Решение проблем эрозии мельниц

Оперативный ремонт от компании Metso Outotec для минимизации потерь производства

Эрозия — это явление постепенного износа конструктивных элементов вращающегося корпуса мельницы под многократным контактным воздействием потока пульпы. Это может происходить по целому ряду причин, среди которых пренебрежение заменой футеровки, отрыв приклеенной резиновой подложки или неправильная конструкция футеровки. 18 сентября 2016 года на галечной мельнице второй стадии измельчения одной из обогатительных фабрик был обнаружен эрозионный износ. Мельница имеет конструкцию с опорой на корпус и разгрузочной решеткой. Эрозия возникла на барабане мельницы с внешней стороны элеваторов пульпы, соединяющихся с торцевой крышкой со стороны разгрузки. Изначально повреждение было оценено как очень сильное; протяженность эрозии материала составляла около 3,7 метра и достигала 70% толщины корпуса в отдельных местах.

Первоначальное визуальное обследование изношенной области не выявило наличия трещин в корпусе мельницы в местах эрозии, однако специальный контроль трещинообразования выполнен не был. Представители фабрики обратились к компании Metso Outotec за помощью в принятии решения о:

• Дальнейшей эксплуатации в текущем состоянии до поставки нового корпуса мельницы

      или

• Выполнении ремонта, который либо позволил бы избежать необходимости приобретать новый корпус, либо обеспечил безопасную эксплуатацию мельницы до поставки нового корпуса.

Оценка ситуации осложнялась тем, что в 2004 году на этой же мельнице был проведен ремонт участка эрозии, но должное понимание деталей проведения этого ремонта отсутствовало.

ОПИСАНИЕ КОНТУРА И ПАРАМЕТРОВ МЕЛЬНИЦЫ

Контур оснащен мельницей самоизмельчения первой стадии измельчения, оборудованной барабанным грохотом (бутарой) для отсеивания рудно-галечной фракции размером 6–30 мм. Получаемая рудно-галечная фракция затем используется в качестве мелющей среды в галечной мельнице с разгрузочной решеткой второй стадии измельчения. Галечная мельница работает в закрытом цикле с гидроциклонами с циркуляционной нагрузкой, составляющей около 140% общего объема питания. Проектная потребляемая мощность мельницы составляет от 4000 до 4400 кВт при установленной мощности 4500 кВт. Проектный уровень загрузки — 30–40% по объему. Производственная задача заключалась в поддержании потребляемой мощности на уровне 4400 кВт для обеспечения наибольшей производительности. Типичная рабочая плотность пульпы мельницы составляла 72% (по массе), удельный вес питания — около 4,9, при этом удельный вес гали был, как правило, более низким, на уровне 4,7.

В данной галечной мельнице уровень загрузки часто превышал проектное значение в 40% по объему из-за более низкого удельного веса гали, высокого расхода питания и большой циркуляционной нагрузки. Как правило, измеренный уровень загрузки составлял 43%, и в отдельных редких случаях превышал 50%.

ПЕРВЫЕ МЕРЫ

Группа эксплуатации фабрики предлагала заплавить области износа металлом и контролировать состояние ежемесячно до поставки нового корпуса.

Специалисты Metso Outotec были обеспокоены тем, что в корпусе могут быть трещины, несмотря на то, что они не были выявлены при визуальном контроле, и без принятия обширных корректирующих мер эксплуатация могла привести к полному разрушению оборудования.

Ввиду затруднений языкового характера компания Metso Outotec предоставила наглядную иллюстрацию процесса ремонта, необходимость которого потребуется рассмотреть в случае обнаружения трещин (см. рисунок 5).

В целях сокращения времени простоя компания Metso Outotec параллельно предприняла следующие действия.

В группу эксплуатации фабрики был направлена просьба о выполнении тщательной очистки и пескоструйной обработки зон эрозии корпуса с последующим полным неразрушающим контролем (НК), включающим магнитно-порошковую дефектоскопию и ультразвуковую дефектоскопию.

Компанией Metso Outotec были начаты расчеты методом конечных элементов для анализа диапазонов местных напряжений в корпусе мельнице с учетом возникших по причине эрозии изменений в геометрических формах конструкции. Анализ методом конечных элементов был выполнен с помощью программного обеспечения Advanced Analysis Software собственной разработки Metso Outotec. Анализ методом конечных элементов включал следующие сценарии:

• Исходный — с геометрией оборудования на момент поставки
• Эрозия по позиции 1 – типичная форма эрозии
• Эрозия по позиции 2 – точка наибольшего повреждения

Бригада сварщиков, аттестованных по методике ремонта толстых плит сваркой, была приведена в готовность к мобилизации на площадку в случае определения необходимости в ремонте.

Результаты анализа методом конечных элементов

Анализ методом конечных элементов показал высокие напряжения в четырех ключевых местах:

• Точка 1 — Т-образный сварной шов снаружи корпуса
• Точка 2 — Т-образный сварной шов снаружи корпуса или непосредственно зона, подвергнувшаяся эрозионному износу
• Точка 3 — Напряжения в самой тонкой точке зоны эрозионного износа
• Точка 4 — Напряжения, наблюдаемые снаружи подшипника скольжения

При анализе методом конечных элементов использовалась «проектная» рабочая загрузка в 43% объема. Выводы анализа методом конечных элементов можно резюмировать следующим образом:

• Сценарий a) - Напряжения в оборудовании с исходной геометрией на момент поставки находились в пределах технических условий Outotec.
• Сценарий b) - Выявлено значительное превышение допустимых напряжений в точках 2 и 3.
• Сценарий с) - Выявлено значительное превышение допустимых напряжений в точках 2 и 3.

Иллюстрация результатов анализа методом конечных элементов приводится на Рисунке 6.

РЕЗУЛЬТАТЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (НК)

Зона эрозии была обследована методом капиллярной дефектоскопии. Как показано на Рисунке 7, НК выявил в общей сложности 24 поверхностные трещины.

На основе высоких напряжений в точках 2 и 3, рассчитанных при анализе методом конечных элементов, было спрогнозировано крайне быстрое развитие трещин, обнаруженных в зонах эрозионного износа, и по этой причине рекомендовалось прекратить дальнейшую эксплуатацию мельницы в текущем состоянии.

ДАЛЬНЕЙШИЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ПРОЦЕСС РЕМОНТА

По результатам НК ремонтная служба фабрики посчитала маловероятной возможность возврата мельницы в состояние, пригодное для продолжительной эксплуатации. Поэтому дальнейшие усилия были перенацелены на определение возможностей возвращения мельницы в работу в кратчайшие сроки в состоянии, пригодном для непрерывной эксплуатации до момента доставки сменного корпуса на площадку.

Совместными усилиями представителей фабрики и компании Metso Outotec были определены следующие дальнейшие шаги и методика ремонта:

1. Расширить анализ методом конечных элементов, включив сценарий:

а) Сценарий d) – Ремонт до 30 мм — это сценарий частичного ремонта сваркой, при котором глубина эрозионного износа будет сокращена до 30 мм.

2. Мобилизовать ремонтную бригаду сварщиков с необходимым оборудованием для проведения работ с применением методики ремонта толстых плит сваркой компании Metso Outotec:

• Удалить трещины
• Выполнить ремонт сваркой
• Провести НК
• Указать необходимые корректирующие меры для выполнения условий приемки

3. Провести закупку сварочных материалов с высокой степенью наплавки для двух сценариев:

• Частичный ремонт до 30 мм: около 167 кг
• Полный ремонт: около 406 кг

4. Запланировать мобилизацию бригады по полировке подшипника скольжения для восстановления требуемых допусков в подшипнике скольжения в случае, если ремонт сваркой вызовет искажения геометрии сверх допустимых пределов.

РАСШИРЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Одновременно с отправкой на площадку ремонтной бригады был выполнен анализ методом конечных элементов для 4-го сценария геометрии корпуса мельницы. Было установлено, что в результате ремонта точек эрозии, при котором по сравнению с исходной конструкцией недостаток толщины металла будет сокращен до 30 мм, в точке 2 будут возникать напряжения, превышающие допустимые пределы, но не значительно, учитывая принятый план по ремонту мельницы. В точках 1, 3 и 4 напряжения будут находиться в допустимых пределах в соответствии с техническими условиями Metso Outotec (см. Рисунок 8).

Согласно выполненным расчетам, при уменьшении недостатка толщины металла до 30 мм после ремонта, барабан мельницы с большой вероятностью выдержит эксплуатацию в течение 26 недель, требуемых для поставки нового барабана на площадку. Соответственно, в процессе взаимного согласования между Outotec и фабрикой было принято решение выполнить ремонт в варианте с измененной геометрией, «уменьшенной на 30 мм».

 УДАЛЕНИЕ ТРЕЩИН И РЕМОНТ СВАРКОЙ

• Рабочие условия на фабрике очень осложняют задачу, и поэтому требуется контроль за поддержанием оптимальных условий по температуре, запылению и т.д.;
• Некачественное удаление трещин может приводить к искажениям геометрии и потерям времени, поэтому методика описывает методы, которые должны применяться для оптимизации процесса удаления трещин;
• Для ускорения процесса ремонта могут применяться методики сварки с высокой скоростью наплавления, прошедшие предварительную аттестацию;
• Изделие не будет подвергаться термообработке для снятия напряжений после ремонта, поэтому в процедуре указываются методы предотвращения образования излишних остаточных напряжений;
• Ремонт сваркой сопряжен с высоким риском образования трещин, поэтому должны приниматься меры предотвращения растрескивания в результате сварки;
• Изделие ранее подвергалось механической обработке до проектных размеров и допусков, поэтому ремонт должен быть выполнен таким образом, чтобы избежать искажений геометрии, при которых изделие станет непригодным для использования;
• Требуется проводить мероприятия по контролю качества, которые обеспечивали бы соответствие конечного изделия его предназначению.

ПОЛИРОВКА ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

Галечная мельница второй стадии измельчения опирается на гидростатические подшипники с несколькими колодками, имеющими смазочную пленку толщиной около 120 микрон. Несмотря на то, что смазочная пленка достаточно толстая, допуски по форме подшипника скольжения весьма жесткие. Хотя в результате ремонта сваркой не возникли значительные искажения геометрии, было принято решение отполировать подшипник скольжения со стороны разгрузки для обеспечения соблюдения допуска для подшипника. Для выполнения процедуры полировки с использованием ленточно-шлифовального станка, установленного на станине с поперечным ходом, был привлечен сторонний подрядчик. После завершения полировки была выполнена промывка контура смазки подшипника для удаления любых остатков металлических опилок, образовавшихся в процессе полировки.

 КОНЕЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

19 октября 2016 года, спустя один месяц и один день с момента первого обнаружения эрозии, мельница была повторно запущена в эксплуатацию на полной мощности, при этом параллельно организовывалась доставка сменного корпуса.

Данный инцидент создал значительные сложности для эксплуатирующей фабрики, тем не менее, в сложившейся ситуации компания Outotec и фабрика работали слаженно над скорейшим решением проблемы, разделяя общее понимание рисков. В данной ситуации отличный результат был достигнут в сроки, которые были бы недостижимы без сотрудничества между фабрикой и Outotec.