Los beneficios del control de proceso en linea

Presentado por BERNARD SEEMANN Los beneficios de desarrollar el control de proceso en línea CONTROL DE PROCESO CONTROL DE PROCESO EN PLANTA DE CEMENTO
Ø  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 LA TRADICIÓN :
TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE
DESDE 1/H a 1/ turno
LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO
ANALIZADOS MANUALMENTE
RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE
CONTROL à Acción ±1 hora después
CONTROL DE PROCESO LA DEBILIDADE DEL METODO
TRADICIONAL :
• MUESTRAS NO REPRESENTATIVA
• FRECUENCIA BAJA
•  TIEMPO DE RESPUESTA LARGO
•  ERRORES HUMANOS
Laboratorio Automático
Mezcla crudo 1
Mezcla crudo 2
Alimentación
horno
Clinker
Harina caliente
Cemento 1
Cemento 2
Field network
VenYlador Transporte Analizador de cal libre Analizador de Carbono y Azufre Hacia PLC sistema planta (LIMS, PLC, etc.) Gas (XRF/Extraccion de XRD) polvo PSD Estación de trabajo Local tecnico Instrucciones hacia alimentadores de mezcla de crudo Gabinete de control Molino y Prensa PSD Analizador XRF/XRD Estación de trabajo Programa de control de Mezcla de crudo XRF Muestras promedias XRD Laboratory network
Vision SoNware consola control móvil Estacion puente Control de Proceso en Línea
Precalcinador
Aditivos
Cantera
Silos mezcla
Mezcla crudo
Premezclado
Clinker
Silo
Machacador
Composición
Horno
Pérdida
al Fuego
Al - Fe - Ca - Si - S - P - K
7/h
HARINA CRUDA
2/h
Gas
muestra
& Análisis
Cal
libre
Continuous
5/h
HARINA CALIENTE
Cemento
Silo
Aditivos
Molino Cemento
Enfriador
Estructura
Mineral
Continuous
CLINKER
Carbono
Azufre
Tamaños
partículas
6/h
Continuous
CEMENTO
Control de Proceso en Línea
Ventajas comparado a los laboratorios centralizados
automáticos
Análisis con alta frecuencia
•  à Ahorro de energía y calidad más estable
•  Fácil de utilizar
•  Sistemas Independientes
•  à no hay riesgo de no tener ningún análisis en toda
la planta al mismo tiempo
•  Sistemas más baratos
• 
Control de la MEZCLA DE CRUDO PORQUE CONTROLAR EL CRUDO ?
Ø  Chequeo del LSF (Lime saturaYon factor) Ø  Chequear la finura, especialmente %>90 micrones Ø  Chequeo del raYo Silicato SR (raYo de Si vs Al y Fe) Ø  Chequeo del raYo Aluminio AR (raYo de Al vs Fe)
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
Control de la MEZCLA DE CRUDO Limite del método tradicional
Frecuencia de control
100 LSF 1 HORA Ajuste solo 1 vez por hora: grandes fluctuaciones 100 LSF 1 HORA Aumento de la frecuencia : fluctuaciones menores y el objeYvo se logra más a menudo LSF valor promedio alto à mas C3S à cemento mas reacYvo
Control de la MEZCLA DE CRUDO Mejor ubicación para tomar una muestra
Precalciner
Kiln Dust
Blending Silos
Additives
Quarry
Preblending
Crusher
Raw Mill
Kiln
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 Yempo de residencia de los diferentes componentes del crudo en el circuito de molienda
Control de Proceso en Línea
Esquema típico
Cuan%ficación de los mayores óxidos + software de
control de mezcla de crudo Muestreo en caída
Muestreo tornillo
PREC100
Muestreo en aerodeslizador
à Control automá%cos de los alimentadores de dosificación (weight feeders) Toma muestra
PF106
Tolva de mezcla
TRH
Muestreo a
pistón P11
Transporte
Mecánico
Hasta 7 análisis por hora Hasta 2 puntos de muestreo controlado con 1 solo analizador Hacia PLC planta o
programa de control
de mezcla de crudo:
Ca, Si, Al, Fe, etc.
Analizador
FX3500
Estudio de caso Control de mezcla de crudo Analizador Sistema Automático de control de mezcla de
crudo
Transporte de muestra Muestreo Raw Mix Control Estudio de caso Resultados
Valores de LSF del crudo durante 24 horas
una muestra cada 20 mn, con objetivo 0.97
Deviación Estándar do LSF < 0.01
Control de Harina Caliente PORQUE CONTROLAR
LA HARINA CALIENTE ?
Ø  Monitorear el valor actual del grado de calcinación a la salida del precalcinador Ø  Chequeo del valor actual del ciclo VoláYles en el horno/
precalcinador En los hornos modernos 50 a 60% del consumo de combustible
está quemado en el precalcinador.
Control del ciclo volátil: Azufre, cloro, álcalis
Control de Harina Caliente Análisis típicas
Muestreador de
Piston PC303
Determinación Carbono Azufre Hasta 4 análisis por hora Medición Perdida al fuego Sistema de
enfriamiento
Transporte de muestra
corta distancia
Hasta 2 análisis por hora Hacia PLC de
planta:
Valor de Calcinación
Y Tasa de Azufre
Hacia PLC planta :
Valor de calcinación
2 posibilidades Estudio de caso Control de Harina Caliente Sistema Automático de control de harina caliente
instalado en una planta
Analizador LOI -­‐ PAF CCR hacia control del calcinador Toma muestra de harina caliente + con su enfriador Estudio de caso Control de Harina Caliente Resultados
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 Sistema Automático de control de harina caliente
instalado en una planta de cemento
Resultados
Date
23.01.2013
Time
15.26 PM
15.56 PM
16.26 PM
16.56 PM
Average
Date
24.01.2013
LOI Analyser Result
97,32
97,90
98,28
97,74
Lab Result
97,51
97,89
97,98
97,72
Variance
-­‐0,19
0,01
0,30
0,02
97,81
97,77
0,04
Time
LOI Analyser Lab Rel
esult
Comparación
deResult
datos entre
09.36 AM
laboratorio
y el97,15
analizador en 96,61
línea
10.06 AM
97,20
97,06
10.36 AM
96,88
97,27
Variance
0,54
0,14
-­‐0,39
Control del Clinker PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?
Ø  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
-  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.
Control del Clinker PORQUE CONTROLAR EL CLINKER ?
Ø  UYlizar los dados para opYmizar la operación de quemado del horno
HORAS CONTROL DE PROCESO LA TRADICIÓN :
TOMAR MUESTRAS MANUALMENTE ≈1/H
LLEVARLAS HASTA EL LABORATORIO
ANALISIS
RESULTADOS ENVIADOS A LA SALA DE
CONTROL à Acción ±1 hora después (como
descartar el clinker fuera de especificación)
Polvo Costra? Clinker? Muestreo incorrecto, porque? Control del Clinker Sistemas de muestreo de clinker
Horno
Enfriador
Toma muestra
bajo parrillas
Enfriador
Descarga del horno
Toma muestra a la
descarga del
enfriador
Control del Clinker Sistema de Transporte de la muestra
Control del Clinker Op$mización de cal libre Analizador usando extracción por glicol y conductividad
Celda de Análisis
Celda de
Preparación
Calentamiento
Mezcla del clinker + glicol
Medición de Conductividad
CaO + (CH2OH)2 à H2O + (CH2O)22- + Ca 2+
Control del Clinker: Estudio de caso Sistema automático de control de cal libre como
instalado en una planta
CCR para controlar el proceso del horno Toma muestra a la descarga del horno Analizador de cal libre Dados de cal libre Control del Clinker: Estudio de caso Resultados
Media= 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
La planta consiguió optimizar
el valor de cal libre y
mantener una baja desviación
estándar
Control del Clinker: Estudio de caso 2 Cal libre y dados de horno
% Free lime
US Plant With 2 wet kilns % free lime
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
K-1
K-2
1
2
3
Date
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)
Control del Clinker Ahorros
Ahorros directos
Un aumento de 0,5 % de cal libre genera :
Ø  15 kcal / kg CK de ahorro de combustible
Ø  1kWh / Ton CK de energía eléctrica de molienda
Ahorros indirectos
Ø  Costes laborales análisis Manual
Ø  El costo de manejo de desechos de producción
Ø costos incidentes de Post producción
Control del Cemento PORQUE CONTROLAR EL CEMENTO ?
Ø  Evaluar el contenido de caliza (CaCO3) Ø  Evaluar el contenido de yeso (CaSO4·∙2H2O)
Ø  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 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 à
AJUSTE DEL SEPARADOR Y ALIMENTACIÓN DEL
MOLINO
Control del Cemento Cuales son las principales desventajas del método tradicional ?
Ø  Sistema de muestreo No representativo
Ø  Frecuencia de control MUY baja
Ø  Tiempo de respuesta largo
Ø  Error Humana
Ø  Valores de Blaine se uYlizan para controlar la finura Control del Cemento VALORES PSD
Calor de hidratación alta Contribución a la resistencia a corto plazo Contribución a la ulYma resistencia < 32 micrones Cero contribución a La resistencia > 32 micrones à 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: estudio de caso Analizador PSD
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)
à Análisis manual Blaine
à 3 horas son necesarias para lograr la especificación requerida
à  Perdida de ± 100 T de cemento!!
Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD
Planta de Cemento en UK
Cambios en las especificaciones del producto con análisis en línea
Product change
360 à 500 m2/kg
In spec material
Dado PSD disponible para el operador durante el cambio desde OPC
(Ordinary Portland Cement) hasta RHPC (Rapid Hardening Portland Cement)
à Menos de 30 min son necesarias para lograr la especificación requerida
à  Ahorro en tiempo de purga
Control del Cemento: estudio de caso Analizador PSD
Planta Cemento en USA
Summary of the impact of automated control and real time particle size
measurement on production parameters
Before high level
control
After high level
control, without
on line PSD
With high level
control and on
line PSD
Bucket elevator pwer (kW)
Average
48
60
69
Std. Dev.
3,81
2,35
3,33
Seperator speed rpm
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 Average
1414
1536
1476
Std. Dev.
40
45
22
Total feed rate (tph)
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
2125,49
2176;54
2454,35
60,22
61,21
59,69
Mill power (kW)
One day strengths (psi)
Average
C3S (%)
Average
CONTROL DE PROCESO
Conclusiones
o 
o 
El control de calidad debería ser utilizado para optimizar el proceso de
fabricación del cemento y no solo para hacer informe post portem
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
o  payback < 1 AÑO
•  Presentado por •  BERNARD SEEMANN GRACIAS POR SU
ATENCION