Парокотельная установка

Аннотация

В данной курсовой работе рассмотрены основные принципы управления подачи количества и расхода жидкости на примере парокотельной установки. Описана теория и технологическая схема процесса нагревания выходного продукта. Выбран расходомерный измерительный комплекс: первичный преобразователь – Сапфир22 и вторичный преобразователь – Диск250. Рассчитаны допустимые погрешности технологических средств измерений расхода воды, воздуха, пара, газа и уровня с учетом класса точности прибора.

Курсовая работа выполнена на листах формата А4, содержащая графическую часть в количестве 3 листов: функциональной схемы автоматизации (формат-А1), измерительной схемы моста (формата-А2) и монтажной схемы установки измерительного преобразователя (формат-А2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Нормативные ссылки………………………………………………..…………..3
2. Определения…………………………………………………………..…………4
3. Обозначения и сокращения…………………………………..…………………5
4. Введение……………………………………………………..…………………...6
5. Основные сведения об измерениях………………………….…………………7
6. Описание теории и технологической схемы процесса………………………11
7. Выбор, обоснование СИ, схема передачи информации……………………..16
8. Подбор метрологических характеристик применяемых в схеме СИ………19
9. Расчеты погрешностей измерения выбранных СИ…………………………..27
10. Поверка выбранных СИ …………………………………………………….....29
11. Методы повышения точности измерения…………………………………….34
12. Заключение……………………………………………………………………...38
13. Список использованных источников………………………………………….39
14. Графическая часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативные ссылки:

В настоящем  курсовом проекте использованы ссылки на следующие документы:

• Закон Республики Казахстан «Об обеспечении единства измерений»
• ГОСТ 3619-89 Котлы паровые стационарные. Типы и основные параметры
• ГОСТ 8.061-80 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение»
• ГОСТ 8.243-77 Методы и средства поверки.
• ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определения

В настоящей  курсовой работе применяются термины  и определения в соответствии с Законом Республики Казахстан «Об обеспечении единства измерений»:

метрологическая служба - совокупность субъектов, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений.

измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

единство  измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений находятся в установленных границах с заданной вероятностью.

средство  измерений - техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

метрологический контроль - деятельность, осуществляемая метрологическими службами государственных органов управления, физических и юридических лиц в целях проверки соблюдения метрологических правил и норм.

поверка средства измерений - совокупность операций, выполняемых государственной метрологической службой или другими уполномоченными на то органами с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения и сокращения

 

МО – метрологическое обеспечение

МВИ - методик выполнения измерений

МОП - метрологическое обеспечение производства

МС - метрологической службы

ГМС - Государственная метрологическая служба 

НД – нормативная документация

СИ – средство измерения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99). Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

В настоящее время метрология развивается  по нескольким направлениям. Еще в начале ХХ в. под словом метрология понималась наука, главной задачей которой было описание всякого рода мер, то теперь это понятие приобрело более широкий научный и практический смысл, расширилось содержание метрологической деятельности.

К целям  и задачам метрологии относятся:

• создание общей теории измерений;
• образование единиц физических величин и систем единиц;
• разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;
• создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений, методики выполнения измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант;
• установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
• обеспечение единства измерений;
• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения  и контроля;
• разработка методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  сведения об измерениях.

Для проведения измерительного эксперимента необходимы особые технические средства – средства измерений. Результатом измерения является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Измерение физической величины (measurement) – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающая нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Несмотря на то, что измерения непрерывно развиваются  и становятся все более сложными, метрологическая сущность остается неизменный и сводится к основному уравнению измерения:

Q = X[Q]

где  Q – измеряемая величина;

X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице измерения;

[Q] – выбранная для измерения единица.

В зависимости  от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер представляется по-разному. Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и миллиметрах.

Для первого  случая Q₁  = 10 см при X₁ = 10 и  [Q₁]= 1 см.

Для второго случая  Q₂ = 100 мм при X₂ = 100 и [Q₂]= 1 мм.

При этом Q₁ = Q₂, так как 10 см = 100 мм.

Применение  различных единиц в процессе измерения  приводит только к изменению  численного значения  результата измерения.

Цель измерения  – получение определенной физической величины в форме наиболее удобной для пользования. Любое измерение заключается в сравнении данной величины с некоторым ее значение, принятым за единицу сравнения. Такой подход выработан практикой измерений, исчисляемой сотнями лет. Еще великий математик Л.Эйлер утверждал: что  «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как, приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение в котором они находятся».

Измерения как  экспериментальные процедуры весьма разнообразны и классифицируются по разным признакам (см. рис.2.).

По  способу получения информации. Эта классификация позволяет получить удобное выделение методических погрешностей измерений и предусматривает деление измерений на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямое  измерение – это измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно, значение находится непосредственно по показаниям средства измерения при сравнении физической величины с ее мерой. В современных приборах микропроцессорной техники операция вычислений может представлять внутреннюю неотделимую процедуру, а погрешность расчета входит в погрешность измерительного прибора. В таком случае измерения, проведенные с помощью такого прибора, должны быть отнесены к прямым.

Косвенное измерение – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, фундаментально связанных с искомой величиной. Фактически речь идет не об измерительной операции, а о выполнении ручной или автоматической вычислительной операции после получения результатов прямых измерений.

Совокупные  измерения – это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерении этих величин в различных сочетаниях.

Совместные  измерения – это проводимые одновременно измерения двух или нескольких величин для определения зависимости между ними.

Отличие совместных и совокупных  измерений заключается  в том, что при совокупных измерениях одновременно определяется несколько одноименных величин, а при совместных – несколько разноименных величин.

По  отношению к основным единицам. Эта классификация  предусматривает деление измерений на абсолютные и относительные.

Абсолютное  измерение – это измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значения физической константы. Например измерение  силы основано на измерении физической константы g.

Относительное измерение – это измерение отношения величины к одноименной вели-чине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Хотя при этом может существовать зависимость результата от выбранной единицы измерения, относительные измерения дают более точные результаты, чем абсолютные, так как не содержат погрешности меры величины.

По  количеству замеров информации.

Однократное измерение – это измерение, выполненное один раз.

Многократное  измерение – это измерение физической величины одного того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящих из ряда однократных измерений.

По  характеристике точности измерения.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимся по точности средствам измерений (или) в разных условиях.

По  характеру динамики измеряемой величины.

Статическое измерение (static measurement) – это измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Статистические  измерения связаны с определением характеристик случайных процессов (звуковых сигналов, уровня шума и т.д.), а также с определением закономерностей общественной деятельности человека.

Динамические  измерения (dynamic measurement) – это измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Такая градация измерений связана с решением об учете или пренебрежении скорости изменения измеряемой величины и необходимости вычисления  динамической погрешности.

По  метрологическому назначению.

Технические измерения проводятся рабочими средствами измерения и принимается наперед заданная погрешность, достаточная для решения данной практической задачи.

Метрологические измерения выполняются при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц физических величин для передач их размера рабочим средствам измерения.

Методики выполнения измерений.

Методика  выполнения измерений (МВИ) – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной точностью.

Методики разрабатывают  и используют для выполнения измерений  с погрешностью, характеристики которой не хуже гарантированной в научно-технической документации на МВИ.

Повышение результатов  измерений с известной погрешностью или с погрешностью, не превышающей  допустимых пределов, является одним  из важнейших условий обеспечения  единства измерений. С этой целью разрабатываются МВИ.

Под МВИ понимают технологический процесс измерения, поэтому не следует смешивать  понятия МВИ и документ на МВИ.

Не все МВИ  могут быть описаны или регламентированы документом на МВИ. Например, такие  простейшие измерения, как измерения давления с помощью показывающих манометров, электрических величин щитовыми приборами, линейно-угловые измерения, измерения массы и многих других величин с помощью простых средств измерений, не требуют документированных МВИ. Необходимость документации МВИ устанавливает разработчик конструкторской, технологической или проектной документации.

По способам учета свойств СИ, по средствам  которых реализуется МВИ, различают:

1. типовые МВИ, гарантированные характеристики погрешностей, которые определены с учетом возможности применений любого экземпляра СИ и вспомогательных технических устройств.
2. индивидуальные МВИ, гарантированные характеристики погрешностей которых определены с учетом индивидуальных вспомогательных устройств.

Разработка, согласование и утверждение технического задания (ТЗ) на разработку МВИ осуществляются в случаях, когда предполагается регламентировать МВИ в отдельном документе. Типичные требования, указываемые в ТЗ на МВИ, приведены в ГОСТ 8.563-96.

В дополнение к  информации, приведенной в ТЗ, в числе исходных данных могут потребоваться следующие сведения:

1. о наличии СИ, в том числе утвержденных типов;
2. о наличии других технических средств, в том числе средств вычислительной техники, которые могут быть использованы при измерениях;
3. о наличии эталонов, стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, аттестованных смесей для поверки (калибровки) СИ, которые могут быть использованы в МВИ;
4. о квалификации операторов, выполняющих измерения;
5. другие данные в соответствии со спецификой МВИ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание  теории и технологической схемы процесса

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных  для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных  устройств, связанных между собой  и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого  в котельной установке, являются:

1)процесс горения  топлива,

2)процесс теплообмена  между продуктами сгорания или  самим горящим топливом с водой,

3)процесс парообразования,  состоящий из нагрева воды, ее  испарения и нагрева полученного  пара.

Во время  работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого  взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.

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.

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.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с  определенной последовательностью. Уже  в экранных трубах начинается образование  пара. Этот процесс протекает при  больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится  на сухой и влажный. Так как  на теплоэлектростанциях требуется  перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.

Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров.

Регулирование питания котельных агрегатов  и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.

Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

Барабанам котла  с естественной циркуляцией присуща  значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются, изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

Регулирование 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.

Система автоматического  регулирования разряжения в топке  котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4мм.вод.ст.). 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.

В питательной  воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам – твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу  их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например при спуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных экранов. 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.

Регулирование работы парокотельных установок. На многих химических предприятиях имеются свои парокотельные установки, предназначенные для получения пара заданных параметров. Основной регулируемой величиной парокотельной установки является давление получаемого пара. Заметим, что для насыщенного пара существует определенна зависимость между давлением и температурой, поэтому стабилизация давления обеспечит и постоянство температуры.

Одной из серьезных  задач при регулировании процесса горения в топках парокотельных установок является экономичное сжигание топлива благодаря подаче определенного количества воздуха. Показателем соответствия расходов воздуха и топлива может служить коэффициент избытка воздуха (где — действительное значение расхода воздуха; — теоретическое значение расхода воздуха, обеспечивающего полное сжигание топлива). При постоянной теплотворной способности топлива заданное значение коэффициента ( 1,1) может обеспечить простой регулятор соотношения расходов топлива и воздуха (рис. 4.23).

 

 

 

 

 

Рис. 4.23. Схема  регулирования работы парокотельной установки.

Если же качество топлива изменяется, то требуется  более сложная система регулирования, позволяющая непрерывно определять оптимальное значение по содержанию кислорода в топочных газах.

Схема регулирования  построена таким образом, что  изменение давления пара вызывает одновременно изменение подачи топлива и воздуха.

 Изменение разрежения в топке отражается на расходах топлива и воздуха. Для компенсации этого возмущающего воздействия устанавливают регулятор разрежения в топке.