Проектирование системы автоматизации котельной

Министерство  образования и науки Республики Татарстан

ГБОУ  ВПО

      Альметьевский государственный нефтяной институт

 
 
 

      Кафедра АИТ

 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Курсовой  проект

 

      по  дисциплине: «Проектирование автоматизированных систем»

 

      на  тему:  «Проектирование системы автоматизации

      котельной «Кичуй» (НГДУ «Елховнефть») »

 
 
 
 
 
 
 
 
 

                      Выполнил:

                      студент группы 36-62

                      Камалов И.И.

                      Проверил:

                      Анохина Е.С.

 
 
 
 
 
 
 

    г. Альметьевск, 2010 
    Альметьевский государственный нефтяной институт

    Кафедра АИТ

 

    ЗАДАНИЕ

 

    на  курсовой проект

    по дисциплине:   Проектирование автоматизированных систем

    Студент:        Камалов И. И.                  гр. 36-62

     Тема  :     Проектирование системы автоматизации котельной «Кичуй»

 

    Предоставить  следующий материал:

  1. Технологическая часть: описание технологического процесса с указанием всех производственных объектов автоматизации
  2. Техническая часть:  описание многоуровневой структурной схемы АСУ ТП ; задачи и функции каждого уровня; состав комплекса технических средств АСУ ТП (тип, назначение, принцип действия, основные технические характеристики); объем автоматизации объектов; SCADA-система верхнего уровня АСУ ТП (назначение, структура, состав программных компонентов.
  3. Графическая часть: 1 лист – функциональная схема автоматизации
 
 
 

    Рекомендуемая литература

  1. Е.Б. Андреев, В.Е. Попадько «Технические средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности» - М.: Отдел оперативной полиграфии РГУ нефти и газа им. Губкина, 2004.
  2. В.Д. Родионов, В.А. Терехов, В.Б. Яковлев «Технические средства АСУ ТП» - М.: Высшая школа, 1989.
 
 
 
 

    Дата выдачи задания            11.09.10г.

    Дата защиты

    Преподаватель   Анохина Е.С.

    Оценка 

 

    Содержание

Ввеление           4

Технологическая часть      5

Элементы котельных установок      5

2. Классификация  котельных установок     6

2.1 Техническая часть; Цели и задачи проектирования АСУ ТП 9

2.2 Структура спроектированной АСУ ТП      9

Автоматизированная система управления :    10

2.3. Описание нижнего уровня        11

2.3 Верхний   и средний уровни  АСУТП        15

2.4. Комплекс  технических средств        18

Объем автоматизации             20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ         21

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ         22

Приложение 1                          22

Введение

      В современном мире трудно представить  себе жизнь без использования  топлива, причем не в первобытном  смысле – путем сжигания и только, а с максимальным использованием его теплового потенциала. Имеется  ввиду использование теплоты  сгорания топлива для ведения  технологических процессов а также в энергетических установках непосредственно или путем передачи ее с помощью промежуточного теплоносителя. Самые распространенные теплоносители – водяной пар и вода.

      Водяной пар используют для отопления  промысловых и жилых зданий и  сооружений, для производства электроэнергии, вместе с горячей водой нагнетают  в пласты при добыче нефти для  увеличения нефтеотдачи месторождений, разогрева эксплутационных скважин, в паровых турбинах и машинах и т.д.

      Можно долго перечислять сферы применения водяного пара, но в нашей работе стоит цель разобраться как получить промышленные количества водяного пара, как работает котельная установка, как происходит автоматическое регулирование котельных установок.

     Для небольших теплопотребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ.

     В качестве топлива для котельных  установок используют угли, торф, сланцы, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут – эффективные  источники тепловой энергии. При  их применении упрощаются конструкция  и компоновка котельных установок, повышается их экономичность, сокращаются  затраты на эксплуатацию.

     Практическое  использование паросиловых установок  дало новый источник энергии и  сыграло большую роль в развитии промышленного производства. Ряд  теоретических и экспериментальных  работ по исследованию рабочих процессов  котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XI X вв. учеными В.В.Петровым и Я.Д. Захаровым.В теплоснабжении крупных городов, районных центров, поселков котельные играют важнейшую роль. Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций - крупных котельных с водогрейными котлами.

 

 

 Технологическая часть

     1. Элементы котельных  установок

     Котельная установка представляет собой комплекс устройств, служащих для преобразования химической энергии топлива в  тепловую энергию пара или горячей  воды. Одни устройства являются основными  и без них котельная функционировать  не может, другие – можно назвать  дополнительными и без них  установка будет работать, но с  большим расходом топлива, а следовательно, с меньшим коэффициентом полезного действия; третьи – механизмы и устройства, выполняющие вспомогательные функции.

     К основным элементам котельной относятся:

  • котлы, заполняемые водой и обогреваемые теплом от сжигания.

     Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих  продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в паровых  котлах вода превращается в пар, а  в водогрейных котлах нагревается  до требуемой температуры.

  • топки, в которых сжигают топливо и получают нагретые до высоких температур дымовые газы.

     Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены  для подачи воды в котел.

  • газоходы, по которым перемещаются дымовые газы и, соприкасаясь со стенками котла, отдают последним свою теплоту;
  • дымовые трубы, с помощью которых дымовые газы перемещаются по газоходам, а затем после охлаждения удаляются в атмосферу.

     Без перечисленных элементов не может  работать даже самая простая котельная  установка.

 

     К вспомогательным элементам котельной  относят:

  • устройства топливоотдачи и пылеприготовления;
  • золоуловители, применяемые при сжигании твердых видов топлива и предназначенные для очистки отходящих дымовых газов
  • дутьевые вентиляторы, для подачи воздуха в топку котлов;
  • дымососы-вентиляторы, способствующие усилению тяги и тем самым уменьшению размеров дымовой трубы;
  • питательные устройства (насосы), для подачи воды в котлы;
  • устройства по очистки питательной воды, предотвращающие накипеобразование в котлах и их коррозию.
  • водяной экономайзер, для подогрева  воды до ее поступления в котел.
  • воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха перед его поступлением в топку горячими газами, покидающими котлоагрегат.

   

  • приборы теплового  контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную  работу всех звеньев котельной.

     Кроме того, в котельных, работающих на жидком топливе, имеется мазутное хозяйство, а при сжигании газа – газорегуляторные станции.

     2. Классификация котельных  установок

     Котельные установки в зависимости от типа потребителя разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду вырабатываемого теплоносителя они делятся на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

     Энергетические  котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях.

     Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

     В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные разделяются  на местные (индивидуальные), групповые  и районные.

     Местные отопительные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более или паровыми котлами с рабочим давлением до . Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

     Групповые отопительные котельные обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Такие котельные оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами, как правило, большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специальных зданиях.

       Районные отопительные котельные предназначены для теплоснабжения крупных жилых массивов; их оборудуют сравнительно мощными водогрейными и паровыми котлами.

     Рис.1.1 Схема районной отопительной котельной  установки.

     

     На  рис. 1.1. приведена схема районной отопительной котельной с водогрейными котлами 1 типа ПТВМ-50 теплопроизводительностью 58 МВт. Котлы могут работать на жидком и газообразном топливе, поэтому они оборудованы горелками и форсунками 3. Воздух, необходимый для горения, подается в топку дутьевыми вентиляторами 4, приводимыми в действие электродвигателями. На каждом котле установлено 12горелок и столько же вентиляторов.

     Вода  в котел подается насосами 5, приводимыми в действие электродвигателями. Пройдя через поверхность нагрева, вода нагревается и поступает к потребителям, где отдает часть теплоты, и с пониженной температурой снова возвращается в котел. Дымовые газы из котла удаляются в атмосферу через трубу 2. Эта котельная имеет компоновку полуоткрытого типа: нижняя часть котлов (примерно до высоты 6 м) расположена в здании, а верхняя их часть – на открытом воздухе. Внутри котельной размещают дутьевые вентиляторы, насосы, а также щит управления. На перекрытии котельной устанавливают деаэратор 6 для удаления кислорода и из воды.

     В котельных установках с паровыми котлами (рис.1.2) паровой котел 4 имеет два барабана - верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний - в нижней части водой, а в верхней части насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка 2 с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого и газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами - обмуровкой.

     Рабочий процесс в котельной протекает  следующим образом. Топливо с  топливного склада подается транспортером  в бункер, откуда оно поступает  на колосниковую решетку топки, где  и сгорает. В результате сгорания топлива образуются дымовые газы - горят продукты сгорания.

     

     Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают  пучки труб котла пароперегревателя 3, проходят через экономайзер 5 и  воздухонагреватель, где они охлаждаются  вследствие подачи теплоты воде, поступающей  в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Охлажденные дымовые газы с помощью дымососа 8 удаляются через дымовую трубу 7 в атмосферу. Дымовые газы котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги со встраиваемой дымовой трубой.

     Вода  из источника водоснабжения к  питательному трубопроводу насосом 1 в  водяной экономайзер, откуда после  нагрева поступает в верхний  барабан котла. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане.

 

     Рис.1.2 Схема паровой котельной установки.

     

     Из  верхнего барабана котла вода по трубам опускается в нижний барабан, откуда по левому пучку труб она снова  поднимается в верхний барабан. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части  верхнего барабана. Затем пар поступает  в пароперегреватель 3, где теплотой дымовых газов он полностью подсушивается, в результате чего температура его  повышается.

     Из  пароперегревателя пар поступает  в главный паропровод и оттуда к потребителю, а после использования  конденсируется и в виде горячей  воды (конденсата) возвращается обратно  в котельную. Потери конденсата у  потребителя восполняются водой  из водопровода или других источников водоснабжения. Перед подачей в  котел воду подвергают соответствующей  обработке.

     Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения  котельной и подается вентилятором 9 в воздухоподогреватель, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой  мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в  топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой.

     

     Котельная установка с паровыми котлами  имеет компоновку закрытого типа, когда все основное оборудование котельной размещено в здании.

     Котельные установки оборудуют водоподготовительными  устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами  и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную  и надежную эксплуатацию.

     Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

 

     Все большее распространение получают установки, работающие на ядерном топливе, исходным сырьем которого является урановая руда.

 

      

      2. Техническая часть.

 2.1 Структура АСУ ТП

     На  рис. 2.1. представлена обобщенная структура АСУ ТП, спроектированной на базе микропроцессорных программируемых контроллеров и программного    обеспечение " InTouch "

     Рис 2.1:

 

      

 2.1.1 Цели и  задачи проектирования  АСУ ТП

    С целью значительного повышения  технологических и производственно-экономических  показателей установки спроектирована автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП).

Система обеспечивает выполнение следующих  функций:

    1. сбор, обработку, отображение и регистрацию информации о технологическом процессе и технологическом оборудовании котельной;
    2. расчет, учет и регистрацию расходов газа и пара, измеряемых с помощью расходомеров, расчет, учет и регистрацию пара и воды, отпущенных потребителям;
    3. распознавание, сигнализацию и регистрацию аварийных ситуаций, отклонений процесса от заданных пределов, отказов технологического оборудования;

    1. представление информации о  технологическом процессе и состоянии  оборудования в виде мнемосхем общего вида и отдельных участков с индикацией на них значений технологических параметров, их отклонений;

    1. регистрацию контролируемых параметров и событий и автоматическое архивирование их в базе данных;
    2. предоставление информации из базы данных в виде трендов, таблиц, диаграмм;
    3. ведение оперативной документации (журналов, отчетов, рапортов), формирование сменных и суточных ведомостей;
    4. расчет и анализ технико-экономических показателей работы котлов;
    5. автоматическое отключение котлов при возникновении аварийных ситуаций (защиты котла):
    6. автоматизированный розжиг котлов;
    7. автоматическое регулирование параметров работы котлов;
    8. автоматическое регулирование производительности котлов в зависимости от изменения нагрузки или по заданному графику;
    9. автоматическое управление (в том числе блокировки и АВР) оборудованием котельной;
    10. дистанционное управление оборудованием котельной с рабочего места оператора с использованием средств операторского интерфейса;
    11. автоматическую регистрацию действий оператора;
    12. диагностику состояния и учет времени наработки оборудования;
    13. проверку достоверности измерительных каналов и исполнения управляющих воздействий;
    14. диагностику состояния технических средств Системы, локализацию, сигнализацию и регистрацию отказов оборудования Системы;
    15. многоуровневую парольную защиту от несанкционированного доступа;
    16. изменение в процессе эксплуатации уставок сигнализации и блокировок, заданий и параметров настройки регуляторов с рабочего места оператора.
      1. Автоматизированная  система управления

    АСУ ТП является распределенной системой. В ней имеется большое число  каналов контроля, регулирования  и управления и децентрализация  явилась методом повышения живучести  АСУ ТП, снижения стоимости и эксплуатационных расходов. Технической основой являются микропроцессоры, выполняющие следующие  функции:

  • сбор данных (коммутация сигналов, фильтрация, преобразование в цифровую форму, ввод в базу данных);
  • регулирование и управление, изменение уставок, параметров алгоритмов, и самих алгоритмов;
  • реализация алгоритмов ввода, вывода, блокировки.

    В распределенной системе подсистемы функционально связанны и их работа подчинена общей цели, а процессоры имеют помимо аппаратной связи программный  обмен, который осуществляется при  помощи каналов связи.

    С точки зрения обработки данных распределенная АСУ ТП представляет собой объединение  при помощи каналов связи различных  МПС.

    Физическая  среда передачи образованна коаксиальным кабелем.

    Для подключения процессоров используют приемопередатчики – узел сбора  данных и управления ввода-вывода данных от подсистем в магистраль, и включает в себя адаптеры, интерфейсные схемы  канала связи и сетевые интерфейсы.

    Обмен информации между отдельными устройствами осуществляется через интерфейсы.

    Нижний  уровень АСУ ТП предусматривает:

  • сбор информации о значении параметров технологического 
    процесса, о состоянии и положении исполнительных 
    механизмов технологического оборудования;
  • передачу управляющих сигналов на исполнительные 
    механизмы регулирующих;

      местную световую и звуковую сигнализацию;

        Средний уровень АСУ ТП предусматривает:

      

      -   контроллеры, принимающие и обрабатывающие информацию с датчиков и выдающие управляющие сигналы исполнительным   механизмам.

     Конечная  цель создания системы - эффективная  работа и высокие технологические  и производственно-экономические показатели установки.

    Функциональные  задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических  средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной  информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплексные и вспомогательные  устройства.

    Верхний уровень АСУ ТП предусматривает:

  • обработку всей поступающей информации с визуальным 
    отображением на пульте (дисплее) АРМа оператора в режиме 
    реального времени значений всех измеряемых параметров и 
    сигнализацию их выхода за установленные пределы;
  • автоматическое регулирование контроллерами всех требуемых 
    параметров установки, формирование аналоговых и 
    импульсных сигналов управления исполнительными устройствами;
 

      2.3. Описание нижнего  уровня

    Расходомер-счетчик  «ВЗЛЕТ РС» (ЭРСВ-010М)

    Для измерения расхода воды используется  расходомер-счетчик «ВЗЛЕТ РС» (УРСВ-010М).

    Расходомер-счетчик  предназначен для измерения объемного  расхода и объема различных жидкостей (горячей, холодной и сточных вод, нефтепродуктов, агрессивных жидкостей  и т.д.) в напорных металлических  и пластмассовых трубопроводах  с помощью врезных или накладных  преобразователей электроакустических (ПЭА) в различных условиях эксплуатации, в том числе во взрывоопасных  зонах.

    Расходомер  выполняет измерение и/или индикацию  значений следующих параметров:

      - среднего объемного расхода при  любом направлении потока жидкости;

      - объема жидкости нарастающим  итогом, как суммы результатов  измерения в обоих направлениях  с учетом знака направления  потока;

      - скорости потока жидкости при  любом направления потока жидкости;

      - текущей даты и времени;

      - времени работы РС при наличии  нештатных ситуаций и времени  останова РС при наличии отказов.

      Расходомер  выполняет:

- вывод  результата измерения в виде импульсов объема нормированного веса с помощью пассивного импульсного выхода.

Проектирование системы автоматизации котельной