Cukrownictwo zaliczane jest do najstarszej narodowej gałęzi naszej gospodarki. Nie każdy wie, że początek polskiego przemysłu cukrowniczego datuje się na 1826 rok, czyli moment założenia przez hrabiego Henryka Łubieńskiego cukrowni w Częstocicach. Tylko w 2017 roku w polskich cukrowniach wyprodukowano 2 313 069 ton cukru. Dało to Polsce trzecie, za Francją i Niemcami, miejsce i jednocześnie dwunastoprocentowy udział w produkcji cukru w Unii Europejskiej. Niniejszy artykuł przedstawia case study dotyczące wielozadaniowej inwestycji zrealizowanej dla przemysłu cukrowniczego, która trwała kilka miesięcy.
Cukrownictwo niesie ze sobą ogrom zagadnień technologicznych. Wytwarzanie cukru jest procesem długim, składającym się z bardzo wielu etapów. Na potrzeby artykułu pod lupę weźmiemy jeden z ostatnich, którym jest magazynowanie cukru, oczywiście w odpowiednich warunkach, za które odpowiada wiele instalacji technologicznych.
Do zadań realizowanych w ramach inwestycji należało zweryfikowanie opracowanych projektów wykonawczych, a następnie kompleksowe wykonanie szeregu instalacji wspomagających pracę silosu. – Inwestycja obejmowała instalacje odpylania, centralnego odkurzania, kondycjonowania, wody lodowej, sprężonego powietrza, wentylacji i klimatyzacji bytowej, a także elektryczną wraz z AKPiA oraz zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Każde z tych zadań wymagało opracowania szczegółowej dokumentacji montażowej po to, by jak najsprawniej przeprowadzić realizację – mówi Regina Kowalczyk, główny projektant GRUPY WOLFF.
– To, co pomogło nam z powodzeniem zrealizować całą inwestycję, to ogromne doświadczenie naszego zespołu inżynierów, umożliwiające nie tylko zaprojektowanie, wykonanie oraz dostawę, ale również montaż i uruchomienie instalacji, co niejednokrotnie okazuje się dla wielu firm trudnym zadaniem – kontynuuje.
Co dzieje się wewnątrz silosu?
Wyprodukowany cukier magazynowany jest w silosach: istniejącym i/lub nowo projektowanym. Cukier do nowego silosu transportowany jest do zasypu głównego za pomocą przenośnika taśmowego zlokalizowanego w estakadzie górnej. Stamtąd następuje równomierne zasypywanie całego przekroju silosu. W komorze podsilosowej odbywa się cyklicznie odbiór cukru. Zasyp silosu i odbiór cukru sterowane są automatycznie przez operatora.
Magazynowanie tak dużej ilości cukru wymaga zapewnienia specjalnych warunków, które są utrzymywane przez proces kondycjonowania powietrza. – Proces kondycjonowania cukru odbywa się w trakcie magazynowania go wewnątrz silosu. Do jego wnętrza – pod lub nad cukier – kierowane jest odpowiednio przygotowane powietrze (pod kątem wydajności, wilgotności i temperatury) – wyjaśnia Regina Kowalczyk.
Od projektu do uruchomienia
– Prace rozpoczęliśmy od weryfikacji otrzymanej dokumentacji projektowej. Pracownicy biura projektowego po szczegółowej analizie dokumentacji przeszli do działania. Na budowę trafiły urządzenia, aparaty, rurociągi oraz materiały niezbędne do kompleksowej realizacji zamówienia – wymienia Regina Kowalczyk.
Ze względu na gabaryty silosu część instalacji montowana była na wysokości ok. 60 m, co wymagało od ekipy montażowej odpowiedniego przygotowania elementów do transportu dźwigowego. Trwający kilka miesięcy montaż pozwolił na zabudowę instalacji technologicznych, bez których prawidłowa praca silosu nie byłaby możliwa.
Jednak zakończenie prac montażowych to nie koniec. – Instalacje wody lodowej oraz sprężonego powietrza należało poddać próbie szczelności. Udało się. Pozytywny wynik próby świadczył o szczelności połączeń kołnierzowych oraz gwintowanych, a całkowitym zwieńczeniem procesu inwestycyjnego było przeprowadzenie uruchomienia wszystkich instalacji. Tak złożone zadanie wymagało zgranej pracy wielu osób oraz kilku tygodni spędzonych na obiekcie – podkreśla Regina Kowalczyk. Testy procesowe i funkcjonalne dla całego układu zakończono po osiągnięciu założonych parametrów technologicznych.
Aby pokazać, jak bardzo złożone i wielopłaszczyznowe było to przedsięwzięcie, warto w paru słowach przedstawić idee poszczególnych instalacji technologicznych dedykowanych dla przemysłu cukrowniczego.
Instalacja kondycjonowania, wentylacji i klimatyzacji
W celu zabezpieczenia cukru przed zbrylaniem się w czasie przechowywania niezbędne jest usunięcie wilgoci w nim zawartej. Proces ten nazywany jest kondycjonowaniem cukru, tzn. klimatyzowaniem go poprzez utrzymanie odpowiednich parametrów powietrza nawiewanego do silosu.
Zgodnie z Polską Normą PN-86/A-74860:
- temperatura powietrza w magazynach cukru nie powinna być niższa niż 10°C,
- wilgotność względna powietrza nie powinna przekraczać 70%.
Inżynierowie zaprojektowali oraz wykonali instalację wentylacji i klimatyzacji dla komory silosu, instalację wentylacji przesypu cukru w budynku silosu (komora podsilosowa) oraz instalację wentylacji przesypu cukru w budynku technicznym (stacja załadunku cukrowozów).
Zgodnie z założeniami technologicznymi cukier składowany w silosie musi być kondycjonowany powietrzem uzdatnianym w centrali klimatyzacyjnej. Do podstawowego wyposażenia centrali należały komora mieszania, nagrzewnica oraz chłodnica wodna.
W komorze mieszania następuje zmieszanie powietrza zewnętrznego z powietrzem nawracanym z układu odpylania. Następnie powietrze jest ochładzane i osuszane w chłodnicy do wymaganych parametrów i dogrzewane w nagrzewnicy wodnej. Wilgotność powietrza jest utrzymywana przez osobną wytwornicę pary. Powietrze jest nawiewane do silosu górą lub od dołu, pod cukier, w zależności od tego, czy nawiew realizowany jest w trakcie kampanii czy też po niej.
Nawiew od dołu realizowany jest z wykorzystaniem grzybków nawiewnych. Nad cukrem instalacja nawiewna składa się z jednego pierścienia, podwieszonego pod kopułą, w którym nawiercono otwory nawiewne. Parametry nawiewanego powietrza (ilość powietrza, temperatura, wilgotność) są kontrolowane i regulowane przez system czujników zabudowanych na centrali oraz na przewodach kondycjonujących. Wywiew z silosu jest realizowany poprzez instalację odciągowo-odpylającą.
Powietrze nawiewane do komory podsilosowej kompensuje pracę układu odpylającego oraz dostarcza świeże powietrze dla pracującego personelu. Centrala wentylacyjna wyposażona została głównie w komorę mieszania, nagrzewnicę wodną, filtry oraz wentylator. W komorze mieszania następuje zmieszanie powietrza zewnętrznego z powietrzem nawracanym z układu odpylania. Następnie powietrze jest dogrzewane w nagrzewnicy wodnej.
Wentylator nawiewny zostanie uruchomiony równolegle z wentylatorem odciągowym. Wywiew z komory podsilosowej jest realizowany poprzez instalację odciągowo-odpylającą. Oczyszczone z pyłu powietrze może zostać skierowane wentylatorem do centrali klimatyzacyjnej i powtórnie wykorzystane w układzie.
Zasada pracy instalacji wentylacji obsługującej stację załadunku cukrowozów jest analogiczna do układu obsługującego komorę podsilosową.
Instalacja odpylająco-odciągowa
W celu usunięcia pyłu powstającego w trakcie transportu i magazynowania cukru została zaprojektowana i wykonana instalacja odpylania. Medium odpylanym jest pył cukrowy, który jest pod względem wybuchowości substancją niezwykle niebezpieczną, ponieważ posiada bardzo wysokie ciśnienie wybuchu przy stosunkowo niskiej wartości parametru MIE. W tabeli 1 przedstawiono najważniejsze parametry pyłu cukrowego.
W obiekcie zaprojektowano oraz wykonano trzy instalacje odpylające:
- instalację odpylania komory silosu,
- instalację odpylania przesypów w pomieszczeniu silosu,
- instalację odpylania przesypów cukru w budynku technicznym.
Instalacja odpylania komory silosu odciąga z jej górnej części zapylone powietrze. Łączna ilość odciąganego i kierowanego do odpylni zapylonego powietrza wynosi kilkanaście tysięcy m3/h. Odciągane powietrze przepływa układem kanałów przez filtr workowy i poprzez wentylator promieniowy kierowane jest w zależności od potrzeb do centrali klimatyzacyjnej lub wyrzucane jest na zewnątrz. W instalacji odpylającej zastosowano filtr workowy zabezpieczony panelem dekompresyjnym z wyprowadzeniem fali dekompresji kanałem na zewnątrz budynku. Przed filtrem, jako zabezpieczenie przed przedostaniem się wybuchu w kierunku odpylanej technologii, zastosowano klapę zwrotną.
Ze względu na prowadzenie przewodów pionowo wzdłuż silosu została wykonana specjalna podkonstrukcja mocująca przewody do silosu. Prowadzona instalacja składa się z dwóch rurociągów o średnicach Ø600 i Ø710 mm. Oba rurociągi zostały ocieplone wełną mineralną o odpowiedniej grubości. Rurociągi zamontowano od poziomu gruntu do wysokości 57,2 m.
Dla wyposażenia technologicznego pomieszczeń podkomorowych silosu oraz urządzeń technologicznych w budynku technicznym zastosowano te same rozwiązania, które nie dopuszczą do nadmiernego zapylenia pomieszczeń stanowiącego zagrożenie wybuchowe. Odpylanie odciąganego powietrza z każdego z układów realizowane jest w filtrach workowych zlokalizowanych w pomieszczeniu odpylni w budynku technicznym. Dla każdego układu została wykonana indywidualna jednostka filtracyjna.
Filtry przeznaczone są do współpracy z instalacją odpylającą pyły tworzące mieszaniny wybuchowe. Zostały one wyposażone w regenerację sprężonym powietrzem. Odseparowany w filtrze pył odprowadzany jest w sposób ciągły do worka typu big-bag za pomocą dozownika celkowego w wersji ATEX. Filtry przewidziano w części podciśnieniowej instalacji. Do wytworzenia odpowiedniego podciśnienia zastosowano wentylatory promieniowe z napędem bezpośrednim.
W pomieszczeniu odpylni zaprojektowana została konstrukcja wsporcza – jako rama przestrzenna z jednej strony oparta na słupach, a z drugiej na ścianie budynku odpylni – pod przewody odpylające zasilające zespoły filtracyjne. Konstrukcja ta składa się z trzech poziomów, na których oparte zostały przewody instalacji. Przewidziane pomosty obsługowe umożliwiają obsługę urządzeń zamontowanych na przewodach.
Instalacja wody lodowej
Woda lodowa, wykorzystywana jako czynnik chłodniczy w centrali klimatyzacyjnej, przygotowywana jest w agregacie chłodniczym. Zakupiony agregat posiada wymaganą moc chłodniczą oraz odpowiednie wyposażenie i jest przystosowany do chłodzenia w warunkach ujemnych temperatur otoczenia. W zaprojektowanej instalacji czynnikiem chłodniczym jest roztwór glikolu propylenowego. Rurociągi wody lodowej wykonano ze stali czarnej oraz zabezpieczono izolacją zimnochronną w postaci pianki kauczukowej.
Układ wyposażono w lokalne pomiary temperatury oraz ciśnienia, czujniki, armaturę odcinającą oraz regulacyjną. Agregat posiada szereg czujników, alarmów oraz blokad zabezpieczających, które zapewniają sprawne i bezproblemowe działanie całej instalacji. Cały układ zabezpieczono zaworem bezpieczeństwa o odpowiedniej nastawie, który chroni instalację w przypadku niekontrolowanego wzrostu ciśnienia.
Wykonanie każdej instalacji, w tym także i wody lodowej, związane było z przeprowadzeniem szeregu czynności sprawdzających oraz kontrolnych. Jedno z podstawowych badań to przeprowadzenie próby szczelności, zanim układ został wypełniony właściwym czynnikiem. Ostatni etap stanowiło uruchomienie instalacji wraz z testami, których efektem było osiągnięcie właściwych parametrów pracy instalacji.
Instalacja sprężonego powietrza
Zaprojektowana instalacja służy do wytworzenia sprężonego powietrza, które zasila takie urządzenia jak rozdzielacze, łapacze zanieczyszczeń, zasuwy z napędem pneumatycznym, detektory, filtry workowe, a także systemy tłumienia i odsprzęgania wybuchu HRD. Instalacja składa się ze sprężarki wraz z zabudowanym osuszaczem chłodniczym, separatorem wodno-olejowym, filtrem, zbiornikiem buforowym powietrza oraz instalacją rurową.
W celu sprężania oraz chłodzenia powietrze jest pobierane przez sprężarkę z kubatury pomieszczenia, a usuwane kanałem i wyrzutnią ścienną.
Rurociągi zostały wykonane z rur ocynkowanych, a same połączenia z urządzeniami z wykorzystaniem węży. Przed oddaniem instalacji do użytku rurociągi zostały dokładnie oczyszczone. W celu sprawdzenia szczelności połączeń wykonano próbę ciśnieniową. Wynik pozytywny próby pozwolił na uruchomienie instalacji.
Zabezpieczenie przeciwwybuchowe
Jak wspomniano wcześniej, filtry w instalacji odpylania zabezpieczono przed wybuchem za pomocą paneli dekompresyjnych. Odcięcie fali wybuchu przed przeniesieniem na instalację zabezpieczono przez klapy zwrotne, a odsprzęganie od strony wylotu pyłu przewidziano poprzez zastosowanie dozowników celkowych stanowiących m.in. barierę wybuchu. Jako zabezpieczenie przeciwwybuchowe podnośników kubełkowych, zbiorników, etc. wykorzystano system tłumienia i odsprzęgania wybuchu HRD. Idea systemu polega na rozmieszczeniu we wskazanych punktach instalacji (wynikających z obliczeń) butli z proszkiem gaśniczym.
Po stronie czystego powietrza zainstalowano system HRD chroniący układ kondycjonowania i sam silos przed skutkami przeniesienia się fali uderzeniowej wybuchu w jednej z trzech jednostek odpylających.
Za detekcję wybuchu odpowiadają czujniki podczerwieni oraz detektory wzrostu ciśnienia MEX. Dzięki zastosowaniu systemu tłumienia i odsprzęgania wybuchu możliwe jest bezpieczne prowadzenie procesu.
Instalacja centralnego odkurzania
W wielu branżach przemysłowych instalacje centralnego odkurzania stosowane są do usuwania osiadłego pyłu z posadzek, płaskich powierzchni oraz konstrukcji. Sprawnie działająca instalacja centralnego odkurzania to przede wszystkim ochrona instalacji i personelu przed skutkami niekontrolowanego wybuchu.
Instalację centralnego odkurzania wyposażono w punkty ssawne (zwane gniazdami roboczymi). Zostały one rozmieszczone na poszczególnych poziomach w taki sposób, żeby zapewnić optymalny dostęp do wszystkich powierzchni odkurzanych. Gniazda robocze przystosowano do współpracy z zestawami do odkurzania. Podciśnienie jest wytwarzane przy użyciu dmuchawy. Mieszanina powietrzno-pyłowa trafia poprzez system rurowy do jednostki centralnej, wyposażonej w filtry kieszeniowe, na powierzchni których następuje oczyszczenie powietrza z pyłu. Odseparowany pył opada do zbiornika, który po zapełnieniu transportowany jest na miejsce składowania. Regeneracja filtra odbywa się z wykorzystaniem impulsów sprężonego powietrza.
Instalacja elektryczna i AKPiA
W zakresie prac zleconych GRUPIE WOLFF było wykonanie szaf krosowych na filtrach komorowych oraz wyspy sygnałowej dla zakresu przedmiotowego zadania wraz z okablowaniem sterowniczym. Zabudowane zostały liczne czujniki usprawniające pracę silosu i pozwalające utrzymać jej właściwe parametry. Do tego celu zastosowano nadrzędny system sterowania i wizualizacji pracy linii technologicznej (DCS), w którym możliwy jest podgląd parametrów pracy łącznie z alarmami oraz sygnalizacją. Kluczowymi parametrami dla pracy instalacji są pomiary temperatury, ciśnienia, wilgotności względnej oraz bezwzględnej, a także przepływu powietrza. Dla układu wentylacji, klimatyzacji oraz kondycjonowania opracowano szczegółowy algorytm pracy. Dzięki systemowi DCS oraz algorytmom pracy instalacji możliwe jest bezpieczne prowadzenie procesu przy jednoczesnym zachowaniu niezbędnych parametrów odpowiedzialnych za jakość magazynowanego cukru.
Przesiewacz w wersji ATEX
Zakres realizacji obejmował również dobór i dostawę instalacji przesiewającej w wersji ATEX (do pracy w strefie 22 zagrożenia wybuchem). Projektanci podjęli się również wykonania projektu konstrukcji pod przesiewacz. Zastosowane urządzenie będzie przeznaczone do przesiewu grudek cukru – dużych zbryleń transportowanego medium. Jest to tzw. przesiewacz kontrolny, który ma za zadanie oddzielanie niepożądanych wtrąceń/ frakcji produktu występujących nieregularnie (nie będzie on służył do segregacji produktu). Dobrany przesiewacz posiada siatki, które wraz z całą konstrukcją zostają wprowadzane w wibracje poprzez dwa silniki niewyważone. Charakteryzuje się on zwartą, kompaktową budową przy pracy z wysoką wydajnością, a także dużą wytrzymałością. Poza aspektami technicznymi przesiewacz ma takie zalety jak niezawodność w pracy i wysoka żywotność. Podobne urządzenia pracują już na tego typu obiektach produkcyjnych bezawaryjnie od wielu lat.
– Realizacja całej inwestycji pokazała możliwości naszej firmy zarówno w zakresie projektowym, pod kątem systemów technologicznych, jak i realizacyjnym, a także szeroko pojętego doradztwa technicznego. Zlecenie wykonane w systemie „pod klucz” zakończyło się sukcesem, co z pewnością pozwoli nam dalej się rozwijać i pomagać wielu innym zakładom w realizacji swoich inwestycji – kończy Regina Kowalczyk.
