DB32∕T 3875-2020 水泥工厂数字化设计指南.doc

江苏省市场监督管理局 发布2020-11-13实施2020-10-13发布水泥工厂数字化设计指南Cement plant digital design guideDB32/T 38752020DB32江苏省地方标准ICS 25.040L 70I目 次1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 数字化编码规则15 数字化工厂设计总体要求26 工艺数字化设计26.1 工艺设备26.2 工艺风管36.3 质量参数37 设备数字化设计47.1 主要设备47.2 通用设备48 电气自动化数字化设计58.1 总降压变电站35kV以上电气设备58.2 610kV电气设备58.3 低压电气设备58.4 余热发电电气自动化设备69 视频监控及识别数字化设计69.1 视频监控69.2 视频识别610 公用专业数字化设计610.1 水源610.2 水源至厂区输水管线610.3 给水处理610.4 生产生活消防给水系统710.5 循环给水及回水系统710.6 污水处理及中水回用710.7 空压机系统711 余热发电数字化设计711.1余热发电工艺设备711.2 余热发电电气自动化设备812 石灰石矿山专业数字化设计812.1 石灰石矿山数字化管理系统812.2 石灰石矿山专业数字化设计要求912.3 石灰石矿山主要设备技术参数913 建筑结构数字化设计914 BIM数字化设计与交付1014.1 基本规定1014.2 设计要求10前 言本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。本标准由江苏省软件和信息技术服务标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位：中国中材国际工程股份有限公司，南京理工大学、苏州中材建设有限公司、南京工业职业技术学院、安徽海螺信息技术工程有限公司、南方水泥有限公司、尧柏特种水泥集团有限公司。本标准起草人：刘仁越、穆加会、李千目、夏毅、侯君、刘高尔、王团峰、张增吉、雍登明、汪左奇、詹家干、张卫华、刘鑫、刘昊、刘华、殷东良、汪光宁、李金柱、景国泉、吕满根、陈淮、辛美静、孙德群、杨万纲、邓国平、王恒兵、潘伟、包卿希、张林奎。水泥工厂数字化设计指南1 范围本标准规定了水泥工厂数字化设计的通用规范及要求，包括：智能化系统、水泥工艺专业、给排水专业、暖动专业、电气自动化专业、设备专业、余热发电专业、石灰石矿山专业、建筑结构专业的数字化设计要求。本标准适用于水泥工厂的数字化设计。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 18391.1-2002 信息技术 数据元的规范与标准化 GB/T 26281-2010 水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法GB 50009-2012 建筑结构荷载规范GB 50029-2014 压缩空气站设计规范GB 50052-2009 供配电系统设计规范GB 50060-2008 3kV110kV 高压配电装置GB/T 50062-2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB/T 50102-2014 工业循环水冷却设计规范GB/T50115-2019 工业电视系统工程设计标准GB 50295-2016 水泥工厂设计规范GB 50443-2016 水泥工厂节能设计规范GB 50588-2017 水泥工厂余热发电设计标准GB 50598-2010 水泥原料矿山工程设计规范GB 50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范GB/T 51301-2018 建筑信息模型设计交付标准CBMF/Z6-2014 第二代新型干法水泥技术装备验收规程3 术语和定义GB/T 18391.1-2002界定的术语和定义适用于本文件。4 数字化编码规则水泥工厂数字化参数编码由子项编号、设备代号、附属设备代号和参数代号码组成。参数编码结构图见图1，其中：1) 子项编号：由3位的数字、字母代码组合组成，AB+C，其中：AB 表示具体子项代号，其中：工艺专业的 AB 由2位数字组合组成，其它专业的 AB 由“1个字母+1个数字”组合组成；C表示该工厂有第几个这样的子项（包括已建成的）；2) 设备代号：设备代号由4位的数字、字母代码组合组成，DE+FG，其中 DE表示具体设备代号；FG表示该子项内有几台同类设备，范围0199；3) 附属设备代号（可选）：附属设备代号由4位的数字、字母代码组合组成，HI+JK，其中 HI表示具体设备代号；FG表示该子项内有几台同类附属设备，范围0199；4) 参数代号：参数代号由4位的数字、字母代码组合组成，LM+NO，其中 LM表示具体参数代号；NO表示该子项内有几台同类参数，范围0199。ABC. DEFG. HIJK. LMNO 参数代号 附属设备代号（可选） 设备代号 子项编号图 1 参数编码结构图5 数字化工厂设计总体要求5.1 水泥工厂数字化设计要求，是水泥产业智能制造的基础要素，是未来水泥产业达到数字化工厂、大数据应用的核心要求，决定着水泥产业智能制造能否达到智能化的重要条件。5.2 数字化工厂设计应准确全面的反映工业生产过程、工艺设备状态、电气仪表设备状态、管理数据等，主要包含工艺数字化设计、设备数字化设计、电气自动化数字化设计、视频监控及识别数字化设计、公用专业数字化设计、余热发电数字化设计、石灰石矿山专业数字化设计、建筑结构数字化设计、BIM数字化设计与交付。6 工艺数字化设计6.1 工艺设备水泥工厂数字化设计的工艺设备及其设计参数项目如表1所示。余热发电工艺设备见11.1表 1 工艺设备设计参数项目设备设计参数项目板喂机（石灰石、辅料、混合材）型号规格及设计能力、给料速度、实际输送量（在后续流程的皮带上设置秤计量）及负荷率（实际功率、额定功率、比率）破碎机（石灰石、辅料、混合材）型号规格及设计能力、实际输送量（在后续流程的皮带上设置秤计量）及负荷率带式输送机型号规格及设计能力、速度、负荷率（若皮带上设置有秤计量需增加显示实际输送量）小袋收尘器型号规格及设计能力，压力开关及差压开关信号，下料分割轮的速度开关信号离心通风机型号规格及设计能力、负荷率电动、气动阀型号规格、开度堆料机（辅料、原煤）型号规格及设计能力、负荷率侧式刮板取料机（辅料）型号规格及设计能力、刮板运行速度、负荷率、实际取料量（在后续流程的皮带上设置秤计量）定量给料机型号规格及设计能力、实际输送量及负荷率自卸式除铁器型号规格、速度回转下料锁风阀型号规格及设计能力、运行速度、负荷率生料立式磨型号规格及设计能力、负荷率、进风口风压风温、出风口风量风压风温、磨机压差、进料量、吐渣量提升机型号规格及设计能力、运行速度、负荷率大风机型号规格及设计能力、风量风压风温、负荷率（变频调速）螺旋输送机型号规格及设计能力、运行速度、负荷率链式输送机型号规格及设计能力、运行速度、负荷率窑尾袋收尘器型号规格及设计能力、进风口风压风温、出风口风量风压风温罗茨风机型号规格及设计能力、风温、负荷率（若为变频需增加显示实际风量风压）转子秤、固体流量计型号规格及设计能力、实际输送量及负荷率回转窑型号规格及设计能力、运行速度、负荷率篦式冷却机型号规格及设计能力、辊式破碎机负荷率、出料温度窑头袋除尘器型号规格及设计能力、进风口风压风温、出风口风量风压风温熟料槽式输送机型号规格及设计能力、运行速度、负荷率熟料库侧散装机型号规格及设计能力、阀门开度桥式刮板取料机（原煤）型号规格及设计能力、刮板运行速度、负荷率、实际取料量（在后面皮带上设置秤计量）煤磨机型号规格及设计能力、负荷率、进风口风压风温、出风口风量风压风温、磨机压差、进料量选粉机型号规格及设计能力、转速、负荷率、进风口风压风温、出风口风量风压风温、压差荷重传感器钢仓料位显示、下料量显示辊压机型号规格及设计能力、负荷率、进料量水泥磨型号规格及设计能力、负荷率、出风口风量风压风温、磨机压差、进料量水泥包装机型号规格及设计能力、负荷率、进料量水泥装车机型号规格及设计能力、负荷率、进料量水泥散装机型号规格及设计能力、负荷率、进料量备注：通用设计应符合GB 50443-2016、GB 50295-2016的规定。6.2 工艺风管工艺风管上的工艺参数应包括风管上的温度、压力参数，含各个参数相应的量程、报警值。6.3 质量参数质量参数应包括水泥工厂的进厂原燃材料质量参数，出厂的成品质量参数，生产过程的质量参数。1) 进厂原燃材料质量参数项目如表2所示。 表 2 进厂原燃材料质量参数项目原燃材料参数项石灰石化学成分: L.O.I、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、Cl-辅助原料化学成分:L.O.I、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO煤化学成分:SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO；工业分析：Mad(%)、Vad(%)、FCad(%)、St，ad(%)、Qnet，ad(kJkg)2) 出厂的成品质量参数项目如表3所示。 表 3 出厂的成品质量参数项目出厂的成品参数项水泥标准稠度、烧失量、SO3、MgO、比表面积、初凝、终凝、安定性、3天抗压和抗折强度、28天抗压抗折强度熟料f-CaO、立升重，常规化学成分检测、率值（KH、SM、AM）、液相量、3天抗压强度、28天抗压强度3) 生产过程的质量参数项目如表4所示。 表 4 生产过程的质量参数项目生产过程参数项煤粉水分、细度、灰分、挥发分、Qnet，ad(kJkg)出磨生料细度、L.O.I、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO入窑生料L.O.I、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO出磨水泥细度、MgO、Cl-、SO3含量、比表面积、烧失量、初凝时间、终凝时间、安定性、1天抗压强度、3天抗压强度7 设备数字化设计7.1 主要设备1) 预热器的参数应包含各级旋风筒的料管温度及压力测点，分解炉温度及压力测点，翻板阀应采用堵料检测及自动清堵装置。2) 回转窑的参数在电机启动控制的基础上，应包含温度、振动测点。齿圈应采用自动喷雾润滑系统。3) 篦冷机系统实现所有状态参数与中控对接。4) 燃烧器应实现前后移位自动化、风量调节自动化，利用火焰成像等技术辅助窑头看火判断。备注：通用设计应符合GB/T 26281-2010的规定。7.2 通用设备通用设备应采用成熟、先进的检测、控制技术及产品，提升自动控制、管理等综合应用水平。针对主机设备应使用设备在线诊断系统，实现主机设备的实时故障检测、故障分析、故障预判。大型设备的油品监控宜采用油品在线监测系统。其他通用设备的设计参数：1) 电动机的参数应包括启停控制信号、故障报警、电流、轴承温度、电机温升。若采用变频器，则还应包括频率。2) 减速机的参数应包括油温、轴承温度、振动值。3) 稀油润滑站的参数应包括电机及油泵信号、出口油温、供油压力、油箱液位、压差信号、加热器启停信号、备用泵切换信号、进出管道流量、回油管路中的油温。4) 干油润滑站参数应包括压力及干油分配器信号。宜采用智能润滑油站，每个注油嘴宜单独监测。5) 液压站的参数应包括油箱液位、出口油温、供油压力、压差信号、加热器启停信号、备用泵切换信号、液压缸及各测点压力、液压缸行程。6) 小型离心风机的参数应包括轴承温度、电机电流。7) 大型风机的参数应包括轴承温度、风机电流、冷却水阀门开关信号、稀油站信号、振动值。8) 罗茨风机的参数应包括油箱液位、振动值、机箱温度、润滑油温度。9) 大型主机轴承的参数应包括温度、振动值。小型轴承的参数应包括温度值。10) 长皮带的参数应包括跑偏拉绳的定位数据、滚筒、配重张紧装置检测装置的信号。8 电气自动化数字化设计8.1 总降压变电站35kV以上电气设备总降压变电站的继电保护装置宜采用智能综保装置，并用通讯方式实现总降压变电站35kV以上部分的信息数据采集，与控制系统或智能化系统进行通讯。数据信息包括但不限于以下内容：1) 各断路器、隔离开关、接地开关的状态（合闸，分闸）；2) 进线计（测）量表计的数据。包括有功、无功功率，电度量，电流，电压，功率因数及谐波等参数；3) 各保护装置的运行状态，故障类型；4) 主变压器的温度、瓦斯等参数；5) 如采用GIS，各个气室的气体压力参数；如参与户内布置，则还宜采集室内的SF6浓度参数。备注：通用设计应符合GB 50060-2008、GB/T 50062-2008的规定。8.2 610kV电气设备610kV部分高压开关柜配置断路器、智能综保装置及电能测量表计，采用通讯方式与控制系统或智能化系统进行通讯。数据信息包括但不限于以下内容：1) 断路器小车位置（工作/试验），断路器和接地开关的状态（合闸，分闸），断路器的操作次数等参数；2) 测量表计的数据。包括有功、无功功率，电度量，电流，电压，功率因数等参数；3) 保护装置的运行状态，故障类型；4) 温度检测，包括母线、断路器触头、电缆室、电缆沟等温度；5) 放电监测信号。备注：通用设计应符合GB 50060-2008、GB/T 50062-2008的规定。8.3 低压电气设备低压电机保护控制宜采用综合智能电机控制系统，采用通讯方式与控制系统或智能化系统进行通讯。配合能源管理系统，在需要的回路上配置电能测量表计，采用通讯方式采集电能数据。相关数据信息包括但不限于以下内容：1) 电机运行状态包括：运行、停机、故障等状态；2) 电度量、三相电流、电压、功率、功率因数、频率及漏电电流等参数；3) 故障信息包括：过载、断相、三相不平衡、接地故障、电机热保护等；4) 电机绕组温度检测；5) 电机运行次数及运行时间等。备注：通用设计应符合GB 50052-2009的规定。8.4 余热发电电气自动化设备余热发电电气自动化设备见11.2。9 视频监控及识别数字化设计9.1 视频监控视频监控系统设计包括控制中心、厂区重要生产线、重要生产岗位、厂区物流管理、各重要出入通道及其它主要部位出入口的图像监控及数字化录像系统，并考虑下一步扩建的预留通道。备注：通用设计应符合GB/T50115-2019的规定。9.2 视频识别视频识别系统是由人防提升到技防的重要环节，以“智能感知”和“视频巡检”为核心设计思想、弥补了人工监看的疲劳，通过自动识别预警系统与DCS系统联动，自动产生报警及实时显示。视频识别算法应用场景包含但不限于电子围栏（周界看护）、人员入侵检测、人员未佩带安全帽、烟雾识别、皮带运动识别、下料口堵塞识别、预热器翻板动作识别（动作幅度可设定）、皮带撕裂等。10 公用专业数字化设计10.1 水源应监测取水泵房出水口流量、供水水压，水泵工作状态。对于河流取水的工厂，应在取水口增设视频监控。10.2 水源至厂区输水管线应监测水源至厂区输水管线的起点和终点的流量和供水水压、中间水池水位、中间增压泵房里水泵工作状态。厂内水管网系统应采集总供水口水流量。10.3 给水处理对于絮凝沉淀过滤的地表水给水处理工艺，在给水处理设备进口应监控流量、悬浮物、PH值、水温，在给水处理出口需监控浊度和余氯(或者氧化还原电位)。絮凝池、沉淀池、滤池上设置视频监控。对于软化和除盐的地下水给水处理工艺，宜在线监测或自动调节软化、除盐系统（或设备）出水量、水温、渣清设备、反渗透等设备加药量、再生碱液温度，除二氧化碳器水箱液位及气源压力等。备注：通用设计应符合GB/T 50102-2014的规定。10.4 生产生活消防给水系统生产生活水泵采用恒压变频供水，监测清水池水位以及泵房出水口流量、供水水压，水泵工作状态。消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关和报警阀压力开关等开关信号，应能直接自动启动消防水泵。生活给水在入户管设置智能水表。生产给水在车间进口设置电磁流量计、电接点压力表。备注：通用设计应符合GB 50974-2014的规定。10.5 循环给水及回水系统水泵采用恒压变频供水，监测循环水池水位、水温、水质(浊度、TDS、PH值)以及泵房出水口流量、供水水压，水泵工作状态。循环冷却水在车间进口设置电磁流量计、电接点压力表，在车间回水设置水温监测。对于有远程调节需求的工厂，在车间进口还需设置电动调节阀和电动阀。10.6 污水处理及中水回用监测调节池、中间池、中水池的水位、中水处理出水水质（COD、浊度、余氯或者氧化还原电位）以及中水泵出水口流量、供水水压，水泵工作状态。10.7 空压机系统空压机及附属设备（干燥机、过滤器等）设置压力和温度传感器，管网设置阀门开关监控、压力和流量监测。备注：通用设计应符合GB 50029-2014的规定。11 余热发电数字化设计11.1余热发电工艺设备水泥工厂数字化设计的余热发电设备及其设计参数项目如表5所示。表 5 余热发电工艺设备设计参数项目设备设计参数项目余热锅炉（SP炉，AQC炉）型号规格及设计能力、烟气量、烟气进出口温度、蒸汽产量（高压或低压）、蒸汽温度及压力汽轮机型号规格及设计能力、进汽量、温度、压力，排汽压力发电机型号规格及设计能力、额定电压、功率因数、效率、绝缘等级凝汽器型号规格及设计能力、冷凝面积、冷却水量、冷却水温空冷器型号规格及设计能力、冷却空气量、冷却水量、工作水压冷油器型号规格及设计能力、冷却面积、冷却油量、冷却水温射水抽气器型号规格及设计能力、流量、抽气量除氧器型号规格及设计能力、工作温度、进水压力、出水含氧量、水箱有效容积起重机型号规格及设计能力、起重量、跨度、主副钩速度、大小车速度、轨道型号滤油机型号规格及设计能力、处理流量、工作真空度、工作压力、运行温度、清洁度加药装置（氨、酸、碱、磷酸三钠、杀菌剂、缓蚀阻垢剂等）型号规格及设计能力、流量、压力小孔排汽消声器型号规格及设计能力、排汽量、排汽温度、排汽压力、消声量离心通风机型号规格及设计能力、负荷率电动、气动阀型号规格、开度轴封冷却器型号规格及设计能力、冷却水量、冷却面积、抽气量、涡轮风扇功率回转下料锁风阀型号规格及设计能力、运行速度、负荷率链式输送机型号规格及设计能力、运行速度、负荷率备注：通用设计应符合GB 50588-2017的规定。11.2 余热发电电气自动化设备11.2.1余热发电同期屏采用通讯方式实现余热发电同期屏的信息数据采集。数据信息包括但不限于以下内容：运行参数包括请求同期，同期合闸成功等遥控参数；故障信息包括PT断线、同期屏故障等。11.2.2 余热发电励磁屏采用通讯方式实现余热发电励磁屏的信息数据采集。数据信息包括但不限于以下内容：运行参数包括增磁，减磁，通道的选择，运行模式的选择，灭磁开关的开、关等遥控参数；故障信息包括操作电源掉电，A、B套控制器故障，过励限制动作，欠励限制动作，强励限制动作，V/F限制动作，起励失败信号，熔丝熔断，风机停运，灭磁开关的状态等。11.2.3 汽机转速控制汽机转速控制采用DEH数字电液调速系统。与水泥生产线控制系统进行数据交换，数据信息包括但不限于汽机运行参数、DEH状态。11.2.4 汽机紧急停机系统汽机紧急停机系统（ETS）与水泥生产线控制系统进行数据交换，数据信息包括但不限于汽机停机SOE、ETS状态。12 石灰石矿山专业数字化设计12.1 石灰石矿山数字化管理系统石灰石矿山数字化管理系统一般包括三维可视化、数字采矿软件平台、生产执行平台。通过矿山数据中心的建立，实现各系统间、各业务模块间的数据共享及数据同步，并保证系统数据的安全；通过构建矿山基本技术管理及业务处理平台，实现以矿石质量控制为主线，为矿山生产提供信息化技术手段。石灰石矿山数字化管理系统与厂区数字化系统应互联互通。12.2 石灰石矿山专业数字化设计要求石灰石矿山专业设计应根据水泥生产线配料要求，生产满足要求的矿石原料。根据矿山地质赋存情况、矿岩成分、开采方式等条件，科学的进行配料，提高资源的利用率，减少废石排弃，并符合绿色矿山建设的要求。备注：通用设计应符合GB 50598-2010的规定。12.3 石灰石矿山主要设备技术参数水泥工厂数字化设计的石灰石矿山主要设备及其设计参数项目如表6所示。表 6 石灰石矿山主要设备设计参数项目设备设计参数项目钻机基础参数：规格型号、生产厂家、发动机（型号、功率）、空压机（压力、风量）、钻孔方式、孔径、爬坡能力、自重等运行参数：工作天数、工作时间、定位管理、生产数据、设备运行时间等参数；同时也可对设备进行故障管理和维护保养提醒功能挖掘机基础参数：规格型号、生产厂家、发动机（型号、功率）、挖掘方式、斗容、挖掘高度、卸载高度、自重等运行参数：工作天数、工作时间（实际作业时间、空转时间）、工作模式、溢流时间、符合、油耗（合计、平均油耗）、设备警报（发动机油量、空滤、电瓶充电、冷凝水温度、液压油温）、保养信息运输汽车基础参数：规格型号、生产厂家、发动机（型号、功率）、载重、轴荷载、自重、车厢容积等运行参数：工作天数、工作时间、发动机变速箱的实时运行参数，液压系统的实时运行参数，水系统、电气系统的参数、产量，油耗，配件消耗，设备出勤率，设备完好率等参数；设备进行故障管理和维护保养提醒功能13 建筑结构数字化设计建筑结构数字化设计应包括以下建筑结构信息：1) 空间关系应真实体现空间的面积、大小、形状、通行空间、消防安全空间等信息。2) 几何参数应包含各类建筑结构构件的外形尺寸、截面参数等信息。3) 结构计算信息是指车间结构设计时所采用的参数，包含但不限于地勘类参数、抗震相关参数、各类荷载相关参数、材料强度相关参数等。4) 工程量应包含但不限于土石方工程、地基处理工程、砌筑工程、混凝土工程、楼地面工程、屋面及保温工程、装饰工程、总平面工程以及钢结构工程等各类工程量相关信息。备注：通用设计应符合GB 50009-2012的规定。14 BIM数字化设计与交付14.1 基本规定水泥工厂宜采用BIM设计，并建立对应的数据接口。14.2 设计要求1) BIM数字化设计应采用平台化设计，采用结构化设计数据，实现高效设计及交付；2) BIM数字化交付的数据格式应包括结构化数据、源文件、电子图片等，数据需要定期单独保存；3) BIM模型构件中应包含构件本身的设计参数等数据信息；4) BIM模型应包含水泥工厂设计的全专业内容。备注：通用设计应符合GB/T 51301-2018的规定。