Наименование инновационного проекта

Установка для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) «Вита-С»

Рекомендуемая область пременения

Разработка может использоваться на всех металлургических и машино-строительных предприятиях с единичным, серийном и массовом производст-вом, имеющих как централизованные, так и индивидуальные системы приме-нения СОЖ.

Назначение, цели и задачи проекта

Потенциал любой экономически развитой страны определяется эффективностью промышленного производства и качеством выпускаемой продукции. Одним из неотъемлемых элементов производственных процессов, связанных с обработкой металлов, являются СОЖ –  водные эмульсии, растворы, суспензии, смеси. Тысячи предприятий машиностроения и металлургии, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно потребляют миллионы тонн СОЖ. В процессе эксплуатации, жидкости загрязняются механическими примесями, техническими маслами и другими отходами обработки, подвергаются биопоражению, теряют свой технологический потенциал. Это приводит к необходимости частой, порой до двух раз в месяц, замены загрязненных жидкостей свежеприготовленными.

По данным Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды, приведенным в государственном докладе «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 году», объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты составил в целом по России 20 657 млн. м³., в том числе предприятиями черной металлургии 699 млн. м³., машиностроения и металлообработки – 597 млн. м³. В то же время объем перерабатываемых промышленных отходов, в частности по Москве, составляет не более 10-15% от образующегося количества. Среднегодовая нагрузка на экосистемы Волги и ее притоков в 5 раз превосходит нагрузку на водные экосистемы других регионов России. Таким образом, отработанные СОЖ создают серьезную экологическую проблему для городов, имеющих крупные градообразующие промышленные предприятия.

Состояние машиностроительной промышленности России делает проблему экологизированного ресурсосберегающего применения СОЖ все более актуальной, что обусловлено рядом новых обстоятельств – сокращением и истощением природных запасов нефтепродуктов и увеличением их стоимости; ухудшением экологической ситуации и ужесточением требований к охране окружающей среды и, в частности, к экологической чистоте и безопасности производственных технологий; все более увеличивающейся долей в себестоимости готовой продукции затрат на СОЖ. Расходы предприятий на приготовление и применение СОЖ и утилизацию отработанных жидкостей неуклонно и быстро возрастают. Выход из создавшейся ситуации лежит в создании систем применения СОЖ с замкнутым циклом ее использования, т.е. в резком повышении экологизации высокотехнологичных производств.

С учетом изложенного, целью настоящего проекта является создание технологических основ, разработка и реализация в машиностроении и металлургии экологизированных ресурсосберегающих технологий и техники применения СОЖ. Основополагающей идеей является недопустимость сбросов отработанной СОЖ и продуктов ее переработки в окружающую среду и экономия ресурсов, затрачиваемых в технологическом процессе применения СОЖ, за счет обеспечения максимально замкнутых технологических циклов

В данном проекте обозначенная проблема решена на базе результатов многолетних исследований процессов очистки загрязненных жидкостей от различных примесей при их длительной эксплуатации.

Разработанная установка "Вита-С" обеспечивает циркуляцию жидкости в системе в замкнутом цикле и осуществляет важнейшие функции – приготовление и аккумуляцию свежей или очищенной СОЖ, ее подачу к технологическому оборудованию (металлорежущим станкам, автоматическим линиям, прокатным станам и др.), аккумуляцию загрязненной СОЖ, очистку ее от различных примесей.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Загрязнение СОЖ металлическими и неметаллическими включениями, посторонними техническими маслами приводит не только к снижению эффективности и качества обработки материалов, но и к быстрому развитию в жидкости бактерий, которые приводят к необходимости ее замены свежеприготовленной СОЖ. Эффективная очистка жидкости в процессе ее эксплуатации обеспечивает многократное (до 10 раз и более) увеличение срока ее использования без замены, повышает эффективность операций обработки металлов.

Анализ научно-технической информации и результаты обследования систем применения СОЖ, функционирующих на ведущих машиностроительных и металлургических предприятиях показал, что используемые системы очистки СОЖ, основанные на применении баков-отстойников, намывных фильтров, гидроциклонов, центрифуг и т.д.,  имеют ряд существенных недостатков. Это или малая производительность, или высокая энергоемкость, или низкая степень очистки, или необходимость применения расходных материалов, являющихся в свою очередь дополнительным отходом, усугубляющим негативное воздействие системы применения СОЖ на окружающую среду. Основная причина такой ситуации заключается в отсутствии соответствующих технологий и реализующих их надежных, эффективных и недорогих (с точки зрения как эксплуатационных затрат, так и капитальных вложений) установок. При разработке подобных систем применения СОЖ ставилось целью только обеспечение основного производства СОЖ, вопросам же экологизации и замыкания циклов движения материальных потоков не уделялось внимания.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Ульяновский областной технопарк, совместно с Ульяновским государственным техническим университетом и рядом промышленных предприятий г. Ульяновска, разработал гамму систем и устано­вок серии «ВИТА-С» различной производительности на основе кассетных магнитных сепараторов, которые обеспечивают эффективную очистку СОЖ от шлама и инородных масел.

Установка «Вита-С» работает следующим образом. Загрязненная СОЖ с технологического оборудования подается по лотку 6 (рис. 1) самотеком в емкость предварительной очистки 18, где осуществляется флотационная и седиментационная очистка СОЖ от «инородных» масел и механических примесей. Эффект флотации создается за счет части оборачивающейся СОЖ, насыщенной воздухом в эжекторе 4 и подаваемой в емкость окончательной очистки 19 через гаситель потока 12. Регулировка количества воздуха обеспечивается с помощью вентиля 3. Пузырьки воздуха, поднимаясь к поверхности жидкости, увлекают за собой легкие фракции загрязнений («инородные» масла и механические примеси), образуя на поверхности пеномасляный слой. Тяжелые фракции шлама (стружка и продукты износа инструмента) оседают на дно емкости и удаляются скребковым конвейером 10 в тару для шлама. Пена потоком жидкости перемещается в рабочую зону маслосъемного барабана 16, который приводится во вращение от привода 15, состоящего из волнового мотор-редуктора и цепной передачи. Пеномасляный слой захватывается поверхностью вращающегося барабана, с которой затем снимается ножом 17, и стекает в бак 1. По мере накопления масла в баке, оно откачивается электронасосом.

Рис. 1. Общий вид установки "Вита-С" для очистки СОЖ:

1 – бак для масла; 2 – кассетный магнитный сепаратор; 3 – вентиль;

4 – эжектор; 5 – корпус; 6 – лоток для слива загрязненной СОЖ; 7 –привод скребковых конвейеров; 8 – кран; 9 – мотор-редуктор; 10 –скребковый конвейер; 11 – труба; 12 – гаситель потока; 13 – трубопровод отвода очищенной СОЖ; 14 – гидростанция; 15 – привод маслосъемного барабана;

16 – маслосъемный барабан; 17 – нож; 18 – емкость предварительной очистки;

19 – емкость окончательной очистки

Из емкости предварительной очистки СОЖ перетекает в емкость окончательной очистки 19 через переливной карман, расположенный за маслосъемным барабаном, при этом масляная пленка удерживается в зоне действия барабана специальной перегородкой. В емкости для окончательной очистки СОЖ проходит через кассетный магнитный сепаратор 2, где очищается от взвешенных ферромагнитных примесей. Рабочие движения магнитного сепаратора осуществляются с помощью гидроцилинтров, приводимых в движение от гидростанции 14.

Скребковый конвейер 10 состоит из привода 7 с мотор-редуктором 9, приводного вала, трех отклоняющих валов и цепей со скребками.

Очищенная СОЖ отводится из установки по трубопроводу 13.

Базовый вариант установки дополнительно комплектуется необходимым насосным оборудованием, транспортной подсистемой для подачи и сбора СОЖ с технологического оборудования и системой управления, обеспечивающей автоматический режим работы подсистемы. Насосное оборудование рассматриваемой установки «Вита-С» включает два электронасоса, выполняющих следующие функции: П-32М (32 л/мин) – перекачка СОЖ из емкости для окончательной очистки в емкость для предварительной очистки через эжектор 4; П-200 МС (200 л/мин) – подача СОЖ на станок. Оснащение подсистем серии «Вита-С» указанным дополнительным оборудованием позволяет использовать их в качестве самостоятельных систем применения СОЖ.

При необходимости, слив СОЖ из установки осуществляется через два патрубка, к которым присоединены трубы 11 и краны 8.

Принципиальные отличия систем данного типа от других, в том чис­ле зарубежных, систем очистки и применения СОЖ:

- возможность работы с жидкостями любой загрязненности;

- возможность работы с жидкостями любого состава;

- не используются импортные расходные материалы (например, фильтровальная бумага) и, следовательно, исключается проблема их при­обретения и, главное - утилизации;

- удаляются как твердые частицы, так и посторонние масла, попа­дающие в СОЖ с оборудования;

- разработанная технология позволяет разрабатывать и изготавливать как индивидуальные установки (для отдельных станков), так и централизо­ванные системы (для участков, цехов, производств).

Срок окупаемости установок обычно не превышает одного года.

Благодаря прогрессивным решениям, в конструкции установки прак­тически отсутствуют какие-либо кинематически сложные механизмы, что обеспечивает ее высокую надежность, простоту эксплуатации и ремонта.

Система самоочищаемая, т. е. в ее конструкции отсутствуют застой­ные зоны, в которых мог бы скапливаться шлам, требующий периодиче­ской остановки системы с целью ее ручной очистки.

Используемые в установке для очистки магнитные патроны обеспе­чивают ее многолетнюю бесперебойную работу. Затем патроны легко за­меняются новыми, а использованные, при желании, могут быть подвергну­ты восстановлению их магнитных свойств.

Технические характеристики системы очистки СОЖ «Вита-С»

Режим работы системы

Работа системы централизованной очистки и подачи СОЖ преду­сматривается в одну - две смены в рабочем режиме, в режиме выходного дня – до 6 часов в сутки.

Продолжительность рабочей недели для рабочего режима - 40 часов, продолжительность смены - 8 часов.

Начало смен, окончание их и длительность обеденных перерывов оп­ределяются графиком завода.

Расчетный годовой фонд времени работы оборудования и рабочих в рабочем режиме составляет 4130 часов, в режиме выходного дня - 624 ча­са.

Основные особенности принятых технологических решений

В проекте приняты за основу процесса прогрессивные, малозатратные и экологически обоснованные технологии, дающие экономический эффект.

Технологические процессы предельно просты и не требуют дорого­стоящего импортного оборудования. Степень автоматизации и механиза­ции составляет более 85%.

В проекте приняты следующие техпроцессы:

- очистка от крупных механических примесей скребковыми конвейера­ми (драгами);

- очистка от посторонних масел и легких частиц флотацией;

- извлечение посторонних масел маслосъемным барабаном;

- улавливание мелкодисперсных механических частиц высокоэффек­тивными магнитными сепараторами;

- аэрация эмульсии с применением инжектора и одновременно флота­ция в режиме выходного дня;

- рециркуляция СОЖ при помощи насосных агрегатов;

- отстой масла в маслосборном баке и его откачка по мере накопления;

- отстой шлама в таре на поддоне.

Сводные данные по оборудованию

Установка состоит из не стандартизованного специального оборудования (магнитных сепараторов) и покупных изделий отечественного производства. Перечень технологического оборудования приведен в табл. №1.

                                                                           Таблица №1

Описание режимов работы, технологических операций и

принципиальной схемы

Система работает в следующих режимах:

а) автономном - с индивидуальным включением и выключением всех узлов, механизмов и электронасосов;

б) автоматическом - с обеспечением приема СОЖ со станков, очист­ки СОЖ и подачи ее к станкам;

в) выходного дня - с включением системы в автоматический режим 3 - 4 раза в день на 1 - 2 часа.

Система обеспечивает выполнение следующих технологических опе­раций в автономном режиме:

а) промывку системы;

б) приготовление СОЖ;

в) подготовку системы к работе в автоматическом режиме;

г) пуско-наладочные работы;

д) очистку СОЖ, привозимой из других цехов, и выдачу очищенной СОЖ;

е) очистку привозной СОЖ от магнитных и немагнитных материалов, инородных масел с последующим направлением ее на утилизацию;

ж) очистку СОЖ системы и направление ее на утилизацию.

Система обеспечивает выполнение следующих операций в автомати­ческом режиме:

а) удаление из СОЖ инородных масел и грязи с помощью флотатора и маслосъемного барабана;

б) удаление магнитных металлических частиц (до 40 мкм) с помощью магнитного сепаратора;

в) удаление немагнитных металлических частиц с помощью вакуум­ного фильтра;

г) удаление крупных механических примесей с помощью конвейера скребкового донного (драга).

Система обеспечивает выполнение следующих операций в режиме выходного дня, которая осуществляется с автоматическим управлением:

а) аэрацию СОЖ с помощью флотатора;

б) удаление инородных масел с помощью маслосъемного барабана;

в) удаление мелких магнитных частиц (до 10 мкм) с помощью маг­нитного сепаратора;

г) удаление немагнитных примесей с помощью вакуумного фильтра.

Данная технология, с использованием модуля тонкой очистки, позволя­ет получить степень очистки 95 - 98%.

         В режиме выходного дня система очистки СОЖ замыкается на внутренний цикл работы, то есть осуществляется  периодическая (3…4 раза в сутки) кратковременная (до 1 часа) циркуляция жидкости в системе без ее подачи на участок. Это обеспечивает не только дальнейшую дополнительную очистку СОЖ, но и создает благоприятные условия для предотвращения процесса  развития бактерий.

         Масло в маслосборном баке, оборудованном насосной установкой, уровнемером и контрольными кранами, отстаивается и откачивается насосом в автоцистерну и отвозится на регенерацию. При заполнении бака подается сигнал на пульт управления установкой и оператор должен принять меры для откачивания масла в автоцистерну. Маслосъемные барабаны отключаются до момента освобождения бака.

Отопление, вентиляция

Отопление и вентиляции проектом не предусматриваются, так как используются существующие производственные площади.

Вредных дополнительных выделений от установки очистки нет, по­этому используется существующая обще-обменная приточно-вытяжная вентиляция.

Водопровод, канализация

Подпитка системы осуществляется от существующего водопровода и корпусной системы приготовления СОЖ. Слив на очистные сооружения отработанной эмульсии сокращается в 12 раз. Для этого используются су­ществующие сети и очистные сооружения.

 Сжатый воздух

Сжатый воздух используется для периодической аэрации эмульсии при помощи инжектора. Расход воздуха составляет до 1 м /ч. Источником воздухоснабжения служат цеховые сети сжатого воздуха давлением 4-6атм.

 Технологические трубопроводы

Технологические трубопроводы входят в состав системы и выполня­ются из стальных труб. Соединение труб на сварке, в местах установки ар­матуры и приборов - на фланцах и резьбовых соединениях.

Электрооборудование и освещение

Силовыми электроприемниками являются электродвигатели насос­ных агрегатов, конвейеров, приводов маслосъемных барабанов, а также шкафы управления оборудованием установки очистки.

Установленная мощность токоприемников составляет 5,5 кВт, вклю­чая и резервные агрегаты. По степени надежности и бесперебойности элек­троснабжения потребители относятся к 3 категории. В соответствии с ПУЭ все металлические, нормально не находящиеся под напряжением, части электроустановок должны быть заземлены.

Электроосвещение дополнительное не требуется, предполагается ис­пользовать существующее, если оно не мешает монтажу оборудования ус­тановки. Дополнительно необходимо будет выполнить освещение мест, попадающих в зону тени от устанавливаемого оборудования.

Автоматизации системы

Автоматизации подлежат блокировки предельных уровней эмульсии в отделении очищенной СОЖ блока очистки, маслосборного бака, поддонов, а также работа магнитного сепаратора и флотатора. Шкафы управления оборудованием установки устанавливаются в удобном для обслуживания месте по согласованию с Заказчиком.

 Охрана окружающей среды

Проект предусматривает, кроме улучшения техноло­гических свойств эмульсии, решение задач экологического характера, то есть сниже­ние вредных воздействий на окружающую среду.

Технологические процессы эффективной очистки эмульсии и аэра­ции позволяют:

- уменьшить способность эмульсии к бактериальному заражению (гниению), улучшив тем самым санитарные условия воздушной среды в цехе и выбросах вытяжной вентиляции;

- увеличить срок службы эмульсии, уменьшив сброс ее на разложе­ние в 10 раз, а при определенных условиях и исключить слив в канализа­цию;

- резко уменьшить использование химикатов, применяемых для раз­ложения СОЖ;

- снизить водопотребление для приготовления новых эмульсий, оста­вив только подпитку на компенсацию безвозвратных потерь;

- уменьшить потребление концентратов для приготовления эмульсии;

- уменьшить расход воды на промывку оборудования;

- извлечь из эмульсии посторонние минеральные масла;

- практически исключить содержание в стоках металлического и аб­разивного шлама, извлекая его из эмульсии при ее очистке.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Экономический эффект от использования разработок в промышленности образуется за счет следующих основных источников: повышение производительности обработки за счет интенсификации режима обработки при обеспечении заданного качества изделий; улучшение качества изделий при неизменном режиме обработки; увеличение периода стойкости инструмента; уменьшение затрат на приобретение исходных продуктов для приготовления СОЖ; уменьшение затрат на утилизацию отработанных СОЖ и природопользование.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Расчетная годовая экологическая эффективность от применения установок «Вита-С» только по Приволжскому региону выражается следующими цифрами:

- возвращается в оборот  60 млн. м³  СОЖ;

-ликвидируется сброс вод после разложения СОЖ  в количестве 70 млн. м³;

- уменьшается на 72 млн. м³ водозабор;

- ликвидируется сброс на свалки 17 млн. т шламов, загрязненных компонентами СОЖ и смазочными маслами.

Новые потребительские свойства продукции

Преимущества установок данного типа перед существующими, в том числе зарубежными, аналогами:
•возможность работы с жидкостями любой загрязненности и любого состава;
•не используются импортные расходные материалы (например, фильтровальная бумага), а, следовательно, исключается проблема их приобретения и утилизации;
•удаляются как твердые частицы, так и посторонние масла, попа-дающие в СОЖ с оборудования;
•отсутствие кинематически сложных механизмов.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Специальные требования к сырью и материалам отсутствуют. Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Освоено производство систем очистки СОЖ «Вита-С». Эти системы сегодня эффективно работают на двадцати крупнейших машиностроительных и ме-таллургических предприятиях России.

Использование разработки в промышленности

Наименование предприятия-пользователя:
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (г. Липецк)
АО «Ижорский трубный завод» (г. Колпино)
ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» (г. Чебоксары)
ОАО «Уралмаш» (г. Екатеринбург)
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (г. Липецк)
АО «Волжский автомобильный завод» (г. Тольятти)
ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» (г. Магнитогорск)
ОАО «Северсталь» (г. Череповец)
ЗАО «Станко-Вендт» (г. Москва)
ММПП «Салют» (г. Москва)

Предлагаемые инвестиции

300 млн. руб.
из них бюджетных – 150 млн. руб., внебюджетных – 150 млн. руб.

Рынки сбыта

Разработка может использоваться на всех металлургических и машино-строительных предприятиях с единичным, серийном и массовом производст-вом, имеющих как централизованные, так и индивидуальные системы приме-нения СОЖ.
Предполагаемый объем реализации:
2007 г. – 75 млн. руб.
2008 г. – 150 млн. руб.
2009 г. – 300 млн. руб.
2010 г. – 500 млн. руб.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не име-ет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

25.09.2006