Построение математических моделей технологических схем действующих обогатительных предприятий

Программный пакет USIM PAC позволяет построить эскиз схемы действующей обогатительной фабрики на уровне основных технологических операций и материальных потоков, определить свойства материала, перерабатываемого в схеме, в соответствии с параметрами, измеряемыми на производстве, ассоциировать с каждой технологической операцией соответствующую математическую модель, откалибровать такие модели по оперативным данным или данным исследований, чтобы создать т.о. реалистичную имитационную модель (симулятор) ОФ, представляющую собой "снимок" действующего предприятия на момент проведения опробования.

Такие симуляторы предприятий затем возможно использовать для целей:
  • прогнозирования поведения фабрик при долгосрочных изменениях в питании (например, гранулометрический состав, содержание в голове схемы) - восстановления и/или оптимизации параметров извлечения и содержания;
  • оптимизации параметров обогащения на одном из переделов, начиная с головы процесса (например, измельчение, гравитационное обогащение, флотация, сорбция), и моделирования влияния такой оптимизации на нижестоящие переделы;
  • комплексной оптимизации операционных параметров фабрики в целом и прогнозирования параметров обогащения на такой фабрике.
Проект построения симулятора обогатительной фабрики в программном пакете USIM PAC обычно делится на следующие этапы:
  • сбор данных и посещение площадки;
  • расчет согласованного материального баланса;
  • калибровка математических моделей операций;
  • проверка симулятора;
  • расчет идей оптимизации и других гипотез;
  • обучение и передача компетенции.
Сбор данных и посещение площадки

В начале проекта потребуется подробная схема цепи аппаратов фабрики. Основываясь на такой схеме, будет подготовлен перечень необходимой документации, который может включать:
  • подробную конфигурацию схемы цепи аппаратов;
  • описание руды в части химических и минералогических характеристик, удельной плотности, раскрытия минералов и изменчивости;
  • типы основного технологического оборудования, размеры, текущие операционные параметры;
  • исторические данные по показателям потоков, такие, как количественные показатели, гранулометрическое распределение, данные химического и/или минералогического анализа;
  • данные типовых исследований на измельчение и обогатимость, такие, как Индекс Бонда, Индекс SAGDesign, матрицы дробления, кинетика флотации, кинетика выщелачивания, кинетика или изотермы адсорбции;
  • и др.
В рамках посещения наша команда:
  • ознакомится и явно определит технологическую схему, которая будет использована при построении модели;
  • изучит имеющуюся документацию и данные по перерабатываемому материалу и узлам оборудования;
  • соберет текущие технологические показатели;
  • проанализирует необходимость выполнения специализированных исследований для получения недостающих данных, требуемых для моделирования.
По итогам посещения возможны рекомендации по измерению дополнительных параметров для некоторых секций. В этом случае с производственной командой будет обсуждаться практическая выполнимость опробования, измерений, лабораторных исследований, необходимых для получения таких параметров. Затем при наличии возможности измерения, будет дополнен перечень необходимой документации. Лабораторные измерения, дополнительные опробования и все соответствующие анализы выполняются командой Заказчика. При этом мы можем давать рекомендации по измерительным процедурам для получения максимально достоверных результатов.

В рамках выполнения этапа команды также обсудят различные сценарии, которые возможно будет смоделировать с помощью будущей модели, такие, как изменение качества руды или повышение производительности.

Расчет согласованного материального баланса

На основе всех данных, собранных на предыдущем этапе, в программном пакете USIM PAC строится схема, определяется модель (перечень параметров) материала и вводится подробный материальный баланс полного производственного цикла ОФ по всем потокам, по которым есть данные, от дробления исходной руды до итогового продукта.

Затем на основе составленного баланса, с помощью встроенного в пакет USIM PAC алгоритма согласования данных BILCO, будет посчитан согласованный (нулевой) баланс. Это позволит определить наиболее точные значения производительности по каждой секции и, возможно, по каждой операции.

В частности, согласованный баланс позволит более точно определить такие параметры, как циркуляционные нагрузки, содержания, извлечения, плотности пульпы, в том числе для тех потоков, которые не могут быть измерены.

Калибровка математических моделей операций

Далее с каждым узлом технологического оборудования, представленным на схеме USIM PAC, ассоциируется математическая модель соответствующей технологической операции (например, модель измельчения в шаровой мельнице, модель флотации, сорбции и др.).

Математические модели операций калибруются с целью воспроизведения текущей производительности таких операций на предприятии. Наиболее точные значения производительности определяются в рамках согласования баланса схемы на предыдущем этапе.

Как правило последовательно готовятся симуляторы каждой секции, после чего такие симуляторы объединяют в общий симулятор фабрики.

В общем случае, чем более подробно описаны потоки и материал, тем точнее итоговый симулятор сможет прогнозировать результаты тех или иных изменений в схеме.

Проверка симулятора

После построения симулятор подвергается всестороннему тестированию на воспроизведение нескольких других состояний фабрики (характеристики питания, отличные от исходных, или другие значения операционных параметров оборудования). Такое тестирование может привести к дополнительным корректировкам модели.

Для этого этапа могут потребоваться дополнительные данные, вместе с тем, объем таких данных будет значительно меньше, чем было необходимо для построения симулятора. Например, дополнительные производственные показатели (при отличных операционных условиях), возможно, дополнительные данные по гранулометрическому составу и содержанию металлов.

Расчет идей оптимизации и других гипотез

В рамках и после подготовки симулятора фабрики, основываясь на предварительно согласованных сценариях и в зависимости от основной задачи, команды сформулируют некоторые идеи оптимизации, модернизации, и другие гипотезы, которые они хотели бы протестировать с помощью построенной модели. Такие идеи затем будут смоделированы, для каждого случая будет посчитан подробный материальный баланс схемы.

Обучение и передача компетенции

Объем обучения и степень передачи компетенции зависят от основной задачи проекта и пожеланий Заказчика.

В некоторых случаях, в частности, при необходимости выполнить единичный расчет исключительно нашими силами, они не требуются. Например, необходимо рассчитать параметры основного оборудования дополнительной нитки обогащения для действующей фабрики. В этом случае мы строим симулятор существующей ОФ, дополняем его новой технологической цепочкой, и рассчитываем основное оборудование такой цепочки исходя из оптимальных целевых показателей уже расширенного предприятия. Если построенный симулятор далее использоваться не будет, не имеет смысла и какая-либо передача компетенции команде Заказчика.

В других случаях, например, при необходимости построения симулятора действующей фабрики с целью прогнозирования поведения схемы при изменении свойств питания ОФ, созданная модель будет активно использоваться специалистами предприятия и потому обучение очевидно необходимо. В таких ситуациях возможно два варианта передачи компетенции специалистам Заказчика:
  • обыкновенное обучение по итогам проекта;
  • вовлечение инженеров в процесс построения симулятора.
В первом случае по итогам проекта проводится учебный курс, в рамках которого специалистам Заказчика представляют общие функциональные возможности симуляторов и методологию работы с ними, объясняют, как использовать построенный симулятор для анализа «что, если…», оптимизации предприятия, планирования производственных показателей и др. (в зависимости от основной задачи проекта), а также поясняется, как изменять симулятор (изменение схемы, повторная калибровка моделей операций, и др.).

Во втором, специалисты Заказчика начинают свое участие в проекте с совместного посещения ОФ, в рамках которого наши инженеры покажут на что обращать внимание и что искать на фабрике, чтобы получить все данные, необходимые для построения симулятора в USIM PAC. И далее привлекаются к построению и тестированию модели фабрики, а затем и к совместному выполнению расчетов по согласованным идеям оптимизации. Такой подход обеспечит уверенное самостоятельное использование симулятора командой Заказчика, а также поддержание его в актуальном состоянии.

Примеры

Примеры решения оптимизационных задач представлены в соответствующих статьях раздела Публикации.

Ниже представлен пример построения симулятора действующей схемы измельчения и флотации медьсодержащей руды (измельчение, классификация, флотация) и прогнозирования параметров производительности схемы при увеличении питания:



Если Вас интересует построение математической модели Вашего предприятия с целью прогнозирования поведения схемы при изменениях в процессах, планирования производства, оптимизации ключевых показателей, свяжитесь с нами по адресу: sales@procsim.ru.