счет внедрения высокопроизводительных конвекционных установок, частотно-регулируемых приводов, сложных систем управления второго уровня (включая термодинамическое моделирование) и эффективных систем сгорания с функцией регенерации. Руководство CSI приняло также во внимание еще одно преимущество отжига в атмосфере 100% водорода, которое состоит в том, что чистый водород, в отличие от смеси водорода и азота, обеспечивает более равномерную чистоту поверхности стали вследствие различных газовых реакций, происходящих во время отжига.

По оценкам производителей комплексного оборудования по отжигу в атмосфере водорода и тех предприятий сталелитейных отраслей, с которыми сотрудничает California Steel Industries, модернизация двух цехов отжига дала бы компании возможность сократить на 50% расходы на газовое топливо, электричество, азот и воду. Прогнозы также говорили о вероятном снижении расходов на техническое обслуживание и ремонт, поскольку в результате объединения двух цехов уменьшилось бы количество оборудования и требуемых к нему запчастей.

После анализа ситуации с расходами и издержками руководство CSI приняло решение расширить рамки проекта и провести не частичную модернизацию (усовершенствовать только 8 отжигательных установок), а полную реконструкцию всего оборудования по отжигу, т.е. 20 установок.

Основные требования

В марте 1999 года California Steel Industries разработала план реализации на практике идеи объединения двух цехов. В запросах по ценам, направленных компанией потенциальным поставщикам, содержались требования, в соответствии с которыми мощность нового цеха должна была равняться совокупной производительности двух старых цехов, т.е. 25 тыс. т в месяц. Все модернизированное оборудование по отжигу требовалось сосредоточить на участке стана холодной прокатки (т.е. западном).

CSI также выдвинула условие, предусматривавшее сохранение действовавших на то время плановых показателей по объему выпускаемой продукции наряду с обеспечением безопасности труда при проведении строительных работ и других мероприятий по модернизации. Реализацию проекта требовалось осуществить в два, возможно, три этапа. Все работы по планированию, строительству, монтажу оборудования и пуску его в эксплуатацию следовало сдать "под ключ", и их проведение предполагалось поручить одной компании (вероятнее всего, поставщику оборудования).

Кроме того, в ходе реализации проекта необходимо было в полной мере выполнять условия комиссии по контролю качества воздуха южного побережья США (South Coast Air Quality Management District – SCAQMD). При этом, следовало использовать самые передовые технологии экологического контроля. Общий уровень выброса загрязняющих веществ в атмосферу для модернизированного оборудования не должен был превышать совокупного показателя по этой категории для двух старых цехов.

Выбор потенциального партнера для реализации проекта CSI проводила на основе равенства и справедливости в отношении всех участников тендера. В конечном итоге было выбрано три опытных поставщика, возможности каждого из которых изучались по таким категориям как затраты (на оборудование, инсталляцию, запасные части), производительность установок (т/год), системы безопасности труда, опыт в проведении работ по модернизации, техническая поддержка и сервис, системы управления производством (первого и второго уровней и их интерфейсинг с действующей на предприятии системой Entec).

К августу 1999 года были утверждены основные направления финансирования проекта, а месяцем позже в качестве поставщика оборудования была выбрана компания Rad-Con. При этом, учитывался тот факт, что Rad-Con уделяет чрезвычайно важное внимание системам управления и безопасности и тесно сотрудничает с фирмой Entec. Компания Rad-Con также получила в полном объеме полномочия по ведению проекта от его начальной фазы до сдачи всех работ "под ключ". Для инсталляции оборудования и осуществления строительных работ CSI выбрала компанию The Industrial Company (TIC).

При реализации проекта следовало принимать во внимание два важных обстоятельства. Во-первых, в ходе проведения мероприятий по модернизации исключалось сокращение мощностей по отжигу, поэтому все работы по реконструкции были интегрированы в обычную повседневную деятельность цеха. Во-вторых, особое внимание следовало уделять контролю выброса загрязняющих веществ в атмосферу и сейсмической устойчивости.

Меры безопасности

До начала строительных работ были определены основные меры безопасности при их осуществлении параллельно с производственными процессами. Особенно важным стал вопрос использования мостового крана для транспортировки оборудования и материалов через предприятие. В целях обеспечения безопасности операционных процессов были установлены специальные "зоны доставки", чем исключалось перемещение заводского оборудования над строительными участками во время проведения на них соответствующих работ. Кроме того, в производственном графике предусматривалось несколько временных интервалов, когда эксплуатация крана полностью прекращалась с целью обеспечения проведения специальных строительных работ с задействованием необходимого в таких случаях оборудования.

В интересах информирования персонала о ежедневном ходе строительных операций было принято решение о назначении координатора по вопросам безопасности труда, который занимался согласованием графиков производства и строительства, с тем чтобы обеспечить безопасный и бесперебойный выпуск продукции параллельно со своевременным выполнением плановых заданий по строительству. Еженедельно проводились собрания с участием персонала CSI, Rad-Con и TIC , на которых обсуждались вопросы техники безопасности, насущные проблемы и организационные аспекты, а также возможные пути доработки некоторых элементов проекта. Кроме того, среди строительных рабочих ежедневно проводился инструктаж по мерам безопасности при работе со стройматериалами и оборудованием.

Что касается выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, то California Steel Industries была заинтересована в поиске путей улучшения топливной экономичности без нарушения требований по экологической безопасности. В связи с отсутствием специальных правил касательно уровня выбросов при отжиге в камерной печи руководство CSI приняло решение, что печи на предприятии должны отвечать требованию SCAQMD № 1146 для промышленных бойлеров (котлов). Использование этого действующего правила (более строгого, чем нужно было на самом деле) исключало необходимость разработки комиссией специальных нормативов для операций по отжигу. Правило SCAQMD требовало, чтобы уровень монооксида углерода (СО) был ниже 0,082 фунта/MMBtu (Btu – British thermal unit – британская тепловая единица = 1,056 кДж), а оксидов азота (NOx) – ниже 0,05 фунта/ММBtu. Кроме того, требования по ограничению выброса загрязняющих веществ должны были выполняться при трех различных уровнях горения горелок: высокий (4,64 MMBtu/ч), средний (2,32 MMBtu/ч) и низкий (1,16 MMBtu/ч).

Для соблюдения данных норм следовало применять такую конструкцию системы сгорания, которая обеспечивала бы низкий уровень загрязнения атмосферы в комбинации с высоким к.п.д. по топливу при регенерации. Поэтому специалисты CSI изучили множество конструкций горелок различных производителей, прежде чем остановили свой выбор на установках компании Bloom Engineering, поскольку только они могли обеспечить выполнение экологических требований при всех трех уровнях горения. Гарантированные величины уровня загрязнения при функционировании горелок в различных режимах были подтверждены в ходе специальных лабораторных тестов.

Наряду с этим конструктивные особенности нового объекта должны были обеспечивать безопасность остановки предприятия в случае землетрясения. С этой целью в систему безопасности были интегрированы дополнительный резервуар жидкого азота и предохранительные стопорные клапаны для трубопроводов природного газа и водорода.

Для минимизации длины трубопроводов резервуар для продувки (очистки) азотом был установлен в непосредственной близости от нового оборудования по отжигу. Чтобы гарантировать подачу достаточного объема газа для продувки, резервуар оснастили телеметрическими датчиками уровня, необходимыми органами управления и системой регулирования. Последняя автоматически формирует требуемый поток из резервуара в случае, если доставка необходимого количества газа для продувки на новый объект невозможна. Таким образом, при землетрясении или других катастрофах, способных нарушить функционирование действующих наземных производственных линий, безопасный газ для продувки на оборудование по отжигу будет поставляться из вышеуказанного резервуара.

Установка дополнительных аварийных предохранительных стопорных клапанов позволила при необходимости перекрывать поступление водорода и природного газа автоматически или оператором вручную. Данная система была оснащена комплектом реле избыточного высокого/низкого давления, которые выдавали сигнал предупреждения, а затем отключали систему автоматически при возникновении аварийных условий эксплуатации оборудования. Специальные аварийные выключатели были также установлены на главных производственных участках нового цеха, что давало возможность персоналу осуществлять эффективный контроль горючих газов при их применении на всей территории цеха отжига.

Этапы реализации проекта

В своих запросах по ценам, направленных потенциальным поставщикам, CSI указывала, что проект модернизации предлагается реализовать в три этапа, а, если потребуется, то и в два. После выбора компании Rad-Con в качестве главного поставщика, а также оценки окончательных конструктивных особенностей нового цеха, объема строительных работ и влияния мероприятий по модернизации на повседневный производственный процесс CSI, Rad-Con и TIC пришли к заключению, что выполнение программы реконструкции в два этапа будет наилучшим вариантом. С другой стороны, требовалось принять решение о количестве инсталлируемых на каждом этапе установок для отжига, местонахождении участка управления и контроля, характеристиках оборудования.

Начало первого инсталляционного этапа (монтаж 8 установок для отжига, 4 печей и 4 охладителей) было первоначально запланировано на 1 марта 2000 года, а его окончание – на конец сентября того же года. В дальнейшем, однако, график работ был сдвинут на один месяц назад, т.е. они начались 1 февраля 2000 года, их планировалось завершить до 31 августа.

Инсталляция 8 установок для отжига была завершена 27 августа 2000 года. Требовалось, чтобы их производительность на момент начала второго этапа, включавшего вывод из эксплуатации первого цеха с одношахтными установками, превосходила мощность последнего.

К сентябрю это требование было выполнено, что позволило приступить к реализации второго инсталляционного периода. Он включал монтаж 12 установок для отжига, семи печей и пяти охладителей, т.е. совокупное количество данного оборудования, установленного в течение двух этапов, должно было составить 20; 11 и 9 единиц соответственно.

Согласно утвержденному графику весь проект планировалось завершить к 31 августа 2001 года, однако его реализация была ускорена, чтобы избежать крупных расходов на электроэнергию, которые стали традиционными для летних месяцев в Калифорнии. Поэтому все установки по отжигу были введены в эксплуатацию в июне 2001 года, т.е. на два месяца раньше намеченного срока. Следовало также учитывать и то, что запуск оборудования на втором этапе требовал одновременного вывода из эксплуатации второго цеха отжига для того, чтобы не превысить установленных лимитов на выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Успешные результаты

Как уже отмечалось выше, одно из обоснований необходимости модернизации оборудования по отжигу на предприятии CSI базировалось на получении преимуществ от внедрения технологии отжига в атмосфере 100% водорода. Поэтому после введения в эксплуатацию новых установок было важно продемонстрировать, что новый объект функционирует так, как это было задумано и спрогнозировано.

По мнению экспертов, одним из главных положительных результатов реализации проекта следует считать отсутствие зарегистрированных случаев травматизма среди персонала на обоих этапах программы продолжительностью 58 тыс. чел.-ч. Все гарантии по поставкам и характеристикам оборудования были выполнены в полном объеме или даже перевыполнены. Более того, все работы по инсталляции и пуску оборудования в эксплуатацию были завершены на два месяца раньше намеченного срока и без перерасхода бюджетных средств. Их даже удалось сэкономить, за счет чего были закуплены дополнительное оборудование и запчасти.

Досрочное выполнение проекта позволило закрыть второй цех отжига до начала повышения расценок на электроэнергию в Калифорнии на летний сезон 2001 года, в течение которого цены на энергоносители возросли, а подача электроэнергии не всегда была стабильной.

Наряду с этим существенно увеличилась экологическая безопасность нового объекта. По результатам проведенных тестов, реальное максимальное значение уровня выброса загрязняющих веществ в атмосферу оказалось на 70% ниже допустимого (при анализе модели цикла отжига продолжительностью 17 ч). С учетом уменьшения требуемого количества теплоты (в MMBtu) на отжигаемую тонну материала и сокращения выброса оксидов азота на каждую MMBtu вероятность выброса Nox была сокращена на 79,5% (от 51,8 тыс. до 10,6 тыс. фунтов в год) при той же производительности предприятия.

Кроме того, переход к технологии отжига в атмосфере 100% водорода, создание единого склада материальных запасов и ускорение производственных процессов позволили сократить время производственного цикла по изготовлению стандартной холоднокатаной продукции с пяти недель до четырех. Удалось также существенно повысить ее качество. Показатели чистоты поверхности стали, оцениваемые по методике Ford и Leco®, оказались выше, чем ожидалось.

Положительным итогом реализации программы по модернизации следует, безусловно, считать и снижение операционных издержек. Так, затраты на предварительную очистку рулонов перед отжигом были снижены на $500 тыс. в год. Существенно уменьшились расходы на коммунальные услуги, в том числе на газообразное топливо – в два раза, а на электроэнергию – на 75%, что позволило достичь поставленной цели 50%-ной экономии средств, направляемых на оплату различных видов коммунальных услуг.

Срок окупаемости инвестиций, вкладываемых в модернизацию подобно той, которая была проведена на предприятии CSI, составляет 2,68 года. Однако реальный период окупаемости был определен компанией в 2,36 года. Этому способствовали не только полученная экономия на коммунальных платежах, но и сокращение расходов на рабочую силу и техническое обслуживание. Уменьшение времени производственного цикла позволило также сократить складские запасы материальных средств на различных стадиях производства.

Таким образом, исходя из того что все большее количество как импортной, так и американской отожженной стали производится с применением технологии отжига в атмосфере 100% водорода, реализация проекта по модернизации установок для отжига на предприятии California Steel Industries стала закономерной необходимостью в части обеспечения долгосрочной конкурентоспособности производимой компанией холоднокатаной листовой продукции. Учитывая недавнее падение цен на сталь, CSI была вынуждена сфокусировать свое внимание на повышении эффективности производства, улучшении сервисного обслуживания клиентов и сокращении операционных расходов в интересах укрепления позиций фирмы на рынке холоднокатаного стального материала.

Программа модернизации, первоначально предусматривавшая постепенную установку некоторого оборудования для отжига на базе применения 100% водорода, переросла со временем в полномасштабный проект по объединению двух цехов отжига и замене всех устаревших установок. В результате реализации проекта клиенты CSI получили возможность воспользоваться преимуществами быстрой обработки их заказов и своевременной поставки им необходимой продукции. С финансовой точки зрения, компании удалось существенно сократить расходы на коммунальные платежи, техническое обслуживание и транспортные операции.

Самым важным, пожалуй, представляется то, что программа модернизации оборудования для отжига "под ключ" на предприятии CSI была выполнена в установленные сроки в соответствии с выделенными бюджетными ассигнованиями и с учетом всех предъявляемых к подобным проектам требований. Партнерство California Steel Industries и Rad-Con в ходе выполнения программы, в конечном итоге, вышло за рамки проекта, что позволило провести еще ряд дополнительных мероприятий по совершенствованию производственных процессов и улучшению качества продукции на предприятии CSI.

Олег Зайцев,
по материалам AISE Steel Technology

 
© агенство "Стандарт"