|
Параметр
|
Ед. изм.
|
min
|
норма
|
max
|
|
Производительность
|
т/ч
|
9,51
|
10,00
|
10,50
|
|
Температура перегретого пара
|
ºС
|
535,00
|
540,00
|
545,00
|
|
Давление в барабане котла
|
МПа
|
1,33
|
1,40
|
1,47
|
|
Температура питательной воды после экономайзера
|
°С
|
190,00
|
200,00
|
210,00
|
|
Расход природного газа
|
м/ч
|
237,53
|
250,00
|
262,52
|
|
Содержание СО в отходящих газах
|
%
|
1,33
|
1,40
|
1,47
|
|
Температура отходящих газов
|
ºС
|
180,58
|
190,00
|
199,54
|
|
Давление газа перед горелками
|
кПа
|
47,50
|
50,00
|
52,50
|
|
Разрежение в топке
|
мм водного столба
|
4,75
|
5,00
|
5,25
|
|
Уровень в барабане
|
мм
|
-100,0
|
0,00
|
+100,0
|
|
Расход питательной воды
|
м/ч
|
|
17,00
|
|
|
Давление питательной воды
|
МПа
|
1,81
|
1,90
|
1,99
|
.2.2 Обоснование необходимости автоматизации котельной установки
Котельные относятся к опасным производственным объектам и лавное
требование к ним это обеспечение должного уровня безопасности Эксплуатация
котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых
параметров.
Исходя из этих требований стали широко применяться автоматизированные
системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые без
постоянного присутствия человека поддерживают оптимальность технологического
процесса и повышают эффективность, они базируются на использовании современных
средств вычислительной и микропроцессорной техники, то есть - это совокупность
аппаратно-программных средств, осуществляющих контроль и управление
технологическим процессом. АСУ ТП поддерживает обратную связь и воздействует на
ход процесса при отклонении его от заданных режимов [8].
Схема автоматизации регулирования и контроля парового котлоагрегата
должна предусматривать следующие системы:
система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки котла;
система автоматического регулирования и контроля питания котла;
система автоматического регулирования и контроля соотношения газ-воздух;
система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке
котла;
система автоматического контроля давления;
система автоматического контроля температуры;
система автоматической отсечки газа.
Использование программно-логических контроллеров позволяет изменить и
подстроить алгоритм работы котельной при помощи ввода новой программы, либо
простой коррекцией запрограммированной программы.
Опыт автоматизации промышленных котельных свидетельствует о том, что
регулирование процесса горения и питание котлов дает до 8 % экономии топлива,
увеличивает к. п. д. котла на (7-8) %, обеспечивает работу топки с избытками
воздуха, близкими к оптимальным, сокращает расходы электроэнергии на дутье и
тягу, уменьшает объем ремонтных работ и повышает культуру обслуживания.
.2.2.1 Необходимость применения общекотловой автоматики, технологической
сигнализации и удаленной диспетчеризации
Автоматизация позволяет работать без постоянного присутствия
обслуживающего персонала. Для этого в автоматизированных котельных кроме
обязательной котловой автоматики должна быть общекотловая автоматика,
технологическая сигнализация и удаленная диспетчеризация.
Общекотловая автоматика должна в отсутствии людей управлять всей
котельной, то есть:
автоматически производить ротацию (попеременную работу) котлов;
при отключении котла его насос должен работать еще примерно 10 минут;
автоматически производить ротацию (попеременную работу) насосов
отопления, вентиляции, горячего водоснабжения
(технологического процесса);
в зависимости от нагрузки автоматически включать (отключать)
дополнительный котел;
автоматически поддерживать температуру (заданную заводом изготовителем
котла) теплоносителяна обратном трубопроводе котла;
автоматически осуществлять подпитку системы при понижении давления
теплоносителя;
автоматически поддерживать температурный график теплоносителя в системе
отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, технологического процесса.
Технологическая сигнализация должна фиксировать все аварийные ситуации и
выдавать световую и звуковую сигнализацию. В технологическую сигнализацию
входят сигналы:
утечка газа (метан);
появление угарного газа (СО);
понижение либо повышение давления газа (выход за уставки);
понижение либо повышение давления теплоносителя (выход за уставки);
понижение, повышение (выход за уставки) либо пропадание фазы питающей
сети;
авария котла;
пожар;
охрана.
Удаленная диспетчеризация должна дублировать состояние технологической
сигнализации в помещении дежурного и включать звуковую и световую сигнализацию.
.2.2.2 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации
технологических параметров
Автоматическое регулирование процесса горения значительно повышает
экономичность газоиспользующих установок. Применение автоматики обеспечивает
безопасность использования газа, улучшает условия труда обслуживающего
персонала и способствует повышению его технического уровня.
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 к 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 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
1,1. 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 4 мм водного столба). 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 упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается,
вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных
кранов. 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.
.3 Классификация котельных установок
Котельными установками называется комплекс оборудования, предназначенный
для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей
воды или пара заданных параметров.
В зависимости от назначения котельная установка состоит из котла
соответствующего типа и вспомогательного оборудования, обеспечивающего его
работу. Котел - это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств
для получения пара или для нагрева воды под давлением за счет теплоты
сжигаемого топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании
электрической энергии в тепловую.
Классификация котельных установок представлена на листе 1 графического
материала дипломного проекта.
По роду вырабатываемого теплоносителя котельные установки разделяют на
три основных класса [3]:
паровые, предназначенные для производства водяного пара;
водогрейные, предназначенные для получения горячей воды и смешанные
(оборудованные паровыми и водогрейными котлами), предназначенными для получения
пара и горячей воды;
По характеру теплоносителя:
энергетические, вырабатывающие пар для паровых двигателей;
производственно-отопительные, вырабатывающие пар для технологических
целей производства, отопления и вентиляции;
отопительные, вырабатывающие пар для отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения производственных, жилых и коммунально-бытовых помещений;
смешанные, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых
двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и
горячего водоснабжения.
По роду основного вида сжигаемого топлива:
угольные;
газовые;
мазутные.
По размерам обслуживания:
индивидуальные,
групповые;
районные.
Более подробная классификация представлена на первом листе графической
части.
Котельные установки состоят из котлоагрегата и вспомогательного
оборудования. Котельных агрегатов бывает не менее двух, а вспомогательное
оборудование общее для всей котельной. Основное оборудование котельной
установки представлено на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Технологическая схема котельной установки: В - вентилятор,
Д - дымосос, ЭК - экономайзер, Фил - фильтры химической обработки воды, Дэаэр -
деаэратор, Пн - питательный насос, НСВ - насос сырой воды, РО - регулирующий
орган, ИМ - исполнительный механизм, РУ - редукционная установка.
Котлоагрегат включает топочное устройство, трубную систему с барабанами,
пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухонагреватель, дымосос,
вентилятор, запорно-регулировочную арматуру, контрольно-измерительные приборы и
регуляторы.
К вспомогательному оборудованию относятся редукционная установка, фильтры
химической обработки воды, деаэратор, насосы сырой воды и питательные насосы,
мазутное хозяйство, газорегуляторная станция, арматура,
контрольно-измерительные приборы и регуляторы.
Рабочими телами, участвующими в процессе получения горячей воды или пара
для производственно - технических целей и отопления, служат вода, топливо и
воздух.
Паровой котел является основным элементом котлоагрегата, он представляет
собой теплообменное устройство, через металлические стенки которого происходит
передача тепла от горячих продуктов горения топлива к воде для получения пара.
Паропроизводительность котельной установки или ее мощность представляет
собой сумму паропроизводительностей отдельных котлоагрегатов, входящих в её
состав. Паропроизводительность котлоагрегата определяется количеством
килограммов или тонн пара, производимого им в час, обозначается буквой D и
измеряется в кг/ч или т/ч.
Топочное устройство котлоагрегата служит для сжигания топлива и
превращения его в химической энергии в тепло наиболее экономичным способом.
Пароперегреватель предназначен для перегрева пара, полученного в котле за
счет передачи ему тепла дымовых газов. Водяной экономайзер служит для подогрева
поступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла дымовых газов.
Воздухоподогреватель предназначен для подогрева поступающего в топочное
устройства воздуха теплом уходящих газов.
Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют
механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или к
топливоподготовительному устройству. Топливоподготовительное устройство в
котельных, работающих на пылевидном топливе, служит для измельчения топлива до
пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами,
питателями, вентиляторами, а также системой транспортеров и пылегазопроводов.
Устройство для удаления золы и шлаков состоит из механических
приспособлений: вагонеток или транспортеров или тех и других, вместе взятых.
Устройство для подготовки питательной воды состоит из аппаратов и
приспособлений, обеспечивающих очистку воды от механических примесей и
растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаления из неё газов.
Питательная установка состоит из питательных насосов для подачи воды в
котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов.
Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы
газовоздуховодов, дымососа и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого
количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по
газоходам и удаления продуктов сгорания за пределы котлоагрегата.
Устройство теплового контроля и автоматического управления состоит из
контрольно - измерительных приборов и автоматов, обеспечивающих бесперебойное и
согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки
необходимого количества пара определенно температуры и давления.
Котлы классифицируют в зависимости от вида соответствующего тракта и его
оборудования. По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта
различают котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.
По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной
тягой и с наддувом. В котле с естественной тягой сопротивление газового тракта
преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в
дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздушного)
преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В
котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода поддерживается
близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В
настоящее время стремятся все выпускаемые котлы, в том числе и с уравновешенной
тягой, производить газоплотными.
По виду пароводяного тракта различают барабанные (рисунок 1.2, а, б) и
прямоточные (рисунок 1.2, в) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и
перегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах пароводяная
смесь в испарительных поверхностях нагрева 5 циркулирует многократно (от
барабана 2 по опускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в котлах с
принудительной циркуляцией (рисунок 1.2, б) перед входом воды в испарительные
поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах
(рисунок 1.2, б) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно
под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.
Рисунок 1.2 - Схемы пароводяного тракта котла: 1 - экономайзер, 2 -
барабан, 3 - отпускные трубы, 4 - коллектор, 5 - испарительный экран, 6 -
перегревательный экран, 7 - питательный насос, 8 - дополнительный насос, а -
барабанный котел с естественной циркуляцией; б - барабанный котел с
принудительной циркуляцией; в - прямоточный котел; г - прямоточный котел с
принудительной циркуляцией
В прямоточных котлах докритического давления испарительные экраны 5
располагают в нижней части топки, поэтому их называют нижней радиационной
частью (НРЧ). Экраны, расположенные в средней и верхней частях топки,
преимущественно являются перегревательными 6. Их соответственно называют
средней радиационной частью (СРЧ) или верхней радиационной частью (ВРЧ).
Для увеличения скорости движения воды в некоторых поверхностях нагрева
(как правило, НРЧ) при пуске прямоточного котла или работе на пониженных
нагрузках обеспечивают принудительную рециркуляцию воды специальным насосом 8
(рисунок 1.2, г). Это котлы с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией.
По фазовому состоянию выводимого из топки шлака различают котлы с твердым
и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки
удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) - в
расплавленном.
Стационарные котлы характеризуются следующими основными параметрами:
номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и
промежуточного перегрева) и питательной воды. Под номинальной
паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (в т/ч или кг/с)
стационарного котла, с которой он может работать в течение длительной
эксплуатации при сжигании основного вида топлива или при подводе номинального
количества теплоты при номинальных значениях пара и питательной воды с учетом
допускаемых отклонений.
Номинальные значения давления и температуры пара должны быть обеспечены
непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной
паропроизводительности котла (а температура также при номинальном давлении и
температуре питательной воды).
Номинальная температура промежуточного перегрева пара - это температура
пара непосредственно за промежуточным перегревателем котла при номинальных
значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности и
остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых
отклонений.
Номинальная температура питательной воды - это температура воды, которую
необходимо обеспечить перед входом в экономайзер или другой подогреватель
питательной воды котла (или при их отсутствии - перед входом в барабан) при
номинальной паропроизводительности.
По давлению рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего
((1-10) МПа), высокого ((10-22,5) МПа) и сверхкритического давления (более 22,5
МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры введены в его
обозначение. Согласно ГОСТ 3619-82 Е тип котла и вид сжигаемого топлива
обозначают следующим образом: Е - естественной циркуляции; Пр - с принудительной
циркуляцией; П - прямоточный; Пп - прямоточный с промежуточным перегревом; Еп -
барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Т - с твердым
шлакоудалением; Ж - с жидким шлакоудалением; Г - газообразное топливо; М -
мазут; Б - бурый уголь; К - каменный уголь. Например, котел прямоточный с
промежуточным перегревом производительностью 2650 т/ч с давлением 25 МПа
температурой пара 545 °С и промежуточного перегрева пара 542 °С на буром угле с
твердым шлакоудалением обозначают: Пп-2650-25-545/5420 БТ.
.4 Цель и задачи
Целью дипломного проекта является повышение эффективности работы
котельной установки за счет автоматизации процесса розжига.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить к какому классу относится котельная установка на Медвежьем
газовом месторождении;
провести сравнительный анализ программируемых контроллеров;
разработать функциональную схему автоматизации установки;
разработать схему соединений электрических проводок;
создать комбинированную общую схему контроллера «ТЭКОН-17»;
создать экранные формы прикладного программного обеспечения выбранного
логического контроллера;
осуществить план расстановки оборудования;
построить комбинированную общую схему одного из датчиков расхода digitalYEWFLOW, на основе которого выполнен узел
учета пара от котла;
провести технико-экономическое обоснование.
логический контроллер котел автоматизация
2. Технологический процесс котельной на УКПГ- 8
.1 Исследование объекта управления
.1.1 Барабанный паровой котел, как объект управления
Принципиальная схема технологического процесса, протекающего в барабанном
паровом котле, показана на рисунке 2.1, схема циркуляционного контура - на
рисунке 2.2 [5].
Рисунок 2.1 - Принципиальная технологическая схема барабанного котла: 1 -
топка, 2 - циркуляционный контур, 3 - опускные трубы, 4 - барабан, 5, 6 -
пароперегреватели, 7 - пароохладитель, 8 - водяной экономайзер, 9 -
воздухоподогреватель, ГПЗ - главная паровая задвижка; РПК - регулирующий
питательный клапан
Топливо поступает через горелочные устройства в топку 1, где сжигается
обычно факельным способом. Для поддержания процесса горения в топку подается
воздух в количестве QВ, с помощью вентилятора ДВ. Воздух
предварительно нагревается в воздухоподогревателе 9. Дымовые газы QГ
отсасывается из топки дымососом ДС. Дымовые газы проходят через поверхности
нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера 8, воздухоподогревателя
9 и удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Процесс парообразования
протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную
топку и снабжаемых водой из опускных труб 3. Насыщенный пар Dб из барабана 4 поступает в пароподогреватель, где
нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и
конвективного обогрева топочными газами. При этом температура перегрева пара
регулируется в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды Dвпр.
Рисунок 2.2 - Принципиальная схема циркуляционного контура: 1 - водяной
экономайзер, 2 - испарительная часть, 3 - барабан, 4 - ступени пароперегревателя,
5 - пароохладитель
Основными регулируемыми величинами котла является расход перегретого пара
Дпп, его давление Рпп и температура Tпп. Кроме
того, следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих
величин:
уровня воды в барабане Нб (регулируется изменением подачи
питательной воды Dпв);
разрежение в верхней части топки Sт (регулируется изменением
производительности дымососов);
оптимального избытка воздуха за пароперегревателем О2
(регулируется изменением производительности дутьевых вентиляторов);
солесодержания котловой воды (регулируется изменением расхода воды Дпр,
выпускаемой из барабана в расширитель непрерывной продувки).
Перечисленные величины изменяются в результате регулирующих воздействий и
под действием внешних и внутренних возмущений. Котел как объект управления (ОУ)
представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными
входными и выходными величинами (рисунок 2.3). Однако явно выраженная
направленность отдельных участков по основным каналам регулирующих воздействий,
таким как расход воды на впрыск Dвпр - перегрев tпп, расход
топлива Вт - давление pпп и другие, позволяет
осуществлять стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых
одноконтурных систем, связанных лишь через объект управления.
Рисунок 2.3 - Схема взаимосвязей между выходными и входными величинами в
барабанном котле
Система управления барабанным паровым котлом (БПК) включает автономные
системы автоматического регулирования (САР):
САР процессов горения и парообразования;
САР температур перегрева пара;
САР процессов питания и водного режима.
.1.2 Регулирование процессов горения и парообразования
Регулирование процесса горения и парообразования осуществляется следующим
образом.
Процессы горения и парообразования тесно связаны. Количество сжигаемого
топлива в установившемся режиме должно соответствовать количеству
вырабатываемого пара Dб. Косвенным показателем
тепловыделения Q’т служит тепловая нагрузка Dq. Количество пара в свою очередь должно соответствовать
расходу пара на турбину Dпп. Косвенным показателем этого
соответствия служит давление пара перед турбиной. Регулирование процессов
горения и парообразования в целом сводится к поддержанию вблизи заданных
значений следующих величин:
давления перегретого пара pпп и тепловой нагрузки Dq;
избытка воздуха в топке (содержания О2, %) за
пароперегревателем, влияющего на экономичность процесса горения;
разрежения в верхней части топки Sт.
.1.2.1 Регулирование давления перегретого пара и тепловой нагрузки
Котел, как объект регулирования давления и тепловой нагрузки, может быть
представлен в виде простых участков, топочный камеры; парообразующей части,
состоящей из поверхностей нагрева, расположенных в топочной камере; барабана и
пароперегревателя (рисунок 2.1).
Изменение тепловыделений Q’т приводит к изменению
паропроизводительности Dб и давления пара в барабане Pб.
Тепловая нагрузка характеризуется количеством теплоты, воспринятое
поверхностью нагрева в единицу времени и затраченное на нагрев котловой воды в
экранных трубах и парогенератора. В динамическом отношении интерес представляет
не значение тепловой нагрузки в определенный момент времени, а ее изменение или
приращение DDq после нанесения внутреннего или внешнего возмущающего
воздействия. Приращения DDq называется также сигнал по теплоте.
Имеется несколько способов измерения DDq. Самые распространенные из них -
по излучению факела (непрерывный) и по перепаду давления на циркуляционном
контуре барабанного котла и другие. Принципиальная схема формирования DDq
приведена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 - Схема формирования сигнала по теплоте: 1 - датчик давления
пара, 2 - дифференциатор, 3 - датчик расхода пара, 4 - измерительный блок
регулирующего прибора
Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой
нагрузки и давления пара в магистрали основаны на принципах регулирования по
отклонению (базовой режим) и возмущению (регулирующей режим).
Базовым называют режим поддержания паровой нагрузки котла на заданном
уровне вне зависимости от изменения общей электрической или тепловой нагрузки
ТЭС.
В регулирующем режиме котел воспринимает колебания тепловой и
электрической нагрузок турбин. Регулирования давления пара в регулирующем
режиме является воздействие на расход топлива, подаваемого в топку, в
зависимости от отклонения давления пара в магистрали.
Рисунок 2.5 - Принципиальная схема регулирования давления пара: 1 -
топка, 2 - регулятор частоты вращения, 3 - механизм управления регулирующим
клапаном, 4 - регулятор давления, 5 - электропривод
Принципиальная схема замкнутой САР давления приведена на рисунке 2.5. В
регулирующем режиме давления пара поддерживает регулятор давления 4,
воздействующий на регулятор подачи топлива в топку 1, а частота вращения ротора
турбины - регулятор частоты вращения 2 (вариант а). В базовом режиме
воздействие регулятора давления 4 должно быть переключено на механизм
управления регулирующими клапанами турбины 3 через электропривод синхронизатора
турбины 5 (вариант б).
Поддержание постоянства давления пара в общей магистрали группы котлов
обеспечивается при отклонении давления в общей магистрали подачей заданного
количества топлива в топку каждого котла.
.1.2.2 Регулирование экономичности процесса горения
Экономичность работы котла оценивается по его КПД, равному отношению
полезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрева пара, к
располагаемой теплоте, которая могла быть получена при сжигании всего топлива.
Поддержание оптимального избытка воздуха не только повышение КПД, но и
уменьшает коррозии поверхности нагрева, образование вредных соединений и другие
нежелательные изменения.
Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки
экономичности процесса горения является анализ состава топочных газов,
покидающих топку.
Основным способом регулирования оптимального значения избытки воздуха за
пароперегревателем служит изменение количества воздуха, подаваемого в топку с
помощью дутьевых вентиляторов (Dв).
Существует несколько вариантов схем автоматического управления подачи воздуха в
зависимости от способов косвенной оценки экономичности процесса горения по
соотношению различных сигналов.
Регулирование экономичности по соотношению топливо-воздух происходит
следующим образом.
При постоянном качестве топлива его расход и количество воздуха,
необходимое для обеспечения требуемой полноты сгорания, связаны прямой
пропорциональной зависимостью, устанавливаемой в результате режимных испытаний.
При газообразном топливе требуемое соотношение между количеством газа и воздуха
осуществляется наиболее просто. Однако непрерывное измерение расхода
пылевидного твердого топливо является трудной проблема. Поэтому применение
схема топливо-воздух оправдано жидкого или газообразного топлива постоянного
состава (рисунок 2.6, а).
Регулирование экономичности по соотношению пар-воздух описано ниже.
На единицу расхода различного по составу топлива (газа) необходимо
различное количество воздуха. На единицу теплоты, выделяющейся при сгорании
любого вида топлива, требуется одно и то же количество воздуха. Поэтому, если
оценивать тепловыделение в топке по расходу пара и изменять расход пара, то тем
самым можно поддерживать оптимальный избыток воздуха (рисунок 2.6, б).
Регулирование экономичности по соотношению теплота-воздух осуществляется
следующим образом.
Если тепловыделение в топке Q’т оценивать по расходу
перегретого пара и скорости изменения давления пара в барабане, то
инерционность этого суммарного сигнала при топочных возмущениях будет
существенно меньше инерционности одного сигнала по расходу пара Dпп. Соответствующее заданному
тепловыделению количество воздуха измеряется по перепаду давлений на
воздухоподогревателе или по давлению воздуха в напорном патрубке вентилятора.
Разность этих сигналов используется в качестве входного сигнала регулятора
экономичности (рисунок 2.6, в). Регулирование экономичности по соотношению
задание-воздух (нагрузка-воздух) с коррекцией О2 осуществляется
следующим образом.
Содержание О2 в продуктах сгорания топлива характеризует
избыток воздуха и слабо зависит от состава топлива. Поэтому использование О2
в качестве входного сигнала автоматического регулятора, воздействующего на
расход воздуха, представляется вполне целесообразным.
Однако реализация этого способа затруднена из-за отсутствия надежности и
быстродействующих газоанализаторов кислорода. В схемах задание-воздух c
дополнительной коррекцией по О2 в целом совмещаются принципом
регулирования по возмущению и отклонению (рисунок 2.6, г). Регулятор подачи
воздуха 1 изменяет его расход по сигналу от главного или корректирующего
регулятора давления 5, являющего автоматическим датчиком регуляторов по
нагрузке котла.
Рисунок 2.6 - Регулирование подачи воздуха по соотношению: 1 - регулятор
подачи воздуха, 2 - регулирующий орган, 3 -дифференциатор, 4 - корректирующий
регулятор воздуха, 5 - корректирующий регулятор давления перегретого пара
(регулятор задания по нагрузке); а - топливо-воздух, б - пар-воздух, в -
теплота-воздух, г - нагрузка-воздух с коррекцией по O2
Сигнал, пропорциональный расходу воздуха ΔPвп, действует, как и в других схемах:
во-первых, устраняет возмущение по расходу воздуха, не связанные с
регулированием экономичности; во-вторых, способствует стабилизации самого
процесса регулирования подачи воздуха, т.к. служит одновременно сигналом
жесткий отрицательной обратной связи. Дополнительный сигнал по содержания О2
повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха.
Способы «теплота-воздух», «пар-воздух» отличается простотой и
надежностью, но не является точными.
.1.2.3 Регулирование разрежения в топке
Наличие небольшого, до (20-30) Па, постоянного разряжения Sт в
верхней части топки необходимо по условиям нормального топочного режима. Объект
регулирования по разряжению представляют собой топочную камеру с включенными
последовательно с ней газоходами от поворотной камеры до всасывающих патрубков
дымососов. Входным регулирующим воздействием этого участка служит расход
дымовых газов, определяемый производительностью дымососов. К внешним
возмущающим воздействиям относится изменение расхода воздуха в зависимости от
тепловой нагрузки агрегата, к внутренним - нарушения газовоздушного режима,
связанные с работой систем пылеприготовления, операциями по удалению шлака и
тому подобными.
Кривая изменения сигнала по разрежению верхней части топки Sт при
возмущении расходом топочных газов приведена на рисунке 2.7, а.
Участок по разрежению не имеет запаздывания, обладает малой
инерционностью и значительным самовыравниванием.
Регулирование разрежения обычно осуществляется посредством изменения
количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. Наибольшее распространение
получила схема регулирования разрежения с одноимпульсным ПИ-регулятором,
реализующая принцип регулирования по отклонению (рисунок 2.7, б). Требуемое
значение регулируемой величины устанавливается с помощью ручного задатчика
(ЗРУ) регулятора разрежения 1.
Рисунок 2.7 - САР разрежения в топке: 1 - регулятор разряжения, 2 -
регулятор воздуха, 3 - устройство динамической связи; а - переходный процесс по
разрежению вверху топки при возмущении расходом газа ΔВт, б - схема
регулирования разрежения
При работе котла регулирующем режиме могут происходить частые изменения
тепловой нагрузки и, следовательно, изменения расхода воздуха.
Для предупреждения этого нарушения и увеличения быстродействия регулятора
разрешения рекомендуется ввести на его вход дополнительное исчезающее
воздействие от регулятора воздуха через устройство динамической связи 3.
.1.3 Регулирование перегрева пара
Температура перегрева пара на выходе котла относится к важнейшим
параметрам, определяющим экономичность работы паровой турбины и энергоблока в
целом. Допустимые длительные отклонение температура перегрева пара от
номинального значения, например, для пара Рпп = 13 МПа (130 кгс/см2)
и t пп = 540 oС составляют в сторону увеличения плюс 5 oС,
а сторону уменьшения минус 10 oС. Температура перегрева пара для БПК
зависит от тепловосприятия пароперегревателя и паровой нагрузки. При
постоянстве паровой нагрузки тепловосприятие перегревателей определяется
топочным режимом и может изменяться в зависимости от загрязнения поверхностей
нагрева, избытка воздуха, изменений состава топлива и тому подобных причин.
Принципиальная схема регулирования температуры перегрева первичного пара
приведена на рисунке 2.8.
Для БПК наиболее распространен способ регулирования температуры пара на
выходе при помощи пароохладителей. К возмущающим воздействиям относятся расход
потребляемого пара Dпп и количества теплоты, воспринимаемое
от топочных газов Q”т.
Рисунок 2.8 - Принципиальная схема регулирования температуры перегрева
первичного пара: 1 - барабан, 2, 3 - ступени пароперегревателя, 4 -
пароохладитель, 5 - регулирующий клапан впрыска, 6 - охладитель пара, 7 -
сборник конденсата, 8 - гирозатвор, 9 - дифференциатор, 10 - регулятор
В схеме САР температуры регулятора перегрева 10 получает основной сигнал
по отклонению температуры пара на выходе пароперегревателя tпп и
воздействует на расход охлаждающей воды. Дополнительный сигнал, пропорциональный
скорости изменения температуры пара в промежуточной точке dtпр/dt.
Принцип регулирования является регулирования по отклонению регулируемого
параметра.
.1.4 Регулирование питания и водного режима барабанных паровых котлов
Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане
±100 мм от среднего значения. Снижение уровня может привести к нарушениям
питания и охлаждения водоподъемных труб. Повышения уровня может привести к
снижению эффективности внутрибарабанных устройств. Перепитка барабана и заброс
частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений
ее ротора и лопаток.
.1.4.1 Схемы регулирования
Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане,
автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня
независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий. В переходных
режимах изменение уровня может происходить довольно быстро, поэтому регулятор
питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство
соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет
трехимпульсный регулятор (рисунок 2.9). Регулятор 3 перемещает клапан 4 при
появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды Dпв и пара Dпп. Кроме того, он воздействует на положение питательного
клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая САР питания,
совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила
наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.
Регулирование водного режима БПК осуществляется следующим образам.
Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает
существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной
компаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее
солесодержание и избыток концентрации фосфатов.
Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы
осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в
специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой выполняются
питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане.
Рисунок 2.9 - Трехимпульсная САР питания барабанного парогенератора: 1 -
барабан; 2 - водяной экономайзер; 3 - регулятор питания; 4 - регулирующий
клапан питательной воды
Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия
регулятора на регулирующий клапан на линии продувки (рисунок 2.10).
Помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ - регулятор
2 поступает сигнал по расходу продувочной воды Dпр и сигнал по расходу пара Dпп (рисунок 2.10, а).
В некоторых случаях значение непрерывной продувки определяется не общим
солесодержанием котловой воды, а концентрацией кремневой кислоты. При этом
концентрация кремневой кислоты в допустимых пределах гарантирует поддержание в
пределах нормы и общего солесодержания котловой воды.
Концентрацией кремневой кислоты в котловой воде оценивается по косвенным
показателям: паровой нагрузки и количеству продуваемой воды. При этом
зависимость между содержанием кремневой кислоты, паровой нагрузкой и значениям
непрерывной продувкой устанавливается по результатам специальных
теплохимических испытаний котла. Автоматическое регулирование продувки в этом
случае осуществляется по двухимпульсной схеме (рисунок 2.10, б). Для выполнения
без накипной работы поверхностей нагрева и поддержания требуемой щелочности
котловой воды барабанный котел оснащается аппаратурной, регулирующий ввод
фосфатов.
Рисунок 2.10 - Регулирование водного режима пароперегревателя: 1 -
барабан, 2 - регулятор продувки, 3 - импульсатор расхода пара, 4 - пусковое
устройство, 5 - мерный бак, 6 - плунжерный насос, 7 - корректирующий прибор; а
- схема регулирования продувки с трехимпульсным регулятором, б - принципиальная
схема регулирования продувки и ввода фосфатов
Требуемая концентрация фосфатов устанавливается в зависимости от паровой
нагрузки путем ввода фосфатов в чистый отсек барабан.
Сигнал по расходу пара поступает на расходомер 3, электромеханический
интегратор которого используется в качестве импульсатора, воздействующего через
пусковое устройство 4 на включение и отключение плунжерного фосфатного насоса
6. При увеличении паровой нагрузки увеличивается продолжительность цикла
включения насоса и наоборот. Требуемые соотношения между содержанием фосфатов,
паровой нагрузкой и непрерывной продувкой устанавливаются по результатам
теплохимических испытаний.
Автоматизация водного режима облегчает труд обходчиков оборудования,
позволяет сократить трудоемкий лабораторный анализ качества котловой воды,
ведет к увеличению срока безремонтной службы основного оборудования.
.2 Газомазутные паровые котлы типа ДЕ
Паровые котлы ДЕ начали выпускаться с 70-х годов ХХ века, как дальнейшая
ступень развития котлов ДКВР. Первым их производство освоил Бийский котельный
завод.
Газомазутные вертикально-водотрубные паровые котлы с естественной
циркуляцией типа Е (ДЕ) производительностью 4; 6,5; 10; 16 и 25 тонн пара в час
предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара,
используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах
отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
.2.1 Преимущества газомазутных паровых котлов типа ДЕ
К преимуществам котлов данного типа относятся [13]:
повышенная паропроизводительность и КПД (до 93 %);
упрощенная тепловая схема;
конструкция котла позволяет использовать под заказ различные варианты
комплектации контрольно-измерительными приборами и автоматикой, в том числе
автоматизированными горелками;
возможность работы котла, как в паровом, так и в водогрейном режиме;
сниженные потери в тепловом балансе котельных;
уменьшенные расходы электроэнергии и воды на собственные нужды.
Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка,
оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем
барабанах. Основными составными частями котлов являются верхний и нижний
барабаны, конвективный пучок, фронтовой и боковой экраны, образующие топочную
камеру.
У котлов паропроизводительностью до 4 т/ч диаметр верхнего и нижнего
барабанов 700мм, у остальных - 1000мм. Расстояние между барабанами
соответственно 1700 и 2750мм (максимально возможное по условиям транспортировки
блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем
днищах каждого из них имеются лазовые затворы. Изготовляются барабаны для
котлов с рабочим давлением 1,4 и 2,4 МПа из стали 16ГС или 09Г2С и имеют
толщину стенки соответственно 13 и 22мм.
Котлы производительностью 1; 4; 6,5 и 10 т/ч выполнены с одноступенчатой
схемой испарения. В котлах производительностью 16 и 25 т/ч применено
двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения вынесена задняя часть
экранов топки и часть конвективного пучка, расположенная в зоне с более высокой
температурой газов. Контуры второй ступени испарения имеют необогреваемую
опускную систему. Пароперегреватель котлов производительностью 6,5 и 10т/ч
выполнен змеевиковым из труб. На котлах производительностью 16 и 25т/ч
пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб.
В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются стальные или
чугунные экономайзеры. Котлы оборудованы системами очистки поверхностей
нагрева. Неподвижными опорами котлов являются передние опоры нижнего барабана.
Средняя и задние опоры нижнего барабана подвижные и имеют овальные отверстия
для болтов, которыми крепятся к опорной раме на период транспортировки.
Каждый котел снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один
из которых является контрольным. На котлах без пароперегревателя оба клапана
устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть выбран как
контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном является
клапан выходного коллектора перегревателя.
Номинальная паропроизводительность и параметры пара, соответствующие ГОСТ
3619-82, обеспечиваются при температуре питательной воды 100 °С при сжигании
топлива: природного газа с удельной теплотой сгорания (29300-36000) кДж/кг, что
составляет (7000-8600) ккал/м3 и мазута марок М40 и М100 по ГОСТ
10588-75. Диапазон регулирования составляет (20-100) % от номинальной
паропроизводительности. Допускается кратковременная работа с нагрузкой 110 %.
Поддержание температуры перегрева у котлов с пароперегревателями обеспечивается
в диапазоне нагрузок (70-100) %.
Котлы ДЕ-10-14, ДЕ-25-14, ДЕ-16-14, ДЕ-6,5-14, ДЕ-4-14 предназначены для
получения пара, используемого для технологических нужд промышленных
предприятий, а также в качестве отопительных котлов; в системах вентиляции и
горячего водоснабжения.
Котлы ДЕ-1-14ГМ; ДЕ-4-14ГМ; ДЕ-6,5-14ГМ; ДЕ-10-14ГМ; ДЕ-16-14ГМ;
ДЕ-25-14ГМ могут работать в диапазоне давлений (0,7-1,4) МПа. Котлы ДЕ-10-24ГМ;
ДЕ-16-24ГМ; ДЕ-25-24ГМ - в диапазоне давлений (1,8-2,4) МПа без изменения
паропроизводительности.
В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара без
предъявления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов
типа Е (ДЕ) при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как
и при давлении 1,4 МПа.
Для котлов типа Е (ДЕ) пропускная способность предохранительных клапанов
соответствует номинальной производительности котла при давлении не ниже 0,8
МПа.
Нормы качества питательной воды и пара должны соответствовать
требованиям, регламентируемым Правилами Госгортехнадзора России.
Солесодержание котловой воды в первой ступени испарения котлов без
пароперегревателя должно быть не более 3000мг/кг, для котлов с
пароперегревателем - не более 2000мг/кг. Солесодержание котловой воды второй
ступени испарения должно быть не более 4500мг/кг.
Средний срок службы котлов между капитальными ремонтами при числе часов
использования установленной мощности 2500 ч/г составляет 3 года.
Поставляются котлы блоком, который включает в себя:
верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами;
трубную систему экранов и конвективного пучка (в случае необходимости -
пароперегреватель);
опорную раму;
изоляцию и обшивку.
.2.2 Технические характеристики паровых котлов типа ДЕ
Основные параметры некоторых типов паровых котлов ДЕ [7], такие как вид
сжигаемого топлива, паропроизводительность, рабочее давление пара, температура
пара на выходе из барабана котла, коэффициент полезного действия, габаритные
размеры, масса котла, приведены в таблице 2.1 (ГОСТ 3619-82 Е).
Таблица 2.1 - Технические характеристики паровых котлов типа ДЕ
|
Заводское обозначение котла
|
Вид топлива
|
Паро производительность, т/ч
|
Давление пара, МПа (кгс/см2)
|
Температура пара, °С
|
Расчетный КПД, %
|
Габаритные размеры собственно котла, мм
|
Масса котла в объеме заводской поставки, кг
|
|
|
|
|
|
|
длина
|
ширина
|
высота
|
|
|
ДЕ-1-14Г
|
Газ
|
1,0
|
1,4 (14)
|
194
|
93,0
|
3240
|
1900
|
2645
|
6660
|
|
ДЕ-1-14ГМ
|
Газ, мазут
|
1,0
|
1,4 (14)
|
194
|
93,0
|
3240
|
1900
|
2645
|
6660
|
|
ДЕ-4-14ГМ-О
|
Газ, мазут
|
4,0
|
1,4 (14)
|
194
|
90,8
|
4200
|
3980
|
5050
|
12506
|
|
ДЕ-6,5-14ГМ-О
|
Газ, мазут
|
6,5
|
1,4 (14)
|
194
|
91,10
|
4800
|
3980
|
5050
|
13908
|
|
ДЕ-10-14ГМ-О
|
Газ, мазут
|
10,0
|
1,4 (14)
|
194
|
93,00
|
6530
|
3980
|
5050
|
17681
|
|
ДЕ-10-14-225ГМ-О
|
Газ, мазут
|
10,0
|
1,4 (14)
|
225
|
93,00
|
6530
|
3980
|
5050
|
18581
|
|
ДЕ-10-24ГМ-О
|
Газ, мазут
|
10,0
|
2,4 (24)
|
220
|
93,00
|
6532
|
3980
|
5050
|
20254
|
|
ДЕ-10-24-250ГМ-О
|
Газ, мазут
|
10,0
|
2,4 (24)
|
250
|
93,00
|
6573
|
3980
|
5050
|
21286
|
|
ДЕ-16-14ГМ-О
|
Газ, мазут
|
16,0
|
1,4 (14)
|
194
|
93,10
|
8655
|
5205
|
6050
|
20743
|
|
ДЕ-16-14-225ГМ-О
|
Газ, мазут
|
16,0
|
1,4 (14)
|
225
|
93,10
|
8655
|
5205
|
6050
|
21600
|
|
ДЕ-16-24ГМ-О
|
Газ, мазут
|
16,0
|
2,4 (24)
|
220
|
93,10
|
8655
|
5205
|
6050
|
23658
|
|
ДЕ-16-24-250ГМ-О
|
Газ, мазут
|
16,0
|
2,4 (24)
|
250
|
93,10
|
8655
|
5205
|
6050
|
25695
|
|
ДЕ-25-14ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
1,4 (14)
|
194
|
93,05
|
10195
|
5315
|
6095
|
27843
|
|
ДЕ-25-14-225ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
1,4 (14)
|
225
|
93,05
|
10195
|
5315
|
6095
|
27361
|
|
ДЕ-25-24ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
2,4 (24)
|
220
|
93,05
|
10195
|
5315
|
6095
|
6660
|
|
ДЕ-25-24-250ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
2,4 (24)
|
250
|
93,05
|
10195
|
5315
|
6095
|
6660
|
|
ДЕ-25-15-270ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
1,5 (15)
|
270
|
93,05
|
10195
|
5480
|
6120
|
12506
|
|
ДЕ-25-24-380ГМ-О
|
Газ, мазут
|
25,0
|
2,4 (24)
|
380
|
93,05
|
10195
|
5450
|
6205
|
13908
|
.3 Принцип работы котла ДЕ -10-14 Г
В данном дипломном проекте предлагается автоматизация системы с
использованием паровых котлов, входящих в котлоагрегаты. Такой выбор
обуславливается тем, что на УКПГ - 8 используются котлоагрегаты, в основе
которых - паровые котлы ДЕ -10-14 Г, которые снабжают город теплом, а для
промышленных предприятий, находящихся в черте города, они вырабатывают еще и
пар, необходимый для технологического процесса.
Котел представляет собой металлический сосуд, герметически закрытый,
обогреваемый горячими газами и предназначенный для получения горячей воды или
насыщенного водяного пара давлением выше атмосферного [7].
Котел представляет собой цилиндрический сосуд с выпуклыми днищами. Такая
форма придана котлу как наилучшая по условиям прочности для сосудов, работающих
под давлением. Этот котел состоит из наружного и двух внутренних цилиндров. К
ним приварены упомянутые выше выпуклые днища (переднее и заднее).
Во внутренних цилиндрах, называемых жаровыми трубами, размещены топки,
имеющие горизонтальные колосниковые решетки. Каждая топка имеет топочную дверцу
для загрузки топлива.
Под колосниковой решеткой имеется пространство, которое называется
зольником и предназначено для сбора золы, провалившейся при горении топлива, а
также для подвода воздуха в топку.
Пространство между наружным и внутренним цилиндрами служит для заполнения
его водой и паром, получающимся при работе котла.
Часть объема котла, всегда заполненная водой до определенного уровня,
называется водяным пространством.
Та часть внутреннего объема котла, которая при работе постоянно заполнена
паром, называется паровым пространством. Паровое пространство необходимо для
сбора пара, образующего в котле, и в то же время для того, чтобы дать пару
время выделить увлеченные им частицы воды. Паровой котел изображен на рисунке
2.11.
Питательный объем (питательное устройство) располагается между низшим и
высшим уровнями воды в котле. Вода, заключенная в питательном объеме, может
быть превращена в пар без питания котла водой, поэтому этот объем в процессе
работы котла может быть заполнен то водой, то паром. Его назначение - дать
возможность кочегару более легко регулировать работу котла.
Поверхность кипящей воды в котле, отделяющая водяной объем от парового,
называется зеркалом испарения.
Поверхность металлических стенок котла, омываемая с внутренней стороны
водой, а с наружной - газами, называется поверхностью нагрева, измеряется в
квадратных метрах и обозначается Hk. Поверхность нагрева
подсчитывается со стороны, обогреваемой газами.
Рисунок 2.11 - Паровой двухжаротрубный котел: 1 - барабан котла, 2 -
предохранительные клапаны, 3 - главный парозапорный вентиль, 4 -
влагоотделитель, 5 - лаз для осмотра, 6 - обратный клапан, 7 - запорный вентиль
на питательной линии, 8 - термический водоумягчитель, 9 - днище котла, 10 -
манометр на сифонной трубке, 11 - водоуказательные стекла, 12 - паропроводные
краны, 13 - спускные вентили, 14 - топочные дверцы, 15 - колосниковая решетка,
16 - жаровая труба, 17 - опорные стулья, 18 - обмуровка котла
Поверхность нагрева, воспринимающая лучистое тепло горящего слоя твердого
топлива или факела жидкого или газообразного топлива в топке, называется
радиационной поверхностью нагрева.
Поверхность нагрева остальных частей котла, воспринимающая тепло горячих
дымовых газов вследствие соприкосновения с ними, называется конвективной.
В паровом котле горячими газами омывается только та часть его, которая с
внутренней стороны охлаждается водой. Омывание горячими газами той части котла,
которая с внутренней стороны соприкасается с паром, не допускается ввиду
возможного перегрева металла стенок котла и образования на них отдушин, могущих
привести к разрыву стенки и взрыву котла (исключением являются вертикальные
стоячие котлы, у которых часть жаровой трубы соприкасается с наружной стороны с
газами, а с внутренней - с паром). Линия, отделяющая обогреваемую газами
поверхность от необогреваемой, называется огневой линией.
Во избежание обнажения стенок котла и для обеспечения надежности и
безопасности его работы наинизший допустимый уровень воды в барабане, омываемом
газами, должен располагаться на 100 мм выше обогреваемых газами стенок
поверхности нагрева.
Для наблюдения за уровнем воды в котле устанавливаются водоуказательные
приборы (водоуказатели). На приборах наинизший и наивысший допустимые уровни
воды в котле отмечаются металлическими стрелками, прикрепленными к
водоуказателю.
Наинизший уровень воды должен быть не менее чем на 25 мм выше нижней
видимой кромки стекла водоуказателя, а наивысший уровень должен быть не менее
чем на 25 мм ниже верхней видимой кромки стекла водоуказателя; сверх этого уровня
нельзя накачивать воду в котел в целях предотвращения выброса воды в
паропровод.
Расстояние между наивысшими и наинизшими уровнями выбирают (в зависимости
от размеров котлов) от 50 до 100 мм.
Кроме того, на этих уровнях ставятся пароводопробные краны, при помощи
которых можно также определить, находится ли уровень воды в допустимых
пределах.
Давление пара в котле должно быть постоянно при его работе; оно
называется рабочим давлением и контролируется манометром, устанавливаемом на
сифонной изогнутой трубке, снабженной трехходовым краном.
На случай превышения давления пара свыше рабочего на котле устанавливают
предохранительные клапаны, которые автоматически выпускают избыток пара в
атмосферу.
Кроме указанных контрольных приборов, на котле устанавливаются:
питательный клапан и вентиль, через который в котел подается питательная вода;
паровой запорный вентиль, через который отбирается пар из котла; спускные
приборы-вентили, устанавливаемые в самой нижней части котла для периодической
продувки от осевшей грязи (шлама) и спуска воды.
Циркуляция воды в котле. Во время горения топлива часть тепла передается
котлу непосредственно излучением от горящего слоя топлива. Горячие газы
движутся по газоходам и отдают тепло металлическим стенкам котла, омываемым
изнутри водой. Тепло, воспринятое наружной стенкой котла, вследствие хорошей
теплопроводности металла передается воде, находящейся в котле. Вода
подогревается от температуры, при которой она поступает в котельную установку,
до заданной температуры или до температуры кипения при заданном давлении пара.
Затем происходит испарение воды, то есть превращение ее в насыщенный пар при
постоянных рабочем давлении и температуре.
Слои воды, соприкасающиеся с поверхностями нагрева котла, нагреваются
быстрее, чем слои воды, не соприкасающиеся с ними, и как более легкие
поднимаются, а на их место притекает более холодная, вследствие чего и
создается движение ее, которое называется циркуляцией.
Наиболее простая схема циркуляции воды в паровом котле приведена на
рисунке 2.12.
При естественной циркуляции контур образуется обогреваемой трубой 2,
необогреваемой трубой 4 и двумя барабанами 1 и 3, к которым эти трубы
присоединены. Пока труба 2 не нагревается, температура воды в замкнутом контуре
одинакова и циркуляция отсутствует. Как только начнется нагрев трубы 2,
удельный вес воды в ней сделается меньше, чем удельный вес холодной воды в
трубе 4, и вследствие этого образуется напор, под действием которого вода в
трубе 2 станет подниматься, а холодная вода будет поступать по трубе 4. При
этом начнется циркуляция, которая будет тем энергичнее, чем сильнее нагрев
трубы 2. Циркуляция будет наиболее сильной, когда начнется парообразование и
труба 2 будет частично заполнена пароводяной смесью, значительно более легкой,
чем вода. У простых цилиндрических котлов контур, по которому должна
происходить циркуляция отсутствует, поэтому циркуляция у этих котлов очень
слабая, а это связано с малой паропроизводительностью котлов и возможностью
аварий.
Рисунок 2.12 - Схема циркуляции воды в котлах 1 - обогреваемая подъемная
труба, 2 - верхний барабан, 3 - необогреваемая опускная труба, 4 - нижний
барабан; а - цилиндрический котел; б - водотрубный котел
У ряда конструкций котлов обогреваются опускные и подъемные трубы
циркуляционного контура, причем вторые сильнее, первые слабее. У таких котлов
часто происходит нарушение циркуляции по ряду причин: вследствие
неравномерности обогрева параллельно работающих труб, недостаточной скорости
воды в отдельных рядах труб, шлакообразования труб и других причин.
Поэтому в целях обеспечения надежности циркуляции у многих современных
котлов опускные трубы делают необогреваемыми.
Во время одного оборота воды по циркуляционному контуру испаряется от 2,5
до 6 % от всего количества воды, циркулирующей в контуре; поэтому для полного
испарения вода должна сделать от 15 до 40 оборотов. Это число называется
кратностью циркуляции.
Кроме естественной циркуляции, в ряде конструкций котлов применяется
принудительная при помощи насосов, при этом кратность циркуляции значительно уменьшается
в сравнении с естественной циркуляцией и равна 4-6 оборотам.
Непрерывное движение воды в паровом котле смывает с поверхности нагрева
паровые и газовые пузырьки, что способствует улучшению теплопередачи, а также
предохраняет стенки котла то разъедания (коррозии).
Одновременно с этим циркуляция воды способствует смыванию осадков,
выделяющихся из воды и отводу этих осадков в нижнюю часть его, откуда они
систематически удаляются посредством продувки.
Подогрев воды и парообразование происходит быстрее в более тонких слоях
воды. Перемещение нагретых частиц воды в котле усиливается с появлением
пузырьков пара, так как удельный вес пароводяной смеси меньше, чем удельный вес
воды.
При достижении нормального рабочего давления пара в котле открывают
запорный паровой вентиль, и пар поступает по паропроводу к месту своего
потребления. С этого момента поддерживают постоянное давление; при этом и
температура воды в котле будет также постоянной.
В случае прекращения подачи топлива в топку при неизменном расходе пара
давление и температура воды будет снижаться; при неизменном горении топлива и
подаче его в топку и прекращении расхода пара давление пара и температуры будет
повышаться.
Количество воды в котле по мере превращения ее в пар уменьшается, и для
поддержания нормального уровня нужно подавать свежую воду в котел насосом. Эта
вода называется питательной водой. Вода, находящаяся в котле, называется
котловой водой.
Количество пара в килограммах, снимаемое с каждого квадратного метра
поверхности нагрева котла, называется напряжением поверхности нагрева.
Количество пара, получаемого из котла в течение часа в килограммах или
тоннах, называется его паро производительностью. Паро производительность котла
зависит от его конструкции, поверхности нагрева, количества и качества
сжигаемого топлива, чистоты поверхностей нагрева, правильного обслуживания и
других условий и является основным показателем его работы.
В соответствии с законами фазового перехода получение перегретого пара
характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: подогрева
питательной воды до температуры насыщения, парообразования и, наконец,
перегрева насыщенного пара до заданной температуры. Эти процессы имеют четкие
границы протекания и осуществляются в трех группах поверхностей нагрева. Подогрев
воды до температуры насыщения происходит в экономайзере, образование пара - в
парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, перегрев пара - в
пароперегревателе.
В целях непрерывного отвода теплоты и обеспечения нормального
температурного режима металла поверхностей нагрева рабочее тепло в них - вода в
экономайзере, пароводяная смесь в парообразующих трубах и перегретый пар в
пароперегревателе - движется непрерывно. При этом вода в экономайзере и пар в
пароперегревателе движутся однократно относительно поверхности нагрева. При
движении воды в экономайзере возникают гидравлические сопротивления,
преодолеваемые напором, создаваемым питательным насосом. Давление, развиваемое
питательным насосом, должно превышать давление в начале зоны парообразования на
гидравлическое сопротивление экономайзера. Аналогично движение пара в
пароперегревателе обусловлено перепадом давления, возникающим между зоной
парообразования и турбиной.
В парообразующих трубах совместное движение воды и пара и преодоление
гидравлического сопротивления этих труб в котлах различных типов организовано
по-разному. Различают паровые котлы с естественной циркуляцией, с
принудительной циркуляцией и прямоточные.
Агрегаты, в парообразующих трубах которых движение рабочего тела
создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при
обогреве этих труб, называется паровыми котлами с естественной циркуляцией.
В парообразующих трубах можно организовать движение рабочего тела
принудительно, например насосом, включенным в контур циркуляции, такие агрегаты
называются котлами с многократной принудительной циркуляцией.
.4 Выбор технологического оборудования для котельной установки
В качестве основного технологического оборудования для котельной на
УКПГ-8 было выбрано следующее [12]:
блок газооборудования БГ-3;
комплект защитно-запального устройства (ЗЗУ);
газовое оборудование на общем газопроводе котла;
регулирующий шибер воздуха с электроприводом на воздуховоде к горелке.
Блок газооборудования БГ-3 предназначен для автоматической подачи газа
(ГОСТ 5542) температурой от минус 30 ºС до плюс 80 ºС к горелке парового котла ДЕ и
состоит из следующих элементов:
два клапана отсечных с электроприводом, обеспечивающие подачу/отключение
газа к горелке (взвод плавный, закрытие мгновенное), установленных
последовательно;
клапан безопасности электромагнитный, обеспечивающий соединение с
атмосферой межклапанного пространства (объем газопровода между отсечными
клапанами) при закрытом состоянии клапанов;
регулирующая заслонка с электроприводом, обеспечивающая управление
расходом газа через горелку;
клапан запальника электромагнитный, обеспечивающий управление подачей
газа к запальнику;
клапан опрессовки электромагнитный в комплекте с калибровочным дросселем
и электроконтактным манометром, обеспечивающий возможность дистанционной или
автоматической проверки плотности арматуры газового блока;
ручные краны шаровые, использующиеся для ремонтного отключения арматуры
блока; при работе блока они всегда открыты;
ручной кран шаровой, использующийся при продувке газопровода перед БГ-3.
При работе блока кран всегда закрыт.
В комплексе с системой управления данное газовое оборудование позволило
осуществить следующие функции:
автоматическая опрессовка всех своих запорных устройств;
безопасный розжиг;
мгновенная отсечка газа при нарушении технологических параметров работы
котла, недопустимом отклонении давления газа, воздуха перед горелкой или при
погасании факела;
регулирование расхода газа.
Схема блока газооборудования представлена на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 - Блок газооборудования: УЗ1...УЗ5 - кран вспомогательный;
УЗ7...УЗ11 - клапан для манометра; К1, К2 - клапан отсечной; К3, К4 - клапан
электромагнитный «НЗ»; К5 - клапан электромагнитный «НО»; ЗД1 - заслонка
дроссельная
Применение двух предохранительно-запорных клапанов (ПЗК), клапана
безопасности и линии проверки газовой плотности позволило исключить возможность
загазованности топки котла при розжиге горелки. Установка качественной
регулирующей заслонки на выходе из блока позволило производить розжиг горелки
на пониженном давлении газа, что полностью устраняет возможность «хлопка» в
топке котла при розжиге горелки. Так же обеспечена легкая разборка и
ремонтопригодность, как отсечного клапана, так и всего блока в целом, что
немаловажно при эксплуатации.
Комплект ЗЗУ состоит из электрозапальника с контрольным электродом,
источника высокого напряжения и прибора контроля пламени горелки.
Монтажная схема БГ-3 представлена на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 - Монтажная схема БГ-3: 1 - гребенка КИП и А; 2 - заслонка
дроссельная с электродвигателем; 3, 8 - клапан электромагнитный «НЗ»; 4, 5, 7,
9, 13, 16 - кран шаровой; 6, 15 - клапан для манометра; 10 - клапан
электромагнитный «НО»; 11 - гребенка; 12, 17 - клапан отсечной; 14 - газопровод
Газовое оборудование на общем газопроводе котла состоит из двух задвижек,
кольца-заглушки, диафрагмы для измерения расхода газа,
предохранительно-запорного клапана, регулирующей заслонки расхода газа на
котел. Регулирующий шибер воздуха с электроприводом на воздуховоде к горелке необходим
для обеспечения плавного розжига на малых расходах воздуха и поддержания
оптимального соотношения «газ-воздух» на каждой горелке. Шибер воздуха и
электропривод не входят в комплект поставки программно-технического комплекса
(ПТК) «АМАКС». Присоединительные размеры БГ-3 представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Присоединительные размеры БГ-3
|
DN, мм
|
DN1, мм
|
Н, мм
|
H1, мм
|
Н2, мм
|
L, мм
|
L1, мм
|
L2, мм
|
L3, мм
|
Масса, кг
|
|
100
|
50
|
I200
|
402
|
130
|
875
|
625
|
700
|
430
|
270
|
|
150
|
100
|
1280
|
482
|
155
|
180
|
665
|
815
|
555
|
360
|
.4.1 Заслонка дроссельная с электроприводом БГ4.08.00
Дроссельная заслонка предназначена для регулирования расхода или давления
природного газа ГОСТ 5542 с температурой от минус 30 °С до плюс 80 °С в
системах газоснабжения тепловых электростанций и котельных и представлена на
рисунке 2.15.
Таблица 2.3 - Технические характеристики дроссельной заслонки
|
Пропуск среды при закрытом положении
|
не более 0,5 % от максимального расхода
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
фланцевое, присоединительные размеры - по ГОСТ 12815, Рp0,6 МПа, исполнение 1
|
|
Установка на трубопроводе
|
в любом положении
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Тип электропривода
|
МЭО-16/63-0,25У
|
|
Напряжение питания переменного тока, В
|
220
|
|
Потребляемая мощность, Вт
|
70
|
|
Масса, кг
|
22
|
.4.2 Клапан отсечной быстродействующий (ПЗК) 1256.100.00-02
Отсечной быстродействующий клапан предназначен для автоматического
прекращения подачи природного газа ГОСТ 5542 с температурой от минус 30 °С до
плюс 80 °С к газоиспользующим установкам и представлен на рисунке 2.16
Рисунок 2.16 - Клапан отсечной быстродействующий 1256.100.00-02
Таблица 2.4 - Технические характеристики ПЗК
|
Герметичность затвора
|
класс «А», ГОСТ 9544
|
|
Время полного закрытия, сек
|
не более 1
|
|
Возможность контроля положения затвора
|
да
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
фланцевое, присоединительные размеры по ГОСТ 12815
|
|
Установка на трубопроводе
|
в любом положении
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Напряжение питания переменного тока, В
|
220
|
|
Номинальная мощность, Вт
|
165
|
|
Габаритные размеры (L×B×H)
|
200×425×695
|
Конструкция клапана представлена на рисунке 2.17.
Рисунок 2.17 - Конструкция ПЗК: 1 - привод, 2 - крышка, 3 - шток, 4 -
пружина, 5 - втулка, 6 - кольцо разрезное, 7 - тарелка,8 - кольцо
уплотнительное, 9 - корпус, 10 - диск
.4.3 Клапан электромагнитный нормально открытый 1256.20.00
Электромагнитный клапан 1256.20.00 предназначен в качестве запорного
устройства газопровода безопасности для автоматического и дистанционного
управления подачей природного газа ГОСТ 5542 с температурой от минус 30 °С до
плюс 80 °С к газоиспользующим установкам. Конструкция клапана приведена на
рисунке 2.18.
Рисунок 2.18 - Клапан электромагнитный 1256.20.00: 1 - кольцо резиновое,
2 - пружина, 3 - корпус, 4 - гайка накидная, 5 - кольцо резиновое, 6 - затвор,
7 - мембрана, 8 - крышка, 9 - прокладка резиновая, 10 - шайба, 11 - золотник,
12 - толкатель, 13 - электромагнит
Таблица 2.5 - Технические характеристики клапана 1256.20.00
|
Герметичность затвора
|
класс «А», ГОСТ 9544
|
|
Время полного закрытия, сек
|
не более 1
|
|
Возможность контроля положения затвора
|
да
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
цапковое с накидными гайками и ниппелями под приварку
|
|
Установка на трубопроводе
|
в горизонтальном положении
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Напряжение питания переменного тока, В
|
220
|
|
Номинальная мощность, Вт
|
28
|
|
Масса, кг
|
4,2
|
.4.4 Клапан электромагнитный нормально закрытый 1256.15.00
Клапан предназначендля автоматического и дистанционного управления
подачей природного газа ГОСТ 5542 с температурой от минус 30 °С до плюс 80 °С к
газоиспользующим установкам и представлен на рисунке 2.19.
Рисунок 2.19 - Клапан 1256.15.00
Таблица 2.6 - Технические характеристики клапана 1256.15.00
|
Герметичность затвора
|
класс «А», ГОСТ 9544
|
|
Время полного закрытия, сек
|
не более 1
|
|
Возможность контроля положения затвора
|
да
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
цапковое с накидными гайками и ниппелями под приварку
|
|
Установка на трубопроводе
|
в горизонтальном положении
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Напряжение питания переменного тока, В
|
220
|
|
Номинальная мощность, Вт
|
28
|
|
Номинальный диаметр (DN), мм
|
15
|
Конструкция клапана представлена на рисунке 2.20.
Рисунок 2.20 - Конструкция клапана 1256.15.00: 1 - электромагнит, 2 -
толкатель, 3 - корпус, 4 - затвор, 5 - пружина, 6- стакан, 7 - золотник
.4.5 Заслонка дроссельная ЗД 80-11.00
Дроссельная заслонка предназначена для регулирования расхода или давления
природного газа ГОСТ 5542 с температурой от минус 30 °С до плюс 80 °С в системах
газоснабжения тепловых электростанций (ТЭС) и котельных. При автоматическом или
дистанционном управлении сочленяется с электроприводом в обычном или
взрывозащищенном исполнении. Внешний вид заслонки представлен на рисунке 2.21.
Рисунок 2.21 - Заслонка дроссельная ЗД 80-11.00
Таблица 2.7 - Технические характеристики заслонки ЗД 80-11.00
|
Пропуск среды при закрытом положении
|
не более 0,5% от максимального расхода
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
фланцевое, присоединительные размеры - по ГОСТ 12815, PN 1,6
МПа, исполнение 1
|
|
Установка на трубопроводе
|
в любом положении
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Гарантийный срок
|
36 месяцев
|
|
Изготовление и поставка
|
по ТУ 3742-006-20652433-98
|
Присоединительные размеры заслонки указаны на рисунке 2.22.
Рисунок 2.22 - Присоединительные размеры заслонки ЗД 80-11.00: 1 -
корпус, 2 - рычаг, 3 - диск
2.4.6 Клапан трехходовой стальной для манометра КМ 1.00
Трехходовой клапан КМ 1.00 предназначен для установки на трубопроводах,
транспортирующих природный газ ГОСТ 5542, жидкую и паровую фазы сжиженных
углеводородных газов ГОСТ 20448 с температурой от минус 40 °С до плюс 80 °С, в
качестве запорного устройства перед контрольно-измерительными приборами. Клапан
представлен на рисунке 2.23.
Рисунок 2.23 - Клапан трехходовой для манометра КМ 1.00
Таблица 2.8 - Технические характеристики клапана КМ 1.00
|
Герметичность затвора
|
Класс «А», ГОСТ 9544
|
|
Присоединение к трубопроводу
|
на накидной гайке
|
|
Номинальное давление (PN), МПа
|
1,6
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
|
Управление клапаном
|
ручное
|
|
Масса, кг
|
0,35
|
|
Изготовление и поставка
|
по ТУ 3742-004-20652433-98
|
Принцип действия клапана КМ 1.00 показан на рисунке 2.24.
Рисунок 2.24 - Принцип действия клапана КМ 1.00: 1 - левый шток, 2 -
левый маховичок, 3 - уплотнение, 4 - корпус, 5 - накидная гайка, 6 - кольцо, 7
- правый маховичок, 8 - кольцо уплотнительное, 9 - правый шток
.4.7 Заслонка дроссельная воздушная двухпоточная
Дроссельная заслонка воздуха предназначена для регулирования расхода или
давления воздуха с температурой от минус 30 °С до плюс 400 °С в системе подачи
воздуха на горение в котлоагрегатах. Двухпоточная заслонка изображена на
рисунке 2.25.
В таблице 2.9 представлены технические характеристики заслонки.
Таблица 2.9 - Технические характеристики заслонки
|
Управление
|
от исполнительного механизма типа МЭО
|
|
Установка на трубопроводе
|
на сварке
|
|
Материал корпуса
|
сталь
|
Рисунок 2.25 - Заслонка воздушная двухпоточная: 1 - корпус, 2 - тяга, 3 -
электропривод, 4 - створка
.4.8 Электрозапальник
Электрозапальник предназначен для автоматического и дистанционного
розжига горелочных, устройств, работающих на газообразном и жидком топливе.
Внешний вид электрозапальника представлен на рисунке 2.26.
Рисунок 2.26 - Внешний вид электрозапальника
Таблица 2.10 - Технические характеристики электрозапальника
|
Рабочая среда
|
природный или сжиженный углеводородный газ
|
|
Давление газа, подводимого к запальнику (избыточное), кПа
|
(1 - 500)
|
|
Номинальная тепловая мощность при сжигании природного газа,
не более, кВт
|
120
|
|
Допустимое колебание напряжения, подводимого к запальнику
для воспламенения газа, В
|
(6000 - 12000)
|
|
Величина искрового промежутка, мм
|
4
|
|
Длина запальника, мм
|
350 до 3500
|
|
Срок службы
|
5 лет
|
|
Масса запальника длиной 1 м, кг
|
3,9
|
|
Изготовление и поставка
|
по ТУ 3696-014-20652433-2002
|
.4.9 Исполнительные механизмы однооборотные МЭО-16 и МЭО-40
Электрические исполнительные однооборотные механизмы МЭО-16 (рисунок
2.27), МЭО-40 предназначены для перемещения регулирующих органов в системах
автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с
командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.
Механизмы исполнительные МЭО-16, МЭО-40 перемещают рабочие органы
неполноповоротного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные
дисковые затворы, заслонки). Принцип работы электроисполнительных механизмов
МЭО-16, МЭО-40 заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего
от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение
выходного вала. Исполнительные механизмы МЭО-16, МЭО-40 устанавливаются вблизи
регулирующих устройств и связываются с ними посредством тяг и рычагов.
Исполнительные механизмы МЭО-16, МЭО-40 изготовляются с датчиком обратной
связи (блоком сигнализации положения выходного вала) для работы в системах
автоматического регулирования или без датчиков обратной связи - с блоком
концевых выключателей для режима ручного управления. Виды блоков сигнализации
положения - индуктивный БСПИ, реостатный БСПР, токовый БСПТ.
Рисунок 2.27 - Электрический исполнительный механизм МЭО-16
Состав исполнительного механизма МЭО-16, МЭО-40:
электродвигатель синхронный;
редуктор червячный;
ручной привод;
блок сигнализации положения реостатный БСПР, индуктивный БСПИ, токовый
БСПТ или блок концевых выключателей БКВ;
рычаг.
Технические характеристики МЭО-16 и МЭО-40 приведены в таблице 2.11.
Таблица 2.11 - Технические характеристики МЭО-16 и МЭО-40
|
Условное обозначение механизмов
|
Номинальный крутящий момент на выходном валу, м
|
Номинальное время полного хода выходного вала, с
|
Потребляемая мощность, Вт
|
Масса, кг
|
Тип сигнализации положения выходного вала
|
|
МЭО-40/160-0,63-01
|
40
|
160
|
46
|
6,5
|
БСПР, БСПИ, БСПТ, БКВ
|
|
МЭО-16/160-0,63-01
|
16
|
160
|
46
|
6,5
|
|
Климатические исполнения (рабочая температура): У3.1; Т3 (от минус10 до
плюс 50 °С). Степень защиты от попадания твердых частиц (пыли) и воды - IP 54
по ГОСТ 14254. Напряжение и частота питания- 220 В частотой 50 Гц.
Режим работы механизма - S4, частота включений до 630 в час при ПВ до 25
%. Максимальная частота включений до 1200 в час при ПВ до 5 %.
3. Создание АСУ на УКПГ-8
.1 Анализ существующих контроллеров
.1.1 Требования к контроллерам
Программируемый логический контроллер (ПЛК) - это вычислительное
устройство, спрограммированное для применения в промышленности с учетом
требований в надежности, безотказности в работе, быстродействия, а также
простоты и удобства в обслуживании [6]. Контроллер предназначен для
автоматизации наиболее часто встречающихся в промышленности комбинаторных и
последовательных процессов. Широкое распространение контроллеры получили в
теплоэнергетике. Структурная схема программируемого логического контроллера
представлена на рисунке 3.1 (лист 5 графического материала дипломного проекта).
Рисунок 3.1 - Структурная схема программируемого контроллера
Главное качество, по которому следует проводить выбор контроллера - это
быстродействие, зависящее от установленного центрального процессора, гибкость
(возможность перепрограммирования), а также необходимое количество требуемых
входов/выходов.
Контроллер кроме этого должен обладать следующими свойствами:
возможность подключения периферийных устройств;
компактность;
удобная модульная структура контроллера, позволяющая гибко подбирать
конфигурацию, исходя из потребности заказчика;
наличие резервных модулей (не менее одного модуля каждого типа) должно
иметься в наличии на случай необходимости замены модуля;
время, предоставленное на замену модуля, начиная с момента выхода его из
строя, должно быть с вероятностью 95 % - 1 час.
.1.1.1 Требования к информационным потокам
В сервере управляющего вычислительного комплекса (УВК) должны сохраняться
данные, полученные с помощью обработки показаний датчиков, в результате
технико-экономических расчетов и расчетов по алгоритмам управления. Ниже в
таблице 3.1 приведены количественные характеристики объемов сохраняемых данных
в текущей (ТБ) и архивной (АБ) базе данных. Необходимо предусмотреть для обмена
информацией между создаваемым комплексом и существующей сетью через систему
связи типа Ethernet: оборудование, алгоритмы обмена информацией и программное
обеспечение со стороны комплекса.
Таблица 3.1 - Характеристика информационных баз данных
|
Характеристики сохраняемых массивов
|
Кол-во величин в ТБ
|
Длительность хранения в ТБ
|
Период перекачки данных в архив
|
Кол-во величин в АБ
|
Время хранения в архиве
|
|
Тренды секундных значений величин
|
200
|
1 час
|
по требованию
|
100
|
5 суток
|
|
Тренды средне минутных значений величин
|
1000
|
5 суток
|
8 час
|
100
|
2 месяца
|
|
Тренды среднечасовых значений величин
|
1000
|
5 суток
|
8 час
|
300
|
2 месяца
|
|
Тренды среднесменных значений величин
|
300
|
2 месяца
|
8 час
|
150
|
2 года
|
|
Протокол нарушений (диагностируемые величины)
|
800
|
5 суток
|
8 часов
|
300
|
2 месяца
|
Цикл работы контуров регулирования и опроса датчиков составляет не более
одной секунды. Максимальное время передачи сообщения от любого датчика до
пульта оператора составляет две секунды, от пульта оператора до регулирующего
органа - две секунды, максимальное время ожидания видеокадра равно двум
секундам.
.1.2 Выбор контроллера
Выбор наиболее приемлемого варианта автоматизации представляет собой
многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между
стоимостью, техническим уровнем, затратами на сервисное обслуживание и другими
показателями. Ниже приводится характеристика сравниваемых контроллеров
«Ремиконт Р-110», «GE Fanuc», «TREI-5В-05» и «ТЭКОН-17».
.1.2.1 Контроллер «Ремиконт Р-110»
Контроллер «Ремиконт Р-110» представляет собой микропроцессорное
многозадачное программируемое устройство управления, архитектура которого
оптимизирована для решения задач автоматического регулирования технологических
процессов. Прибор «Ремиконт Р-110» является многоцелевым контроллером
общепромышленного назначения. Контроллер применяется для автоматического
регулирования технологических процессов в энергетической, металлургической,
химической, нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей, текстильной,
стекольной, цементной, пищевой, электротермической и других отраслях
промышленности.
Основные функции контроллера:
локальные, каскадное, программное, многосвязное, экстремальное
регулирование, управление с переменной структурой;
формирование ПИД-законов регулирования;
выполнение разнообразных статических и динамических преобразований
аналоговых сигналов;
обработка и формирование дискретных сигналов;
выполнение всех алгоритмических задач, которые решаются с помощью
традиционных аналоговых приборов автоматического регулирования;
формирование программно-изменяющихся во времени сигналов;
выполнение операций управляющей логики.
Библиотека алгоритмов контроллеров содержит основные логические функции
«И», «ИЛИ», а также таймеры, счетчики, триггеры. Это позволяет использовать
приборы в тех случаях, когда логические задачи небольшого объема сочетаются с
задачами автоматического регулирования.
Контроллеры «Ремиконт Р-110» представляет собой микропроцессорное устройство
управления, архитектура которого оптимизирована для решения задач
автоматического регулирования технологических процессов. Технические
характеристики контроллера «Ремиконт Р-110» приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Технические характеристики контроллера «Ремиконт Р-110»
|
Параметр
|
Значение
|
|
Количество каналов ввода
|
Аналоговых - 64 Дискретных - 126
|
|
Количество каналов вывода
|
Аналоговых - 64 Дискретных - 126 Импульсных - 64
|
|
Количество выполняемых функций (алгоритмов)
|
45
|
|
Входные сигналы
|
Постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА Напряжение
постоянного тока - 10 В Дискретные - напряжением 24 В
|
|
Выходные сигналы
|
Аналоговые: - постоянный ток (0-5), (0-20), (4-20) мА; -
напряжение постоянного тока - 10 В Дискретные («сухие» контакты): -
максимальное напряжение 48 В; - максимальный ток нагрузки 0,2 А
|
|
Время цикла, сек
|
0,27; 0,51; 1; 0,2; 2; 0,4;
|
|
Питание от сети переменного тока - напряжение - частота
|
220, 240 В 50, 60 Гц
|
|
Потребляемая мощность
|
120 ВА
|
|
Время сохранения информации при отключении питания
|
360 часов
|
|
Точность установки сигнала задания
|
0,1 %
|
Контроллеры позволяют вести локальное, каскадное, супервизорное,
программное, многосвязное, экстремальное регулирование, а также управление с
переменной структурой. Они формируют ПИД-закон регулирования, выполняют
разнообразные статические и динамические преобразования аналоговых сигналов, а
также обрабатывают и формируют дискретные сигналы, выполняя основные операции
управляющей логики.
Приборы могут работать как на нижнем уровне распределенной АСУТП,
связываясь со средствами верхнего уровня через канал цифровой последовательной
связи, так и в качестве автономного изделия.
.1.3.2 Контроллер «GE Fanuc»
Контроллеры «GE Fanuc» являются
совместной продукцией фирм «General
Electric» (США) и «Fanuc» (Япония).
Контроллеры представляют собой терминальные базы на 10 или 5 модулей (блок
питания, процессор, модули ввода-вывода, специальные модули). Один контроллер
состоит из четырех до восьми терминальных баз в зависимости от мощности
процессора.
Контроллер имеет восьмиканальные, шестнадцатиканальные и
тридцатидвухканальные модули ввода/вывода (модули на 4 и 8 каналов - с
гальванической развязкой). Номенклатура модулей очень широкая: дискретные - до
220 В, аналоговые - (0-20) мА или (0-10) В, кроме (0-5) мА. Используются,
милливольты, термопары, термосопротивления, дифтрансформаторных нет. Дискретные
модули имеют индикацию состояния каждого канала. Максимальная емкость
контроллера составляет при восьмитерминальных базах 216 аналоговых входов, 416
дискретных входов и 416 дискретных выходов.
Для программирования и конфигурирования контроллера используется
«VersaPro» ориентированная для операционной системы (ОС) «Windows». Программа
имеет язык релейных и лестничных диаграмм, позволяет работать (редактировать) в
режиме «on-line» и «off-line» с отображением текущих значений. Программа
представляет собой графическое поле, слева входы, справа - выходы, посередине
вставляются блоки (например, триггеры, сумматоры, звено ПИД-преобразования),
описываются их входные/выходные переменные и соединяются проводниками или
ссылками. Возможна вставка подпрограмм. Документирование в различных видах.
Для разработки автоматизированного рабочего места (АРМ) используется
SCADA-пакет «Cimplicity». Обладает всеми достоинствами современного
SCADA-пакета. Среда разработки - англоязычная. Рабочее пространство
разработчика выглядит в стиле таких распространенных программ как «Visual
Basic» или «Проводник» операционной системы «Windows». Можно перемещаться по
разделам проекта, создавая и редактируя отдельные элементы и приложения
(тренды, архивы, тревоги, доступ, база данных реального времени и др.).
Интерфейс оператора - русский. Возможна связь с информационной системой
предприятия (прямое считывание и запись данных в базы на сервере) - дополнительных
технических и программных средств не требуется. Важной особенностью является
встроенный язык программирования - «Microsoft Visual Basic», обмен с ИУС
реализован с его помощью - команда пишется один раз, далее изменяется только
имя базы и номер описателя. Иногда для организации рабочих мест проще в сервер
системы установить дополнительную опцию - «Web Gateway» и тогда с любой ПЭВМ
сети котельной можно просматривать текущее состояние системы через «Internet
Explorer» в формате страниц «HTML».
3.1.3.3 Контроллер «TREI-5В-05»
Контроллер «TREI-5В-05» германского производства предназначен для
построения систем автоматизированного управления технологическими процессами в
различных отраслях промышленности с различной степенью сложности. Позволяет
выполнять сбор и обработку информации с первичных измерительных
преобразователей и приборов, а также формировать управляющие воздействия для
исполнительных устройств. Контроллер «TREI-5В-05» - это экономичное решение для
различных отраслей промышленности, позволяющее решать широкий круг задач.
Контроллер «TREI-5В-05» выполняет следующие функции:
обеспечивает непосредственный ввод и преобразование всех типов аналоговых
и дискретных сигналов;
измеряет и нормирует принятые сигналы;
формирует управляющие воздействия под любые исполнительные механизмы;
обеспечивает запись и хранение программ и данных пользователя на
FLASH-диске и в статическом ОЗУ;
обладает мощной программно-аппаратная самодиагностикой;
технологическое программирование в стандарте МЭК-61131-3.
Контроллер «TREI-5В-05» имеет особенности:
простая интеграция в качестве модулей расширения и интеллектуальных УСО в
системы на базе контроллеров «TREI 5B-04»;
развитая система диагностики и сервиса;
полная библиотека алгоритмов управления и регулирования;
питание от плюс 24 В;
возможность питания от двух независимых шин (резервирование питания
непосредственно в модулях);
параллельная шина PT-BUS, позволяющая наращивать число каналов
ввода/вывода для модулей серии M900;
интерфейсы: Ethernet 10/100, Bluetooth, RS485/232;
улучшенный интерфейс ST-BUSM;
обмен с удаленными модулями устройства связи с объектом (УСО), с
возможностью дублирования со скоростью до 2,5 Мбод;
непосредственное подключение каналов вода/вывода, в том числе и 220 В;
поддержка до 6000 физических каналов ввода-вывода;
температура эксплуатации - от минус 60 до плюс 60 °С.
В таблице 2.4 представлены основные технические характеристики
контроллера «TREI-5В-05».
Таблица 3.3 - Технические характеристики контроллера «TREI-5В-05»
|
Допустимые отклонения напряжения питания
|
16-28 V DC
|
|
Наработка на отказ
|
150000 часов
|
|
Температура эксплуатации:
|
|
|
- обычное исполнение
|
от 0 °C до плюс 60 °C
|
|
- опциональное
|
от минус 60 °C до плюс 60 °C
|
|
Степень защиты оболочки
|
IP20
|
|
Количество каналов ввода/вывода
|
до 6000
|
|
Энергонезависимая SRAM-память (M911E)
|
512 кБ
|
|
FLASH-память для приложения (M911E)
|
4 МБ
|
|
Шина ST-BUSM
|
RS-485 полный дуплекс / полудуплекс
|
|
Скорость обмена по шине ST-BUSM
|
2,4 / 9,6 / 19,2 / 115 / 250 / 625 / 1250 / 2500 кбод
|
|
Индикация входов/выходов
|
по каждому каналу
|
|
Встроенные энергонезависимые часы реального времени (RTC)
|
есть
|
|
Каналы связи с внешними устройствами
|
RS-232, RS-485, Ethernet, Bluetooth
|
.1.2.4 Контроллер «ТЭКОН-17»
Теплоэнергоконтроллер «ТЭКОН-17» - многофункциональный вторичный прибор,
совмещающий в себе функции многоканального регистратора, счетчика,
тепловычислителя и контроллера [14]. Предназначен для комплексного решения
следующих задач:
коммерческий учет энергоносителей с помощью любых типов датчиков расхода,
перепада давлений, абсолютного и избыточного давления, температуры;
контроль состояния оборудования, положения исполнительных механизмов с
помощью датчиков типа «сухой контакт»;
автоматическое регулирование заданных параметров; автоматическое
управление исполнительными механизмами (включить - выключить) по любым заданным
алгоритмам - по спецзаказу;
вывод любых измеренных и расчетных параметров на показывающие или
контрольно-самопишущие приборы;
архивирование (хранение в памяти) учетных параметров;
теледиспетчеризация - вывод на персональные ЭВМ диспетчерских пунктов
всей информации об объекте;
телеуправление исполнительными механизмами по команде оператора.
Используются энергоносители, контролируемые:
измерением методом переменного перепада давлений на сужающем устройстве:
вода, пар перегретый, пар насыщенный, природный газ, сжатый воздух, СО2
, О2 технические газы с заданными термодинамическими
характеристиками;
измерением расходомерами и счетчиками: любые энергоносители (вода, пар,
нефть, электроэнергия, бензин, другие жидкости и газы).
Количество обслуживаемых независимых трубопроводов: от 1 до 16.
Количество подключаемых измерительных преобразователей (датчиков): до 64.
Количество выходных сигналов: токовых (0-5), (0-20), (4-20) мА - до 8;
дискретных управления/индикации - до 128.
встроенные законы автоматического управления и регулирования;
блочно-модульная безызбыточная расширяемая архитектура;
связь с ЭВМ диспетчерских пунктов;
вывод информации на принтер или регистратор информации;
класс точности - 0,1.
Внесен в Госреестр средств измерений под номером 20812-01, имеет
Сертификат Госстандарта номер 9495.
Внешний вид теплоэнергоконтроллера «ТЭКОН-17» представлен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Внешний вид контроллера «ТЭКОН-17»
Для увеличения динамического диапазона измерений возможно подключение до
2-х датчиков перепада давлений на один контролируемый трубопровод. Переход от
основного на дополнительные датчики происходит автоматически по условию
обеспечения заданной точности измерений. Возможность работы контроллера с
различными типами первичных преобразователей и с различными типами
энергоносителей позволяет применение на одном объекте датчиков разных типов, а
также ведение учета различных энергоносителей на одном контроллере. «ТЭКОН-17»
позволяет вести учет по 16 трубопроводам, произвольным образом взаимосвязанным
между собой. «ТЭКОН-17» автоматически осуществляет переход на летнее/зимнее
время и учет високосных годов, в результате чего не происходит искажения и
потери учетных данных.
При обрыве или отказе датчиков, а также за время простоя, вызванного
отказом основного и резервного питания, учетные параметры рассчитываются либо
по договорным значениям, либо по средним за предыдущие сутки (трое суток при
наличии соответствующего архива). Вся коммерческая информация, а также
введенные константы защищены от несанкционированного изменения паролями
доступа, а последние 32, выполненные с паролем изменения, заносятся в архив
изменений с фиксацией времени, даты и номера измененного параметра.
В таблице 3.4 приведен перечень типов датчиков подключаемых к контроллеру
с характеристиками выходных сигналов.
Таблица 3.4 - Типы датчиков подключаемых к контроллеру
|
Тип входного сигнала контроллера
|
Характеристики выходного сигнала датчика
|
Тип датчика
|
Измеряемый параметр
|
Тип энергоносителя (среды)
|
|
Аналоговый
|
Унифицированный токовый (0-5), (0-20), (4-20) мА по ГОСТ
26.01 1
|
Датчики перепада давлений типа «Метран», «Сапфир» и так
далее
|
Расход (метод переменного перепада давлений на стандартном
сужающем устройстве)
|
Вода, пар (сухой, насыщенный и перегретый), природный газ,
сжатый воздух, СО2прочие жидкости (нефть, бензин) и газы.
|
|
|
Датчики абсолютного и избыточного давления типа «Метран»,
«Сапфир» и т.д.
|
Абсолютное давление, избыточное давление
|
|
|
|
Датчики температуры типа Метран: ТОМУ, ТСПУ, ТХАУ и так
далее
|
Температура
|
|
|
|
Датчики плотности, калорийности, уровня, влажности,
концентрации
|
Плотность, калорийность, влажность газов, уровень,
концентрация и так далее
|
|
|
50М, 100М, 50П, 100П, 500П
|
Термопреобразователи сопротивления
|
Температура
|
|
|
К(ХА), ЦХК), 8(ПП)
|
Преобразователи термоэлектрические
|
|
|
|
Число- импульсные интегрирующего типа
|
Частота следования импульсов не более 5000 Гц, длительность
импульса не менее 10 мкс
|
Тахометрические вихревые, индукционные, ультразвуковые
расходомеры, имеющие выходные сигналы: - пассивные («сухой контакт» (СК),
оптопара (ОП)); - активные - токоимпульсный (ТИ): импульсы тока с амплитудой
не менее 10 мА; импульсы напряжения с амплитудой не более 30 В и паузой
(0-15) В
|
Расход
|
Вода, сухой насыщенный пар и перегретый пар, природный газ,
сжатый воздух, С02; прочие жидкости, технические газы,
«нестандартные среды» с характеристиками, заданными пользователем
|
|
Частотные (частота выходного сигнала пропорциональна
мгновенному расходу)
|
|
|
|
|
|
Дискретные
|
«Сухой контакт» (СК)
|
Реле, конечные выключатели исполнительных механизмов
|
Контроль состояния оборудования, положения исполнительных
механизмов
|
|
|
«Условные датчики»
|
|
Свободные номера датчиков, не имеющие собственных входных
преобразователей
|
Арифметическая сумма (разность) до 3-х измеренных или
рассчитанных значений. Любой параметр, заданный константой. Преобразование
любого параметра по кусочно-линейной функции
|
|
Также c помощью вычислителя ведется также
коммерческий учет количества электроэнергии на предприятиях коммунального
хозяйства с присоединенной нагрузкой до 750 кВт, в том числе по двухтарифной
схеме, в системах автоматизированного контроля и управления технологическими
процессами на теплопунктах, теплостанциях, газораспределительных станциях.
«ТЭКОН-17» обеспечивает измерение расхода в трубопроводах диаметром
(50-1000) мм методом переменного перепада давлений на стандартной диафрагме по
ГОСТ 8.563.1-97.
В таблице 3.5 приведены типы выходных сигналов контроллера.
Таблица 3.5 - Типы выходных сигналов контроллера
|
Тип выходного сигнала контроллера
|
Характеристики выходного сигнала
|
Назначение
|
|
Аналоговый
|
Унифицированный токовый 0-5, 0-20, 4-20 мА по ГОСТ 26.01 1
|
Передача информации на вторичные показывающие и
регистрирующие приборы и в системы телемеханики
|
|
Дискретный
|
Активный выход «открытый коллектор», максимальное
коммутируемое напряжение 24В, 1А
|
Подключение исполнительных устройств к управляющим выходам.
Светодиодная индикация на панели сигнализации
|
Контроллер обеспечивает вывод всей информации о контролируемом объекте
(значений измеряемых, расчетных архивных и диагностических параметров) на
буквенно-цифровой дисплей передней панели. Вывод информации на экран дисплея
осуществляется в режиме «меню». Пользователю доступны несколько сотен
параметров:
текущие значения сигналов датчиков;
текущие значения измеряемых величин;
сумма или среднее за текущий и предыдущий час;
сумма или среднее за текущие и предыдущие сутки;
сумма или среднее за текущий и предыдущий месяц;
сумма или среднее за текущий или предыдущие программируемые интервалы (от
1 до 30 мин.);
значения нарастающим итогом;
экстремумы измеряемых и расчетных величин;
любые имеющиеся архивы;
состояние входных дискретных и выходных управляющих сигналов.
«ТЭКОН-17» обеспечивает накопление и хранение в архивах данных расчетных
и измеренных параметров по часам, суткам и месяцам, а также произвольным
программируемым интервалам длительностью (1-30) мин. Архивы настраиваются в
период пуско-наладочных работ. В архивах могут храниться значения измеренных и
расчетных параметров, усредненные значения, сумма (разность) нескольких
параметров, значения тепла, расхода и времени исправной (неисправной) работы
расходомерного узла нарастающим итогом.
В автоматизированных системах коммерческого учета энергоносителей, управления
и контроля технологических процессов, где по каким-либо причинам не
предусмотрен вывод информации на ЭВМ диспетчерских пунктов, возможна следующая
регистрация информации:
вывод на печатающее устройство в виде бланков;
перенос данных на персональный компьютер с помощью регистратора
информации «ТЭКОН-17РИ».
Объем памяти регистратора позволяет осуществлять снятие информации
одновременно с нескольких приборов «ТЭКОН». Переносимая информация может
храниться в памяти регистратора неограниченно длительное время, даже после
отключения питания, так как память прибора является энергонезависимой.
Регистратор информации подключается к «ТЭКОН» через интерфейс RS232 или ИРПС.
Архив наработок можно удалить из памяти контроллера по желанию оператора.
«ТЭКОН-17» позволяет подключить EPSON-совместимый принтер по интерфейсу
«CENTRONICS». Распечатка информации производится автоматически, либо по запросу
оператора. Данные распечатываются в виде бланков, самостоятельно формируемых
пользователем в любом текстовом редакторе и заносимых в память «ТЭКОН-17».
Пользователь может определить до 90 различных бланков.
Контроллеры обеспечивают управление исполнительными механизмами с
использованием встроенных арифметических и логических законов. В соответствии с
комплектацией и настройкой, «ТЭКОН-17» может обеспечить включение и выключение
до 64 выходов управления/индикации. Условие для их работы может быть
сформировано:
по каналу последовательного обмена (телеуправление);
стандартным набором встроенных простейших законов управления;
по отдельному заказу пользователя (из специального закона управления).
«ТЭКОН-17» позволяет запрограммировать до 64-х внутренних признаков с
возможной выдачей сигналов на дискретные управляющие выходы специальных
модулей. Законы регулирования, реализованные в «ТЭКОН-17» - арифметические (без
возможности задержки по включению). В качестве операнда в арифметических
операциях можно использовать функции, использующие значение измеряемого или
вычисляемого параметра в качестве аргумента. Функции закладываются в память
«ТЭКОН-17» в виде таблиц с равномерным или неравномерным шагом. Всего возможно
определить до 10 таблиц.
Сложные алгоритмы управления, которые не могут быть описаны встроенными
законами, программируются на заводе - изготовителе в соответствии с алгоритмами
заказчика по специальному заказу.
Связь с устройствами вычислительной техники осуществляется через
следующие интерфейсы:
RS232; RS232C; дальность передачи информации до 15 м;
RS485; дальность передачи информации до 1000 м;
ИРПС (токовая петля (4-20) мА), дальность передачи информации до 2000 м;
CAN-BUS; дальность передачи информации до 300 м.
Скорость передачи информации составляет 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,
19200 бод (для ИРПС - до 9600 бод). Протокол обмена соответствует формату FT1.2
с постоянным или переменным числом байтов и классом достоверности 12 по ГОСТ Р
МЭК 870-5-1-95. Приборы могут быть укомплектованы двумя (базовый и
дополнительный) интерфейсами различных типов, работающими независимо друг от
друга.
«ТЭКОН-17» обеспечивает вывод всей информации о контролируемом объекте на
ЭВМ верхнего уровня диспетчерских пунктов, а также позволяет связывать
несколько объектов в информационно - измерительные сети передачи данных с
топологиями типа «общая шина», «кольцо», «звезда», «дерево», «удаленный
терминал». Связь может осуществляться:
по выделенным 2-х или 4-х-проводным линиям связи (дальность передачи до 5
км, максимальная скорость передачи 19200 бод);
по выделенным двухпроводным линиям связи через модемы (дальность передачи
до 100 км, максимальная скорость передачи 1200 бод);
по стандартным коммутируемым телефонным линиям с использованием модемов
на неограниченное расстояние;
по радиоканалу через радиомодемы и минирадиостанции;
по системе сотовой связи через GSM-модемы в пределах мощности передатчика
(сотовой сети);
по сети Ethernet через адаптер Ethernet. Контроллеры поддерживают
подключение стандартных Hayes-совместимых модемов
На персональном компьютере диспетчерского пункта устанавливается
программное обеспечение (ПО) теледиспетчеризации. Разработано несколько
вариантов программ, различающихся объемом решаемых задач, уровнем сервиса,
графическим исполнением, стоимостью.
Выполняемые функции ПО:
сбор информации с одного или нескольких объектов, либо автоматически в
заданное время, либо по запросу диспетчера, либо циклически непрерывно;
диагностирование, оповещение об отказах и аварийных режимах работы
объекта, ведение журналов отказов;
ведение глобальных архивов коммерческой и учетной информации;
телеуправление, телеизмерение, телесигнализация;
генерация (автоматическое создание) информационных и финансовых
документов в виде таблиц, графиков, сводок.
ПО может быть написано пользователем самостоятельно, но с обязательным
использованием фирменного драйвера. Имеется интерфейсная библиотека обмена для
связи с внешними программами, интеграции в существующие АСКУЭ и АСУТП.
«ТЭКОН-17» осуществляет диагностику и самоконтроль всей системы учета
энергоносителей и выдает по запросу оператора на экран дисплея или ЭВМ
диспетчерского пункта информацию о накопленных и текущих отказах, происшедших в
системе:
отказы узлов вычислителя (27 различных событий);
обрывы измерительных цепей датчиков;
отказы датчиков;
выходы сигналов датчиков за границы уставок, определенных пользователем;
история отказов с фиксацией времени возникновения;
время исправного и неисправного состояния каждого датчика и
расходомерного узла за час, сутки, месяц нарастающим итогом;
отказы каналов связи;
разряд аккумуляторных батарей резервного питания, отсутствие сетевого
питания, длительность последнего отключения питания с фиксацией времени;
срабатывание телесигнализации об аварийном состоянии контролируемого
оборудования.
«ТЭКОН-17» обеспечивает слежение за выбранными пользователем текущими
параметрами с сохранением их экстремальных (максимальных и минимальных)
значений с фиксацией даты и времени события. Это позволяет зарегистрировать
скачки давлений, расходов, температур. Использование данной информации
позволяет оперативно обнаруживать и устранять всевозможные неисправности
системы учета. Контроллер не требует подстройки и регулирования на протяжении
всего периода эксплуатации, а модульная конструкция позволяет производить
ремонт и модернизацию путем добавления или замены модулей.
Теплоэнергоконтроллер «ТЭКОН-17» в базовой комплектации поставляется
вместе с одним измерительным модулем (МИ), который обеспечивает:
подключение основного питания 220 В, 50 Гц;
подключение резервного питания 12 (24) В;
формирование питающих напряжений для модулей расширения;
формирование гальванически изолированного от схемы измерения
стабилизированного напряжения постоянного тока 12 (24) В, 50 Вт для питания
внешних устройств и дополнительных источников питания;
формирование четырех гальванически изолированных от схемы измерения питающих
напряжений постоянного тока 24 В, 100 мА для питания внешних устройств и ИП;
формирование сигнала стабильного тока для измерения сопротивлений ТСМ и
ТСП;
измерение напряжений по 8 входным каналам;
измерение частоты и количества импульсов ИП с частотными или
числоимпульсными выходами или фиксацию изменения состояния по 4 входным
каналам;
обеспечение электронной защиты коммерческой информации в памяти прибора с
помощью электронного ключа «Dallas Semiconductor».
Конструктивно «ТЭКОН-17» выполнен в виде металлического блока,
разделенного на два отделения: функциональное и монтажное. Каждое отделение
закрывается отдельной передней панелью (крышкой). Функциональное отделение
образовано внутренним пространством конструктивных элементов типа «рамка». К рамкам
на винтах прикрепляются функциональные модули на печатных платах. Рамки, слой
за слоем, последовательно крепятся винтами к задней панели прибора. Количество
«слоев» (рамок) в зависимости от комплектации - от 1 до 5. Каждые 4 модуля
расширения базового комплекта составляют один дополнительный слой (рамку).
Пространство монтажного отделения образовано одной из стенок функционального
отделения, частью задней панели прибора, съемным кожухом монтажного отделения и
крышкой монтажного отделения.
Конструкция монтажного отделения обеспечивает:
подключение внешних связей прибора с помощью монтажных плат ПМ без
использования паяных соединений (ПМ - печатная плата с установленными клеммными
колодками типа КСК-1-5-2 для подключения монтажных проводов под винт);
крепление жгутов и кабелей к задней панели прибора;
ввод и подключение внешней шины заземления к шине заземления прибора.
Доступ к изменению информации может быть заблокирован с помощью:
«Электронный ключ» типа DS1990A фирмы «DALLAS SEMICONDUCTOR», который
представляет собой металлическую «таблетку» с установленной внутри микросхемой.
На передней панели контроллера в этом случае устанавливается специальное
гнездо. При прикосновении электронного ключа к гнезду микросхема активизируется
и, при совпадении кодов, защита «электронного замка» снимается.
Пароль доступа устанавливается пользователем или представителем
контролирующей организации после завершения пуско-наладочных работ.
В случае применения контроллера для решения комплексных задач
коммерческого учета энергоносителей и дальнейшей автоматизации технологического
процесса, непосредственно не связанной с коммерческим учетом (регулирование,
управление, выдача сигналов во внешние схемы сигнализации и так далее), приборы
выполняются в двух и более конструктивах, в зависимости от комплектации.
«Ведущий» прибор включает в себя «базовый комплект» и набор модулей расширения,
обслуживающих задачи коммерческого учета. «Ведомые» конструктивы содержат
дополнительные модули расширения по функциям регулирования и ввода дискретных
сигналов. Базовое исполнение контроллера - настенного монтажа. По спецзаказу
возможно щитовое исполнение.
Расширение возможностей вычислителя «ТЭКОН-17» предполагается за счет
подключения дополнительных модулей различной функциональности:
модуль коммутатора напряжений (МКН) обеспечивает подключение к схеме
измерения восьми ИП с аналоговыми выходами. Может быть установлено до семи
модулей МКН;
модуль ввода дискретных сигналов (МДВ) обеспечивает гальваническую
развязку и ввод сигналов от датчиков дискретных сигналов (тумблеров, концевых
выключателей, предельных датчиков и тому подобных). Может быть установлено до
шести модулей МДВ;
модули частотных входов (МЧВ-4 и МЧВ-8) обеспечивают гальваническую
развязку и ввод сигналов соответственно четырех или восьми ИП с частотными или
числоимпульсными выходами (как активными, так и пассивными). Может быть
установлено три МЧВ-4 или один МЧВ-8 и один МЧВ-4;
модуль генератора тока МГТ обеспечивает формирование четырех сигналов
постоянного тока стандартных значений (0-5), (0-20) или (4-20) мА на внешних
нагрузках. Может быть установлено до двух модулей МГТ;
модуль последовательного интерфейса (МПИ) обеспечивает связь с внешними
устройствами и устройствами вычислительной техники по еще одному каналу (помимо
основного канала на МИ) в одном из стандартов RS-232, RS-485, ИРПС или CAN-BUS.
Может быть установлен один модуль;
модуль вывода (МУ) обеспечивает гальваническую развязку и формирование на
внешней нагрузке четырех управляющих дискретных сигналов напряжением 24 В с
защитой по перегрузке на уровне тока 1 А. Может быть установлено до 16 модулей
МУ;
модуль управления принтером (МУП) выполняет функции устройства сопряжения
между теплоэнергоконтроллером и Epson-совместимым принтером в интерфейсе
«Centronics», выдавая данные на печать либо в виде заранее заданных бланков,
либо при оперативной печати просматриваемой информации;
модуль питания дополнительный МПД обеспечивает преобразование напряжения
12/24 В в несколько (от 2 до 4 в зависимости от исполнения модуля) гальванически
изолированных от схемы измерения стабилизированных напряжений постоянного тока
от 18 до 36 В для питания внешних устройств и ИП.
В таблице 3.6 представлено программное обеспечение контроллера.
Таблица 3.6 - Программное обеспечение контроллера
|
Наименование
|
Тип (обозначение)
|
Функциональное назначение
|
Примечание
|
|
«Телемост»
|
Т1 0.06.43
|
Программа теледоступа к параметрам «ТЭКОН». Считывание
информации с «ТЭКОН», представление на экране, вывод на печать
|
Входит в комплект поставки
|
|
«Диалог-2»
|
Т1 0.06.60
|
Программа настройки «ТЭКОН» на объект. Настройка,
управление МУП, Hayes-модемом
|
|
|
«Энерго -диспетчер»
|
Т1 0.06.45
|
Сбор информации с 2-127 контроллеров по выделенным и
коммутируемым линиям связи, ведение журналов отказов, создание отчетов,
аналитических таблиц, графиков, сводок
|
По отдельному заказу
|
|
Интерфейсная библиотека обмена
|
Т1 0.06.42
|
Связь с внешними программами, интеграция в существующие АСУ
ТП и АСКУЭ
|
|
|
«Искра»
|
|
Модернизированное ПО диспетчеризации. Открытый интерфейс
доступа, поддержка всех протоколов обмена «ТЭКОН», поддержка Ethernet
|
|
В таблице 3.7 представлены типы и характеристики архивов, которые
сохраняются в контроллере.
Таблица 3.7 - Характеристика архивов контроллера
|
Тип архивов
|
Момент записи информации
|
Время хранения при отключении питания
|
Область хранения
|
Характеристики архивов (количество/глубина)
|
Примечание
|
|
Часовые
|
Один раз по окончании часа
|
600 ч
|
ОЗУ
|
32/96 ч. (4 суток), 4/32 суток, 6/4 суток (№№26...31);
18/46 суток (№№08...25); 8/46 суток (№№00...07)
|
Увеличение глубины за счет: «сцепления» архивов в цепочки
от 2 до 8 шт; расширения часовых архивов (с номерами (00-07) в РПЗУ; с
номерами (08-25) в ОЗУ; с номерами (26-31) не расширяются
|
|
Суточные
|
Один раз по окончании суток
|
Весь срок службы
|
РПЗУ
|
63/1 мес. (31 сутки) 32/2 мес
|
|
|
Месячные
|
Один раз по окончании расчетного месяца
|
|
|
63/12 мес
|
|
|
Архивы интервалов
|
Один раз за заданный интервал. Длительность интервала: 1,
2,…, 12, 15, 20, 30 мин.
|
600 ч
|
ОЗУ
|
12/1440 значений 1/256 значений
|
Для регистрации произвольного параметра. Расширенные, вспомогательные
|
|
Архив событий
|
По мере возникновения
|
|
|
1/1024 значений
|
Нечисловой архив, три различных типа событий с отметкой
даты и времени каждого
|
В таблице 3.8 представлены общие данные о контроллере «ТЭКОН-17».
Таблица 3.8 - Общие данные
|
Основное питание
|
(160-250) В, (45-50) Гц
|
|
Резервное питание
|
(12 ± 2) В
|
|
Потребляемая мощность
|
не более 20 ВА от сети переменного тока; 18 Вт постоянного
тока (без учета питания на внешние устройства)
|
|
Габаритные размеры
|
310 х 225 х 130 мм
|
|
Масса контроллера
|
не более 6,5 кг
|
|
Средняя наработка на отказ
|
не менее 25000 ч
|
|
Средний срок службы
|
не менее 10 лет
|
|
Среднее время восстановления работоспособного состояния
|
не более 4 ч
|
|
Основная приведенная погрешность преобразования параметров
энергоносителя
|
± 0,1 %
|
|
Основная относительная погрешность расчета количества
тепловой энергии и энергоносителя
|
± 0,1 %
|
|
Основная относительная погрешность измерения времени
|
± 0,01 %
|
|
Основная приведенная погрешность формирования сигналов
постоянного тока (0-5), (0-20), (4-20) мА
|
± 0,5 %
|
|
Межповерочный интервал
|
2 года
|
.1.3 Результаты исследований
Учитывая требования технологического процесса котельной установки,
выбираются наиболее важные характеристики сравниваемых программируемых
логических контроллеров, по которым он выбирается. По каждому из вариантов
прорабатывается техническая документация, производится сбор дополнительных
материалов. Вся документация приводится к виду, дающему наиболее полное и
точное представление о комплексах и позволяющему легко проводить сравнение
вариантов по выбранным критериям. Результаты анализа характеристик
программируемых логических контроллеров четырех различных производителей
представлены на листе 2 графического материала проекта и выполнены в виде
таблицы. Из анализа видно, что контроллеры имеют близкие функциональные
возможности, равные технические и эксплуатационные характеристики и даже почти
одинаковые габаритные размеры.
Учитывая критерии оценки и выбора программно-логического контроллера,
поставленной задаче удовлетворяет контроллер «ТЭКОН-17»; он имеет все функции
необходимые для автоматизации котлоагрегата: сбор и обработка технологических
данных, автоматическое регулирование и логическое управление, защита и
блокировка, вычисление и оптимизация, а также контроль, сигнализация,
оперативное управление технологическим процессом с использованием мониторов
операторских станций. Контроллер позволяет подключать требуемую номенклатуру и
количество датчиков, может функционировать в качестве звена интегрированной
автоматизированной системы, обладает достаточным быстродействием, имеет
коммуникационный модуль; а также «ТЭКОН-17» обладает высокой эксплутационной
надежностью, что подтверждено сертификатами (сертификат качества ISO 9001,
сертификат Госстандарта России как средство измерения).
То есть его технические и эксплуатационные характеристики соответствуют
предъявляемым требованиям, а также, по сравнению с зарубежными аналогами, он
имеет более низкую стоимость.
.2 Программное обеспечение контроллера «ТЭКОН-17»
Все контроллеры «ТЭКОН» предоставляют разработчику АСУ ТП возможность
создания прикладных проектов, используя языки технологического программирования
в соответствии с международным стандартом МЭК 61131-3. Среда технологического
программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ ТП,
взаимодействует с базовым программным обеспечением (БПО) контроллера, состав и
функциональные характеристики которого определяются типом контроллера и
выбранной системой программирования.
Программное обеспечение контроллера (лист 7 дипломного проекта) содержит
алгоритмы логического управления горелками, реализации локальных защит и
блокировок, работы авторегуляторов системы управления горелками. Кроме того,
программное обеспечение контроллера поддерживает функцию настроек: конфигурации
системы (в зависимости от числа абонентов сети), регуляторов системы, а также
некоторую оптимизацию логического управления, например, выбор горелок, которые
должны отключаться по защите «разгрузка» и т.п. Настроечные данные хранятся в
энергонезависимой памяти контроллера. Ввод настроечных данных осуществляется с
компьютерного поста управления.
Основной системой программирования для всей линейки контроллеров «ТЭКОН»
является система «ISaGRAF PRO». Загрузка подготовленных прикладных программ в
память контроллера для отладки и выполнения производится по сети Ethernet с
использованием протокола TCP/IP.
Дополнительно «ISaGRAF PRO» позволяет создавать программы на интуитивно
понятном языке потоковых диаграмм (FC). Система программирования «ISaGRAF PRO»
состоит из среды разработки «ISaGRAF PRO Workbench» и среды исполнения (целевой
задачи), предустановленной на контроллере. Среда разработки предоставляет
полный набор средств для визуального интерактивного создания программ,
документирования проектов, архивации, мониторинга проекта, off-line симуляции,
«горячего» редактирования проектов
Доступ ко всем ресурсам контроллера и эффективное выполнение прикладной
программы пользователя обеспечивается системным программным обеспечением (СПО).
Базовым СПО контроллеров «ТЭКОН» является СПО «TeNIX®», включающее ядро
многозадачной операционной системы «Linux» с драйверами и файловой системой, а
также подсистему ввода-вывода, взаимодействующей со встроенным программным
обеспечением модулей ввода-вывода и с БПО. «TeNIX®» имеет удобные встроенные средства
конфигурирования, настройки, диагностики и тестирования ресурсов контроллера.
Начиная с версии 3.0.0. в состав СПО «TeNIX®» включена специальная программа -
«TUNER», обеспечивающая вывод сводной информации о контроллере,
конфигурирование и тестирование контроллера. Программа имеет пользовательский
Web-интерфейс. Доступ к программе «TUNER» осуществляется по протоколу TCP/IP c
помощью любого графического браузера современных операционных систем: «Internet
Explorer», «Opera», «Netscape», «Mozilla», «Konqueror» и так далее,
поддерживающих фреймы.
Связь с системами верхнего уровня осуществляется с использованием
OPC-технологии. «TeconOPC» - универсальное средство доступа к данным в
контроллере со стороны SCADA-систем, которые поддерживают технологию OPC. Сервер
получает данные с контроллеров МФК, МФК3000, ТКМ700, ТКМ410, ТКМ52 и ТЕКОНИК®
(значения каналов ввода-вывода и переменные «ISaGRAF PRO») по сети Ethernet
(протокол TCP/IP), по GPRS-каналу или по модемному соединению. В процессе
работы ведется журнал событий с регистрацией времени подключения и отключения,
нарушений качества передачи данных. Реализована процедура автоматического
восстановления сетевого соединения.
В зависимости от требований, предъявляемых к АСУ ТП и своего
профессионального опыта, разработчик системы может также выбрать для
программирования контроллеров «ТЭКОН» инструментальные средства, входящие в
состав интегрированных пакетов «КРУГ-2000», «Trace Mode», «MasterSCADA»,
«КАСКАД») и ПТК «САРГОН».
.2.1 Дополнительное алгоритмическое обеспечение для среды «ISaGRAF PRO»
«TIL PRO Std» - стандартная библиотека из 36 алгоритмов для «ISaGRAF
PRO», реализованных в виде FBD-блоков. Библиотека предоставляет разработчику
АСУ ТП средства более удобной и быстрой разработки пользовательских приложений.
«TIL PRO Std» содержит аналоговый и импульсный ПИД (П, ПИ, ПД) регуляторы,
алгоритмы ШИМ и интегрально-дифференциального преобразования, алгоритмы
балансировки, фильтрации, сглаживания функции статических и динамических
преобразований, индивидуального и группового управления исполнительными
механизмами, контроля выборки сигналов. Функциональные блоки библиотеки «TIL
PRO Std» служат дополнением к существующим (стандартным) функциям и
функциональным блокам, интегрированным в среду «ISaGRAF PRO».
«TIL PRO COM» - библиотека алгоритмов для организации работы с
COM-портами программируемых контроллеров «ТЭКОН». Применение данной библиотеки
позволяет решить задачи по поддержке различного оборудования, в том числе с
нестандартными протоколами обмена данными. «TIL PRO COM» дает технологическому
программисту удобные средства разработки приложений в тех проектах
автоматизации, где требуется подключить к контроллеру интеллектуальные
устройства - датчики, исполнительные механизмы и приборы учета (теплосчетчики,
электросчетчики, расходомеры), имеющие коммуникационные интерфейсы RS-232 и/или
RS-485. Зная протокол обмена с устройством и используя функции и функциональные
блоки библиотеки «TIL PRO COM», можно реализовать требуемые режимы обмена
данными. При этом разработки специальных драйверов устройств на языках нижнего
уровня (например, «С++») не требуется.
.2.2 Программное обеспечение для операторского интерфейса
«VisiBuilder» - система программирования для интеллектуальной графической
панели оператора V04М. Система «VisiBuilder» представляет собой
инструментальное ПО для персонального компьютера с операционной системой
Windows 98SE/2000/XP. С помощью «VisiBuilder» определяются используемые при
работе протоколы обмена и их параметры, проектируются рабочие и аварийные экраны
и описывается логика обработки входных данных для организации навигации по
экранам. Построенная прикладная программа панели компилируется в исполняемый
код и загружается в V04М. Система «VisiBuilder» поставляется бесплатно.
Рабочее место машиниста - компьютерный пост управления,
программно-технические средства (ПТС) которого позволяют:
вводить настроечные данные в энергонезависимую память управляющего
контроллера (задание конфигурации системы, настройка регуляторов, установка
необходимых опций);
управлять работой горелок (подать команду розжиг/отключение горелки,
взять на себя управление расходом газа и воздуха через горелку и тому
подобное);
отображать состояние процесса в данный момент на мнемосхемах;
обеспечивать регистрацию технологического процесса (аналоговых сигналов,
событий и тому подобное) во времени;
просматривать результаты регистрации в виде графиков и протоколов.
Управляющие команды при реализации вышеуказанных функций подаются
оператором с помощью функциональной клавиатуры, входящей в комплект
компьютерного поста управления. Возможно применение одного поста управления на
два котла. Для повышения надежности компьютерный пост должен быть
продублирован.
.2.3 Прикладное ПО для контроллера «ТЭКОН-17»
.2.3.1 «Журнал учёта»
Программа «Журнал учёта» предназначена для просмотра параметров и
архивных данных контроллера «ТЭКОН-17».
Программа позволяет считывать из контроллера параметры, указанные при
настройке программы, с заданной периодичностью, просматривать текущие и
накопленные отказы контроллера, а также «историю» отказов.
Архивные данные сохраняются на диске компьютера в виде двоичных файлов и
могут быть распечатаны в форме, определяемой пользователем. В программе
заложена возможность работы с часовыми, суточными, месячными архивами.
Программа позволяет вести обмен с контроллером по следующим видам связи:
RS-232;
ИРПС (токовая петля 20 мА, двух- и четырехпроходная);
модем ИСМ-1200 (по выделенной и коммутируемой линии);
а также по коммутируемой линии с помощью Hayes-модема.
Программа поддерживает только традиционный протокол обмена с «ТЭКОН».
Данная программа является бесплатной. Программа работает под управлением
MS-DOS.
.2.3.2 «ТЭКОН-Имена»
Программа «ТЭКОН-Имена» (NameTek.exe) предназначена для записи в
контроллеры «ТЭКОН-10», «ТЭКОН-17» имён архивов, датчиков и трубопроводов. Для
«ТЭКОН-17» предусмотрен режим формирования «рабочего стола». Имена могут быть
записаны в контроллер только через основной интерфейс (RS-232, RS-485, ИРПС).
Через дополнительный интерфейс (МПИ) запись не производится. На рисунке 3.3
представлена экранная форма «Конфигурация ТЭКОН» сделанная в программе
«ТЭКОН-Имена».
Рисунок 3.3 -Экранная форма «Конфигурация ТЭКОН»
Данная программа является бесплатной. Программа работает под управлением
Windows 98, 2000, XP.
.2.3.3 «Пульт»
Программа чтения данных с пульт-регистратора «РИ-10», «РИ-17» (Pult.exe),
предназначена для сохранения на диске компьютера архивной информации, считанной
с регистратора и распечатки её в виде бланков. Форма отчётного бланка
определяется пользователем. На рисунке 3.4 представлена экранная форма
программы «Пульт», а именно «Параметры обмена».
Рисунок 3.4 - Экранная форма «Параметры обмена»
Данные сохраняются на диске в базе данных формата «paradox». Для работы с базой данных
необходимо установить на персональном компьютере утилиту «BDE-администратор»
(Borland Database Engine). Программа «Пульт» является бесплатной. Работает под
управлением операционных систем Windows 98, 2000, XP, Millenium.
3.2.3.4 «Принт-Диалог»
Назначение программы «Принт-Диалог» - сформатировать бланки пользователя
и прошить их в адаптер «ТЭКОН 10АП».
Программа позволяет:
хранить все файлы печати пользователя на ПК пользователя;
создавать, изменять бланки входящие в файл печати,в табличной форме,как
в«MS Excel»;
предварительный просмотр бланка в текстовом виде (DOS кодировке) во время
создания бланка;
записывать файл печати в адаптер принтера «ТЭКОН 10АП» или МУП;
производить текстовую печать из адаптера принтера «ТЭКОН 10АП».
На рисунке 3.5 представлена экранная форма программы «Принт-Диалог».
Рисунок 3.5 - Экранная форма программы «Принт-Диалог»
Программа является бесплатной. Операционная система - Windows 98SE.
.2.3.5 «Hayes-ТЭКОН»
Программа настройки Hayes-модемов для работы с «ТЭКОН».
Программа позволяет настроить контроллеры «ТЭКОН-10» (серии D,
F),«ТЭКОН-17»и hayes-совместимый модем на совместную работу.
Операционная система - Windows 98SE.
.2.3.6 «Диалог-ТЭКОН»
Программа «Диалог-ТЭКОН» предназначена для настройки канала обмена,
скорости обмена, установки вида связи и выбора порта передачи информации с
теплоэнергоконтроллерами «ТЭКОН-10» и «ТЭКОН-17».
На рисунке 3.6 представлена экранная форма «Параметры обмена с «ТЭКОН»».
Рисунок 3.6 - Экранная форма «Параметры обмена с «ТЭКОН»»
Программа выполняет чтение настроек (констант пользователя и список имён)
из контроллера, проверку считанных настроек, и запись новых настроек в «ТЭКОН».
Позволяет выполнить установку и считывание времени, даты с контроллера,
распечатывание карт программирования (конфигурационных данных).
Программа является бесплатной. Операционная система - Windows 98SE,
Windows XP.
.2.3.7 «Телемост»
Программа «Телемост» (ТТМ5.ехе) предназначена для просмотра параметров и
архивных данных контроллера «ТЭКОН-10», «ТЭКОН-17».
Программа позволяет считывать из контроллера параметры, указанные при
настройке программы, с заданной периодичностью, просматривать текущие и
накопленные отказы «ТЭКОН», а также «историю» отказов.
В программе заложена возможность работы с часовыми, суточными, месячными
архивами, а также с расширенным архивом интервалов. Архивные данные
распечатываются в форме, определяемой пользователем.
Программа позволяет вести обмен с «ТЭКОН» по следующим видам связи:
RS-232;
ИРПС (токовая петля 20 мА, двух- и четырехпроводной);
мультиплексор токовой петли (двух- и четырехпроводной);
преобразователь RS-232 в RS-485;
по коммутируемой линии с помощью Hayes-модема.
Программа поддерживает все протоколы обмена с «ТЭКОН». Для «ТЭКОН-17»
предусмотрен обмен через адаптер Can-Bus. Данная программа является бесплатной.
Работает под управлением Windows 98, 2000, XP.
.2.3.8 Программа настройки адаптера Ethernet
Программа (ProgEth.exe) предназначена для записи сетевыхнастроек в
адаптер Ethernet «АЕ-67»через последовательный порт. В адаптер записывается
следующая информация:
МАС адрес устройства ( в шестнадцатеричном виде);
IP адрес устройства, маска подсети, IP адрес шлюза (задаются в десятичном
виде).
Если данный адаптер будет использоваться в системе с обменом через
Can-Bus, то необходимо дополнительно задать скорость обмена по шине Can-Bus (по
умолчанию 300 кБод) и фильтры (сетевой адрес на шине Can) (по умолчанию
устанавливается 00 00). Если адаптер используется в системе с обменом через
RS-232 или RS-485, то дополнительно задаются скорость обмена между адаптером и
контроллером, а также формат посылки и время ожидания ответа от контроллера.
Данная программа позволяет вести реестр запрограммированных адаптеров для
одного или нескольких предприятий, автоматически присваивать МАС-адрес
устройства (общий по всем предприятиям ) и IP-адрес для каждого объекта внутри
предприятия.
Программа является бесплатной. Работает под управлением Windows 98, 2000,
XP.
.3 Разработка функциональной схемы автоматизации
.3.1 Общие данные
Настоящим проектом предусмотрена установка комплекта автоматики для трех
котлов ДЕ -10-14, узлов учета газа котлов и пара вырабатываемого котлами.
Комплект автоматики и система автоматического управления паровым котлом
выполнены на основе шкафа управления ШУК-2М, блока газооборудования БГ-3
производства ЗАО «АМАКС-газ» и комплекта средств КИП.
Система управления предназначена для автоматического управления
оборудованием одногорелочного котла, оснащённого газо-мазутной горелкой и
тягодутьевыми установками.
Серийные программно-технические средства (ПТС), примененные в системе,
позволяют реализовать следующие функции:
автоматический пуск и останов котла;
контроль и защиту по основным технологическим параметрам;
обеспечение нормативных блокировок в процессе управления;
сигнализацию о нарушении технологического процесса и запоминание причин
останова котла;
автоматическое регулирование разрежения в топке котла, поддержание
заданного соотношения топливо-воздух, давления пара и уровня воды в барабане
котла.
Система управления обеспечивает два режима работы:
автоматический (основной режим);
дистанционный (неосновной режим).
Автоматический режим - управление технологическим процессом, контроль и
защита по основным технологическим параметрам, автоматическое регулирование
параметров горения, диагностика случившихся нарушений при розжиге или работе
горелки осуществляется программируемым контроллером согласно заданному
алгоритму управления.
Дистанционный режим - управление технологическим процессом осуществляется
оператором путем воздействия на каждый элемент блока газооборудования БГ-3 при
помощи модуля ручного управления, расположенного на передней двери шкафа.
Функции защит и блокировок при этом осуществляют блоки резервной защиты. При
аварийном отключении котла блоки резервной защиты выдают звуковой и световой
сигнал об аварийном отключении. Диагностику нарушений производит оператор.
В систему котловой автоматики ЗАО ХК «АМАКС» внесены следующие изменения:
измерение расхода газа осуществляется датчиком расхода digitalYEWFLOW с
заменой соответствующего оборудования, предусмотренного типовым проектом ЗАО ХК
«АМАКС»;
измерение расхода пара осуществляется датчиком расхода digitalYEWFLOW с
заменой соответствующего оборудования, предусмотренного типовым проектом ЗАО ХК
«АМАКС»;
управление подачей воздуха и разряжением в топке осуществляется
регулированием частоты вращения двигателя вентилятора и дымососа. Для этого
используются станции управления «Электон-05».
Сигналы с датчиков расхода газа и пара поступают на измерительные
многофункциональные преобразователи Ш9335 (на газ и пар соответственно),
установленные в шкафу ШЭП. Прибор Ш9335 размножает поступающий сигнал на два
идентичных. После размножения сигналы расходов поступают в ШУК-2М и шкаф ШУР-1.
В ШУК-2М сигналы расхода пара и газа участвуют в управлении работой котла, в
ШУР-1 расходы поступают в контроллер «ТЭКОН-17», где происходит приведение
значений расходов к нормальным условиям и их регистрация.
Также проектом предусмотрен учет следующих параметров:
количество вырабатываемого пара каждым котлом;
количество газа потребляемого каждым котлом
Узел учета энергоресурсов состоит из следующих частей:
датчиков температуры, давления, расхода, установленных на соответствующих
трубопроводах;
шкафа учета и регулирования ШУР.
Для измерения расходов газа и пара от каждого котла используются датчики
расхода «digitalYEWFLOW» фирмы «YOKOGAWA» (лист 8
графического материала дипломного проекта). Сигнал от каждого датчика расхода
поступает на прибор Ш9335, установленный в шкафу ШЭП (из состава котловой
автоматики ЗАО ХК «АМАКС»), соответствующего котла. Прибор Ш9335 выполняет
функцию множителя сигналов, поступающих от датчиков расхода. Один сигнал после
размножения по кабелю поступает в шкаф ШУР, другой - в шкаф ШУК-2М (из состава
котловой автоматики ЗАО ХК «АМАКС»). Выходной сигнал датчиков - (4-20) мA.
Датчики расхода устанавливаются в соответствующие трубопроводы, тип
присоединения фланцевый.
Для корректировки значений расходов по давлению, температуре используются
датчики расхода и температуры «Метран-55» и «Метран-203», «Метран-205»
соответственно. Установка датчиков температуры производится в бобышку, на
соответствующем трубопроводе, схема подключения к «ТЭКОН-17» четырехпроходная.
Датчики давления устанавливаются на трубопроводе через отборные устройства с
трехходовым краном, схема подключения к «ТЭКОН-17» двухпроводная.
Сигналы от всех датчиков, поступают в шкаф ШУР, где обрабатываются
теплоэнергоконтроллером «ТЭКОН-17». Теплоэнергоконтроллер «ТЭКОН-17» производит
вычисление, индикацию, архивирование расходов в соответствии с нормами. План расстановки
оборудования приведен на листе 7 графического материала дипломного проекта.
.3.2 Описание функциональной схемы автоматизации
Функциональная схема систем автоматизации технологических процессов
является основным техническим документом, определяющим структуру и характер
систем автоматизации технологических процессов, а также оснащения их приборами
и средствами автоматизации. Функциональная схема автоматизации разработана на
основе принципиальной технологической схемы со структуризацией задачи управления,
на схеме показано все технологическое оборудование, технологические связи,
приборы и средства автоматизации, обозначены их установки (по месту, на щите) и
позиции каждого прибора.
Функциональная схема автоматизации парового котлоагрегата предусматривает
следующие системы:
-система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки
котла;
система автоматического регулирования и контроля питания котла;
система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке
котла;
система автоматического контроля давления;
система автоматического контроля температуры.
Функциональная схема автоматизации котельной установки представлена на
листе 3 графической части дипломного проекта.
Природный газ от ГРУ (газораспределительной установки) поступает в газопровод
1 (Ду100) котельной на УКПГ-8, давление газа составляет 0,03 МПа, температура
около 20 °С. Газ проходит через датчик расхода 5а (Ду80), на основе которого
выполнен узел учета природного газа, поступающего в котельную. Газ в топку
подается через горелку, поджиг газа осуществляется электрозапальником. Для
нормального горения топлива в топку по воздуховоду от вентилятора подается
воздух под давлением (150-120) мм. вод. ст. В барабан котла непрерывно
поступает вода из трубопровода под давлением 1,6 МПа, она проходит водяной
экономайзер, где нагревается до 90 °С. Топливо горит в топке и продукты его
горения проходят по газоходу и отводятся дымососом в атмосферу, температура
этих газов около 150 °С. В верхней части барабана котла образуется насыщенный пар
(давление 1,4 МПа, температура 194 °С), который по паропроводу проходит через
датчик расхода 5б.
Первая система предназначена для местного и дистанционного контроля
давления воздуха в воздуховоде, управления и защиты при низком давлении,
дистанционного управления приводом вентилятора и регулирования давления. Она
состоит из напоромера «НМП-52-М2» (1а), напоромера «ДН-СВ» (1б) и датчика
давления «Метран-100-ДИ-1111».
Чтобы поддерживать в топке требуемое разряжение предусмотрена вторая
система автоматического регулирования разряжения. Она реализуется путем
изменения тяги дымососа, работающего от частотнорегулирующего привода. Прибор
2в - «Метран-100». Прибор 2а (тягонапоромер «ТНМП-52-М2») выполняет функцию
местного контроля параметра и передает сигнал дистанционно. Тягонапоромер
«ДГ-С2» (2б) предназначен для защиты и контроля при низком разряжении в топке.
Контроль наличия факела выполняет система 3 с помощью фотоэлектрического
сигнализатора пламени ФЭСПР-2 (3а) и контрольного электрода 3б, а также обеспечивает
отсечку газа при отсутствии показания факела. Силовой трансформатор ОС33-730
(3в) вырабатывает искру для того, чтобы поджечь запальник.
Чтобы поддерживать процесс горения необходимо соблюдать соотношение
подаваемого в топку газа и подаваемого воздуха, для этого предусмотрена
четвертая система автоматического регулирования газ-воздух. В зависимости от
давления газа подаваемого на горелку измеряемого датчиком «Метран-100-ДИВ-1311»
(4ж) изменяется частота вращения привода вентилятора. Система обеспечивает
местный и дистанционный контроль, защиту при низком давлении газа на горелку.
Предусмотрен дистанционное управление и контроль давления опрессовки, для этого
применяются датчики-реле напора «ДН-40» (4г и 4в) перекрывающие клапан
опрессовки PCV1 при высоком и низком давлении
опрессовки соответственно. Прибор 4д (манометр сигнализирующий «ДМ2010Сг»)
обеспечивает дистанционный и местный контроль давления в продувочном
трубопроводе.
Система 5 представляет собой систему дистанционного контроля и
автоматического регулирования расхода. Применяются датчики расхода «digital YEWFLOW» 5а и 5б, которые установлены на трубопроводах газа и
пара.
Для того чтобы вести коммерческий учет количества сжигаемого газа и
отпущенного к потребителю пара установлены два узла учета. Система 8 позволяет
вести местный и дистанционный контроль параметров газа поступающего от ГРУ
(давление 0,03 МПа).
Датчик расхода 9а («digital YEWFLOW») установлен
на паропроводе котла и осуществляет дистанционную передачу сигнала по расходу в
ШУР, где с помощью контроллера «ТЭКОН-17» происходит вычисление количества
выработанной тепловой энергии, а также предусмотрен дистанционный контроль и
архивирование параметра. Для местного контроля за давлением и температурой
установлены технический манометр МП-4У (9в) и термометр биметаллический ТБ-1
(9б). Термопреобразователь сопротивления «Метран-205» (9г) осуществляет
дистанционную передачу сигнала по температуре в ШУР (шкаф управления и
регулирования), где значение архивируется и контролируется оператором.
Система 6 предназначена для регулирования давления пара в барабане котла.
Датчик-реле давления 6б («ДД-1,6») предназначен для дистанционного контроля,
регулирования и защиты при превышении давления пара установленного значения.
Датчик давления «Метран-100» (6в) установлен на распределительной гребенке.
Для нормальной работы котла необходимо поддерживать определенный уровень
воды в барабане, для этого предусмотрена система автоматического регулирования
7. Датчик перепада давления «Метран-100» (7а) улавливает перепад давления в
уравнительном сосуде СУ-25-Б и дистанционно передает сигнал управления в ШУР
для контроля и автоматического регулирования. Уровень воды в барабане
регулируется путем изменения подачи питательной воды в барабан с помощью
регулирующего клапана PCV4.
Сигнализатор уровня РОС-301 состоит из устройства дистанционной передачи
сигнала с отборным устройством 7б и 7в и реле уровня 7г, которое осуществляет
отключение подачи газа на горение в случае достижения верхнего или нижнего
уровня воды аварийного значения.
На основе функциональной схемы автоматизации разработана схема соединений
внешних электрических проводок (лист 4 графического материала дипломного
проекта).
.4 Система управления котлом
Автоматизированная система управления одногорелочным паровым котлом типа
ДЕ разработана на базе котловой автоматики компании «АМАКС», предназначенной
специально для котлов паро производительностью до 25 т/ч и оборудованных:
газо-мазутной горелкой;
тягодутьевыми установками;
блок газооборудования БГ производства компании «АМАКС».
В комплект системы управления горелками программно-технического комплекса
(ПТК) «АМАКС» входит набор всех необходимых датчиков и приборов, позволяющих
управлять горелкой и контролировать ее работу как дистанционно, так и по месту
ее расположения.
Система управления котла состоит из двух уровней управления:
нижний уровень;
верхний уровень.
Нижний уровень управления выполнен на базе шкафа управления ШУК-2 и
обеспечивает следующие функции:
сбор информации с датчиков защиты и регулирования котла;
защита котла по всем параметрам согласно требований «Правил безопасности
в газовом хозяйстве»;
автоматический пуск и останов котла;
обеспечение нормативных блокировок в процессе управления;
защита от неправильных действий оператора
сигнализацию о нарушении технологического процесса и запоминание причин
останова котла;
автоматическое регулирование разрежения в топке котла, поддержание
заданного соотношения топливо-воздух, давления пара в барабане котла
(температуры воды на выходе из котла)
дистанционное управление электрифицированной арматурой котла;
передача все собранной информации на верхний уровень управления
(автоматизированное рабочее место (АРМ) машиниста).
Верхний уровень управления включает в себя персональный компьютер,
который выполняет функции:
отображение технологического процесса на мнемосхемах и графиках;
регистрации и архивации:
технологических параметров;
действий оператора;
аварийных и предупредительных сообщений.
управление и корректировка процессов розжига и регулирования;
передача информации на общее АСУ предприятия.
При разработке данного АСУ ТП было уделено особое внимание возможности
применения данной системы в регионах с длительным отопительным сезоном и
низкими температурными условиями, когда недопустим простой технологически
исправного котла из-за неисправности системны автоматического розжига. Поэтому
данная система управления имеет несколько режимов работы:
автоматическое управление со второго уровня управление;
автоматическое управление со шкафа ШУК-2;
дистанционное управление со шкафа ШУК-2;
ручное управление со шкафа ШУК-2.
Автоматическое управление со второго уровня управление включает в себя
автоматическое управление технологическим процессом розжига и останова котла,
автоматический контроль и защита по основным технологическим параметрам,
автоматическое регулирование параметров горения, диагностика случившихся
нарушений при розжиге или работе котла, регистрация и архивация всех заданных
параметров, передача информации на общее АСУ предприятия.
Автоматическое управление со шкафа ШУК-2 включает в себя автоматическое
управление технологическим процессом розжига и останова котла, автоматический
контроль и защита по основным технологическим параметрам, автоматическое
регулирование параметров горения, диагностика случившихся нарушений при розжиге
или работе котла. Данный режим применяется при нарушении работы компьютера
верхнего уровня или потери связи с ним.
Дистанционное управление со шкафа ШУК-2 включает в себя дистанционное
управление технологическим процессом розжига котла (оператор сам производит
розжиг горелки со средств управления шкафа ШУК-2), автоматический контроль и
защита по основным технологическим параметрам, автоматическое регулирование
параметров горения, диагностика случившихся нарушений при розжиге или работе
котла. Данный режим применяется при нарушении работы отдельных датчиков или
исполнительных механизмов системы автоматического розжига.
Ручное управление со шкафа ШУК-2 включает в себя дистанционное управление
технологическим процессом розжига котла (оператор сам производит розжиг горелки
со средств управления шкафа ШУК-2), автоматический контроль и защита по
основным технологическим параметрам, дистанционное поддержание параметров
горения (оператор самостоятельно поддерживает необходимые параметры со средств
управления шкафа ШУК-2). Данный режим применяется при нарушении работы или
отказе контроллера шкафа ШУК-2.
Так же в данной системе управления для повышения надежности и
безопасности эксплуатации котла применена резервная схема безопасности,
обеспечивающая все требуемые защиты и блокировки при розжиге и работе котла.
Эта схема выполнена отдельным электронным блоком (установленным в шкафе ШУК-2м)
и работает, не зависимо от основного контроллера. Применение данной схемы
позволило обеспечить режим ручного управления со шкафа ШУК-2 полным набором
защит и блокировок, согласно действующим правилам.
В стандартный комплект поставки включено следующее оборудование:
блок газооборудования БГ;
шкаф управления ШУК-2м;
шкаф электропитания;
исполнительные механизмы (МЭО) регуляторов;
набор всех необходимых контрольно-измерительных измерительных приборов и
датчиков.
Система управления построена по принципам высокой «живучести»: потеря
управления от контроллера не приводит к отключению горелки, так как остаются
дублирующие функции защит, реализованные непосредственно в ШУК-2. Управление
горелкой в этом случае осуществляется оператором по месту с помощью органов
управления, расположенных на двери шкафа ШУК-2. Управляющий контроллер построен
по принципам, обеспечивающим высокую «живучесть», то есть центральный
управляющий блок и блок ввода сигналов продублированы. В случаях неисправности
контроллера максимально возможный урон - потеря управления одной горелкой.
Замена неисправного блока производится без отключения контроллера.
.4.1 Функциональные возможности ПТК «АМАКС»
Система управления горелками ПТК «АМАКС» позволяет реализовать следующие
функции:
автоматический (от нажатия пусковой кнопки), а при необходимости ручной
(по месту) розжиг/отключение газовой части горелки;
автоматическое отключение горелки при нарушении технологического процесса
при ее розжиге или работе;
автоматическое отключение всех горелок (по команде из существующих схем
защит) при нарушении технологического процесса работы котла;
автоматическое отключение или снижение мощности части горелок по команде
«Разгрузка» из существующих схем защит;
автоматическое, дистанционное и местное управление мощностью каждой
газовой горелки индивидуально (погорелочное управление мощностью);
автоматическое, дистанционное и местное регулирование соотношения
давлений «газ - воздух» перед каждой горелкой индивидуально (погорелочное
управление качеством сжигания топлива);
возможность разделения горелок на группы и дистанционное управление
мощностью групп горелок в топке (дистанционное управление мощностью ведущей
горелки в группе и автоматическое отслеживание ее мощности ведомыми горелками
группы);
дистанционное и автоматическое (от управляющих импульсов существующего на
котле регулятора нагрузки) управление мощностью топки (при наличии одной
ведущей горелки в топке);
сохранение возможности управления мощностью по старой технологии
(индивидуальные регуляторы расхода газа и воздуха на горелку полностью открыты,
а расход газа и воздуха изменяется существующими регуляторами);
возможность автоматического перераспределения мощности горелок по объему
топки для исключения локальных перегревов;
при многоярусном расположении горелок возможность снижения содержания NОх
в дымовых газах путем различной настройки качества сжигания топлива в горелках
верхнего и нижнего ярусов;
возможность перевода горелки на резервное топливо и обратно как с
отключением ее на время перевода, так и без отключения;
автоматическое и дистанционное регулирование заданного давления газа в
газопроводе котла (необходимо регулировать при розжиге горелок в случаях, когда
давление газа с ГРУ более 0,8 кгс/см2);
отображение текущего процесса работы горелок на мнемосхемах (положение
регулирующих органов, положение арматуры газовых блоков, значения измеряемых
параметров и тому подобное);
регистрацию измеряемых технологических параметров во времени (давление
газа, давление воздуха) каждой горелки;
регистрацию во времени событий (плановых отключений горелок, аварийных
отключений с указанием причины отключения и тому подобное) протекающего
технологического процесса.
.5 Программное обеспечение для АСУ ТП
Для создания автоматизированных технологических процессов существуют и
успешно применяются пакеты, называемые в технической литературе
SCADA-программами (Supervisory Control and Data Acquisition - диспетчерское
управление и сбор данных). Эти программы позволяют обеспечить двустороннюю
связь в реальном времени с объектом управления и контроля, визуализацию
информации на экране монитора в любом удобном для оператора виде, контроль
нештатных ситуаций, организацию удаленного доступа, хранение и обработку
информации. SCADA-пакеты обеспечивают гибкость системы, поддерживают
распределенную архитектуру, возможность разработки драйверов, масштабируемость,
резервируемость, поддержку специализированных языков программирования.
Для разработки автоматизированного рабочего места диспетчера котельной
установки на УКПГ-8 используется SCADA-пакет «Trace Mode v.6».
«Trace Mode» - это программный комплекс, предназначенный для
разработки и запуска в реальном масштабе времени распределенных АСУ ТП и
решения ряда задач управления предприятием (АСУП) [10].
Функции системы «Trace Mode»:
сбор текущей информации о работе оборудования с датчиков и контроллеров;
первичное преобразование собранной информации;
сохранение текущей информации;
представление текущей и хранящейся информации в виде гистограмм, таблиц,
графиков и тому подобное;
печать отчетов и протоколов о работе оборудования;
передача и ввод в устройства управления команд оператора;
использование текущей информации для решения задач пользователя;
организация связи с устройствами, подключенными к информационной сети.
«Trace Mode» обладает всеми достоинствами современного
SCADA-пакета. Отличительными особенностями системы являются низкая стоимость,
совместимость с контроллерами отечественного производства и полное
сопровождение на русском языке. Можно перемещаться по разделам проекта,
создавая и редактируя отдельные элементы и приложения (тренды, архивы, тревоги,
доступ, база данных реального времени и другие). Интерфейс оператора - русский.
Возможна связь с информационной системой предприятия (прямое считывание и
запись данных в базы на сервере), при этом дополнительных технических и
программных средств не требуется. Важной особенностью является встроенный язык
программирования - «Microsoft Visual Basic».
Состав SCADA-системы содержит три компонента и представлена на рисунке
3.7.
Компоненты системы SCADA:
удаленные терминалы RTU (Remote Terminal Units) - датчики состояния оборудования, исполнительные
устройства и программируемые логические контроллеры (ПЛК), обеспечивающие
управление оборудованием в реальном времени;
Рисунок 3.7 - Состав системы SCADA
главный терминал MTU (Master Terminal Unit) или диспетчерский пункт управления, осуществляющий
обработку данных о процессе для диспетчера и преобразование команд диспетчера в
сигналы управления объектом;
коммуникационная система CS (Communication System) - канал связи главного и удаленных терминалов.
Диспетчер следит за ходом технологического процесса с помощью мнемосхемы
отображающейся на экране компьютера. Мнемосхема работы одного из котлов ДЕ
10-14 представлена на рисунке 3.8.
Системы верхнего и нижнего уровней управления соединяются между собой с
помощью проводной промышленной сети Ethernet 10BaseT по портам ввода/вывода
типа COM.
Технология Ethernet 10BaseT характеризуется:
возможностью подключения до 1024 абонентов;
скоростью передачи данных 100 Мбит/с;
возможностью построения сетей с различной топологией;
возможностью построения сетей повышенной надежности (кольцевая шина с
парированием единичного отказа).
Рисунок 3.8 - Мнемосхема котлоагрегата
4. Расчет технико-экономических показателей
.1 Экономическая целесообразность автоматизации котельной установки
Автоматизированные системы управления и регулирования являются
неотъемлемой частью технологического оснащения современного производства,
способствуют повышению и качества продукции и улучшают экономические показатели
производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических режимов.
Автоматизация процесса снижает аварийность на производстве, так как
автоматические регуляторы эффективнее справляются с отклоняющими параметрами,
повышает КПД. Автоматизация процесса производства пара приводит к улучшению
основных показателей экономической эффективности производства: снижению
себестоимости продукции, увеличению качества выхода продукции за счет более
точного соблюдения технологического режима.
После внедрения автоматизации на котельном агрегате сократился объем
сжигаемого топлива, которым является газ. За счет внедрения автоматизации
уменьшилась численность рабочего персонала, в результате чего повысилась
экономия заработной платы; увеличился коэффициент использования мощности;
повысилась надежность работы оборудования; уменьшились сроки окупаемости
капитальных затрат.
Таким образом, мероприятие по внедрению автоматизации способствует
интенсификации производства, дает существенный экономический эффект.
4.2 Исходные данные для расчета экономической эффективности
Для расчета технико-экономических показателей взяты следующие исходные
данные:
стоимость газа - 1800 р за 1000 м3;
стоимость электроэнергии - 1,1 р за 1 кВт/ч;
производительность котельной - 30 тонн пара в час;
оклад оператора котельной на УКПГ-8 - 4800 р;
амортизация оборудования - 15 % от стоимости оборудования;
текущий ремонт - 3 % от стоимости оборудования;
премия - 40 % от оклада;
районный коэффициент - 15 % от оклада.
В таблице 4.1 представлена спецификация устанавливаемого оборудования,
КИП и А, монтажных материалов и работ.
Таблица 4.1 - Спецификация устанавливаемого оборудования
|
Наименование
|
Тип
|
Ед. изм.
|
Кол-во
|
|
Микроконтроллер
|
ТЭКОН-17
|
шт.
|
3
|
|
Станция управления МЭО
|
Электрон-05
|
шт.
|
6
|
|
Датчик расхода
|
digitalYEWFLOW
|
шт.
|
6
|
|
Напоромер
|
ДН-С2
|
шт.
|
6
|
|
Тягонапоромер
|
ДГ-С2
|
шт.
|
3
|
|
Шкаф микропроцессорный
|
ШУК-2
|
шт.
|
3
|
|
Шкаф электропитания
|
ШЭП
|
шт.
|
3
|
|
Датчик-реле давления
|
ДРД-2
|
шт.
|
3
|
|
Датчик-реле напора
|
ДН-40
|
шт.
|
9
|
|
Напоромер
|
НПМ-52-М2
|
шт.
|
3
|
|
Манометр точных измерений
|
МТИ-1218-1,0
|
шт.
|
3
|
|
Манометр сигнализирующий
|
ДМ2010Сг
|
шт.
|
3
|
|
Манометр технический
|
МП-5У
|
шт.
|
9
|
|
Манометр технический
|
МП-4У
|
шт.
|
6
|
|
Термопреобразователь сопротивления
|
Метран-205
|
шт.
|
3
|
|
Термопреобразователь сопротивления
|
Метран-203
|
шт.
|
3
|
|
Термометр биметаллический прямой
|
ТБ-1
|
шт.
|
12
|
|
Датчик давления
|
Метран-55
|
шт.
|
6
|
|
Сигнализатор уровня
|
РОС-301
|
шт.
|
3
|
|
Сосуд уровнительный
|
СУ-25-Б
|
шт.
|
3
|
|
Вентиль запорный
|
15с11п
|
шт.
|
6
|
|
Вентиль
|
588-10-0
|
шт.
|
24
|
|
Датчик избыточного давления
|
Метран-100-ДИ
|
шт.
|
6
|
|
Датчик разности давлений
|
Метран-100-ДД
|
шт.
|
3
|
|
Датчик-реле давления
|
ДРД-1,6
|
шт.
|
3
|
|
Тягонапоромер
|
ТНМП-52-М2
|
шт.
|
6
|
|
Термометр манометрический
|
ТГП-100 Эк-М1
|
шт.
|
6
|
|
Датчик давления-разряжения
|
Метран-100-ДИВ
|
шт.
|
3
|
|
Выносное индикаторное устройство для датчиков «Метран» с МП
преобразователем
|
ВИ
|
шт.
|
6
|
|
Фотоэлектродный сигнализатор пламени
|
ФЭСП-2Р
|
шт.
|
3
|
|
Трансформатор
|
ОСЗЗ-730
|
шт.
|
3
|
|
Механизм исполнительный
|
МЭО-250/63-0,25У-99К
|
шт.
|
6
|
|
Механизм исполнительный
|
МЭО-40/63-0,25У-94
|
шт.
|
6
|
|
Пускатель бесконтактный реверсивный
|
ПБР-23
|
шт.
|
6
|
|
Пускатель бесконтактный реверсивный
|
ПБР-33
|
шт.
|
6
|
|
Блок питания четырехканальный
|
БП96/36-4/800DIN
|
шт.
|
9
|
|
Сирена
|
Свирель-220
|
шт.
|
6
|
|
Кабель
|
КВПЭФ
|
м.
|
60
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 5х1,5
|
м.
|
460
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 7х1,5
|
м.
|
80
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 10х1,5
|
м.
|
70
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 14х1,5
|
м.
|
50
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 5х1,5
|
м.
|
260
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 7х1,5
|
м.
|
80
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 10х1,5
|
м.
|
40
|
|
Провод соединительный
|
ПВ 3х1,0
|
м.
|
750
|
|
Провод заземляющий
|
П-550
|
м.
|
60
|
|
Металлорукав
|
РЗ-Ц-Х Ду10
|
м.
|
50
|
|
Металлорукав
|
РЗ-Ц-Х Ду15
|
м.
|
50
|
|
Отборное устройство угловое местного отбора с трехходовым
краном
|
1,6-70-Ст20-МУ
|
шт.
|
8
|
|
Отборное устройство угловое местного отбора с трехходовым
краном
|
1,6-225-Ст20-МУ
|
шт.
|
10
|
|
Бобышка прямая
|
БП1 М20х1,5-55 УХЛЗ
|
шт.
|
11
|
|
Бобышка скошенная
|
БС1 М20х1,5-115 УХЛЗ
|
шт.
|
1
|
|
Клапан отсечной
|
КЗГЭМ-У-15
|
шт.
|
9
|
|
Клапан отсечной
|
КПЗ-100
|
шт.
|
6
|
|
Коробка соединительная
|
КЗНС-16
|
шт.
|
15
|
|
Металлический лоток
|
Л-200-2 У2
|
шт.
|
60
|
|
Швеллер перфорированный
|
ШП60х35 У1
|
шт.
|
50
|
.3 Расчет затрат на электроэнергию
Расходы на электроэнергию, потребляемую котельной вычисляются по формуле
[15]:
где Нэ - норма расхода электроэнергии на единицу продукции или
сырья, кВт/ч;
Цэ - цена 1 кВт/ч электроэнергии, р;
А - годовой выпуск продукции, Гкал.
Данные по потреблению электроэнергии для производства единицы продукции
(1 Гкал) взяты на предприятии ОАО «Надымгазпром».
Стоимость электроэнергии в базовом и в проектируемом вариантах приведена
в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Стоимость электроэнергии
|
Базовый вариант, р
|
Проектируемый вариант, р
|
|
3364891,2
|
3196646,6
|
Зная годовой выпуск тепла и стоимость 1 кВт электроэнергии,
рассчитываются расходы для базового варианта:
р
Внедрение автоматизированной технологии предусматривает установку
электрического оборудования, потребляющего меньшую мощность нежели при базовом
варианте, а также применена технология частотного регулирования приводов
вентиляторов и дымососов.
Поэтому для проектируемого варианта:
р
Экономия на электроэнергии составит:
р
.4 Капитальные вложения
Капитальные вложения на создание автоматизированной котельной установки
для базового и проектируемого варианта приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Капитальные вложения
|
Наименование
|
Стоимость, р
|
|
Базовый вариант
|
Проектируемый вариант
|
|
Стоимость всего оборудования котельной
|
43500000
|
44941273
|
Капитальные вложения для базового варианта взяты с ОАО «Надымгазпром». Стоимость
дополнительного оборудования, монтажных, демонтажных и пуско-наладочных работ
для проектного варианта приведены в таблице 4.4.
Таблица 4.4 - Стоимость дополнительного оборудования
|
Наименование
|
Тип
|
Ед. изм.
|
Кол-во
|
Ст-ть ед., р
|
Общая ст-ть, р
|
|
Микроконтроллер
|
«ТЭКОН-17»
|
шт.
|
3
|
20500
|
61500
|
|
Станция управления МЭО
|
«Электрон-05»
|
шт.
|
6
|
11000
|
66000
|
|
Датчик расхода
|
«digitalYEWFLOW»
|
шт.
|
6
|
26678
|
160068
|
|
Напоромер
|
ДН-С2
|
шт.
|
6
|
2775
|
16650
|
|
Тягонапоромер
|
ДГ-С2
|
шт.
|
3
|
3950
|
11850
|
|
Шкаф микропроцессорный
|
ШУК-2
|
шт.
|
3
|
40000
|
120000
|
|
Шкаф электропитания
|
ШЭП
|
шт.
|
3
|
3400
|
10200
|
|
Датчик-реле давления
|
ДРД-2
|
шт.
|
3
|
2531
|
7593
|
|
Датчик-реле напора
|
ДН-40
|
шт.
|
9
|
2100
|
18900
|
|
Напоромер
|
НПМ-52-М2
|
шт.
|
3
|
2775
|
8325
|
|
Манометр точных измерений
|
МТИ-1218-1,0
|
шт.
|
3
|
1100
|
3300
|
|
Манометр сигнализирующий
|
ДМ2010Сг
|
шт.
|
3
|
1500
|
4500
|
|
Манометр технический
|
МП-5У
|
шт.
|
9
|
540
|
4860
|
|
Манометр технический
|
МП-4У
|
шт.
|
6
|
436
|
2616
|
|
Термопреобразователь сопротивления
|
«Метран-205»
|
шт.
|
3
|
1250
|
3750
|
|
Термопреобразователь сопротивления
|
«Метран-203»
|
шт.
|
3
|
1400
|
4200
|
|
Термометр биметаллический прямой
|
ТБ-1
|
шт.
|
12
|
390
|
4680
|
|
Датчик давления
|
«Метран-55»
|
шт.
|
6
|
3500
|
21000
|
|
Сигнализатор уровня
|
«РОС-301»
|
шт.
|
3
|
2100
|
6300
|
|
Сосуд уровнительный
|
СУ-25-Б
|
шт.
|
3
|
1620
|
4860
|
|
Вентиль запорный
|
15с11п
|
шт.
|
6
|
1200
|
7200
|
|
Вентиль
|
588-10-0
|
шт.
|
24
|
680
|
16320
|
|
Датчик избыточного давления
|
«Метран-100-ДИ»
|
шт.
|
6
|
10000
|
60000
|
|
Датчик разности давлений
|
«Метран-100-ДД»
|
шт.
|
3
|
16000
|
48000
|
|
Датчик-реле давления
|
ДРД-1,6
|
шт.
|
3
|
2071
|
6213
|
|
Тягонапоромер
|
ТНМП-52-М2
|
шт.
|
6
|
2775
|
16650
|
|
Термометр манометрический
|
ТГП-100 Эк-М1
|
шт.
|
6
|
2200
|
13200
|
|
Стойка с приборами
|
СП-4
|
шт.
|
3
|
2600
|
7800
|
|
Датчик давления-разряжения
|
«Метран-100-ДИВ»
|
шт.
|
3
|
12500
|
37500
|
|
Выносное индикаторное устройство для датчиков «Метран» с МП
преобразователем
|
ВИ
|
шт.
|
6
|
850
|
5100
|
|
Фотоэлектродный сигнализатор пламени
|
ФЭСП-2Р
|
шт.
|
3
|
1550
|
4650
|
|
Трансформатор
|
ОСЗЗ-730
|
шт.
|
3
|
380
|
1140
|
|
Механизм исполнительный
|
МЭО-250/63-0,25У-99К
|
шт.
|
6
|
16100
|
96600
|
|
Механизм исполнительный
|
МЭО-40/63-0,25У-94
|
шт.
|
6
|
5200
|
31200
|
|
Пускатель бесконтактный реверсивный
|
ПБР-23
|
шт.
|
6
|
5580
|
33480
|
|
Пускатель бесконтактный реверсивный
|
ПБР-33
|
шт.
|
6
|
5700
|
34200
|
|
Блок питания четырехканальный
|
БП96/36-4/800DIN
|
шт.
|
9
|
2610
|
23490
|
|
Сирена
|
«Свирель-220»
|
шт.
|
6
|
580
|
3480
|
|
Кабель
|
КВПЭФ
|
м.
|
60
|
17
|
1020
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 5х1,5
|
м.
|
460
|
28,2
|
12972
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 7х1,5
|
м.
|
80
|
34
|
2720
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 10х1,5
|
м.
|
70
|
40,8
|
2856
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГ 14х1,5
|
м.
|
50
|
43,5
|
2175
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 5х1,5
|
м.
|
260
|
29,3
|
7618
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 7х1,5
|
м.
|
80
|
35,2
|
2816
|
|
Кабель контрольный
|
КВВГЭ 10х1,5
|
м.
|
40
|
42,6
|
1704
|
|
Провод соединительный
|
ПВ 3х1,0
|
м.
|
750
|
1,9
|
1425
|
|
Провод заземляющий
|
П-550
|
м.
|
60
|
25,4
|
1524
|
|
Металлорукав
|
РЗ-Ц-Х Ду10
|
м.
|
50
|
10,48
|
524
|
|
Металлорукав
|
РЗ-Ц-Х Ду15
|
м.
|
50
|
13,63
|
682
|
|
Отборное устройство угловое
|
1,6-70-Ст20-МУ
|
шт.
|
8
|
68
|
544
|
|
Отборное устройство угловое местного отбора с трехходовым
краном
|
1,6-225-Ст20-МУ
|
шт.
|
10
|
85
|
850
|
|
Бобышка прямая
|
БП1 М20х1,5-55 УХЛЗ
|
шт.
|
50
|
600
|
|
Бобышка скошенная
|
БС1 М20х1,5-115
|
шт.
|
3
|
56
|
168
|
|
Клапан отсечной
|
КЗГЭМ-У-15
|
шт.
|
9
|
1239
|
11151
|
|
Клапан отсечной
|
ПКН-100
|
шт.
|
6
|
15520
|
93120
|
|
Коробка соединительная
|
КЗНС-16
|
шт.
|
15
|
45
|
675
|
|
Металлический лоток
|
Л-200-2 У2
|
шт.
|
60
|
125
|
7500
|
|
Швеллер перфорированный
|
ШП60х35 У1
|
шт.
|
50
|
101
|
5050
|
|
Монтаж оборудования
|
-
|
-
|
-
|
-
|
216050
|
|
Демонтаж оборудования
|
-
|
-
|
-
|
-
|
22900
|
|
Пуско-наладочные работы
|
-
|
-
|
-
|
-
|
57254
|
|
Итого
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1441273
|
|
|
|
|
|
|
|
Капитальные вложения для проектного варианта вычисляются по формуле [15]:
(2)
где К - капитальные вложения, р;
Сб - себестоимость всего оборудования при базовом варианте, р;
Спр - себестоимость всего оборудования при проектном варианте,
р.
р
.5 Расчет расходов по содержанию и эксплуатации оборудования
Результаты расчетов по определению расходов на содержанию и эксплуатацию
оборудования приведены в таблице 4.5.
Амортизация оборудования принимается 15 % от стоимости всего оборудования
и составит:
р - при базовом варианте;
Таблица 4.5- Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования
|
Наименование
|
Стоимость, р
|
|
Базовый вариант
|
Проектный вариант
|
|
Амортизация оборудования, 15 % от стоимости оборудования
|
6525000,0
|
6741190,9
|
|
Расходы на эксплуатацию, 2,5 % от стоимости оборудования
|
1087500,0
|
679687,5
|
|
Текущий ремонт, 3 % от стоимости оборудования
|
1305000,0
|
815625,0
|
|
Затраты на газ
|
7190553,6
|
5536726,3
|
|
Прочие расходы
|
644322,1
|
550929,2
|
|
Итого
|
16752375,7
|
14324158,9
|
р - при проектном варианте.
Расходы на эксплуатацию оборудования определяются как 2,5 % от стоимости
оборудования. Для базисного варианта составят:
р
Для проектного варианта значения принимаются на основании данных по
предприятию ОАО «Надымгазпром».
Затраты на текущий ремонт рассчитываются как 3 % от стоимости
оборудования и для базового варианта составят:
р
Затраты на газ для базового варианта составляют [16]:
(3)
где ЦГ - стоимость газа за 1000 м3;
СГ - суточный расход газа, м3.
р.
После внедрения новой технологии у котлов на УКПГ-8 КПД повысился с 91,5
% до 95 %, так как проектный вариант предусматривает внедрение системы
автоматического регулирования «газ-воздух», которая стабилизирует коэффициент
избытка воздуха. Это позволило увеличить химическую полноту сгорания газа в
топке и как следствие сократить потери тепла.
В результате расход газа сократился на 23 % (исходя из сопоставления
архивных данных самописцев и данных, считанных из контроллера ТЭКОН-17).
р
р
Прочие расходы принимаются в размере 4 % от суммы всех предыдущих затрат
и для базового варианта составят:
р
Для проектного варианта:
р
Таким образом, после автоматизации котельной экономия на оборудование
составила:
р.
.6 Расчет фонда оплаты труда
При базовом варианте производственный персонал составлял 6 человек при
сменном графике работы - 2 человека в смену (по данным ОАО «Надымгазпром»).
Согласно «Правила эксплуатации сосудов работающих под давлением» котельные
агрегаты снабженные автоматизированной системой управления может обслуживать
один оператор. То есть численность сократится на 50 % и составит 3 человека.
Оклад оператора за один месяц составляет 4800 рублей, районный
коэффициент - 15 %, премия - 40 % от оклада.
Годовой расчет фонда оплаты труда приведен в таблице 4.6.
Таблица 4.6- Годовой расчет фонда оплаты труда
|
Наименование выплат и отчислений
|
Базовый вариант, р
|
Проектный вариант, р
|
|
Оклад
|
345600
|
172800
|
|
Районный коэффициент, 15 %
|
51840
|
25920
|
|
Премия, 40 %
|
138240
|
69120
|
|
Отчисления на социальные нужды, 24 %
|
82944
|
41472
|
|
Итого
|
618624
|
309312
|
Оклад при базовом варианте составляет:
р
Оклад при проектном варианте составляет:
р
Районный коэффициент при базовом варианте составляет:
р
При проектном варианте:
р
Премия при базовом варианте:
р
Премия при проектном варианте:
р
Отчисления на социальные нужды в размере 24 % при базовом варианте
составляют:
р
При проектном варианте:
р
Таким образом, после автоматизации котельной установки экономия на
заработной плате за год составит:
р
.7 Калькуляция себестоимости
Калькуляция себестоимости - это исчисления затрат на производство единицы
продукции. Затраты на производство единицы продукции приведены в таблице 4.7.
Срок окупаемости капитальных вложений рассчитывается по формуле [16]:
(4)
где С1, С2 - себестоимость единицы продукции до и
после внедрения;
Таблица 4.7- Плановая смета расходов
|
Статья затрат
|
Варианты
|
Экономия, р
|
|
Базовый вариант
|
Проектный вариант
|
|
|
Расходы на содержание и эксплуатацию, р
|
16752375,7
|
14324158,9
|
2428216,8
|
|
Расчет фонда оплаты труда, включая социальный налог, р
|
618624
|
309312
|
309312
|
|
Итого
|
17370999,7
|
14633470,9
|
2737528,8
|
Годовая экономия составляет 2737528,8 рублей.
Срок окупаемости составляет:
лет
.8 Технико-экономические показатели
Результаты расчета технико-экономических показателей приведены в таблице
4.8 (лист 9 графического материала дипломного проекта).
Таблица 4.8 - Технико-экономические показатели
|
Наименование
|
Ед. изм.
|
Варианты
|
|
Капитальные вложения
|
р
|
43500000
|
44941273
|
|
Расходы на электроэнергию
|
р
|
3364891,2
|
3196646,6
|
|
Затраты на производство:
|
|
|
|
|
- расходы по содержанию и эксплуатации оборудования;
|
р
|
16752375,7
|
14324158,9
|
|
- расчет фонда оплаты труда, включая социальный налог
|
р
|
618624,0
|
309312,0
|
|
Годовой экономический эффект
|
р
|
-
|
2737528,8
|
|
Срок окупаемости капитальных вложений
|
лет
|
-
|
0,6
|
5. Безопасность труда
Государственный стандарт определяет условия труда как «совокупность
факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и
работоспособность человека в процессе труда».
Данный раздел посвящен оценке условий труда и выработке мероприятий по их
улучшению.
.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда
Организация и оценка рабочего места диспетчера с ПЭВМ в помещении
диспетчерского пункта осуществляется в соответствии с требованиями СанПиН
2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы».
Персональный компьютер расположен в помещении площадью 12 м2.
Рабочее место имеет следующие параметры: высота рабочего стола составляет 725
мм, ширина 1200 мм и глубина 1000 мм; рабочий стол имеет пространство для ног
высотой 650 мм, шириной 600 мм, глубиной 650 мм. Конструкция рабочего стола
обеспечивает оптимальное размещение на рабочей поверхности стола используемого
оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера
выполняемой работы. Рабочий стул (кресло) является подъемно-поворотным и
регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки. А также расстоянию
спинки от переднего края сиденья. Конструкция его обеспечивает:
ширину и глубину поверхности сиденья не менее 400 мм;
поверхность сиденья с закругленными передним краем;
регулировку высоты сиденья в пределах 350 - 600 мм;
высоту опорной поверхности спинки около 400 мм, ширину - 350 мм;
угол наклона спинки в пределах (0 - 30) °;
стационарные подлокотники длиной 300 мм;
поддержание рациональной рабочей позы.
Поверхность сиденья и спинки стула полумягкая, с неэлектризующимся и
воздухонепроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений.
Основные параметры стола и стула для оператора ЭВМ полностью удовлетворяют
стандартам. Экран монитора находится от глаз пользователя на расстоянии 600 мм.
Компьютер в полной мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к
электронно-вычислительной машине. Жидкокристаллический монитор фиксирован в
заданном положении для обеспечения фронтального наблюдения. Корпус ПЭВМ,
клавиатура и другие устройства ПЭВМ имеют матовую поверхность одного цвета и не
имеют блестящих деталей, способных создавать блики. Частота обновления
изображения должна составляет не менее 60 Гц для дискретных экранов. Клавиатура
располагается на поверхности стола на расстоянии (100-300) мм от края.
Поверхность пола в помещении удобная для очистки и влажной уборки,
которая проводится ежедневно. Для внутренней отделки помещения использованы
диффузно-отражающие или полимерные материалы, разрешенные для применения
органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.
В помещении предусмотрено естественное и искусственное освещение в
соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Естественное освещение осуществляется
через два окна. Площадь оконного проема 2,5 кв. м. Естественный свет от
световых проемов падает слева, ен = 1 % и еф = 0,8 % .
Оконные проемы в помещении оборудованы жалюзи. Искусственное освещение
представляет собой четыре люминесцентные лампы типа ЛБ по 65 Вт при этом Ен
= 300 лк и Еф = 360 лк. Для обеспечения нормируемых значений
освещенности следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже
двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.
Первичные средства пожаротушения (огнетушитель ОП-10, ящик с песком)
размещены в местах, согласованных с местной пожарной охраной. К ним обеспечен
свободный доступ.
В холодный период года температура воздуха равна 20 °С, относительная
влажность составляет (40-50) %, скорость движения воздуха не более 0,2 м/с. В
теплый период года температура воздуха в помещение равна 29 °С относительная
влажность - 45 %, скорость движения воздуха 0,3 м/с. Содержание вредных
химических веществ в воздухе не превышает среднесуточной концентрации для
атмосферного воздуха. Микроклимат помещения в теплый период не удовлетворяет
оптимальным нормам микроклимата для помещений с видео дисплейными терминалами и
ПЭВМ в соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.
При выполнении основной работы на ПЭВМ уровень шума на рабочем месте
составляет не более 20 дБА (при допустимой норме 50 дБА). Уровень вибрации в
помещении не превышает допустимых норм.
Данное помещение не удовлетворяет требованиям СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.
Поэтому в помещении необходимо установить Сплит-систему для кондиционирования
помещения, как эффективное средство улучшений условий труда. С ее помощью из
помещения удаляется загрязненный пылью воздух, а также избытки тепла, паров
воды. Взамен загрязненного воздуха в помещение подается чистый наружный воздух.
Величина физической нагрузки: общая, выполняемая мышцами корпуса и ног за
смену (работа диспетчера не предусматривает большой физической нагрузки) до
42000 кгс/м; региональная, выполняемая мышцами плечевого пояса за смену до
21000 кгс/м; рабочая поза, рабочее место (поза несвободная (сидя) до 25 %
рабочего времени рабочий находится в наклонном положении под углом до 30º).
Величина нервно -
психической нагрузки: длительность сосредоточенного наблюдения снизилась с 30
до 20 % от рабочего времени за смену; число важных объектов наблюдения
уменьшилось с 8 до 4; количество движений в час до 250; количество сигналов в
час до 75. Напряжение зрения: размер объекта, различения более 5,0 мм; точность
зрительных работ малой точности; разряд зрительных работ VI. Монотонность: число приёмов
(элементов и операций) более 10; длительность повторяющихся операций (31 - 100)
минут.
Продолжительность обеденного перерыва составляет 60 минут.
Продолжительность непрерывной работы без регламентированного перерыва не
превышает 2 часов. Время регламентированного перерыва составляет 15 мин после 2
часов непрерывной работы при норме не менее 15 мин после 2 часов непрерывной
работы.
.2 Расчет тяжести труда диспетчера и ее интегральная оценка
Расчет тяжести труда проводится для наиболее неблагоприятных условий. Для
этого проводим оценку условий труда в баллах до и после внедрения мероприятий.
Результаты оценки целесообразно привести в виде таблицы.
Определяем интегральную оценку тяжести до и после внедрения мероприятий
по формуле [17]:
UТ =
, (5)
где UТ - интегральный показатель категории тяжести в баллах;
Xmax - элемент условий труда на рабочем месте, имеющий наибольший
балл;
- сумма количественной оценки в баллах значимых элементов
условий труда без Хmax
n -
количество элементов условий труда;
- число, введённое для удобства расчётов.
В таблице 5.1 приведены значения условий труда диспетчера
Таблица 5.1 - Значение условий труда диспетчера в баллах
|
Факторы
|
Оценка факторов
|
|
До внедрения
|
После внедрения
|
|
значение
|
балл
|
значение
|
балл
|
|
Санитарно-гигиенические:
|
|
|
|
|
|
- температура воздуха на рабочем месте:
|
|
|
|
|
|
в холодный период года, о С
|
20
|
1
|
22
|
1
|
|
в теплый период года, о С
|
29
|
4
|
20
|
1
|
|
- относительная влажность воздуха, %
|
45
|
1
|
45
|
1
|
|
- скорость движения воздуха:
|
|
|
|
|
|
в холодный период года, м/с
|
0,2
|
2
|
0,2
|
2
|
|
в теплый период года м/с
|
0,3
|
2
|
0,2
|
2
|
|
- уровень вибрации, дБ
|
ниже 0,1
|
1
|
ниже 0,1
|
1
|
|
- уровень шума, дБА
|
20
|
1
|
20
|
1
|
|
- освещение:
|
|
|
|
|
|
естественное, %
|
0,8
|
2
|
0,8
|
2
|
|
искусственное, лк
|
360
|
1
|
360
|
1
|
|
Психофизиологические:
|
|
|
|
|
|
- величина физической нагрузки:
|
|
|
|
|
|
общая, выполняемая мышцами корпуса и ног, кгс-м
|
до 42000
|
1
|
до 42000
|
1
|
|
региональная, выполняемая мышцами плечевого пояса, кгс-м
|
до 21000
|
1
|
до 21000
|
1
|
|
рабочая поза, рабочее место
|
до 25 % рабочего времени под углом 30 0
|
3
|
до 25 % рабочего времени под углом 30 0
|
3
|
|
- величина нервно - психической нагрузки:
|
|
|
|
|
|
длительность сосредоточенного наблюдения, %
|
30
|
2
|
20
|
1
|
|
число важных объектов наблюдения
|
8
|
2
|
4
|
1
|
|
количество движений в час
|
до 250
|
1
|
до 250
|
1
|
|
количество сигналов в час
|
до 75
|
1
|
до 75
|
1
|
|
- напряжение зрения:
|
|
|
|
|
|
размер объекта, различения, мм
|
более 0,5
|
1
|
Более 0,5
|
1
|
|
точность зрительных работ
|
2
|
малой точности
|
2
|
|
разряд зрительных работ
|
5
|
2
|
5
|
2
|
|
- монотонность:
|
|
|
|
|
|
число приёмов (элементов и операций)
|
5
|
3
|
5
|
3
|
|
длительность повторяющихся операций
|
(31-100)
|
2
|
(31-100)
|
2
|
|
|
|
|
|
|
Расчет до внедрения мероприятий:
U1 =
·10 = 45,71
Что соответствует четвертой категории тяжести труда.
После внедрения мероприятий:
U1 =
··10 = 37,38
Что соответствует третей категории тяжести труда.
Прогнозирование изменения травматизма определяем по формуле [17]:
К = 
, (6)
где К - рост производственного травматизма, количество раз;
UТ - интегральный показатель категории
тяжести труда в баллах.
В реальных условиях эксплуатации до внедрения мероприятий оцениваем по
формуле:
К = 
= 2,2
Возможен рост травматизма в 2,2 раза из-за четвертой категории тяжести
труда.
После внедрения мероприятий категория тяжести труда снизилась до третей,
что соответствует росту травматизма в 1,64 раз по сравнению с рациональными
условиями труда:
К = 
= 1,64
Для того чтобы выяснить, как изменилась работоспособность после внедрения
мероприятий по ее повышению, необходимо определить показатели ее уровня.
Показатель утомления:
У = 
, (7)
где У - показатель утомления в условных единицах;
,6 и 0,64 - коэффициенты регрессии;
UT - интегральный показатель категории тяжести в баллах.
Зная степень утомления, можно определить уровень работоспособности:
R =
100 - y, (8)
где R - уровень работоспособности в
условных единицах до внедрения комплекса мероприятий.
Показатель утомления определяется по формуле:
У = 
= 47,1
Уровень работоспособности определяется по формуле:
R1 = 100 - 47,1 = 52,9
После внедрения мероприятий:
показатель утомления:
У = 
= 34,03;
уровень работоспособности:
R2 = 100 - 34,03 = 65,97
Изменения производительности труда за счет изменения работоспособности по
формуле [17]:
ППТ = 
, (9)
где ППТ - прирост производительности труда;
R и R2 - работоспособность в условных единицах до и после
внедрения мероприятий;
,2 - поправочный коэффициент.
ППТ = 
= 4,94
.3 Возможные чрезвычайные ситуации
Чрезвычайная ситуация (ЧС) - это обстановка на определенной территории,
сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы,
стихийного или иного бедствия, которые повлекли за собой человеческие жертвы,
ущерб здоровью людей и окружающей природной среде, значительные материальные
потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. В зависимости от сферы
возникновения ЧС бывают антропогенные (связанные с жизнедеятельностью
человека), техногенные (аварии, катастрофы), стихийные (вызванные стихийными
природными явлениями).
ЧС в своем развитии проходят пять условных фаз:
накопление отклонений;
инициирование чрезвычайного события;
процесс чрезвычайного события;
выход аварии за пределы объекта;
ликвидация последствий аварии.
Кроме того, ЧС классифицируются по ведомственной принадлежности и по
масштабу и границе распространения поражающих факторов.
Рабочее место оператора ПЭВМ (диспетчера) и производственные здания могут
стать как источником локальной ЧС техногенного происхождения, так и оказаться
под воздействием ЧС масштаба здания или предприятия, местной или
территориальной ЧС. Без своевременной ликвидации локальная ЧС может разрастись
до масштабов здания и даже предприятия.
Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности,
являются:
пламя и искры;
повышенная температура окружающей среды;
токсичные продукты горения и термического разложения;
дым;
пониженная концентрация кислорода.
К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей
и материальные ценности, относятся:
осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок,
конструкций;
радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных
аппаратов и установок;
электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на
токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;
опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010, происшедшего вследствие пожара;
огнетушащие вещества.
Наиболее вероятно возможной чрезвычайной ситуацией является пожар в
производственном здании УКПГ-8.
Для обеспечения противопожарной защиты проводятся организационные и
технические мероприятия.
Организационные мероприятия:
организация ведомственных служб пожарной безопасности в соответствии с
законодательством;
организация обучения работающих правилам пожарной безопасности на
предприятии;
разработка и реализация норм и правил пожарной безопасности, инструкций о
порядке обращения с пожароопасными веществами и материалами, о соблюдении
противопожарного режима и действиях людей при возникновении пожара;
изготовление и применение средств наглядной агитации по обеспечению
пожарной безопасности;
паспортизация материалов, изделий, зданий и сооружений объектов в части
обеспечения пожарной безопасности;
нормирование численности людей на объекте по условиям безопасности их при
пожаре;
разработка мероприятий по действиям администрации, рабочих, служащих и
населения на случай возникновения пожара и организация эвакуации людей.
Технические мероприятия:
применение основных видов, требуемого количества пожарной техники, ее
размещение и обслуживание по ГОСТ 12.4.009; применяемая пожарная техника
обеспечивает эффективное тушение пожара (загорания) и безопасна для природы и
людей;
применение средств своевременного оповещения людей, таких как пожарная
сигнализация;
применение основных строительных конструкций и материалов, в том числе
используемых для облицовок конструкций, с нормированными показателями пожарной
опасности;
применение пропитки конструкций объектов антипиренами и нанесением на их
поверхности огнезащитных красок (составов);
применение устройств и средств, обеспечивающих ограничение
распространения пожара.
.3.1 Расчет эвакуационных путей и выходов
В соответствии с требованиями СНиП II-2-80 объект должен иметь такое объемно-планировочное и техническое
исполнение, чтобы эвакуация людей из него была завершена до наступления
предельно допустимых значений опасных факторов пожара. Для обеспечения
эвакуации необходимо:
установить количество, размеры, и соответствующее конструктивное
исполнение эвакуационных путей и выходов;
обеспечить возможность беспрепятственного движения людей по эвакуационным
путям;
организовать при необходимости управление движением людей по
эвакуационным путям (световые указатели, звуковое и речевое оповещение и тому
подобное).
Для обеспечения безопасной эвакуации людей из помещения расчетное время
эвакуации должно быть меньше необходимого времени эвакуации людей. Расчетное
время эвакуации определяется исходя из протяженности эвакуационных путей и
скорости движения людских потоков на всех участках пути от наиболее удаленных
мест до эвакуационных выходов. При этом весь путь движения людского потока
делится на участки, имеющие определенную исходя из плана помещения длину и
ширину.
Эвакуация производится из диспетчерского пункта, в котором находится два
человека.
Расчетное время эвакуации людей tр определяется как сумма
времени движения людского потока по отдельным участкам пути ti по формуле [18]:
(10)
где t1 - время движения людского потока на первом (начальном)
участке, мин;
t2, t3,..., ti - время движения людского потока на каждом из следующих после
первого участка пути, мин;
Плотность людского потока D1 на первом участке пути, м2/м2,
вычисляют по формуле [18]:
(11)
где N1 - число людей на первом участке, чел;
f -
средняя площадь горизонтальной проекции человека, принимаемая равной 0,1 м2
(для взрослого человека в домашней одежде);
d1, - ширина
первого участка пути, м.
Рассчитываем плотность людского потока D1 на первом участке пути, м2/м2,
м2/м2.
Значение D должно быть не
более 0,92 м2/м2.
Время движения людского потока по первому участку пути вычисляется по
формуле [18]:
(12)
где l1 - длина первого участка пути, м;1 - значение скорости движения
людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин.
Рассчитываем время движения людского потока на первом участке пути, мин.
мин.
Значение скорости v1 движения людского потока на участках
пути, следующих после первого, принимается в зависимости от значения
интенсивности qi движения людского потока по каждому
из участков пути (согласно [18]).
, (13)
Если полученное значение qi меньше qмах то время движения по i-тому участку пути определяется по
формуле [18]:
ti=li/vi (14)
где li - длина i-го
участка пути, м;i - значение скорости движения людского
потока по горизонтальному пути на i-том участке, м/мин.
Для горизонтального пути qмах равно 16,5 м/мин.
Рассчитываем интенсивность движения людского потока на втором участке
пути, м/мин,
м/мин.
Рассчитываем время движения людского потока на втором участке пути:
мин.
Рассчитываем время эвакуации людей:
мин.
Допустимое время эвакуации из производственного здания II степени огнестойкости с категорией
производства В и объемом помещения до 15 тыс. м3 составляет t = 1,25 мин. [18]. То есть, для
данного помещения расчетное время эвакуации не превышает необходимое. На
рисунке 5.1 представлен план эвакуации рабочего персонала.
Рисунок 5.1 - План эвакуации рабочего персонала
Разработанные мероприятия по улучшению условий труда диспетчера позволяют
снизить тяжесть труда с четвертой категории до третьей. Наиболее вероятной
чрезвычайной ситуацией является пожар в производственном здании. Предусмотрено
применение средств пожаротушения, пожарной техники и пожарная сигнализация, а
также разработан план эвакуации людей. Время эвакуации из диспетчерского пункта
равно 0,07 мин. и не превышает необходимое.
Заключение
Процесс производства пара сопровождается множеством процессов, которые
нужно быстро и точно регулировать, поэтому автоматизация котельной установки
является приоритетным направлением в области теплоэнергетики. Поэтому на УКПГ-8
Медвежьего месторождения была спроектирована автоматизированная система
управления.
В качестве технической базы спроектированной системы автоматизации был
предложен регулирующий микропроцессорный контроллер «ТЭКОН-17» и персональная
ЭВМ. Преимуществом модернизированной системы является более точная реализация
процесса регулирования, основанная на цифровой обработке информации.
Использование ПЭВМ со SCADA-пакетом «Trace Mode» даёт большие возможности для представления
информации человеку-оператору, функцией которого является многокритериальное
управление котлоагрегатом.
Результат применения системы управления состоит в стабилизации параметров
технологического процесса, за счёт увеличения объёма и качества обработки
информации, позволяющей технологическому персоналу принимать своевременные и
оптимальные решения при внештатных ситуациях.
Автоматизация котельной установки является выгодной, срок окупаемости 0,6
лет.
Список использованных источников
1 Киселев Н.А. Устройство и эксплуатация котлов и котельного
оборудования [Текст]: учебное пособие / Н.А. Кисилев. - Москва: Высшая школа,
1976. - 232 с., ил.
Столпнер Е.Б. Справочник эксплуатационника газовых котельных.
Д.: Недра, 1976. - 528 с.
Волков М.А., Коротеев Т.И., Волков В.А. Эксплуатация
котельных установок на газообразном топливе. Изд. 3-е, испр. и доп. - М.:
Стройиздат, 1976. - 239 с.
Клюев, А. С. Проектирование систем автоматизации
технологических процессов / А. С. Клюев, Б. В. Глазов. - М.: Энергоатомиздат,
1990 - 464 с.
Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное
проектирование: Пособие для техникумов. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 280 с.,
ил.
Мишель Ж., Лоржо К., Эспьо Б. Программируемые контроллеры:
Пер. с франц. А.П. Сизова. - М.: Машиностроение, 1986. - 176 с., ил.
Зыков А.В. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. -
М.: Энергоатомиздат, 1987. - 128 с.; ил.
Мухин О.А. Автоматизация систем теплогазоснабжения и
вентиляции: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Высш. шк., 1983 - 304 с.; ил.
СТП 101-00. Стандарт предприятия. Общие требования и правила
оформления выпускных квалификационных работ, курсовых проектов (работ), отчетов
по РГР, по УИРС, по производственной практике и рефератов [Текст]. - Оренбург:
ГОУ ОГУ, 2000 - 62 с.
SCADA системы для АСУ ТП. SCADA - SOFTLOGIC - MES - EAM: сайт компании Ad AstrA Research Group,
Ltd. - Электрон. Дан. - М., 2002 - 2007.
ГОСТ 24.701-86. Автоматизированные системы управления
технологическими процессами. Надежность. Основные положения [Текст]. - М:
Издательство стандартов, 1988 - 68 с.
Каталог продукции: сайт компании ЗАО АМАКС. - Электрон. Дан.
- М., 2002 - 2007.
Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции: Учебник для
вузов / Под ред. В.Я. Гиршфельда. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат,
1987- 287 с.
Руководство по эксплуатации контроллера ТЭКОН-17
Богатин Ю.В. Экономическая эффективность новой техники. -
Москва: Знание, 1973.-64 с.
Великанов К.М. Определение сравнительной экономической
эффективности инженерных решений. - Ленинград: Машиностроение, 1975. - 80 с.
Воронова В.М. Определение категории тяжести труда [Текст]:
методическое указание /В.М.Воронова. - Оренбург: ОГУ, 2004. - 20 с.
Орлов Г.Г. Охрана труда в строительстве. - Москва: - 1984 -
343 с.
Определение категорий помещений зданий и наружных установок
по взрывопожарной и пожарной опасности. НПБ 105-03. - Санкт-Петербург: ДЕАН,
2004. - 48 с.
Сердюк, А.И., Дипломное проектирование [Текст]: методические
указания /А.И. Сердюк, A.M. Черноусова - Оренбург: ГОУ ОГУ,
2005. - 35 с.