普來森界面儀參與中金內(nèi)蒙礦業(yè)尾礦深錐智能監(jiān)控項(xiàng)目

一、客戶面臨的實(shí)際問題

我們遇到的問題是在高10米、直徑40米的大型深錐中，人工每1小時(shí)或2小時(shí)手動(dòng)測試清水層和重泥層，通過人工繩索下放吊壺，估算到一定長度后提起，目視查看液體渾濁度來估計(jì)清液層高度。依賴人工經(jīng)驗(yàn)和操作人員手法影響較大，數(shù)據(jù)不易準(zhǔn)確，測量周期較長，數(shù)據(jù)比較滯后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)跑渾等特殊情況。也無法準(zhǔn)確得知沉降層和泥層的分布情況。另外在絮凝劑添加上，由于礦石性質(zhì)等其它無法控制的因素，易出現(xiàn)過量添加導(dǎo)致清液層過大，或者在泥層呈上升趨勢時(shí)添加絮凝劑不及時(shí)的情況，造成絮凝劑添加的波動(dòng)，發(fā)生絮凝劑浪費(fèi)甚至清液層失控造成的深錐跑渾停耙故障事故。

該客戶始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新與技術(shù)改造相結(jié)合，通過科研成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)降低成本、優(yōu)化指標(biāo)、提高效益，助力環(huán)境保護(hù)和降本增效。

二、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)選礦尾礦大型深錐的界面檢測采用的固定式深錐界面儀器測量的數(shù)據(jù)故障率高、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性差，仍以人工周期性測量為主。國內(nèi)外控制主要參照重泥層檢測，仍通過簡單回路來控制深錐固液分離效果，人為經(jīng)驗(yàn)操作較多，缺乏與深錐界面數(shù)據(jù)的相關(guān)性和趨勢分析。

尾礦深錐流程雖然不直接作用于選礦產(chǎn)品的產(chǎn)品，但卻直接制約選礦流程的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展，尾礦深錐流程具備了基本的數(shù)據(jù)采集和控制的能力，但如何讓關(guān)鍵的過程反饋數(shù)據(jù)更為及時(shí)準(zhǔn)確，如何在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上明細(xì)控制思想，需要我們?cè)谏铄F濃密過程智能監(jiān)控分析優(yōu)化控制上進(jìn)行更多的探索和研究。

三、項(xiàng)目研究主要內(nèi)容

（1）研究應(yīng)用實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性更強(qiáng)的深錐界面檢測技術(shù)。

（2）優(yōu)化絮凝劑控制，保障回水水質(zhì)

（3）優(yōu)化底流濃度控制

（4）研究如何提高尾礦回水利用率

（5）設(shè)計(jì)濃密機(jī)跑渾預(yù)警連鎖機(jī)制，有效避免濃密機(jī)跑渾事故發(fā)生。

四、泥層界面儀安裝使用數(shù)據(jù)對(duì)比

深錐直徑40米，泥層界面儀安裝在深錐上部過橋距離耙中心7米的地方。設(shè)備距離液面1.3米，探頭根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)置大下潛深度 11.8米。除了安裝界面儀主體設(shè)備，還加裝了耙機(jī)旋轉(zhuǎn)檢測裝置，防止探頭下潛過程中與耙架發(fā)生碰撞，提高儀表使用的安全性。加裝系統(tǒng)智能清洗裝置及探頭酸洗罐，每次探頭檢測完畢后使電磁閥自動(dòng)控制清水對(duì)探頭進(jìn)行沖洗，維護(hù)人員定期會(huì)探頭進(jìn)行酸洗，避免了結(jié)鈣對(duì)探頭檢測影響，提高數(shù)據(jù)精確性。

                                     圖1，儀表現(xiàn)場安裝圖

圖2，儀表顯示數(shù)據(jù)圖

 表1，人工與儀表測量數(shù)據(jù)對(duì)比表

根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比，泥層界面儀測量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)控深錐槽內(nèi)界面分層情況。

四、數(shù)據(jù)分析

4.1干礦量和清液層的關(guān)系

圖3， 清液層增量與干礦量差值對(duì)應(yīng)關(guān)系分析圖

干礦量差值等于排礦干礦量減入礦干礦量，當(dāng)干礦量差值為負(fù)值，表示入礦干礦量大于排礦干礦量，在絮凝劑添加量不變的情況下，清液層增量為負(fù)值或者增量放緩，當(dāng)干礦量差值為正值，排礦干礦量大于入礦干礦量，清液層增加，增量為正值，而且增量大小還與干礦量差值的變化速率有關(guān)。

 圖4， 清液層厚度與干礦量差值對(duì)應(yīng)關(guān)系分析圖

上圖可以看出，清液層與干礦量差值的變化趨勢有一定的跟隨性，干礦量差值從序號(hào)8的18.77 t/h 開始下降，序號(hào)13下降到底端-140.68 t/h，從序號(hào) 21 的96.68t/h下降到序號(hào)28的-162.65t/h，清液層在序號(hào)9的5.78t/h 開始下降，到序號(hào)17的3.63t/h。從序號(hào)24 的 5.35 t/h 下降到序號(hào)30的3.65 t/h。因此清液層與干礦量差值的變化趨勢跟隨時(shí)間約為（10+40+30+20）/4=25 分鐘（數(shù)據(jù)取樣間隔為 10 分鐘）

4.2絮凝劑和清液層、沉降層的關(guān)系

 圖5，絮凝劑與清液層、沉降層數(shù)據(jù)分析圖

 圖6，絮凝劑變化趨勢與清液層變化趨勢數(shù)據(jù)分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，沉降層與絮凝劑關(guān)系較大，呈現(xiàn)明顯的反比趨勢關(guān)系，說明絮凝劑效果越好，沉降層越小。

4.3底流濃度和干礦量差值及界面關(guān)系分布的關(guān)系

圖7，干礦差值與底流濃度關(guān)系數(shù)據(jù)分析

2019 年 9 月 16 日13:20:00 到 9 月18 日 22:40:00，干礦量差值一直為負(fù)，表示入礦干礦量大于排礦干礦量，底流濃度在61%到 62%之間呈上升趨勢。

2019 年 9 月 18 日 23:20:00 到 9 月 19 日 2:20:00，干礦量差值為正值，底流濃度從 62%降至 58%。

2019 年 9 月 19 日 2:30:00 到 9 月 19 日 9:00:00，干礦量差值為負(fù)值，底流濃度從 58%升至 61%。

圖8，界面分層與底流濃度關(guān)系數(shù)據(jù)分析1

圖 8采用的數(shù)據(jù)時(shí)間段同圖 7，界面分布的數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是深錐內(nèi)的固體量。由圖可以看出這個(gè)值與底流密度趨勢有一定的跟隨性。

 圖9，界面分層與底流濃度關(guān)系數(shù)據(jù)分析2

圖 9界面分布數(shù)據(jù)在 B 段與底流濃度趨勢擬合較好，在 A 段趨勢相關(guān)性不明顯。

五、客戶實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)

5.1 預(yù)防異常停機(jī)

異常停機(jī)會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)跑渾、壓耙直至選礦流程中斷。項(xiàng)目所用深錐是液壓馬達(dá)中心傳動(dòng)，預(yù)防停機(jī)的控制思路有：液壓馬達(dá)運(yùn)行信號(hào)預(yù)警，扭矩報(bào)警上限設(shè)置來進(jìn)行預(yù)警，耙機(jī)旋轉(zhuǎn)位置檢測延時(shí)報(bào)警來判斷耙機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)的情況。

5.2 清液層控制

通過控制清液層厚度，確保提供穩(wěn)定、高質(zhì)的深錐回水，預(yù)防深錐跑渾和壓耙。公司年回水利用率約 80%，深錐回水是生產(chǎn)用水的主要來源，因此必須確?；厮某吻搴头€(wěn)定供應(yīng)，否則跑渾和壓耙事故會(huì)直接影響生產(chǎn)。

回水主要是絮凝劑對(duì)來料進(jìn)行高效的固液分離得來的，因此重要的影響因素是絮凝劑控制。通過絮凝劑添加，確保清液層厚度，同時(shí)防止跑渾。

5.3 給出穩(wěn)定易控的底流濃度

正常情況下，底流濃度要在輸送泵和輸送管道能力內(nèi)，較高的底流濃度對(duì)尾礦壩有益，以65%到 66%為宜。另外在尾礦壩進(jìn)行模袋筑壩實(shí)驗(yàn)時(shí)，在某時(shí)段需要較低的底流濃度（59%到 62%）。通過控制底流流量、絮凝劑沉降效果和深錐固體存量來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)濃度。

六、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

利用深錐優(yōu)化控制技術(shù)，穩(wěn)定、可靠測量深錐濃密機(jī)清液層、沉降層厚度、泥層厚度、重泥層厚度等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)跑渾預(yù)警、穩(wěn)定清液層和保證回水質(zhì)量的同時(shí)，降低絮凝劑用量，優(yōu)化絮凝劑自動(dòng)添加，提高循環(huán)水回收利用率，節(jié)約尾礦壩回水輸送能耗，且在符合生產(chǎn)要求條件下，提高了一系列濃密機(jī)底流濃度指標(biāo)。

6.1.1 穩(wěn)定清液層和保證回水質(zhì)量的同時(shí)，降低絮凝劑用量

在一系列投入優(yōu)化控制，二系列未投入優(yōu)化控制的情況下，一二系列絮凝劑制備濃度相同3g/L，通過比較，2019 年一二系列 1 月份至 9 月份在正常生產(chǎn)的情況下，得出一系列 9 個(gè)月內(nèi)共計(jì)節(jié)省絮凝劑干礦量為 16480.8Kg，月均絮凝劑干礦量為 1831.2Kg，預(yù)計(jì)年節(jié)省絮凝劑干礦量為 21974.4Kg，2019  年 1  月到 9  月已產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益

16480.8*10=16.48萬元。

2019年全年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為：21974.4*10=21.97 萬元。

6.1.2 提高尾礦深錐回水利用率，節(jié)約電耗

客戶生產(chǎn)用水大部分依賴自身內(nèi)部的循環(huán)用水，因此生產(chǎn)回水量對(duì)于生產(chǎn)至關(guān)重要，不同季節(jié)對(duì)回水量需求也不同。深錐濃密機(jī)優(yōu)化控制主要通過控制清液層厚度，在允許范圍內(nèi)提高底流濃度，進(jìn)而穩(wěn)定排料濃度，來提高深錐溢流回水量。一系列深錐回水量大于二系列。

深錐產(chǎn)生的回水一種是通過深錐溢流就近返回生產(chǎn)流程再利用，一種跟隨底流尾礦通過長距離管道輸送至尾礦壩后，再主要由浮船回水泵打回生產(chǎn)流程，一系列產(chǎn)生了較多的深錐回水，則節(jié)省了由尾礦壩浮船泵長距離返回的能耗。

圖10， 一二系列濃密機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生回水量平均值對(duì)比趨勢圖

經(jīng)過測算，2019 年 1 月份到 9 月份，一系列在9個(gè)月中，每小時(shí)產(chǎn)生回水量較二系列 9 個(gè)月中每小時(shí)產(chǎn)生回水量平均值多130.25立方米，月均節(jié)省浮船回水泵返水電力能耗 2.21萬元。

2019 年1月份到9月份，已產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 2.21*9=19.89 萬元。

2019 年全年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益2.21*12=26.52 萬元。

6.1.3 防止跑渾、壓耙事故，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性

深錐濃密過程智能監(jiān)控優(yōu)化控制投用后，實(shí)時(shí)監(jiān)測清液層厚度， 結(jié)合以往跑渾數(shù)據(jù)，設(shè)置完善的濃密機(jī)跑渾預(yù)警機(jī)制，有效避免濃密機(jī)跑渾和壓耙事故。防止了跑渾甚至壓耙事故和造成的減礦和停車檢修事故。

以一系列以往壓耙事故的頻率對(duì)比，投用后，未發(fā)生因壓耙造成的停車檢修事故。以往處理事故時(shí)，由于需要排空深錐、沖泥、耙架修復(fù)、重新注水等操作，會(huì)比正常檢修至少多出 21.7 小時(shí)。因此由于避免了事故，創(chuàng)造效益 225.03 萬元。

6.2 社會(huì)效益

項(xiàng)目的研究是公司對(duì)發(fā)展綠色礦山、科技礦山，以科技創(chuàng)新促進(jìn)節(jié)能、促進(jìn)生產(chǎn)的重要探索。

1、節(jié)約水資源通過穩(wěn)定控制底流外排，提高了尾礦深錐回水利用率，節(jié)省了水資源，這一點(diǎn)在高寒缺水的大草原尤為可貴。

2、節(jié)能降耗，提高工作效率。通過深錐優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的挖潛增效。節(jié)省絮凝劑使用量，降低回水泵輸送能耗，減小人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

3、通過提供更為穩(wěn)定的高濃度底流，提升了尾礦壩的安全性。實(shí)現(xiàn)濃密機(jī)底流在尾礦輸送能力下底流濃度的增加，同時(shí)降低了濃度變化的波動(dòng)，優(yōu)化了深錐底流控制。

 表2，2018 年與 2019 年濃密機(jī)底流濃度月平均值和波動(dòng)值對(duì)比表