воздушный расходомер

Когда говорят про воздушный расходомер в нашей сфере, многие сразу представляют себе что-то вроде точного лабораторного прибора для чистых газов. На практике же, особенно на магнитных железорудных предприятиях, с которыми мы работаем, всё куда прозаичнее и сложнее. Основная ошибка — считать, что раз это воздух, то среда простая. А там и пыль магнитного концентрата, и влага от промывки, и перепады давления в пневмолиниях. Часто вижу, как инженеры ставят стандартные модели, а потом удивляются, почему показания плывут или датчик быстро выходит из строя. Тут нужен совсем другой подход.

Зачем вообще воздух в магнитной сепарации?

Если брать классические схемы, воздух там вроде бы и не главный игрок. Но современные технологии, особенно те, что разрабатывает, например, ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, активно используют пневматику. Посмотрите на их сайт https://www.jinken.ru — там прямо указано про пневматическую промывочную магнитную сепарацию. Это не просто маркетинг. В их оборудовании воздух — это рабочий агент для создания контролируемых пульсаций, для аэрации пульпы в некоторых режимах, для управления гидравликой. И вот здесь-то и возникает ключевой вопрос контроля: сколько этого воздуха подать, с каким давлением и как этот расход стабильно поддерживать.

Я лично сталкивался с настройкой их линии пневматической промывки на одном из месторождений. Задача была — заменить старые магнитные колонны. В паспорте на оборудование указаны оптимальные диапазоны расхода воздуха для эффективного разделения. Но если поставить обычный ротаметр или термоанемометрический датчик на входящую магистраль, получишь красивые цифры, которые мало что будут значить для процесса. Потому что давление на входе в сепаратор — величина непостоянная, зависит от уровня пульпы, её плотности. Получается, что измерять нужно не просто объём, прошедший через трубу, а фактический рабочий расход, влияющий на процесс. Это уже уровень другой задачи.

Именно поэтому в описании технологий Цзинькэнь фигурирует целый комплекс физических принципов: пневматика, гидравлическая пульсация. Это не набор слов. Это значит, что система управления должна учитывать взаимовлияние. Воздушный расходомер в такой системе — не самостоятельный измеритель, а один из датчиков в контуре обратной связи. Его показания используются для корректировки работы компрессора или клапанов. Если он врёт, весь алгоритм оптимизации процесса, ради которого и ставилось это современное оборудование, идёт насмарку. Концентрат получается с низким содержанием железа, и все преимущества автоматизации теряются.

Проблемы выбора и эксплуатации на реальном объекте

Опыт подсказывает, что для таких условий хорошо подходят вихревые (вихреакустические) расходомеры. Они, в теории, менее чувствительны к загрязнённой среде, у них нет подвижных частей. Но и тут есть нюанс. Вихрь образуется стабильно только при определённых скоростях потока. А в системах с пульсацией, которые как раз и создаёт оборудование Цзинькэнь, скорость воздуха — величина переменная. Датчик может начать ?терять? вихри на спаде импульса, и средний расход будет посчитан неверно.

Помню случай на одном из китайских рудников, где использовалось их оборудование. Инженеры по автоматике поставили как раз вихревой счётчик. Всё работало, пока сепаратор работал на постоянном режиме. Но как только автоматика, согласно заложенной программе, пыталась изменить режим промывки — увеличить частоту пульсаций для более тонкого разделения — показания расхода начинали хаотично скакать. Система не могла стабилизировать процесс, постоянно дергала клапаны. В итоге, после недели мучений, временно поставили простейший диафрагменный датчик перепада давления, откалиброванный прямо на месте по усреднённым практическим показателям эффективности сепарации. Коэффициент расхода для диафрагмы, конечно, ?плавал?, но для конкретного, узкого рабочего диапазона это оказалось более стабильным решением, чем ?умный? вихревой, работающий в нештатном для себя режиме.

Этот пример хорошо показывает разрыв между теорией и практикой. В каталогах и даташитах всё идеально. Но на реальной обогатительной фабрике, где в воздуховодах может оседать мельчайшая, но магнитная пыль (а она есть всегда, даже с лучшими фильтрами), где вибрация от дробилок и мельниц передаётся на трубопроводы, идеальных условий нет. Воздушный расходомер должен быть выбран с запасом по надёжности, а его установка — продумана до мелочей: прямые участки до и после, виброопоры, точка отбора конденсата перед датчиком.

Про влагу и пыль — отдельный разговор

Часто проблему видят только в твёрдых частицах, ставят хороший фильтр-грязевик и успокаиваются. Но влага — более коварный враг. В компрессорной воздух берётся из цеха, он тёплый и влажный. Пройдя через компрессор и охладитель, часть влаги конденсируется, но не вся. И вот этот насыщенный пар попадает в воздуховод, который на улице или в холодном цехе может быть холодным. Конденсат образуется уже после фильтра, прямо в трубе. Для термоанемометрических датчиков капля воды — почти гарантированный выход из строя. Для вихревых — искажение акустического сигнала. Решение — обязательный осушитель рефрижераторного типа и правильный дренаж. Но на многих старых предприятиях про это ?забывают?, экономят, а потом удивляются, почему датчики живут недолго.

Интеграция в систему управления и калибровка

Современное оборудование, такое как полностью автоматические промывочные магнитные сепараторы от Цзинькэнь, поставляется с готовой системой управления. Казалось бы, производитель должен предусмотреть всё, включая точки контроля воздуха. Так и есть, но на этапе пусконаладки часто выясняется, что штатный воздушный расходомер, идущий в комплекте, откалиброван для ?среднестатистических? условий. А на каждом месторождении — своя руда, со своей магнитной восприимчивостью, крупностью, склонностью к образованию шламов. И оптимальный расход воздуха для её обработки может отличаться.

Поэтому важнейший этап — опытно-промышленные испытания, когда технологи подбирают режимы. В этот момент показания расходомера — ключевой параметр. Но как проверить, что он показывает верно? Эталонных установок для расхода сжатого воздуха под давлением в несколько бар в цеху нет. Мы обычно идём косвенным путём: фиксируем показания датчика при котором процесс даёт максимальное извлечение и качество концентрата (это проверяется химическим анализом проб). Это значение и принимается за ?эталонное? для данного конкретного месторождения и данной партии руды. Все дальнейшие автоматические алгоритмы уже отталкиваются от него. По сути, мы калибруем не сам датчик в единицах измерения, а всю технологическую цепочку.

Этот подход, кстати, хорошо ложится на философию компании Цзинькэнь, которая позиционирует свои решения как замену целому ряду традиционных аппаратов (магнитным колоннам, дегидратационным бакам) для оптимизации процесса. Оптимизация — это всегда индивидуальная настройка. И точное измерение расхода воздуха — часть этой настройки. Без него автоматика будет просто выполнять заложенную программу, не адаптируясь к реальному сырью.

Взгляд в будущее и практические советы

Судя по тенденциям, которые видно и в разработках лидеров вроде Цзинькэнь, роль пневматики в обогащении будет расти. Методы, сочетающие электромагнитное воздействие, гидравлику и пневматику, показывают свою эффективность для повышения качества концентрата. А значит, вопросы точного дозирования и контроля воздуха станут ещё более критичными.

Исходя из накопленного, часто горького, опыта, могу дать несколько практических советов для инженеров, которые сталкиваются с задачей внедрения или обслуживания таких систем. Во-первых, не экономьте на подготовке воздуха. Хороший фильтр-осушитель — это не статья расходов, это страховка для всего контура управления. Во-вторых, при выборе типа расходомера требуйте от поставщика не только паспортные данные, но и информацию об опыте работы в схожих условиях — с пульсирующими потоками, в запылённой атмосфере. В-третьих, всегда планируйте на этапе пусконаладки время и ресурсы для ?привязки? показаний расходомера к реальным технологическим результатам, а не к эталонной установке.

Что касается конкретно технологий, где воздух используется для промывки и сепарации, как у упомянутой компании, то тут, на мой взгляд, будущее за комбинированными датчиками. Не просто воздушный расходомер, а датчик, который одновременно измеряет и расход, и давление, и, возможно, даже влагосодержание в линии. И который имеет встроенные алгоритмы сглаживания для работы с импульсными режимами. Пока такого серийного решения для наших условий я не видел, но потребность в нём ощущается очень clearly. Пока же приходится выкручиваться имеющимися средствами, полагаясь больше на опыт и понимание физики процесса, чем на идеальные показания прибора.

В конце концов, любое обогатительное оборудование, даже самое передовое, работает не в вакууме, а в суровых условиях цеха. И задача инженера — сделать так, чтобы средства контроля, такие как расходомер воздуха, не стали слабым звеном в этой цепочке, а стали надёжным инструментом для получения того самого высококачественного концентрата, ради которого всё и затевалось.