Расчет и обоснование выбора средств измерений и контроля конвертерного производства
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт Информационных Технологий
Кафедра Автоматизации и
систем управления
Курсовая работа по дисциплине
«Технические измерения и приборы»
Тема: «Расчет и обоснование выбора средств измерений и контроля конвертерного производства».
10 вариант
Выполнила:
студентка группы 1АП-31
Герингер Е. С.
Научный руководитель:
доцент кафедры АиСУ
Леонов П. Г.
Оценка:__________________
Дата сдачи:_______________
Череповец
2012 г.
Содержание
Введение
Задача курсовой работы:
Для технологического процесса,
определенного в индивидуальном
задание на курсовую работу, выбрать
комплекс технических средств измерений
(первичные и вторичные
Вариант задания № 10.
Кислородный конвертер:
- Уровень металла в конвертере.
- Температура металла в конвертере.
- Суммарный расход кислородного дутья.
Описание кислородно-
Рис. 1- Схема технологической операции конвертерной плавки
- Плавку начинают с загрузки металлолома в конвертер. Загрузку ведут через проем с помощью загрузочной машины или крана, которые опрокидывают лотки с ломом в наклоненный конвертер (рис. 1,а).
- С помощью грузоподъемного крана заливают жидкий чугун, все через тот же проем (рис. 1,б)
- После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное положение. В углубление конвертера вводят фурму и включают подачу кислорода (рис. 1,в).
- Загружают шлакообразующие материалы (рис 1,г).
- После выполнения необходимых операции по исправлению плавки конвертер наклоняют, чтобы выпустить сталь в ковш через летку и одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки, сливают небольшое количество шлака (рис 1,д).
- Оставшийся шлаковый слой предохраняет металл от быстрого охлаждения. Оставшийся шлак сливают в подаваемую под конвертер шлаковую чашу (рис 1,е).
Измеряемые величины в технологическом процессе
- Уровень металла в конвертере:
Диапазон измерений, м
Погрешность, % ± 0,6
- Температура металла в кислородном конвертере:
Диапазон измерений, оС
Погрешность, % ± 1
- Суммарный расход кислородного дутья:
Диапазон измерения, м3 /мин - 1100 - 1500
Погрешность, % ± 1,0
Техническая характеристика конвертера
Рис. 2 - Схема кислородно-
1 – корпус;
2 – огнеупорная футеровка;
3 – рабочее пространство;
4 – горловина;
5 – опорное кольцо;
6 – опорные узлы;
7 – станина;
8 – водоохлаждаемая фурма.
Выбор технических средств измерений
Для измерения уровня используют различные уровнемеры: механические, радиометрические, рентгеновские, лазерные и др.
Радиоволновые (радарные) уровнемеры взрывозащищенного исполнения УР 203Ex, ЗАО Научно-производственная компания "Эталон", г. Волгодонск
Радиоволновые (радарные)
уровнемеры взрывозащищенного исполнения
УР 203Ex предназначены для бесконтактно
Принцип действия уровнемера основан на облучении поверхности контролируемой среды радиоволновым сигналом СВЧ с периодически изменяющейся частотой. В результате взаимодействия
излученного и отраженного сигналов возникает сигнал разностной частоты, пропорциональной расстоянию от антенны излучателя до поверхности продукта. После соответствующей обработки сигнала разностной частоты вырабатывается цифровой (кодовый) и токовый выходные сигналы, пропорциональные текущему значению измеряемого уровня.
Преимущества:
• Высокая надежность и стабильность
измерений независимо от воздействия
дестабилизирующих факторов (широкий
диапазон температур, агрессивный характер
измеряемой среды, запыленность);
• Возможность работы в условиях испарений
и конденсата;
• Повышенная температурная стабильность;
• Отсутствие непосредственного контакта
с измеряемым продуктом;
• Автодиагностика и сигнализация отказов;
• Компактность, простота установки и
эксплуатации;
• Возможность демонтажа измерительной
части прибора без разгерметизации емкости;
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ | |
Диапазон измерения: |
|
-УР 203 Ех-15 |
0,5 —15 м |
-УР 203 Ех-30 |
0,5 —30 м |
Параметры контролируемой среды: |
|
-давление |
до 1,6 МПа |
-температура |
от -40 до +1500 °С |
Длина кабельной линии связи для передачи выходных сигналов |
до 1000 м |
Пределы допускаемой основной погрешности |
±1 см |
Степень защиты от пыли и воды, обеспечиваемая оболочкой |
IP65 |
Взрывозащита: |
|
-вид |
взрывонепроницаемая оболочка |
-маркировка |
1ЕхdIIВT3 |
Показатели надежности: |
|
наработка на отказ, не менее |
105 ч |
средний срок службы |
14 лет |
Буйковые уровнемеры - это средство для непрерывного измерения уровня жидких продуктов в резервуарах и емкостях, измерения уровня раздела двух жидкостей, определения плотности продукта по пропорциональному изменению положения плавающего буйка. Они хорошо работают в различных жидкостях при широком диапазоне температур и давлений. Буйковые уровнемеры также применяются для решения различных прикладных задач во многих отраслях промышленности. Современная электроника позволяет встраивать уровнемеры в АСУТП любой сложности.
Измеряемые среды: жидкие (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, сжиженный газ и др.)
Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, то есть от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток). Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.
Погрешность измерений уровня от ±0,25%
Диапазон рабочего давления: до 42 МПа
Температура окружающей среды от -40 до 80°С
Температура рабочей среды от -29 до 1593°С
Взрывозащищенное исполнение
Маркировка взрывозащиты:
сенсора - EExdIICT6;
цифрового контроллера DLC 3000
0ExiaIICT6X, 1ExdIIBT6/H2X
Степень зашиты от проникновения пыли и воды IP 66
Межповерочный интервал - 1 год
Гарантийный срок эксплуатации - 1 год
Внесен в Госреестр
средств измерений под №16861-
Выбор метода измерения: Из рассмотренных методов и приборов измерения выбираю Радиоволновой уровнемер взрывозащищенного исполнения УР 203Ex. Выбор основывается на следующих принципах: простой и удобный прибор для эксплуатации, недорогой, разработал и поставляет отечественный производитель, имеет высокие показатели надежности, параметры соответствуют данному процессу измерений.
Для обеспечения стабильности протекания процесса в кислородном конвертере целесообразно поддерживать на постоянных значениях ряд параметров, характеризующих управление снизу. Одним из этих параметров является температура металла.
Так как температура металла очень высока (800 – 1600 °С), то для ее измерения используются термопары и термоэлектрические преобразователи, способные выдержать этот температурный диапазон.
Преобразователи термоэлектрические.
Принцип действия термопары в стальном чехле:
Разность энергетических состояний (уровней Ферми) в различных металлах вызывает скачок потенциала на границе двух металлов, величина которого зависит от температуры. Для компенсации этого скачка в свою очередь на границе раздела должна появиться разность концентрации электронов, т.е. эквивалентная объемная плотность заряда. Этот объемный заряд в соответствии с уравнениями Максвелла является источником электрического поля т.е. термоЭДС.
Преобразователи термоэлектрические платинородиевые (ТПР) преобразователи термоэлектрические платинородий - платиновые (ТПП).
Выбираются материалы:
Платина- платинародий
Наиболее стабильны в окислительных средах
Максимальная температура
Примерная величина ТЭДС
Проволока диаметром
Изготовитель «Промприбор», г. Омск.
ТПР 9202 (с двойным чехлом) |
Преобразователи термоэлектрические для измерения температуры в кислородных конвертерах температуры купола воздухонагревателя контактным способом, а также для измерения температуры в других областях промышленности. |
+600…+1350 |
|
ТПП 5 182 002 |
Преобразователи термоэлектрические для измерения температур в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары. |
0…+1300 |
|
ТПР 5 182 003 |
+300…+1600 | ||
|
ТПР 5 182 004 |
+300…+1600 | ||
|
ТПП 2 821 004 |
Преобразователи термоэлектрические для измерения температур в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары. |
0…+1300 |
|
ТПР 2 821 005 |
+600…+1600 | ||
|
ТПР 2 821 006 |
+600…+1700 | ||
|
ТПП 9717 |
Преобразователи термоэлектрические для измерения температуры в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары. |
0…+1400 |
|
ТПР 9819, ТПП 9819 |
Преобразователи термоэлектрические для измерения температуры в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары. |
+600…+1300 |
|
Изготовитель «Теплоприбор», г. Челябинск.
- Термопара погружения SUPERTEMP предназначена для измерения температуры расплавленного металла в кислородных конвертерах и др..
Рис. 4 - Термопара погружения SUPERTEMP
Достаточно надеть термопару на удлинительное приспособление и погрузить ее в расплавленный металл, чтобы быстро получить измерение температуры на подключенном цифровом оборудовании. В зависимости от применения имеется также защита от брызг.
Техническая характеристика:
Элемент - S (Pt - Pt 10% Rh), R (Pt - Pt 13% Rh), В (Pt 6% Rh - Pt 30% Rh)
Точность
Калибровка
Длина трубки - От 300 до 1800 мм (по заказу возможна другая длина)
Шлаковый колпачок - Сталь (имеется Al или Cu)
Выберем для измерения термопару погружения SUPERTEMP.
Выбор основан на причинах:
выдерживает температурный
Недостаток: Дороговизна прибора.
Стабилизация этого
параметра дутья обеспечивает постоянство
материального и
Расходомер на базе осредняющей напорной трубки Annubar, фирма «Росприбор».
Расходомер на базе осредняющей трубки напорной трубки Annubar предназначены для измерения расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах технологического и коммерческого учета.
Принцип действия:
Принцип работы данного расходомера основан на измерении расхода среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления с использованием осредняющей напорной трубки Annubar.
Осредняющая напорная трубка Annubar 485 представляет собой погружную конструкцию, использующую в основе профиль Т-образной формы. Данный прибор устанавливается фронтальной частью навстречу потоку, пересекая его по всему сечению. В центре фронтальной поверхности профиля, по всей его длине симметрично относительно центра оси трубопровода располагаются щелевидные пазы, осредняющие скорость потока измеряемой среды и воспринимающие давление торможения, которое передается в "плюсовую" камеру р1. Важно то, что благодаря замене точечных отверстий щелевидными пазами, осреднение скорости стало более полным и точным, а сама ОНТ подвержена меньшему засорению.
Фронтальная часть профиля Т-образной формы широкая и плоская, поэтому точка отрыва потока более стабильна (значит, стабильнее сигнал перепада давления), а зона повышенного давления перед профилем более обширна. В результате, сигнал давления, передаваемый камерой р1 на измерительную мембрану датчика, на Т-образном профиле выше, чем на других формах профилей при том же расходе.
По всей длине Annubar 485 с
тыльной стороны профиля
В конструкции Annubar 485 предусмотрена гильза для установки термопреобразователя ТСП Pt 100, что обеспечивает измерение температуры процесса без дополнительной врезки в трубопровод.
Характеристика:
- Измеряемые среды: жидкость, газ, пар;
- Температура измеряемой среды: -40...800°С - интегральным монтаж датчика,
-187...1577°С - удаленный монтаж датчика; - Избыточное давление в трубопроводе до 25 МПа;
- Диаметр условного прохода: Ду 12,5...1800 мм и более;
- Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного техпроцесса;
- Пределы основной относительной погрешности до ±1%;
- Выходные сигналы: 4-20 мА, HART;
- Наличие взрывозащищенного исполнения.
Расходомер переменного перепада давления "Deltaset DPO 50, 51, 52, 53, DPP 50, DPV 50, DPM 50 DPC 50".
- Измерение расхода газов, пара и жидкостей (универсальный и широко распространенный метод).
- Измерение объемного или массового расхода.
- Для экстремальных условий процесса: температура до 1500°C, номинальное давление до PN 420.
Преимущества:
- Прочная и надежная конструкция;
- Возможность замены преобразователя (Deltabar S) без остановки процесса;
- Широкий диапазон рабочих температур / давлений;
- Простота установки и запуска;
- Малые потери давления;
Перепады давления (диапазоны измерения) |
Диафрагма, сопло, сопло Вентури |
Трубка Пито | ||||
Жидкости: 4 мбар...600 мбар |
Газы: 5 мбар...200 мбар |
Пар: 60 мбар...2500 мбар |
Жидкости: 5 мбар...80 мбар |
Газы: 0.5 мбар...80 мбар |
Пар: 3 мбар...50 мбар | |
Температура процесса |
-200 °C...+1500 °C | |||||
Выбор: Для измерения расхода кислородного дутья выбираю Расходомер переменного перепада давления Deltaset DPO 50. Основание для выбора: требуемый температурный диапазон, надежная конструкция, простота установки.
Технические приборы
Измерение с помощью пирометров.
Стационарный пирометр ПИТ-201 «Энергоаудит», г. Москва.
При использовании пирометров в металлургии удается точно определять температуру в замкнутом пространстве высокотемпературных сред и в результате этого улучшать качество выпускаемой продукции.
В реальных
условиях промышленных
- материал расплава;
- температура расплава;
- спектральный диапазон, в котором производятся измерения температуры;
- степень покрытия поверхности расплава пленкой окисла и шлака;
- градиент температур между расплавом металла, окислом и шлаком;
- угол визирования поверхности расплава.
Для того чтобы избавиться от проблем измерения температуры бесконтактным способом, связанных с неопределенностью и нестабильностью коэффициента теплового излучения часто целесообразно применять имитаторы черного тела, погружаемые в расплав металла и поэтому имеющие ту же самую температуру.
Рис. 7 - Схема имитатора черного тела с запаянным концом, погружаемым в расплав.
Схема применения стационарного пирометра ПИТ-201 совместно с имитатором черного тела для измерения температуры расплава металла, производитель «Энергоаудит», г. Москва.
К материалу, из которого
изготавливается имитатор черного
тела предъявляются следующие
- минимальное влияние на химический состав расплава металла, так как хим. состав является важнейшим параметром качества металла;
- повышенная жаропрочность, чтобы неоднократно выдерживать значительный перепад температур при погружении имитатора в расплав и извлечении из него;
- высокая теплопроводность, чтобы имитатор был прогрет до той же температуры, что и расплав;
- химическая устойчивость к воздействию расплава на имитатор.
Таким образом, можно рекомендовать для измерения температуры расплава чугуна или стали имитатор черного тела делать в виде силитовой трубы.
Стационарный инфракрасный пирометр Термоскоп-800-2С спектрального отношения. ОАО Челябинский завод «Теплоприбор»
Пирометры Термоскоп-800-2С используются
для точного измерения
Изменяемое (настраиваемое) фокусное расстояние
позволяет добиваться высокой представительности
результатов измерения на любом удалении
пирометра от объекта измерения. Высокие
показатели визирования дают возможность
измерять температуру малых объектов,
а встроенный оптический видоискатель
легко и точно наводить пирометр на цель.
Пирометр спектрального отношения предназначен
для бесконтактного измерения температуры
нагретых тел в сложных производственных
условиях и используется для обеспечения
необходимых точностных характеристик
при контроле высокотемпературных технологических
процессов, таких как сталеплавильное
производство, термообработка, плавка
руды, формовка катанки и прута, индукционный
нагрев, вращающиеся печи.
Принцип спектрального отношения позволяет исключить многие негативные факторы, которые снижают точность измерения температуры традиционными пирометрами (нестабильность излучательной способности объекта, наличие пыли в атмосфере и экранирующих элементов в поле обзора, зависимость показаний в случае частичного ухода объекта из поля визирования пирометра и т.д.).
Отличительные особенности | |||
-возможность работы
в условиях сильного | |||
Область применения | |||
-металлургия; | |||
Основные температурные диапазоны и характеристики оптической системы | |||
Модель |
Температурный диапазон, °С |
Спектральный диапазон, мкм |
Показатель визирования |
ВТ0 |
700…1500 |
0.9/1.0 |
100:1 |
ВТ1 |
1000…2000 |
0.9/1.0 |
100:1 |
Основные характеристики | |||
Точность |
0.75% | ||
Воспроизводимость |
0.5% | ||
Разрешение |
1°С | ||
Степень ослабления сигнала |
до 95% | ||
Быстродействие |
50 мс | ||
Физические характеристики | |||
Защита от воздействий среды |
IP65 | ||
Масса, не более |
2 кг | ||
Габаритные размеры |
201х80х80 | ||
Наведение на объект измерения и настройка прибора | |||
Для наведения пирометра на объект используется встроенный оптический видоискатель с шестикратным увеличением и диоптрийной подвижкой. С помощью ручки фокусировки объектива пирометр настраивается на выбранный объект. | |||
Выбор: Стационарный инфракрасный пирометр Термоскоп-800-2С спектрального отношения, ОАО Челябинский завод «Теплоприбор». Пирометр – удобное средство измерения. Переносной пирометр неудобен для непрерывного производства и измерения, к тому же в данном случае начинает играть человеческий фактор, который может повлечь за собой грубые ошибки. Пирометр Термоскоп-800-2С спектрального отношения точен, быстродейственен, удобен в эксплуатации.
Преобразователь давления ЗОНД-10
Измерительные преобразователи давления серии ЗОНД-10 предназначены для непрерывного пропорционального преобразования избыточного (манометрического), абсолютного, гидростатического (вакуумметрического разрежения).
Все уровня, преобразователи ремонтопригодны в условиях предприятия – изготовителя. Верхний предел диапазона измеряемого давления выбирается из промежутка 100 Па – 100 МПа в соответствии с рядом: 1,0 ; 1,6 ; 2.5 ; 4,0 ; 6,3, (6,0 ); Использование импульсных и отводных трубок, демпферных устройств, мембранных разделителей позволяет проводить измерение в горячих, вязких и агрессивных средах.
ЗОНД-10-ИД – для
измерения избыточного (
По устойчивости к воздействию пыли, воды, влажности, и температуры изделия соответствуют, в зависимости от модели, степеням защиты IP 40, IP 50, IP 52, IP 67, IP 68, по ГОСТ 14254-96 и исполнением С3, С4 и Д2 по ГОСТ 12997-84.
Преобразователь измерительный давления Сапфир-22МПС
Преобразователи
Преобразователи
Преобразователь состоит
из измерительного и
Принцип действия преобразователей основан на воздействии измеряемого давления (разности давления) на мембраны измерительного блока, что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя. Это изменение преобразуется в электрический сигнал, который передается от тензопреобразователя из измерительного блока в электронный преобразователь, и далее в виде стандартного токового унифицированного сигнала [(0-5), (4-20), (5-0) или (20-4)] мА..
