Описание схемы автоматического контроля технологических параметров

        СОДЕРЖАНИЕ 

Введение…………………………………………………………………………

1 Анализ  технологического процесса………………………………………….

1. 1 Физико-химические  основы процесса…………………………………….

1.2 Описание  технологического процесса, производства…………………….

1.3 Основное  оборудование производства…………………………………….

1.4 Параметры  нормального технологического  режима……………………..

…………………………………………………..

3 Описание   схемы   автоматического   контроля   технологических параметров…………………………………………………………………………

4 ………………………………………………………………………..

5 ……………………………

Заключение………………………………………………………………………..

Список  литературы……………………………………………………………….

Приложение  А Спецификация технических средств………………………….. 
 
 
 
 

        ВВЕДЕНИЕ

        По уровню автоматизации  теплоэнергетика занимает одно из ведущих  мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки  характеризуются непрерывностью протекающих  в них процессов. При этом выработка  тепловой и электрической энергии  в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА

        1.1 Физико-химические  основы процесса

        Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую./2/

        Расчет процесса горения обычно сводится к определению  количества воздуха в м³, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

        Значение теплоотдачи  заключается в теплопередаче  тепловой энергии, выделяющейся при  сжигании топлива, воде, из которой  необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру  выше температуры насыщения. Процесс  теплообмена в котле идет через  водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются  в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи  они омываются горячими топочными  газами или воспринимают тепловую энергию  лучеиспусканием. Таким образом, в  котлоагрегате имеют место все  виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

        Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем  выше чистота поверхности.

        Водоподготовка котельных является необходимым атрибутом любой котельной./1/ Основная задача системы водоподготовки для котельных - предотвратить образование минеральных отложений на внутренней поверхности водогрейных котлов, теплообменников и трубопроводов тепловых станций. Эти отложения приводят к значительным потерям мощности водогрейных котлов, а в некоторых случаях могут полностью заблокировать работу котельной из-за закупоривания внутренней конструкции водогрейного оборудования или образования очаговой коррозии.

              Натрий-катионирование

        Процесс натрий-катионирования широко используется в промышленности для умягчения воды, т. е. удаления из нее катионов Са²⁺ и Mg²⁺. Он заключается в том, что умягчаемая вода фильтруется с определенной скоростью через слой катионита с обменным катионом натрия.

        В этом слое протекают  обменные реакции

         2RNa +Са²⁺ →R₂Ca + 2Na⁺   (*)

        2RNa+Mg²⁺ → R₂ Mg + 2Na⁺

        в результате которых  катион натрия переходит в воду, а Са²⁺ и Mg²⁺ остаются в катионите. После замещения всех обменных катионов натрия кальцием и магнием процесс умягчения прекращается. 

Рисунок 1 - Графическая интерпретация процесса катионирования воды. 

        Реакции (*) протекают во времени. Поэтому, начавшись при контакте обрабатываемой воды с катионитом, они заканчиваются в плоскости в, г (рисунок 1, /) на некоторой глубине h_рз. Ниже плоскости в, г находится свежий (неистощенный) катионит. В процессе работы фильтра работающая зона а-б-в-г смещается вниз, и спустя некоторое время в слое катионита образуются три зоны: А— истощенного, Б— работающего, В — свежего катионита (рисунок 1,//). Верхняя горизонталь в-г (рисунок 1, IV) соответствует жесткости исходной воды, а нижний а-б — умягченной. Точка а характеризует начало работы катионитного фильтра. В момент, когда плоскость работающей зоны в-г достигнет нижней границы слои катионита (рисунок 1,///), отмечается повышение жесткости умягченной воды  («проскок» жесткости) и фильтр отключается на регенерацию, чему на графике соответствует точка б. При дальнейшей работе фильтра жесткость фильтрата будет возрастать,  пока в точке д не достигнет значения  Ж_ив. Площадь а-б-г-в соответствует полной рабочей динамической обменной емкости (ДОЕ) всего слоя катионита. 

        1.2 Описание технологического  процесса, производства

        Технологический процесс  в водогрейном котле /3/ – это процесс сгорания топлива и выработки тепла для нагрева воды. Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН₄ (94%), по топливопроводу котла поступает в горелку и по мере выхода из нее сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора. Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м³, то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м³ газа требуется 9,6 м³ воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха a = 1,05 - 10 м³.  В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Затем продукты сгорания, охлажденные в топочной камере до температуры 980^°С, непрерывно двигаясь по газоходам котла, омывают вначале пучок кипятильных труб, затем экономайзер, охлаждаются до температуры 115^°С и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Питательная вода предварительно проходит через фильтры химической очистки, а затем поступает в деаэратор, где происходит удаление кислорода О₂ из воды за счет ее подогрева паром до температуры 104^оС, что соответствует избыточному давлению в деаэраторе 0,02 ÷ 0,025 МПа. Выделившийся из воды воздух уходит через трубу в верхней части деаэраторной колонки в атмосферу, а очищенная и подогретая вода выливается в бак-аккумулятор, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котла. В верхний барабан котла питательная вода подается после дополнительного подогрева в экономайзере до температуры 91-100^°С.

        В общем виде процесс  работы котельной выглядит так: 

1. При температурах наружного воздуха от плюс 8 ^°С до минус 5 ^°С в работе находится один котел с постоянным расходом воды и температурой на входе плюс 60 ^°С, на выходе плюс 85 ^°С, температурный график обеспечивается автоматически регулятором сетевого перепуска и регулированием мощности котлов, температура воды перед котлами поддерживается линией рециркуляции.

2. При дальнейшем понижении температуры наружного  воздуха (от минус 12 ^°С и ниже) повышение температуры теплоносителя обеспечивается увеличением мощности котлов вплоть до максимальной. Это производится в соответствии с заданной режимной картой и настройками автоматики регулирования котлов.

        1.3 Основное оборудование  производства

        В котельной установлено:

1. Четыре котла ДКВР 10/13 с чугунными экономайзерами, три из которых переведены в водогрейный режим, четвертый котел законсервирован. Общая мощность котельной 20.14 Гкал/час. Максимальная присоединенная нагрузка потребителей - 11.13 Гкал/час.
2. Два сетевых насоса Д–320/70 производительностью 320 м³/час и давлением 7 кгс/см².
3. Химводоподготовка двухступенчатая производительностью 16 м³/час. Первая ступень подготовки происходит через натрий-катионитовые фильтры, которых в котельной смонтировано два и работают они поочередно. 2-я ступень подготовки воды производится через сульфоугольный фильтр.
4. Вакуумный деаэратор ВДПУ–5А производительностью 3-5 м³/час с накопительной емкостью 8 м³.
5. Три подпиточных насоса типа К-20/30, производительностью 20 м³/час,
6. Линия рециркуляции с двумя насосами НКУ-140 М, производительностью 140 м³/час.
7. Линия сетевого перепуска.
8. Три дымососа типа Д-10.
9. Три вентилятора дутьевых типа ВД-8.
10. Кирпичная дымовая труба высотой 31 м.
11. Протяженность тепловой сети присоединенной к котельной 11476 погонных метров.
12. Объем тепловой сети 384 м³.

        Рисунок 2 - Схема  водяной обвязки котлов. 

        Сетевые насосы Д320-70 СН-13 и СН-14 (Рисунок 2) служат для создания циркуляции теплоносителя (воды) во внешней теплосети и внутренней тепловой системе котельной. Отбор воды идет из обратного трубопровода внешней сети, подача - в обратный коллектор котельной. В работе постоянно находится один насос СН-13, второй насос СН-14, остается в резерве на случай выхода из строя основного. На входном и выходном трубопроводах обоих насосов установлены задвижки СН-13.1 и СН-14.1, манометры для контроля давления, кроме того, на выходных трубопроводах установлены обратные клапаны СН-13.2 и СН-14.2, для предотвращения прохода воды в обратном направлении при остановке насоса. Аварийный байпас с задвижкой СН-13.14, служит для создания независимой циркуляции воды во внешней тепловой сети в случае остановки котельной или аварии в её внутренней теплосети. Во всех режимах работы котельной сетевой насос работает постоянно, обеспечивает расход воды равный 280 м³/ч, давление на входе на уровне 2,2-3,2 кгс/см², на выходе - 7,8-8,0 кгс/см².

        Котлы ДКВР-10/13, реконструированные для использования в водогрейном режиме, служат для нагрева воды, которая поступает из внешней тепловой сети по обратному коллектору и затем, через вентиль СВ-2 на вход экономайзера, где происходит её предварительный нагрев дымовыми газами. Далее через вентиль СВ-3 вода поступает во фронтовой коллектор котла и далее семью ходами проходит последовательно от верхнего барабана к нижнему и обратно до выходного патрубка в задней части верхнего барабана.

        Линия рециркуляции. Для нормальной работы котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в экономайзер не менее плюс 60 °С, чтобы исключить образование росы на деталях и конструкциях котла и их преждевременных износ. Кроме того, для нормальной работы деаэрационной установки ВДПУ-5А также необходимо подача греющей воды с температурой не менее плюс 60 °С. Подогрев осуществляется с помощью линии  рециркуляции, которая отбирает часть горячей воды из прямого коллектора котельной и подает её в обратный коллектор перед котлами.

        Сетевой перепуск. Сетевой перепуск предназначен для того, чтобы скомпенсировать отбор воды на линию рециркуляции и чтобы подать в теплосеть воду с температурой согласно графику 110-70°С. Также он служит гидравлическим эквивалентом котла при работе только одного котла.

        Вакуумный деаэратор ВДПУ–5А  с баком-накопителем и теплообменником.

        Таблица 1 - Технические данные автоматизированной деаэрационной подпиточной установки  ВДПУ -5 А

        Устройство  и принцип работы

        Установка ВДПУ-5А  состоит из (Рисунок 3) деаэрационной колонки 1, циркуляционного 2 и подпиточного 3 насосов, четырёхсекционного водоподогревателя 5, гидроэлеватора 15, газо-водяного эжектора 16, бака приемного 26, устройства управления установкой 33, теплообменника 40, бака-накопителя 51, устройства управления установкой 33, контрольно-измерительных приборов, запорной арматуры, трубопроводов, опорной рамы.

        Управление работой  ВДПУ-5А выполняет автоматика (устройство управления .468314.008). Ручной режим используется для временного поддержания работоспособности  ВДПУ, при пусконаладочных работах  и аварийных ситуациях.

        Подготовка подпиточной  воды

        Исходная вода через  электромагнитный клапан 32 поступает  в приемный бак 26, который снабжен  датчиками уровня воды 44.1, 44.2, 44.3. Автоматика ВДПУ блокирует работу циркуляционного  насоса 2 при снижении уровня воды ниже датчика нижнего уровня 44.2 и разрешает  работу при последующем превышении уровня воды выше датчика верхнего уровня 44.1. Уровень в приемном баке поддерживается электронным регулятором  уровня 32. При понижении уровня ниже датчика 44.3 автоматика блокирует работу ВДПУ и подаёт аварийный сигнал.

        Деаэрация воды происходит в результате «холодного» кипения  воды на керамическом наполнителе за счет разряжения создаваемого в деаэрационной  колонке 1 эжектором 16. Вода к соплу 16 подается циркуляционным насосом 2. Водовоздушная  смесь из эжектора 16 поступает в  приемный бак 26, где выделившийся из деаэрированной воды кислород улетучивается  в атмосферу, а вода вновь поступает  на насос 2. Циркуляционный насос 2 включается автоматикой ВДПУ при наличии  воды в приемном баке 26 и при снижении уровня воды в деаэрационной колонке ниже датчика 31.2. При достижении уровня воды в деаэрационной колонке 1 верхнего датчика 31.1. или снижение уровня воды в приемном баке 26 ниже уровня, контролируемого датчиком 44.2, насос 2 отключается. Для сохранения достигнутого разряжения в деаэрацилонной колонке 1 после остановки циркуляционного насоса 2 установлен обратный клапан 13.

        При достижении необходимого разрежения в деарационной колонке 1 (максимальное значение устанавливается  на сигнализирующем вакуумметре 20) автоматика ВДПУ открывает электромагнитный клапан 6. Клапан 6 закрывается при  отключении циркуляционного насоса 2 или снижении разряжения в деаэрационной  колонке 1 (минимальное значение устанавливается  на сигнализируещем вакуумметре 20). Клапан 6 разрешает подачу воды от циркуляционного  насоса 2 через водоподогреватель 5 в деаэрационную колонку 1. В качестве греющей воды вода из прямого коллектора, которая поступает на последнюю  по ходу движения нагреваемой воды секцию и отводится после прохождения  трех секций в обратный коллектор  котельной. В первой секции водоподогревателя 5 происходит охлаждение воды после  подпиточного насоса 3. Далее вода поступает  на сопло гидроэлеватора 15, установленного перед всасывающим патрубком  подпиточного насоса 3. Охлаждение воды производится для предотвращения закипания  её во всасывающем патрубке подпиточного насоса 3.

        Для дополнительного  подогрева обрабатываемой воды в  схему установки включен теплообменник 40. Греющая вода на него поступает  по трубопроводам, подключенным параллельно  встроенному теплообменнику ВДПУ-5А  от прямого сетевого коллектора и  уходит в обратный сетевой коллектор  котельной. На входе и выходе греющей  воды на теплообменнике установлена  запорная арматура 36 и 37, на входе и  выходе хим. очищенной воды - запорная арматура 38 и 39. Химочищенная вода подается в межтрубное пространство, греющая - в трубный пучок теплообменника.

        Подпитка накопительного бака 21 осуществляется подпиточным  насосом 3, который обеспечивает циркуляцию воды через гидроэлеватор 15. Автоматика ВДПУ включает подпиточный насос 3 при  снижении уровня воды в накопительном  баке 21 ниже нижнего значения 1.6 м  и отключает его при достижении верхнего значения 3.0 м. При включении  подпиточного насоса 3 в гидроэлеваторе 15 создается разрежение выше, чем разрежение в деаэрационной колонке 1, в результате чего происходит откачка из нижней части колонки 1 и подача её в накопительный бак 21. Обратный клапан 14 препятствует поступлению воды из накопительного бака 21 в деаэрационную колонку 1 при выключенном насосе 3.

        Накопительный бак 21 имеет кроме входной арматуры 42 сливной кран 43, датчик уровня 46, воздушник 47. На выходном трубопроводе бака накопителя установлен кран 48, а между входным  и выходным трубопроводом - переключающий  кран 49.

        Защита деаэрированной воды от кислорода в баке осуществляется слоем герметика, заливаемого поверх зеркала воды.

        Работа ВДПУ-5А  совместно с баком накопителем  организовано следующим образом:  При открытом кране 42 и минимальном  уровне в баке при работе ВДПУ-5А  даэрированная вода подается на заполнение бака до его верхнего уровня. О достижении верхнего уровня сигнализирует датчик уровня, установленный в днище  бака. Вторичный прибор датчика размещен на блоке управления ВДПУ-5А. Для  подачи деаэрированной воды от ВДПУ-5А  через бак накопитель на подпитку сети необходимо открыть кран 48, а  для подачи деаэрированной непосредственно  от ВДПУ-5А закрыть краны 42, 48 и  открыть кран 49. При остановке  ВДПУ-5А при закрытом кране 42 и  открытом кране 48 идет разбор воды только из бака.

        Деаэрационная колонка 1 состоит из цилиндрического корпуса  высотой 1,55 м с внутренним диаметром 580 мм и крышки. На нижней стороне  крышки колонки закреплен водораспределитель. В корпусе колонки устроена опорная  решетка на которую насыпается керамический наполнитель. Высота засыпаемого слоя 345 мм. Керамический наполнитель предназначен для увеличения площади поверхности  воды. Для регулирования уровня воды в деаэрационной колонке 1 установлен регулятор уровня прямого действия. При повышении уровня воды в нижней части деарационной колонки регулятор  уменьшает расход воды в колонку.

        Приёмный бак состоит  из двух концентрично расположенных  стальных цилиндрических корпусов, в  верхней части переходящих в  прямоугольный бак, плоских днищ, штуцеров для подвода, отвода и слива  обрабатываемой воды. Приёмный бак  предназначен для удаления кислорода  в атмосферу.

        Гидроэлеватор и  газо-водяной эжектор имеют однотипную конституцию и состоят из рабочего сопла, приемной камеры, камеры смешения и диффузора.

        1.4 Параметры нормального технологического  режима

        Контролю подлежат те параметры, по значениям которых  осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также  его пуск и остановка. К таким  параметрам относятся все режимные и выходные параметры, а также  входные параметры, при изменении  которых в объект будут поступать  возмущения. Обязательному контролю подлежат параметры, значения которых  регламентируются технологической  картой ./3/

        Контроль соотношения  газ-воздух необходимо как чисто  физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива  представляет собой реакцию окисления  горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством  дутьевого вентилятора. Соотношение  газ-воздух примерно составляет 1.10. При  недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться  в атмосферу, что экономически и  экологически не допустимо. При избытке  воздуха в топочной камере будет  происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха  будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так  как это соединение вредно для  человека и окружающей среды.

        Контроль разряжения в топке котла сделан для поддержания  топки под наддувом, то есть чтобы  поддерживать постоянство разряжения. При отсутствии разряжения пламя  факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при  этом пойдут в помещение цеха, что  делает невозможным работу обслуживающего персонала.

        Сигнализация параметров и защиты, действующие на остановку  котла, физически необходимы, так  как оператор или машинист котла  не в силах уследить за всеми параметрами  функционирующего котла. Вследствие этого  может возникнуть аварийная ситуация. Сработавшая без промедления  защита, предотвратит выход из строя  парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения  в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается  защита по погашению факела.

        Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью  используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие  локальные операции.

        Главные контролируемые параметры :

• расход обратной воды;
• температура обратной воды;
• температура прямой воды;
• давление воздуха;
• разряжение в топке котла;
• давление воды на входе и выходе из котла;
• расход воды в коллекторе и расход прямой воды;
• температура дымовых газов за котлом;
• давление газа;

        Контроль расхода  газа и расхода воды необходим  для расчета технико-экономических  показателей.

        Контроль давления воды необходим для того, чтобы  определить, есть ли расход воды через  котел. При уменьшении расхода давление понижается. Температуру дымовых  газов контролируют для определения  энтальпии дымовых газов.

        Понижение давления газа ниже допустимого приводит к  погасанию факела. Поэтому давление топлива необходимо контролировать.

        Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых  могут привести к аварии, несчастным случаям или серьезному нарушению  технологического режима.  

        Таблица 2 - Контролируемые технологические параметры