Экономическая загрузка вагонов

Шенк Украина / Решения / Горнодобывающая и угольная, металлургия и коксохимия / TrainLoader - Система загрузки составов / Экономическая загрузка вагонов

Горнодобывающие компании тратят  значительные средства при погрузке вагонов на предприятиях горнорудной промышленности, при транспортировке сырья в морских портах и речных гаванях.

Детально объяснены различия между весовыми и объемными методами погрузки, представлены также технические и экономические преимущества весовой системы погрузки.

На примере весовой системы загрузки состава SCHENCK Process GmbH, Дармштадт дано описание применения на угольной шахте в Австралии.

Проблема

В горнорудной промышленности при открытой и закрытой разработке месторождений значительная часть затрат идет на загрузку и транспортировку сырья в вагонах на внутренних ЖД ветках предприятий и в адрес других предприятий-грузополучателей, включая металлургические заводы, ТЭС, порты и т.д. По предварительной оценке величина транспортных расходов от места выработки до погрузки в водный транспорт в морских и речных портах достигает 35% общей стоимости продукции.
Ввиду сильной международной конкуренции между угле- и рудодобывающими компаниями возрастает влияние фактора цены. Это требует проведения тщательного анализа существующих логистических принципов, используемых на конкретном предприятии. Такой анализ позволяет обнаружить резервы для оптимизации и снижения транспортных расходов.

В настоящее время на горнорудных предприятиях, кроме оптимизации процессов добычи и переработки, повышенное внимание начинает уделяться логистике. Решения по усовершенствованию логистических операций направлены, прежде всего, на раскрытие большого неиспользуемого потенциала, который позволит оптимизировать процессы загрузки и выгрузки. Возможностей для повышения эффективности здесь намного больше, чем собственно в технологиях добычи и переработки.

В этой статье обсуждаются различные системы загрузки вагонов, их преимущества и недостатки. Описанные подходы и решения дают возможность понять принципиальные отличия различных систем и дают базу для обсуждения требований к современным установкам для загрузки и транспортировки сыпучих материалов, которые являются неотъемлемой частью всего производственного процесса.

Объемные Системы Загрузки вагонов состава

В отношении экономичности и гибкости в работе, типичным объемным системам загрузки все большую конкуренцию составляют весовые системы.

Традиционно объемные системы загрузки (Рис.1) используются при загрузке вагонов на участке добывающих работ в угольной или рудной шахте. Главный недостаток таких систем - слабый контроль количества материала, загруженного в вагон - был вызван низкими капиталовложениями в эти системы.

Анализ веса вагонов одного типа, которые последовательно загружались объемным методом и заданным одинаковым количеством руды, при весовой проверке показывают достаточно широкий разброс в весе.

Это указывает на типичную проблему, связанную с применением объемных станций загрузки вагонов. Неизбежные колебания в массовой плотности продукта в течении периода загрузки приводят к заполнению неравным количеством материала, и, соответственно, попытки избежать перегрузки вагонов - к усредненной недогрузке вагонов. Увеличение усредненного количества материала в вагоне повышает опасность перегрузки части подвижного состава, что в свою очередь вызывает повышенный износ ЖД пути и самих вагонов. Не менее серьезный аспект - правовые и моральные последствия несчастных случаев непосредственно на производстве и при авариях, возникающих вследствие изношенности пути и подвижного состава.

Рис. 2 показывает типичную эффективность системы объемной загрузки поезда в районе Долины Хантер, Австралия. С помощью точных вагонных весов в порту назначения, было доказано, что используемые вагоны (95 тонн  + вес тары) при заполнении объемной системой имеют тенденцию быть недогруженными в среднем на 3 %.  В расчете на полную годовую производительность региона Долины Хантер, эти отклонения суммируются, и при ошибочной загрузке теряется приблизительно в 1,8 мил тонн полезного объема загрузки.

При оптимальном использовании объемно-весовой вместимости вагона (без учета  сэкономленных средств на избежание повреждений и износ инфраструктуры) была бы возможна экономии затрат около 0.15 Австралийских долларов за тонну при доставке на расстояние 500 км. Приватизация железных дорог и жесткие требования по перегрузу вагонов, диктуемые соответствующими законами и страховыми компаниями особенно в Австралии, требуют усиления мониторинга и построения систем безопасности, которые позволят избежать аварий и несчастных случаев. Объемные системы загрузки могут не соответствовать этим возрастающим требованиям.

Весовые Системы Порционной Загрузки

В связи со значительными недостатками объемных систем загрузки, возрастающей интернационализацией рынка и упорядочиванием договорных обязательства между производителем  и заказчиком, вырос спрос на весовые системы порционной загрузки (Рис. 3). Такие системы позволяют легко автоматизировать загрузку, регистрировать и сохранять данные по грузу непосредственно на месте загрузки, а не на удаленных весовых терминалах железных дорог и портов. Кроме того, эти системы соответствуют требованиям операторов железнодорожной сети по дополнительной защите от перегрузки и избежанию аварий на дорогах и несчастных случаев.

Принцип работы весовых систем загрузки состава

Весовые системы загрузки состава, поставляемые, например, Шенк Процесс ГмбХ, передают грузоподъемность конкретного вагона в весовой дозатор еще перед тем, как продукт будет загружаться в вагоны. За счет использования кольцевых весовых датчиков кручения и измерительной электроники со статической точностью взвешивания +/- 0.05 %, эти системы дозирования имеют калиброванную точность порционной динамической загрузки +/- 500 кг относительно установленного веса порции. Современные системы загрузки на основе бункерного дозатора обеспечивают простое среднеквадратичное отклонение относительно точности загрузки вагона 95 кг (1σ), т.е. 67 % вагонов загружается в пределах +/- 95 кг (1σ), 95 % вагонов  с отклонением +/-190 кг (2σ), или 99.7 % вагонов  с отклонением +/- 285 кг (3σ). Такая эффективность недосягаема для объемных систем загрузки, которые обычно достигают средней точности +/-3000 – 4000кг на вагон для загрузки угля или +/- 5000 - 7000 кг для сыпучих материалов с высокой объемной плотностью, напр. железная руда.

Выбор оптимальной весовой системы загрузки

Как показано в Таблице, выбор подходящей весовой системы загрузки в принципе основан на объемах продукта, который должен быть отгружен, структурно-организационных критериях, объемах инвестиций и последующих затратах на эксплуатацию. Если нет ограничений касательно высоты системы загрузки и при этом должны отгружаться большие объемы продукта, как правило, отдают предпочтение весовым дозирующим системам. Для заводов, которые установлены вблизи жилых районов, более предпочтительными являются компактные варианты систем с бункерным весовым дозатором или системы на основе платформенных вагонных весов.

Системы Загрузки с бункерными весовыми дозаторами - более точная альтернатива

По Рис. 4 можно оценить точности загрузки вагонов посредством бункерных весодозирующих систем. Исходными данными служат реальные данные угледобывающих предприятий Австралии. В таких системах заданное количество продукта заранее взвешено в весовом бункере, а затем загружено в вагон. Представленные данные показывают разброс веса брутто, т.е. веса заполненного продукта и веса тары вагона. Весовая система загрузки в рассматриваемом случае позволяет увеличить усредненную загрузку материала на 3 тонны на вагон при одновременном исключении превышения допустимого общего веса вагона.

В прошлом много попыток было сделано, чтобы модернизировать существующие объемные системы загрузки с помощью датчиков веса и технологий взвешивания. Например, динамические вагонные весы были установлены после точки загрузки, для того чтобы оптимизировать точность загрузки. Кроме того, это решение позволяет точно определить вес загруженного продукта для каждого вагона недалеко от точки погрузки, и, сужая диапазон отклонения веса загруженных вагонов, в то же время подтверждает существующую проблему.
Недостатки такого решения связаны с системной проблемой, так как на практике для текущего n-го вагона правильные расчеты не могут быть сделаны на основе результатов загрузки предыдущего (n-1)-го вагона. Эта неразрешимая проблема открыла путь для внедрения систем загрузки башенного типа на основе бункерных весовых порционных дозаторов.

Существенное преимущество весового метода - это регистрация веса загруженного продукта непосредственно в точке погрузки, напр. с весового бункера, платформенных весов или конвейерных весов. Преимущества и недостатки решений, доступных на рынке, соответствуют деталям, предоставленным в Таблице.

По причинам, описанным выше, в настоящее время системы загрузки башенного типа на основе бункерных весовых порционных дозаторов устанавливаются в США и Европе в случаях, требующих высокой точности. Пользователи этих систем высоко оценивают низкие затраты средств и времени для периодической поверки и низкую чувствительность к загрязнению в реальных условиях промышленной эксплуатации. Как результат: больше угля/руды на вагон, снижение риска аварий и несчастных случаев, низкие затраты на обслуживание и исключение перегрузки вагонов.

Краткий обзор системных преимуществ бункерного дозатора (порционная загрузка)

Как отмечено выше, перегрузка вагонов углем и рудой загрузочными системами может привести к значительному ущербу самому вагону и инфраструктуре железнодорожных путей. Как следствие, повышается вероятность повреждений и потеря продукции из-за схода с рельсов. С другой стороны, недогруз вагонов приводит к уменьшению количеству груза на вагон и как следствие увеличению затрат на транспортировку из-за потребности в дополнительных вагонах и больших затрат рабочей силы.

Как показано на Рис.5, при максимально допустимой нагрузке на вагон 95.5 тонн, порционный загрузчик позволяет равномерно загрузить все вагоны 95-ю тоннами (99.5 % использование объема подвижного состава). В связи с системными недостатками, объемный метод обеспечивает усредненную загрузку на уровне 91.9 тоны  (96% использования объема). Это означает, что каждый вагон недогружается на 3.1 тонн  в среднем. Кроме того, с объемным методом есть риск перегрузки отдельных вагонов с последствиями, описанными выше. На практике, в зависимости от срока и степени эксплуатации систем загрузки, существуют еще большие отличия между этими двумя вариантами.

Для заключения, ниже наведены некоторые дальнейшие преимущества весовых систем загрузки:

Система взвешивания одобрена для транспортной отчетности
Датчики и электроника, используемые в системах загрузки вагона, одобрены всеми национальными системами массы и пользуются доверием, как у поставщиков, так и у клиентов. Регистрации и распечатки по отдельному вагону и общему весу состава расцениваются как неопровержимое основание для общезаводского экономического учета, и служит доказательством поставленного количества продукта во время споров и судебных исков.

Простая калибровка и метрологическая поверка
Весовая система загрузки вагона предоставляет возможность простой калибровки оператором с помощью гидравлически приводимых в действие поверочных грузов.

Максимальные величины загрузки
Решающее преимущество загрузки вагона весовым бункерным дозатором - это возможность загрузки по возможности большего количества материала. Система
с простым бункерным дозатором подходит для производительностей загрузки до
6000 т/ч, в то время как сдвоенный бункерный дозатор может обеспечивать производительность загрузки до 10000т/ч.

Полностью автоматическая загрузка вагона
Решения на базе специального программного обеспечения, например на базе системы "Remote Load" фирмы Шенк Процесс ГмбХ, обеспечивают возможность загрузки состава без вмешательства оператора.
С использованием же интеллектуальной системы позиционирования вагона и мониторинга загрузки, вообще исключается необходимость присутствия оператора на станции загрузки.