Проект автоматизації котельної установки в колективному підприємстві “Меткабель”

Диплом

Проект  автоматизації котельної  установки в колективному підприємстві “Меткабель” 

    1. Загальна частина 

    1.1. Вступ

    Автоматизація котельної — це забезпечення потрібного режиму роботи устаткування за допомогою засобів автоматики. У залежності від рівня використання цих засобів автоматизація може бути повною, комплексною і частковою.

    У залежності від виконуваних автоматичними пристроями функцій розрізняють наступні основні види автоматизації:

1. вимірювання і контроль витрат газу і води котельної установки;
2. сигналізація температури води;
3. керування температурою води;
4. регулювання витрат газу і води котельної установки;
5. захист від перегріву та перевищення тиску котельної установки.

    Автоматичне вимірювання і  контроль витрат газу і води котельної установки виконується за допомогою засобів вимірювання безупинно, періодично контролювати кількісні і якісні показники технологічного процесу.

    Автоматична (технологічна) сигналізація температури води призначена для передачі сигналів, що інформують обслуговуючий персонал (оператора, диспетчера) про стан технологічного обладнання і відхилення параметрів, що контролюються.

    Сигналізація  буває світловою і звуковою, а за інформацією:

• попереджувальною — сигналізація моменту пуску обладнання, початку технологічного процесу і т.д.;
• виконавчою — контроль виконання розпоряджень обслуговуючого персоналу.
• аварійною — повідомлення обслуговуючому персоналу про порушення виробничого процесу.

    Автоматичне керування температурою води призначене для пуску і зупинки котлів, насосів, вентиляторів, димососів і т.д. По ступені участі людини у включенні і відключенні пристрою автоматичного керування поділяють на напівавтоматичні й автоматичні.

    У першому випадку приведення в дію автоматичного пристрою проводиться шляхом натискання на кнопку чи поворотом ручки ключа з пульта керування (дистанційне керування) чи безпосереднє біля агрегату (місцеве керування).

    В другому випадку імпульси посилаються датчиками, що контролюють режим роботи. Наприклад, автоматичне включення підживлюючого насоса при витіканні води з мережі. Автоматичне регулювання витрат газу і води котельної установки призначене для підтримки  

без участі людини протягом заданого проміжку часу з потрібною точністю заданих режимів технологічного процесу.

    У залежності від характеру виміру задаючого впливу, розрізняють системи автоматичного регулювання стабілізації, програмного регулювання і спостереження.

    У системах стабілізації задаючий вплив, постійнмй, у системах програмного регулювання він змінюється по раніше заданому законі, а в слідкуючих системах, він також змінюється, але закон зміни раніше не відомий і задачею системи є забезпечення спостереження за регульованою величиною по мірі зміни задаючої величини.

    Автоматичний  захист від перегріву та перевищення тиску призначений для запобігання ушкоджень устаткування при виникненні передаварійних режимів. Пристрої автоматичного захисту припиняють контрольований процес (наприклад, процес горіння шляхом відсічення подачі газу) або забезпечують інші міри ліквідації небезпеки (відкривають запобіжні клапани для зниження тиску в котлі і т.п.).

    Автоматичний  захист, контроль і сигналізація витрат води та газу на котельнях зв'язані між собою. Спочатку подається сигнал про відхилення контрольованого параметра від заданого значення, а потім, коли відхилення перевищить припустимий рівень, спрацьовує автоматичний захист (відсікається подача газу) і видається відповідний сигнал.

    Тема  дипломного проекту є актуальною і економічно доцільною. Економічний ефект від впровадження проекту на КП “Меткабель” одержано за рахунок кращого контролю витрат котельної установки ( газу, води). Введення нових більш економічних засобів.

 
1.2. Характеристика технологічного процесу

    Котельна  установка в колективному підприємстві “Меткабель” являє собою складне технічне спорудження. Вона складається з котлового агрегату і допоміжного котлового устаткування, розміщеного в приміщенні котельні чи поза нею, яке призначено для виробництва пари з необхідними параметрами, для отримання гарячої води, чи того й іншого одночасно.

    До  складу котлового агрегату входять: паровий (водогрійний) котел ДКВР1, топка, паронагрівач, водяний економайзер, повітропідігрівник, обмуровування, каркас зі сходами і площадками, а так само арматура і гарнітура.

    До  допоміжного устаткування відносяться: тягодутьові і живильні пристрої, устаткування водопідготовки, паливоподачі, а також контрольно вимірювальні прилади і системи автоматизації.

    Технологічний процес одержання пари здійснюється в наступній послідовності. Паливо за допомогою газомазутных пристроїв вводиться в топку, де воно і згоряє. Повітря, необхідне для згоряння палива, подається в топку дутьевым вентилятором при штучній тязі чи підсмоктується через колосникові ґрати — при природній тязі.

    Для поліпшення процесу згоряння палива і підвищення економічності роботи котлоагрегата повітря перед подачею в топку попередньо підігрівається димовими газами в повітропідігрівнику.

    Димові  гази, віддавши частину свого тепла радіаційним поверхням нагрівання, розміщеним у топковій камері, надходять у конвективну поверхню нагрівання, прохолоджуються і димотягом видаляються через димар в атмосферу.

    Водопровідна вода проходить через катіонітові фільтри водопідготовки, зм'якшується і далі надходить у деаераційну колонку, де з неї видаляють агресивні гази (0₂ і СО₂) і стікає в бак деаерованної води. З бака живильної води вона живильним насосом подається в паровий котел.

    Пройшовши по поверхнях нагрівання, вода випаровується і під робочим тиском пари збирається у верхньому барабані. З котла пар подається в загалькотловий паровий колектор і відтіля подається споживачам. 

1.3. Характеристика і  аналіз існуючих  схем автоматичного  контролю і регулювання

    Комплект  випускається модернізованим у двох модифікаціях: КСУ-1-Г-2 — для водогрійних котлів теплопродуктивністю до 1 Гкал/година, що працюють на газі низького тиску. КСУ-1-Г-3 — так само на газі середнього тиску. 

    Рис.1.1. Принципова схема комплексу засобів керування КСУ-1-Г: 1 — шафа комплексу; 2, 3 — відсікачі, клапани, що відтинають; 4 - клапан-відсікач запальника; 5, 17 -виконавчі

механізми; 6 - реле температури;  

    7, 10, 11, 18 реле тяги, напору, тиску; 8 - електрозапальник; 9 - котушка запалювання; 12 - пальник; 13 - контрольний електрод; 14 – манометр електроконтактний; 15, 16 - термометри манометричні; Т1 — табло .Аварія"; Т2 — табло „Робота"; Л1-Л14 — лампи: Л! — .Мережа", Л2 — .Немає полум'я", ЛЗ — .Розрідження низьке", Л4 — „Тиск повітря низький", Л5 — .Тиск води низький", Л6 — .Тиск води високий", Л7 — „Температура води висока", Л8 — .Тиск газу низький", Л9 — „Тиск газу високий", Л10 — .Комплект несправний", Л11 — „Немає резервування", Л12 — .Температура газів, що ідуть, висока", Л13 - „котел відключений загалькотловим пристроєм", Л14 - „включено"; К 1-К 5 - кнопки: К1 - „пуск", К2 - .Стоп", КЗ — .Відключення звукової сигналізації", К4 — „Виключення сигналізації світлової", К5 — .Контроль сигналізації"; П1 перемикач „Работа з загалькотловим пристроєм"; ЛС-1 — „Мережа живлення 380/220В", 50 Гц, ЛС-2 — „Сигнали диспетчеру (а — „Включення  напруги живлення", б — „Аварія"), ЛС-3 — .Дистанційне керування (у — „Пуск", м — „Зупинка", д — „Включенне регулювання"), ЛС-4 — .Сигнали від загалькотлового пристрою регулювання" (е — „Пуск-стоп", ж — .Мале горіння — велике горіння").

    Комплект засобів керування КСУ-1-Г забезпечує:

• двопозиційне регулювання і підтримку в заданих межах (температури води на виході з котла, подачі повітря в відповідності з подачею газу, розрідження в топці);
• автоматику безпеки котла (подача газу до котла припиняється 
  при:

    відхиленні тиску газу від заданих значень; зниженні тиску повітря; зниженні розрідження; загасанні полум'я пальника; підвищенні температури гарячої води; чи підвищенні зниженні тиску води; несправності комплекту; підвищенні напруги);

• світлозвукову робочу й аварійну сигналізацію тиску в котлі, температури води;
• автоматичний пуск і зупинку котла.

    Електронні  схеми КСУ-1-Г побудовані на базі елементів дискретної автоматики, реалізованої за допомогою мікросхем, транзисторів і інших электрорадіоелементів.

    Функціональну основу комплекту складають переважно багатоканальні блоки, кожен канал якого чи сам блок виконує визначену логічну функцію.

    Комплект  розміщений у начіпній шафі розміром 620 х 910 х 395 мм. Маса комплекту не більше 70 кг. Органи оперативного керування і сигналізації розміщені у верхній частині лицьової сторони дверок шафи.

    Автоматичне регулювання витрат води та газу

    Автоматичне регулювання води та газу може виконуватися в двох режимах: разом із загальказановим пристроєм і без нього. Вибір режиму регулювання проводиться тумблером.

    При роботі без загальнокотлового пристрою датчиком у системі регулювання є манометричний термометр типу ТПГ-СК.

    Якщо  температура гарячої води знаходиться в інтервалі між нижчою і вищою заданими значеннями (стрілка знаходиться між нерухомими контактами і контакти розімкнуті), газ до пальника надходить через два відкритих клапани: „великого" і „малого" горіння блоку БПГ, заслінка на повітрепроводі і шибер на димоході цілком відкриті.

    Замикання контакту при досягненні вищого заданого значення температури відключає клапан „великого" горіння, відпрацьовують електровиконавчі механізми, частково прикриваючи повітрепровід і димохід. Положення максимального і мінімального відкриття заслінки на повітрепровіді і шибера на димоході регулюють у процесі налагодження, встановлюючи оптимальне співвідношення „газ-повітря". Котел переходить у режим „мале горіння".

    При подальшому зниженні температури води знову відкривається клапан „великого" горіння і міняється положення заслінки на повітрепровіді і шибера на димоході, тобто регулювання проводиться в режимах 100 і 40% теплової потужності пальника. При цьому клапан „малого" горіння постійно відкритий.

    При роботі з загалькотловим пристроєм комплект виконує наступні команди:

• сигнал на зупинку котла;
• сигнал на пуск котла;
• сигнал відкриття регулювальних органів на „велике" горіння;
• сигнал відкриття регулювальних органів на „мале" горіння. Включеня пристрою регулювання потужності при першому пуску (як із загалькотловим пристроєм, так і без нього) здійснюється вручну тумблером; включення супроводжується загорянням відповідної сигнальної лампи, при цьому відключення дозволяється тільки після прогріву котла (120 сек).

 
Пуск  і зупинка котлаа з автоматикою КСУ-1-Г    

При спрацьовуванні датчиків, що контролюють параметри автоматики безпеки, а також при про паданні напруги живлення пропадає струм на виконавчих реле, розриваючи коло живлення клапанів, що відтинають, і подача газу до котла припиняється. Одночасно загоряється табло „Аварія" і сигнальна лампа, першопричини аварії, замикається коло живлення джерела звукового сигналу.

    Зняття  звукового сигналу виробляється натисканням кнопки „Відключення сигналізації звукове".

    Відключення світлової сигналізації повинне  здійснюватися тільки після усунення причини появи аварійного сигналу натисканням кнопки „Відключення сигналізації світлове".

    Перед кожним пуском комплекту  необхідно:

1. Включити автоматичний вимикач мережі (при цьому загоряє 
   ся лампа „Мережа").
2. Перевірити справність світлової і звукової сигналізації натисканням кнопки „Контроль сигналізації".
3. Переконатися у відсутності аварійних параметрів.             

Таблиця 1.1.

Автоматика  безпеки і сигналізація котельної установки

4. Вибрати режим  роботи комплекту шляхом установки тумблера в 
   положення „Без загально котлового пристрою".
5. Відкрити „контрольний" кран до БПГ.
6. Натиснути на кнопку „Пуск", після чого включається лампа „Пуск" і 
   комплект починає відпрацьовувати програму розпалу.
7. Перед розпалом пальника включити циркуляційний насос.
8. Після розпалу запальника відкрити „робочий" кран і розпалити основний пальник. Закрити продувну „свічу".

    10. Зробити запис у змінному журналі про розпал котла із указівкою 
часу. 

    Для зупинки котла оператору досить натиснути на кнопку „Стоп" і при повному закінченні роботи закрити „контрольний" і „робочий" крани, відкрити „свічу", відключити автоматичний вимикач мережі і зробити запис у змінному журналі з указівкою часу зупинки котла.

    Основні задачі, виконувані пристроями    автоматики    в котелені, зводяться до наступного: автоматизація процесів регулювання живлення котла водою; забезпечення безпеки;   теплотехнічний   контроль;   дистанційне    керування електроприводами.

    Виконання зазначених функцій пристроями автоматики розглянемо на прикладі котельні, обладнаної котлами типу ДКВР-4-13, на газовому паливі.

    Автоматичне регулювання процесу горіння  в котлі містить у собі регулювання подачі палива (газу) по тиску пари в барабані котла, регулювання подачі повітря за схемою

    Продуктивність  котла 4т. пари в годину, максимальний робочий тиск пари — 13 атм (13-10⁵ Па).

    Автоматика  безпеки повинна спрацьовувати  при порушенні нормальної роботи котлоагрегату, тобто при зниженні тиску газу в газопроводі до котла; зниженні (підвищенні) рівня води в барабані котла; підвищенні тиску пари в барабані котла; зменшенні розрідження в топці; загасанні пальника  зниженні тиску повітря перед пальниками.

    З появою кожної зі згаданих несправностей  спрацьовує відповідний сигналізатор:

• сигналізатор падіння тиску — при зниженні тиску газу в живильному газопроводі;
• дифманометр рівнемір — понижений чи підвищенний рівень води в барабані котла;
• електроконтактний манометр — при підвищенні   тиску пари;
• сигналізатор падіння розрідження — при зменшенні розрідження в топці.

    Регулювання співвідношення обсягу газу і повітря, що надходять у топку «газ-повітря», регулювання  розрідження в топці котла.   Для цієї мети служить спеціальний електронно-гідравлічний регулятор.

    У залежності від тиску пари в барабані котла манометр подає імпульс на транзисторний підсилювач з виходу якого посилений імпульс надходить на гідравлічний  виконавчий механізм , що повертає заслінку.

    Зміна витрати газу контролюється витратоміром з електричним індукційним датчиком,  імпульси якого надходять на транзисторний підсилювач регулятора повітря, на який, крім того, надходять імпульси з диференціального тягоміра, що контролює перепад тиску за дуттьовим вентилятором.

    Гідравлічний  виконавчий механізм, з’єднаний  направляючим апаратом цього вентилятора, одержує імпульс регулятор і змінює кількість подаваного повітря.

    Продуктивність димососа, що створює необхідне розрідження повітря в топці котла, регулюється регулятором, що складаються з диференціального тягоміра, транзисторного підсилювача і гідравлічного виконавчого механізму; який задіює на направляючий апарат димососа. 

    Заданий рівень води в барабані котла підтримується регулятором рівня, що складає з мембранного дифманометра з електричним індукційним датчиком, транзисторного підсилювача і гідравлічного виконавчого механізму, що діє на живильний клапан на лінії живильної води.

    Автоматика  безпеки повинна спрацьовувати  при порушенні  нормальної роботи котлоагрегату, тобто при зниженні тиску газу в газопроводі до котла; зниженні (підвищенні) рівня води в барабані котла; підвищенні тиску пари в барабані котла; зменшенні розрідження в топці; загасанні пальника; зниженні тиску повітря перед пальниками.

    З появою кожної зі згаданих несправностей  спрацьовує відповідний сигналізатор:

• сигналізатор падіння тиску — при зниженні тиску газу в живильному газопроводі;
• манометричний рівнемір — газу пониженні чи підвищенні рівня в барабані котла;
• електроконтактний манометр — при підвищенні   тиску пари;
• сигналізатор падіння розрідження — при зменшенні розрідження в топці;