Кип и автоматика. Автоматизация электрокотельной

 

В рассматриваемой электрокотельной технологическим процессом является подогрев воды для отопления и обеспечения горячей водой п. Энергетик и агрофирму Пурсей, исходным полуфабрикатом является в этом процессе - скважная вода с удельным сопротивлением 1600-2326 ОМ см без специальной химводоочистки и деаэрозации, а продукция - горячая вода для системы отопления с t= 95 ºС и для системы горячего водоснабжения T = 60ºС. Объем воды образует в котле активное сопротивление при пропускании электрического тока и вода нагревается до заданных параметров.

Каждый технологический процесс характеризуется определенными технологическими параметрами. Такими параметрами являются: давление, температура, расход материальных и энергетических потоков, уровень воды в электрокотле и другие, эти параметры могут изменяться во времени. Совокупность этих параметров, характеризующих данный технологический процесс, называется технологическим режимом.

Каждый технологический процесс в общем цикле производства имеет свое целевое назначение, в соответствии с которым к нему предъявляют определенные требования - обеспечение заданной или максимальной производительности, заданного или наилучшего качества продукции, заданных или минимальных затрат сырья и энергии на единицу готовой продукции. Так, целью процесса получения горячей воды в электрокотельной является использование этой воды в системах отопления и горячей воды. Следовательно к процессу предъявляются требования обеспечения заданного расхода, давления и температуры воды при минимальном расходе энергии.

Любой процесс подвержен действию различных факторов, которые нельзя заранее предусмотреть. Такие факторы называются возмущением. Возмущающее воздействие на процесс вызывает изменение режима, т.е. изменение производительности, расхода электроэнергии и т д. Следовательно для обеспечения требуемых параметров воды необходимо компенсировать такие колебания, то есть целенаправленно воздействовать на процесс -управлять им. Совокупность требований осуществляемых в процессе управления, называется целью управления. А сам технологический процесс вместе с оборудованием, в котором он протекает, является объектом управления.

Объект управления и устройства, необходимые для осуществления процессе управления, называется системой управления.

В данной электрокотельной целью управления являются требования к подогреву воды, к ее расходу, а процесс управления - целенаправленное воздействие на расход воды в котле, давление и температура в котле, производительность электрокотла при изменении ее мощности. Объектом управления в этом случае является вся электрокотельная, т.е. электрокотлы марки КЭВ - 1000 / 0,4, выбранные нами подпиточные сетевые и циркулярные насосы, а также система трубопроводов. Система управления включает в себя оборудование электрокотельной, приборы и средства автоматизации, установленные в ней.

В помещении электрокотельной устанавливают 3 электрокотла типа КЭВ - 1000/0,4. схемой предусматривается защита котла от повышения давления выше допустимого, перегрузка котла.

Также каждый котел должен иметь следующие защиты, действующие на его отключение:

1) Защита, отключающая электрический котел без выдержки времени при однофазных и межфазных коротких замыканиях в нем;

2) Защита от перегрузки по току выше номинальной на 15 %;

)   Защита от повышения температуры - отключает электрокотел при повышении температуры воды, выходящей из электрокотла, свыше максимального по расчетному тепловому графику на 5ºС

)   Защита от понижения давления - отключает электрокотел при снижении рабочего давления в котле ниже минимального рабочего на 0,5 кг/см²

)   Защита от прекращения или уменьшения циркуляции воды через котел - котел отключается при уменьшении циркуляции на 15¸20% от расчетной.

Каждый котел должен иметь блокировку с циркуляционным насосом, действующим на отключение котла при остановке насоса.

Циркуляционные насосы должны иметь автоматическое выключение резервного насоса при остановке одного из работающих.

Котел контролируется по следующим показателям:

1) Температура воды до и после электрокотла приборами ТЕ - показатель температуры электрический с чувствительным элементом.

2) Давление в электрокотле приборами PI - показатель давления индукционный

)   Фазные токи в каждой фазе.

Каждый котел должен иметь рабочую и аварийную сигнализации о его работе.

На трубопроводах в помещении электрокотельной устанавливаются следующие регистрирующие и показывающие приборы:

-   Манометр, показывающий индукционный IP предел измерений 0-10кгс/см². Место установки - общие трубопроводы перед насосами, котлами, подогревателями. Количество - 34 шт.

-   В водяных тепловых сетях используются приборы жидкостные. Перед манометрами обязательна установка трехходового крана, а у места измерения - клапана. Установка манометров необходима, т.к. при снижении давления ухудшаются режимные параметры, т.е. недостаточно нагрета вода, а при повышении давления - возникает аварийная ситуация (раз герметизация или разрыв аппарата).Термометр, показывающий электроконтактный ТЕ и TI. Пределы измерения 0¸150 ºС. место установки на выходе из котлов, подогревателей и бакоакумуляторе. Количество - 19 шт.

    Расходомер емкостной FE. Место установки - на выходе из электрокотлов и на общем подающем и обратном трубопроводе. Количество 8 шт.

Постоянство расхода воды обеспечивается регуляторами расхода прямого действия. В регуляторе эффективная площадь сильфона примерно равна площади клапана, вследствие чего регулятор разгружается от давления (до регулятора), действующего на клапан.

Постоянство заданного расхода создается разностью давлений (Р₂ - Р₃), действующей на сильфоны и натяжением пружины. Пути увеличения давления Р, расхода воды через клапан и диафрагму возрастает, соответственно увеличивается перепад давлений (Р₂ - Р₃). В результате этого сильфон увеличит натяжение пружины, а клапан займет новое положение, при котором расход воды останется прежним, но при более высоком давлении Р₁.

Для ручного управления, регулирование расходов воды предусмотрена следующая трубопроводная арматура:

) Задвижка стальная 30 с 41 нж 1. Количество - 4 шт.

) Задвижка чугунная 30₄ 6 бр. Количество - 47 шт.

4) Вентиль запорный 15 к 418 п2. Количество - 8 шт.

5) Предохранительный клапан 17₄ 18 бр. Количество - 10 шт.

)   Клапан обратно-поворотный 19₄ 21 бр. Количество - 13 шт.

)   Регулирующий клапан РК - 1 с датчиком ТМП - 2 шт.

Подвод питательной воды к котлу производится водой из систем отопления с t = 70ºС. Если же расход снижается, производится подпитка холодной водой, через счетчик холодной воды СТВ - 80.

Задвижки всех типов при чистой среде на горизонтальном трубопроводе устанавливаются в положении маховиком вверх (с вертикальным расположением шпинделя) или на ребро (с горизонтальным расположением шпинделя); на вертикальном трубопроводе - в положении плашмя.

Вентили и краны могут устанавливаться в вертикальном, наклонном и горизонтальном положениях.

Предохранительные клапаны устанавливают только с вертикальным расположением шбока.

Трехфазные электродные водогрейные котлы применяются для отопления и горячего водоснабжения крупных зданий и небольших поселков.

Данный котел выполнен с пластинчатыми электродами, наиболее приемлемым для воды с низкой удельной электропроводностью.

Потребность в тепле и горячей воде порождает необходимость в автоматическом регулировании температуры воды. Стабилизация заданной температуры воды достигается путем изменения расхода теплоносителя в котельном агрегате.

Регулировка температуры в электрокотле типа КЭВ - 1000/0,4 осуществляется с помощью электродов, т.е. за счет изменения расстояния между фазными и нулевыми электродами.

Температура воды в котле регистрируется температурным датчиком типа ТПГ - СК. Этот датчик относится к манометрическим термометрам и состоит из термосистемы: включающей термобалон, соединительный капилляр, чувствительный элемент, и показывающего - самопишущего устройства.

Эти термометры предназначены для регулирования при отключении температуры от заданного диапазона, устанавливаемого с помощью задающей стрелки.

Характеристика манометрического термометра: давление измеряемой среды- не более 6,4 МПа; предел измерения 0-100ºС; класс точности2,5; длина капилляра - 1,6-2,5 м;

Глубина погружения термобалона 125-500 мм, погрешность срабатывания 4ºС. Изготовитель - Казанский завод теплоизмерительных приборов «Теплоконтроль».

Нагрев воды происходит при движении между плоскими электродными пластинами при протекании через нее электрического тока. Регулирование мощности осуществляются изменением протекающего через воду электрического тока при помощи диэлектрических пластин (антиэлектродов), собранных в пакет и входящих в зазоры междуэлектродными пластинами.

Ранее рассмотренный способ регулирования электрокотельной и установленная в ней контрольно-измерительная аппаратура обеспечивают бесперебойный процесс подогрева воды до t=95 ºС для отопления и t = 60ºС для горячего водоснабжения и дает возможность для наблюдения за самим процессом нагрева воды.

При такой системе регулирования персонал обслуживающей электрокотельной во время ее эксплуатации, сокращен до минимума, что приведет к сокращению затрат на заработную плату и прочие издержки, связанные с рабочим персоналом.

4. Используемые приборы автоматики

.   Преобразователь расхода Метран 300ПР

2. Программируемый, микропроцессорный регулирующий прибор Протар - 130

.   Термопреобразователи сопротивления

Преобразователь расхода вихреакустический Метран 300ПР

 

Рис.

 

Метран 300ПР - вихреакустический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым детектированием вихрей.

Предназначен для технологического и коммерческого учета расхода и объема воды и водных растворов в составе теплосчетчиков или счетчиков - расходомеров, а также в составе систем АСУТП и АСКУЭ.

Основные преимущества:

наличие беспроливной методики проверки;

межповерочный интервал 4 года;

высокая надежность, стабильность в течение длительного времени;

отсутствие в проточной части подвижных элементов;

надежная работа при наличии вибрации трубопровода, изменений

температуры и давления рабочей среды;

малые длины прямых участков трубопроводов в месте установки

преобразователя;

самодиагностика;

Устройство и принцип действия

 

Рис.

 

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания - призма трапециидальной формы 1, пьезоизлучатели ПИ 2, пьезоприемники ПП 3 и термодатчик 7.

Электродный блок включает в себя генератор 4, фазовый детектор 5, микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов 6, собранные на двух печатных платах: приемника и цифровой обработки.

На плате цифровой обработки расположены два светодиода - зеленый и красный, выполняющие функцию индикаторов состояния преобразователя. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе преобразователя, причем частота мигания соответствует частоте следования импульсов выходного сигнала преобразователя.

Красный светодиод загорается при расходе меньшем 0,8Qmin, либо хаотичном характере процесса вихреобразования, в частности при попадании посторонних предметов на тело обтекания и т. п. Программируемый, микропроцессорный регулирующий прибор Протар - 130.

Приборы, регулирующие программные микропроцессорные с автоматизированной настройкой параметров Протар -120 и Протар 130, разработанные Московским заводом тепловой автоматики, являются дальнейшим развитием микропроцессорных приборов серии Протар.

Главной отличительной чертой приборов является наличие в программном обеспечении алгоритма автоматизированной настройки динамических параметров ПИ регулятора с возбуждением автоколебаний. Анализ автоколебаний, вычисление и установка оптимальных параметров настройки осуществляется автоматически. Алгоритм разработан МЗТА совместно с московским энергетическим институтом (МЭИ). Алгоритм жесткой структуры в приборах не реализуется.

 

Назначение Протар-130

 

Прибор предназначен для применения в автоматизированных системах управления и в локальных системах регулирования в различных отраслях промышленности. Приборы используются в схемах стабилизации технологических параметров; программного, каскадного, многосвязного регулирования с реализацией сложных алгоритмов обработки информации.

Алгоритм функционирования приборов программируется потребителем, при этом специальных знаний в области математического программирования от персонала, осуществляющего проектирование систем управления на базе приборов, а также их наладку и обслуживание, не требуется.

Многофункциональность и свободная программируемость приборов позволяет заменить несколько (в среднем 4 - 6) аналоговых приборов и значительно усовершенствовать алгоритмы управления. Наличие алгоритма автоматизированной настройки параметров позволяет значительно ускорить ввод в действие системы регулирования при гарантированном качестве настройки, а также осуществлять периодическую диагностику настройки и ее оптимизацию в процессе эксплуатации.

Связь приборов с другими устройствами системы автоматического управления (в том числе с УВМ) осуществляется с помощью аналоговых и дискретных (логических) сигналов.

Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные Метран 253 ТСМ(50М) и Метран 254 ТСМ(100М)

 

Рис.

 

Назначение прибора

Прибор предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химических неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры во взрывоопасных зонах и помещениях, в которых могут содержаться аммиак, азотоводородная смесь, углекислый или природный газы.

Маркировка взрывозащиты: 1ExdIICT5 X.

НСХ: 50М или 100М.

Класс точности: В или С.

Количество чувствительных элементов: 1 или 2.

Схема соединений: 2-х, 3-х или 4-х проводная.

Диапазон измеряемых температур: -50…150˚С (для класса С до 180˚С).

Поверка: периодичность - не реже одного раза в год, методика поверки в соответствии с ГОСТ 8.461.

 

 

Заключение

 

Работа агрегатов электрокотельной должна быть надежной, экономичной и безопасной для обслуживающего персонала. Для выполнения этих требований все агрегаты электрокотельной эксплуатируются в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации и рабочими инструкциями, составленными на основе правил Госгортехнадзора с учетом местных условий и особенностей оборудования.

Электрокотел должен быть оборудован необходимым количеством контрольно-измерительных приборов, автоматической системой регулирования важнейших параметров электроркотла, защитными устройствами, блокировкой и сигнализацией.

При нарушении нормальной работы электрокотла в следствие неисправностей, которые могут привести к аварии, он должен быть немедленно остановлен. Капитальный ремонт электрокотлов производится через каждые два-три года. Котел периодически подвергается техническому освидетельствованию по трем видам:

- наружный осмотр (не реже одного раза в год);

-   внутренний осмотр (не реже одного раза в четыре года);

    гидравлическое испытание (не реже одного раза в восемь лет).

 

 

Список литературы

 

1.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х.Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-464 с.: ил.

.Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы (справочник).- М.: Энергия, 1980.

.Инструкции по эксплуатации приборов фирмы TECON.