Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Выбор средства измерения на выходе воды из котла, КСВа-3,5Гс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

Кафедра «Автоматизация и вычислительная техника»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Выбор средства измерения на выходе воды из котла, КСВа-3,5Гс

Студент: гр. АТПб-08-1 Чернобровин Е.К.

(подпись)

Руководитель: к.т.н., доцент Овчинникова В.А.

(подпись)

Дата защиты Оценка

Тюмень 2011

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТУ)

Студент (фамилия, имя, отчество)______________________________________________________________________________________________________________________________

Тема курсового проекта (работы)

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Содержание задания на курсовой проект (работу)

2. Исходные данные к курсовому проекту (работе)

3. Перечень графического материала

4. Задание и исходные данные по разделу

Задание принял к исполнению

“___”________________20__г.

___________________________

Реферат

Курсовой проект45 с., 10рис., 11табл., 14 источников, 3 прил.

КОТЕЛЬНАЯУСТАНОВКА,СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ,ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, ТЕРМОМЕТР СОПРОТИВЛЕНИЯ,ВИХРЕВЫЕ

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ И РАСХОДОМЕРЫ, МОНТАЖ.

Объектом исследования является котельная установка КСВа-3,5Гс.

Цель работы – Выбор средства измерения на выходе воды из кола.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….……..5

1 Описание и характеристика технологического объекта управления………….…….7

1.1 Общая характеристика установки водогрейного котла….…….………….10

1.2 Описание технологической схемы котельной установки…………………11

2 Автоматизация процесса котельной установки………….…………………..………13

2.1 Описание функциональной схемы автоматизации котельной….….……..13

2.2 Технические средства автоматизации……………………………………...15

3 Выбор средства измерения температуры на выходе воды из котла......……………30

3.1 Современное состояние проблемы измерения температуры…….……….30

3.2 Выбор средств измерения температуры….………….……………….…….30

3.3 Расчет мостовой схемы……….….……….…….……………………….…..31

3.4 Погрешности средств измерений……………….……………...…………...34

4 Монтаж средства измерения…………………..………………………………………36

4.1 Монтаж первичного преобразователя………………….……………………36

4.2 Монтаж вторичного прибора………………….……………………………37

Заключение……………………………………………………………………………….40

Список использованных источников…………………………………………………...41

Приложение А. Схема автоматизации………………………………………………….42

Приложение Б. Чертеж датчика………………………………………………………...43

Приложение В. Сигнальный лист………………………………………………………44

Введение

Промышленность и энергетика как основные и тесно связанные взаимосвязанные отрасли народного хозяйства представляю собой совокупность предприятий, обеспечивающих производственную базу страны. Понятием «энергетика» охватывается широкий круг технических средств, предназначенных для выработки, преобразования передачи и использования электрической, тепловой и других видов энергии а также энергоносителей.

Примерно 85% электрической энергии в нашей стране производится на ТЭС, на которых электрическая энергия вырабатывается с использованием химической энергии сжимаемого топлива.

Производящие электроэнергию электрические станции, электрические и тепловые сети, а также потребители электрической и тепловой энергии в совокупности составляют электроэнергетическую систему. Основными тепловыми электрическими станциями на органическом топливе являются паротурбинные электрические стации, которые подразделяются на конденсационные (КЭС), и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Паротурбинные электрические станции вырабатывают одновременно два вида энергии, т.е. дают возможность лучше использовать сжигаемое топливо, повысить мощность одного агрегата, отличаются относительно высокой экономичностью, наименьшими по сравнению с другими электрическими станциями удельными капитальными затратами. Основными тепловыми агрегатами ТЭЦ являются паровой котёл и паровая турбина.

Одним из важнейших условий эксплуатации котельной установки является соблюдение необходимого давления и температуры газа.

Существуют различные методы регулировки температуры пара:

- газовый метод;

- рециркуляция газов;

- аэродинамический метод;

На крупных котельных установках применяют газовый метод, путём распределения нагрузки между отдельными рядами горелок по высоте топки. Данный способ нельзя признать эффективным и экономичным, так как увеличение воздушного сопротивления форсированных горелок и повышение расходов воздуха на недогруженных горелках приводит к перерасходу электроэнергии на дутье. Кроме того нарушаются оптимальные условия работы горелок.

Наиболее распространённым и перспективным методом регулирования температуры пара является рециркуляция газов, т.е. возврата части охлаждённых уходящих газов из конвективной части котла в топку. Преимущества: обеспечение постоянной температуры пара в широком диапазоне нагрузок котла; малая инерционность; экономия затрат на реконструкцию пароперегревателя. Недостатки этого метода, капитальные затраты, связанные с установкой дымососов рециркуляции и увеличение расхода электроэнергии на собственные нужды.

Предложенный в последнее время аэродинамический метод регулирования основан на эффекте взаимодействия газовых факелов. Для практического использования необходимо, чтобы конструкция горелок позволяла осуществлять как плавное регулирование в широких пределах степень крутки, так и изменение направления вращения факелов. Практического использования необходимо, чтобы конструкция горелок позволяла осуществлять как плавное регулирование в широких пределах степень крутки, так и изменение направления вращения факелов.

В курсовом проекте рассматривается АСУ ТП Котельной установки, обеспечивающая централизацию управления с использованием современных средств контроля и автоматического регулирования на базе микропроцессорной техники, высоконадежных электронных устройств и аппаратуры, позволяющих осуществлять управление, защитные блокировки и сигнализацию, а также для обеспечения обслуживающего персонала установки оперативной и достоверной информацией.

1 Описание и характеристика технологического объекта управления

Котельная установка - это комплекс устройств для получения водяного пара под давлением (или горячей воды). Котельная установка состоит из котельного агрегата, в котором производится водяной пар с заданными давлением и температурой, и ряда вспомогательных устройств, предназначенных для приготовления и подачи топлива, питательной воды и воздуха, а также удаления производственных отходов (дымовых газов и зольных остатков топлива). Водяной пар используется в энергетике для привода паровых турбин, а также как греющая среда в технологических процессах (нагревание, сушка, выпаривание и т.д.) и в быту (отопление, горячее водоснабжение). Наряду с паровыми котлами в небольших коммунальных котельных применяются также водогрейные котлы, в которых подогреваются вода, используемая для нужд теплоснабжения.

В зависимости от производительности различают котельные установки малой (до 20 т/ч), средней (20-70 т/ч), и большой (свыше 100 т пара в час) производительности. По величине давления пара котельные установки бывают низкого (до 3 МПа), среднего (3-7,5 МПа), высокого (10-15 МПа), сверхвысокого (15-22,5 МПа) и сверхкритического (более 22,5 МПа) давления.

Различают котельной установки естественной и принудительной циркуляцией (прямоточной). В последних, движение воды происходит под действием насоса. Мощные энергетические котлы с естественной циркуляцией, выпускаемые в настоящее время, имеют параметры пара р=14 МПа и t=570°С, а котлы с искусственной циркуляцией - р=25 МПа и t=565°С.

Основными элементами котельного агрегата экранного типа с естественной циркуляцией, имеющего факельную топку для сжигании я каменноугольной пыли являются топочная камера, парообразующие поверхности нагрева - ряды экранных труб, пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Смесь топлива с воздухом подается через горелки в топочную камеру, где топливо воспламеняется и сгорает во взвешенном состоянии.

В котельной установке происходит непрерывная циркуляция воды и пароводяной смеси. Образующаяся в экранных трубах смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем вода в опускных трубах, поступающая из барабана котла. Вследствие этого пароводяная смесь поднимается по экранным трубам в барабан котла, от, куда вода перемещается вниз по необогреваемым опускным трубам (естественная циркуляция). Нарушение нормальной циркуляции воды в котле (например, при низком уровне воды в барабане котла) может привести к перегреву труб и выходу их из строя. Опускные и экранные трубы соединяются между собой посредствам коллектора. Кипятильные трубы, расположенные на стенах топки, образуют поверхности нагрева, которые называются экранами.

В барабане насыщенный пар отделяется от воды и поступает в пароперегреватель, где он нагревается до заданной температуры. Пароперегреватель представляет собой теплообменник, трубки которого изогнуты в виде змеевиков. Дымовые газы движутся снаружи трубок, а водяной пар - внутри. В котельных установках большой производительности устанавливают дополнительные пароперегреватели для вторичного перегрева пара.

Из пароперегревателя дымовые газы поступают в водяной экономайзер, который предназначен для подогрева питательной воды, подаваемой в барабан. Для поддержания необходимого уровня воды в барабане котла расход питательной воды должен соответствовать пара производительности котла. Как и пароперегреватель, водяной экономайзер представляет собой теплообменник поверхностного типа. Далее установлен воздухоподогреватель, в котором нагревается воздух, подаваемый в топочную камеру. Дымовые газы проходят по трубам воздухоподогревателя сверху вниз, а воздух движется между трубами снаружи в поперечном направлении.

За счет снижения температуры уходящих дымовых газов в водяном экономайзере и воздухоподогревателе до 120-200°C уменьшаются потери теплоты с уходящими газами, что значительно повышает КПД котла. Экономайзер и воздухоподогреватель устанавливаются на всех агрегатах средней и большой производительности.

Теплообмен между дымовыми газами и трубами в водяном экономайзере и воздухоподогревателе в основном происходит конвективным путем, так как при низкой температуре дымовых газов интенсивность теплообмена излучением сравнительно невелика. Поэтому эти поверхности нагрева называют конвективными. Экраны в топочной камере и первые ряды труб пароперегревателя являются радиационными поверхностями нагрева, которые вследствие высокой температуры дымовых газов получают теплоту преимущественно излучением. В прямоточных котлах парообразующие поверхности представляют собой систему обогреваемых змеевиков.

Газы уносят из топки значительное количество золы (при факельном сжигании до 80-90%), поэтому после воздухоподогревателя дымовые газы направляются для очистки в золоуловитель, что предупреждает загрязнение окружающей местности. Затем с помощью дымососа дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Дымосос представляет собой вентиля торную установку центробежного типа с электрическим приводом. Для подачи воздуха в топку котельного агрегата устанавливается также дутьевой вентилятор.

Мощные котельные установки, работающие на твердом топливе, имеют сложную систему подачи и приготовления топлива, включающую мельницы и дробилки, механизмы для подачи топлива в топочную камеру, емкости для хранения угольной пыли, ленточные транспортеры и т.д. Система приготовления топлива может быть централизованной или индивидуальной. В большинстве случаев применяется индивидуальную система пылеприготовления, в которой каждый котёл располагает собственной системой для приготовления топлива.

Исключительное важное значение, при эксплуатации котельных установок имеют внутри котловые процессы: образование накипи, сепарация капелек влаги от пара, который поступает в пароперегреватель. Слой накипи на внутренних стенках экранных и кипятильных труб является значительным термическим сопротивлением, которое изолирует трубу от движущейся по ней пароводяной смеси, что приводит к опасному перегреву труб. Для предупреждения образования накипи котельный агрегат питается конденсатом пара. Потери конденсата восполняются обычно химически очищенной водой, из которой удалены накипеобразующие соли (соли жесткости).

Внутри барабана котла устанавливаются различные устройства для механической сепарации капелек влаги. При плохой сепарации в пароперегреватель вместе с влагой будут попадать соли, которые осаждаются на трубах пароперегревателя. Для того чтобы предупредить повышение концентрации солей в котловой воде, применяют непрерывную продувку котельной установки. При этом из барабана котла удаляется часть воды и вместо нее дополнительно подается такое же количество питательной воды, содержащей значительно меньшей соли. За счет этого содержания солей в котловой воде поддерживается на определенном уровне. Наряду с непрерывной продувкой применяет также периодическую, при которой из нижних коллекторов удаляют часть воды, а вместе с ней и соли, выпавшие в виде твердого осадка (шлама).[1]

Современные котельные агрегаты, применяемые в энергетике, являются очень сложными установками, имеющими большие размеры (высота их достигает 35-50 метров). Управление работой таких котельных установок автоматизировано. При этом автоматически поддерживаются в заданных пределах параметры пара, производительность, расход топлива и воздух, уровень воды в барабане котла и т.д.

1.1Общая характеристика установки водогрейного котла

Котел стальной водогрейный КСВа-3.5Гс «СибГСД» работает в автоматическом режиме на природном газе. Область применения – стационарные котельные. Котел эксплуатируется с газовой горелкой ГГС-Б, работающей на газе среднего давления, и автоматикой, обеспечивающей автоматическое управление работой котла и защиту при нарушении нормального режима.

Допускается установка на котле других типов горелочных устройств и автоматики с аналогичными характеристиками.

Основные технические характеристики котла КСВа-3,5Гс приведены в таблице 1.1 [2].

Таблица1.1 - Основные технические характеристики котла КСВа-3,5Гс

Наименование

показателя

Норма

КСВа-3,5Гс

Номинальная тепло производительность, МВт (Гкал/час)

3,5(3,01)

Вид топлива

Газ природный ГОСТ 5542-87

Коэффициент полезного действия, не <

0,91

Макс. рабочее давление воды

0,6(6)

Макс. температура воды на выходе из котла,⁰С

115

Водяной объём котла, м³

6,5

Расход воды через котел, м³/ч

Объем топочной камеры, м³

3,5

Площадь поверхности нагрева, м²

152

Гидравлическое сопротивление водогрейного котла, МПа;не >

0,03

Макс. температура уходящих газов,⁰С

160

Температура наружной поверхности

Разряжение за котлом, Па, не <

200

Разрежение в топочной камере, Па, не <

Присоединительное давление газа, кПа ,не >

Напряжение системы питания системы автоматики, Ве

220

Частота тока, Гц

Климатическое исполнение котла по ГОСТ 15150-69

Категория размещения котла по ГОСТ

15150-69

4,2

Масса котла(сухая), не >, кг

8100

Срок службы котла, лет, не <

1.2 Описание технологической схемы котельной установки

Технологическая схема предусматривает

- контроль технологических параметров;

- автоматизированный учет количества потребляемого газа и вырабатывание много тепла;

- автоматическое регулирование технологических параметров и управление оборудованием;

-автоматика безопасности и управления котлов;

-централизованный контроль и управление;

Контроль технологических параметров:

- индикация текущих значений параметров местными показывающими приборами, а также индикация на дисплее щита системы автоматического управления котельной;

- сигнализация отклонения параметров за установленные пределы;

- счётчик потребляемого газа, Теплосчетчик для учета вырабатываемого тепла и регистрации параметров теплоносителя- расход, температура, давление.

Схема разработана на основании технологического задания, руководства по эксплуатации системы автоматического управления котельной. При разработке учтены требования СНиП 11-35-76 «Котельные установки», «Правил устройства и безопасности эксплуатации паровых и водогрейных котлов», РД 12-341-00 «Инструкция по контролю над содержанием окиси углерода в помещениях котельных.

2 Автоматизация процесса котельной установки

2.1 Описание функциональной схемы автоматизации котельной установки

Предусматривается поддержание температуры воды на выходе из котла, также на входе в котёл с помощью управления рециркуляционным насосом котла. Каскадное погода зависимое управление в зависимости от нагрузки с помощью контроллера «Vitotronic 300-K тип MW1»Регулирование температуры, с коррекцией по температуре наружного воздуха, с помощью регулирующего клапана на трубопроводе перепуска сетевой воды и поддержание давления обратной сетевой воды.

Автоматический выбор режима работы котельной для наиболее эффективного использования энергоресурсов:

- только от тепло утилизаторов (котлы в резерве);

- совместная работа от тепло утилизаторов и котлов;

- аварийный режим (работа только от котлов).

Автоматическое управление в зависимости от режима работы котельной

предусматривается отключение подачи газа в котельную при:

- утечке газа;

- повышение концентрации окиси углерода;

- исчезновении электропитания;

- пожаре.

Для насосов предусматривается автоматическое выключение резервного насоса в группе при аварии рабочего. Автоматическое открытие (закрытие) при включении (отключении) насосов, электро задвижек, также предусматривается автоматическое управление по давлению в обратном трубопроводе сетевой воды. При пожаре, происходит отключение вентиляции. Для пропиточных насосов предусматривается автоматическое управление по давлению в обратном трубопроводе сетевой воды.

Автоматизация котлов предусматривается с помощью комплекта средств, поставляемого комплектно с котлом и состоящего из щита управления, датчиков контроля параметров и исполнительных устройств. Комплект средств обеспечивает автоматическое поддержанием котлом заданной температуры воды и защиту котла.

Защита котла обеспечивает его аварийную остановку при отклонении от установленных пределов следующих параметров:

- давление газа;

- давление воздуха;

- давление воды;

- температура воды;

- погасание пламени;

- отключение электропитания;

-неисправность автоматики.

Автоматизация работы котельной предусматривается с помощью щита САУ котельной, обеспечивающим:

-приём информации о параметрах и состоянии оборудования как от первичных датчиков в виде дискретных и аналоговых сигналов.

- автоматическое управление оборудованием котельной;

- задание режима работы, автоматическое и ручное;

- контроль состояния оборудования и значений параметров;

- индикацию на дисплее текущего режима работы котельной;

- индикацию на дисплее, по вызову, текущих значений параметров и состояния оборудования;

- свето-звуковую аварийную сигнализацию с принудительной индикацией причины на дисплее щита, при отклонении параметров, от установленных пределов, неисправности и авариях оборудования;

- возможность передачи информации на удалённый диспетчерский терминал.

2.2 Технические средства автоматизации

Комплекс технических средств АСУ ТП состоит из:

- комплекта датчиков, преобразователей;

- управляющего вычислительного комплекса.

Все применяемые в проекте датчики, преобразователи, выполнены только

электрическими, применяемые датчики и измерительные преобразователи имеют

унифицированные выходные сигналы с одним из следующих параметров:

- аналоговые (токовые 0...5 МА или 4...20 МА) для контроля и регулирования режимных технологических параметров;

- число-импульсные сигналы для контроля учетных технологических параметров;

- дискретные типа "сухой контакт", для сигнализации предельных значений технологических параметров.

Комплекс технических средств АСУ ТП состоит из микропроцессорного контроллер «Vitotronic 300-K тип MW1»(Для много котловых установок, управление до 4-х котлов с Vitotronic 100 GC1, погод зависимая тепло генерация с переменной температурой теплоносителя, управление до 2-х отопительных контуров со смесителем, автоматический режим приготовления горячей воды )

Для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин избыточного давления и разности давлений были выбраны датчики Метран-150CG и Метран-150CD (рисунок 2.1) c традиционным фланцем соответственно.

Рисунок 2.1 – Метран-150CG, 150CD

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подаётся в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

Датчик имеет программируемую характеристику выходного сигнала в соответствии с функцией преобразования входной величины: линейную или по закону квадратного корня. По умолчанию датчики выпускаются настроенными нелинейно возрастающую характеристику. В процессе эксплуатации в датчике потребителем может быть установлена любая характеристика выходного сигнала.

Датчики давления Метран-150 имеют взрывозащищенное исполнение по ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ Р 51330.10 :

- вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" с уровнем взрывозащиты "особо взрывобезопасный», маркировка по взрывозащите 0ExiaIICT5X;

- вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" с уровнем взрывозащиты «взрывобезопасный» с маркировкой повзрывозащите 1ExdIIСT6Х или 1ExdIIСT5Х.

Основные технологические характеристики Метран-150CG и Метран-150CD приведены в таблице 2.1 [6].

Таблица 2.1 - Основные технические характеристики Метран-150CG, CD

Датчики избыточного давления Модель-150CG
Верхний предел измерений	Pmin=0,025 кПа Pmax=0,63 кПа
Давление перегрузки	4 МПа
Датчик разности давлений Модель–150 CD
Верхний предел измерений	Pmin=0,025 кПа Pmax=0,63 кПа
Предельно допускаемое рабочее избыточное давление	4 МПа
Выходные сигналы	- 4 - 20 мА с протоколом HART (код выходного сигнала А); - 0 - 5 мА (код выходного сигнала В)
Средний срок службы датчика		- 12 лет, кроме датчиков, эксплуатируемых при измерении агрессивных сред, средний срок службы которых зависит от свойств агрессивной среды, условий эксплуатации применяемых материалов; - 20 лет (с опцией MR)
Средняя наработка датчика на отказ		150 000 ч
Погрешность		0,075%

В качестве средства измерения расхода горючего в котельной установке, был выбран вихревой расходомер KROHNEOPTISWIRL 4070 (рисунок 2.2).

Прибор предназначен для высоконадежных измерений нормализованного объемного и массового расхода электропроводящих и неэлектропроводящих жидкостей, газа и пара даже в случае колебаний температуры и давления.Система измерения прибора основана на базе цифровой интеллектуальной обработки сигнала, разработанной фирмой KROHNE. Она осуществляет прием, фильтрацию и обработку первичного сигнала измерения.

Рисунок 2.2 – KROHNE OPTISWIRL 4070

Особенности:

-встроенная функция компенсации по температуре и давлению;

-прибор в стандартной комплектации имеет возможность температурной компенсации для насыщенного пара;

-все модели серии вихревых расходомеров OPTISWIRL выполнены по двухпроводной технологии;

-прибор характеризуется долговременной стабильностью благодаря износоустойчивой и прочной конструкции;

-оптимальная эксплуатационная надежность благодаря улучшенной обработке сигнала (ISP);

-простота ввода в эксплуатацию – концепция «подключи и работай» (plug&play);

-система интеллектуальной обработки сигнала (IntelligentSignalProcessing - ISP).

Система интеллектуальной обработки сигнала проводит отслеживание полезного сигнала и его отделение от сигналов помех. Фильтр сначала анализирует принятый сигнал и затем выделяет рабочий сигнал из общего спектра. Это значит, что пользователь получает стабильные и надежные результаты измерений.

OPTISWIRL – это прочный, надежный прибор, практически не требующий обслуживания. Благодаря бесшовной конструкции первичного преобразователя, выполненного из нержавеющей стали, прибор не подвержен абразивному воздействию среды и осаждению продукта. Расходомер стоек к воздействию повышенных значений температуры и давления, а также агрессивному воздействию среды. Управление осуществлено на основе современной технологии " plugandplay – установил и работай", позволяющей пользователю смонтировать и легко настроить прибор под практически любое применение. В качестве помощника пользователь имеет специальный интерфейс оператора на базе интуитивно понятного человеко-машинного интерфейса. Модульная концепция делает замену электроники простой и быстрой.

Удаленную настройку прибора можно произвести с помощью специальной программной среды PACTware и DTM-драйвера, размещенного в интернете на сайте KROHNE для свободного доступа.

Выбор средства измерения на выходе воды из котла, КСВа-3,5Гс 📙 Курсовая → 🆔 58468