Проектирование системы автоматизированного управления технологическими процессами котельной "Заводская" в г. Покровск Республики Саха (Якутия)

Определяется скорость газов в резком повороте на 30 , , по формуле

Определяется сопротивление резкого поворота на 30 , , по формуле

Определяется скорость газов в сборном канале симметрично собирающего тройника , , по формуле

Определяется сопротивление симметрично собирающего тройника , , по формуле

Определяется сопротивление плавного поворота на 90 , , по формуле

Определяется эквивалентный диаметр газохода , м, по формуле

Определяется сопротивление трения газохода ,, по формуле

,

где - коэффициент сопротивления для кирпичных и бетонных труб, ;

- длина рассчитываемого участка.

Определяется скорость газов при выходе в дымовую трубу , , по формуле

Определяется сопротивление входа в дымовую трубу , , по формуле

Определяется выходное сечение дымовой трубы , , по формуле

Определяется скорость газов при выходе из дымовой трубы , , по формуле

Определяется сопротивление выхода из дымовой трубы , по формуле

Определяется сопротивление трения в дымовой трубе ,, по формуле

Определяется суммарное сопротивление тракта ,, по формуле

Расчет суммарного сопротивления

Суммарное сопротивление котлоагрегата ,, по формуле

Расчет и выбор гравитационного очистителя

Определяется часовой объем газов на входе в гравитационный очиститель , , по формуле

м3/ч

Определяется входная скорость в аппарат, ,м/с, по формуле

м/с

По объему продуктов сгорания за воздухоэлементами в качестве очистного устройства к установке принимаем гравитационный очиститель, техническая характеристика которых представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Техническая характеристика гравитационного очистителя

№	Показатели	Значение
1	Производительность, м3/ч	250000
2	Габаритные размеры, ДхШхВ, м	50х10х5
3	Объём камеры, м3	2500
4	Площадь одной полки, м2	10
5	Длина одной полки, м	5
6	Ширина одной полки, м	2
7	Скорость газов в камере, м/с	2
8	Количество полок в длину, шт.	8
9	Количество полок в высоту, шт.	18

Определяется секундный объём газов, поступающих в камеру ( при рабочих условиях ) , м3/с, по формуле

м3/с

Определяется скорость осаждения частиц при температуре 1600С , м/с, по формуле

где d - диаметр частиц, мкм, d = 40 мкм;

- плотность дымовых газов, г/м3, =150 г/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2, g = 9,81 м/с2;

- динамическая вязкость среды, Пас, Пас.

м/с

Выбирается высота гравитационного очистителя, равного 5 метрам, при этом его ширина составит 10 метров и длина 50 метров.

Определяется количество полок в длину , штук, по формуле



где длина одной полки, м, м.

штук

Определяется количество полок в высоту в один ряд , штук, по формуле

где высота занимаемых полок, мм, мм;

толщина одной полки, мм, мм;

расстояние между полками, мм, мм.

штук

Определяется площадь одной полки S, м2, по формуле

где ширина одной полки, м, м.

м2

Глава 3. Обоснование и выбор аппаратуры учета, контроля, регулирования и диспетчеризации котельной

3.1 Автоматизация технологического процесса

Структура АСУ ГК

АСУ ГК предназначена для реализации задач автоматизированного управления технологическими процессами общегородской котельной с котлами типа КВ-ГМ-20-150, ДКВР-20-13 и другими.

АСУ ГК комплектуется специальным программным обеспечением автоматизирующим пуско-наладочные работы и проведение режимных испытаний котлов.

АСУ ГК выполняет следующие основные функции:

· сбор, предварительная обработка и архивация данных от датчиков технологического процесса;

· представление информации о текущем состоянии и об истории процесса на цветном видеомониторе АРМа оператора с выдачей твердой копии печатающим устройством;

· регистрация аварийных ситуаций (по отдельному заказу);

· сигнализация о выходе значений технологических параметров из аварийных и предаварийных границ (аварийная и предупредительная сигнализации);

· автоматическое и дистанционное управление работой оборудования и технологическими группами оборудования (пуски, остановы, поддержание заданных параметров);

· защиты и блокировки;

· расчет технико-экономических показателей;

· автоматическое ведение документации, включая ведомость событий;

· автоматический учет отпуска тепловой энергии и теплоносителя потребителям и собственного потребления природного газа и холодной воды с выдачей соответствующих коммерческих документов;

· автоматическая диагностика программно-технических средств АСУ ГК;

· статистика работы оборудования;

· автоматизированное проведение пуско-наладочных работ и режимных испытаний.

Характеристика объекта автоматизации

Объектом автоматизации является городская котельная, в состав которой входят:

· водогрейные котлы КВ-ГМ-20-150, ДКВР-20-13 и др. - до 8 шт. ;

· газораспределительный узел;

· вспомогательное тепломеханическое оборудование в составе:

· насосные установки;

· вакуумный деаэратор;

· водоподогреватели и охладители;

· баки рабочей и подпиточной воды;

· баки для герметика;

· приточные и вытяжные системы;

· тепловой пункт;

· общекотельные трубопроводы.

· Характер технологического процесса - непрерывный.

Характеристика системы в целом

Структура АСУ ГК

Структура технических средств АСУ ГК включает в себя:

Верхний уровень - автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора;

Средний уровень - подсистемы контроля и управления;

Нижний уровень - датчики и силовые исполнительные устройства;

Полевая информационная шина, обеспечивающая обмен данными между верхним и средним уровнями системы.

Верхний уровень

Основные функции

АРМ оператора обеспечивает выполнение следующих основных функций:

· Обмен данными с подсистемами среднего уровня;

· Предварительная обработка данных;

· Графический интерфейс с оператором;

· Технологическая сигнализация;

· Регистрация аварийных ситуаций;

· Создание архивов истории процесса;

· Контроль состояния и настройка системы;

· Дистанционное управление.

Программное обеспечение верхнего уровня базируется на SCADA программе СТАЛКЕР, функционирующей в среде ОС WINDOWS NT.

Средний уровень

Состав и основные функции

Средний уровень системы включает в себя:

· до восьми подсистем контроля и управления котлами, каждая из которых управляет одним котлом и включает в себя шкаф контроллеров и шкаф приборов;

· подсистему контроля и управления вспомогательным оборудованием в составе двух шкафов контроллеров и двух шкафов регуляторов.

· подсистему коммерческого учета отпущенной тепловой энергии и потребленного природного газа в составе шкафа коммерческого учета, ультразвуковых расходомеров, счетчика расхода газа.

Основными функциями контроллеров являются:

· ввод сигналов от датчиков технологического процесса и оборудования (дискретные сигналы типа «сухой контакт» и аналоговые (ток 4-20 mA);

· передача данных и сообщений на АРМ оператора;

· прием данных и команд от АРМа оператора;

· выдача сигналов управления (типа «сухой контакт») технологическим оборудованием;

· реализация алгоритмов управления технологическим оборудованием, технологических блокировок и защит и т.д.

Подсистемы контроля и управления котлами

Подсистемы контроля и управления котлами обеспечивают выполнение следующих основных функций:

· сбор и первичная обработка сигналов датчиков параметров технологического процесса;

· автоматическое регулирование технологических параметров и поддержание заданной мощности котла;

· логическое управление в соответствии с запрограммированными алгоритмами;

· реализация защит и блокировок в соответствии с нормативной документацией на водогрейные котлы

· передача значений контролируемых параметров на АРМ оператора;

· прием и исполнение команд дистанционного управления от АРМа оператора и местного пульта управления;

· диагностика состояния технических средств подсистемы.

Регулирование технологических параметров выполнено на регуляторах, программно реализованных в контроллерах подсистемы. Каждый контроллер реализует следующие регуляторы:

· регулятор давления газа к горелке;

· регулятор давления воздуха к горелке;

· регулятор разрежения в топке котла;

· регулятор соотношения «газ-воздух».

· Первые три регулятора имеют два режима работы:

· режим поддержания заданного значения параметра;

· режим управления регулирующим клапаном по положению.

В первом случае в качестве обратной связи используется сигнал с датчика параметра. Данный режим используется при штатном режиме работы. Второй режим используется при проверке работы регулирующего клапана и его датчика положения, а также для установки регулирующего клапана в заданное положение.

Для обеспечения безопасной работы котла реализованы следующие защиты, действующие на останов котла:

· защита по погасанию факела;

· защита на повышение и понижение давления газа к горелке;

· защита на понижение давления воздуха к горелке;

· защита по отключению дутьевого вентилятора и дымососа;

· защита по повышению давления в топке котла;

· защита по повышению и понижению давления воды за котлом;

· защита по понижению расхода воды через котел;

· защита по повышению температуры воды за котлом;

· защита по невоспламенению при растопке.

Подсистема контроля и управления вспомогательным оборудованием

Подсистема контроля и управления вспомогательным оборудованием обеспечивает выполнение следующих основных функций:

· сбор и первичная обработка сигналов датчиков параметров технологического процесса;

· автоматическое регулирование технологических параметров;

· логическое управление в соответствии с запрограммированными алгоритмами;

· реализация защит и блокировок;

· передача значений контролируемых параметров на АРМ оператора;

· прием и исполнение команд дистанционного управления от АРМа оператора и местного пульта управления;

· диагностика состояния технических средств подсистемы.

В подсистеме программно реализованы 14 следующих регуляторов:

· Регулятор температуры воды в подающем магистральном трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха.

· Регулятор давления подпиточной воды.

· Регулятор температуры обратной сетевой воды перед котлами.

· Регулятор давления воды на всасе сетевых насосов.

· Регулятор разрежения в деаэраторе.

· Регулятор температуры очищенной воды за подогревателем.

· Регулятор температуры очищенной воды перед деаэратором.

· Регулятор температуры в деаэраторе.

· Регулятор температуры воды в системе горячего водоснабжения.

· Регулятор температуры газа в котельную.

· Четыре регулятора воздуха приточной вентиляции.

· Программное обеспечение подсистемы обеспечивает функционально - логическое управление следующим оборудованием котельной:

· Сетевые насосы (4 шт.);

· Задвижки на напоре сетевых насосов (4 шт.);

· Насосы рециркуляции (4 шт.);

· Насосы рабочей воды (2 шт.);

· Насосы деаэрируемой воды (2 шт.);

· Насосы подпиточной воды (2 шт.);

· Насос откачки воды и герметика;

· Насос герметизирующей жидкости;

· Магистральные задвижки (2 шт.);

· Клапан подачи воды в бак чистой воды;

Кроме этого обеспечивается контроль загазованности в помещении ГРУ и котельной.

Структура АСУ ТП

Нижний уровень содержит в своей структуре датчики давления, термометры сопротивления, исполнительные механизмы, блоки питания, а кроме них еще устройства дистанционного управления исполнительными приборами с задвижками и клапанами, которые дают возможность оператору при возникновении потребности осуществлять технологический процесс вручную, при аварийном порядке работы. Ротач В. Я. Теория автоматического управления: [Текст]: Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 400с.

Средняя ступень системы управления спроектирована на базовой основе технологического микропроцессорного управляющего контроллера SLC-5/04 компании "ALLEN-BRADLEY" и призвана осуществлять главные свои функции:

· собирание и обрабатывание аналоговых показаний;

· нахождение и обрабатывание цифровых сигналов аварийных ситуаций, предупреждающей сигнализации и состояний технологического устройства;

· осуществление контролирование выхода за допустимые границы технологических значений и осуществление определенных аварийных либо предупредительных сигналов;

· обеспечение управляющей деятельности воздействия на разные устройства;

· обмен данными и информацией со другими ступенями управления;

· автоматизированное регулирование.

SLC 500 от Allen-Bradley - это небольшое семейство программируемых контроллеров, дискретных, аналоговых и специальных модулей ввода/вывода и периферийных устройств, устанавливаемых на шасси. Семейство SLC 500 обладает мощью и гибкостью благодаря широкому спектру сетевых конфигураций, функциональных возможностей и различным опциям памяти. Пакет программирования релейной логики RSLogix 500 предоставляет гибкие редакторы, конфигурирование ввода/вывода по принципу «укажи и щелкни» и мощный редактор баз данных, а также средства диагностики и устранения неисправностей, помогающие вам сэкономить время разработки проекта и максимально повысить производительность.

Мощные, но при этом доступные по цене - программируемые контроллеры SLC 500 применимы для широкого спектра приложений, включая автоматические линии, управление отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха, высокоскоростные сборочные операции, управление небольшими процессами, управление простым перемещением и системы SCADA (диспетчерского управления и сбора данных).

Модульность - модульные процессоры, источники питания, устройства ввода/вывода, различные варианты запоминающих устройств и коммуникационные интерфейсы обеспечивают возможность конфигурирования и наращивания системы. Вы можете сконфигурировать свою систему на необходимое вам число модулей ввода/вывода, объем памяти и коммуникационные сети. Впоследствии систему можно наращивать, добавляя модули ввода/вывода, память или коммуникационные интерфейсы.

Расширенный набор инструкций - включает косвенную адресацию, широкие математические возможности и инструкцию вычисления.

Гибкость коммуникационной сети - богатый выбор интегрированных Ethernet, DH+ или DH-485, а также вариантов коммуникаций посредством ControlNet, DeviceNet или Remote I/O.

Широкий выбор устройств ввода/вывода - выбор из более чем 60 модулей для работы с цифровыми, аналоговыми и температурными сигналами. Также от партнеров по программе Encompass можно получить специализированные модули третьих фирм для различных решений по управлению в соответствии с требованиями вашего приложения.

Продукт, рассчитанный на производственные условия - способен выдерживать вибрацию, экстремальные температуры и электрические шумы в условиях производства.

Пакет программирования на платформе Windows - пакет программирования RSLogix 500 максимизирует производительность, упрощая разработку и отладку программ.

Наличие до 64 К конфигурируемой памяти для данных/программ и более 60 типов модулей ввода/вывода, а также богатый выбор сетевых возможностей позволяют системе SLC обеспечить мощное решение для автономного или распределенного управления производственным процессом.

Локальные системы

Минимальная конфигурация модульной системы управления на базе SLC 500 включает процессорный модуль и модули ввода/вывода на одном шасси 1746 с блоком питания.

Распределенные системы

Более сложные системы могут использовать:

· распределенный ввод/вывод

· несколько контроллеров, соединенных по сетям

· модули ввода/вывода на нескольких платформах, расположенные в разных местах и соединенные посредством нескольких каналов ввода/вывода.

Планирование системы

Для планирования системы определите необходимый объем ввода/вывода, сетевые конфигурации и размещение компонентов в каждом месте. На этом этапе необходимо решить, будет ли в каждом шасси собственный контроллер, или вы выбираете сетевое решение.

Процессоры SLC 500 поставляются в большом диапазоне размеров (от 1 до 64 К) и могут обрабатывать до 4096 входных и 4096 выходных сигналов. Все модульные процессоры, кроме SLC 5/01, способны управлять удаленными устройствами ввода/вывода.

Добавив модуль сканирования ввода/вывода, вы можете использовать эти процессоры для управления/контроля удаленных модулей ввода/вывода по каналам ControlNet, DeviceNet и Universal Remote I/O.

Процессоры SLC 500 представляют собой одноместные модули, устанавливаемые в крайнем левом слоте шасси ввода/вывода 1746.

Для модуля ввода/вывода, расположенного удаленно от процессора, используется адаптер - одноместный модуль, устанавливаемый в крайнем левом слоте шасси ввода/вывода. Модульные системы SLC 500 имеют отдельные блоки питания, которые должны устанавливаться непосредственно на левом торце шасси ввода/ вывода 1746.

Шасси ввода/вывода 1746 разработаны для монтажа на задней панели и имеются в исполнениях с 4, 7, 10 или 13 слотами для модулей. Модули ввода/вывода 1746 имеются в исполнениях с различным количеством каналов, максимально до 32 каналов на модуль.

Коммуникации

Оцените, какие средства связи вам понадобятся. Исходя из требований по коммуникациям, вы можете определить, какой процессор и какие коммуникационные устройства потребуются для вашего приложения.

Процессор SLC обменивается данными по задней шине шасси 1746, с модулями ввода/вывода 1746 расположенным в локальном шасси. Различные модели процессоров SLC имеют разные встроенные порты для обмена информацией с другими процессорами или компьютерами. Также имеются отдельные модули, позволяющие получить дополнительные коммуникационные порты для обмена данными с другими процессорами, компьютерами и удаленными модулями ввода/вывода.

Каждый процессор имеет один или два встроенных порта для коммуникаций EtherNet/IP, DH+, DH-485 или RS-232 (протоколы DF1, ASCII, DH-485).

В дополнение к встроенным портам процессоров SLC, вы можете организовать внешний коммуникационный порт для процессора SLC, добавив коммуникационный модуль.

Модули адаптеров ввода/вывода 1746 имеются для каналов Control-Net и Universal Remote I/O. Модуль адаптера ввода/вывода, устанавливается в шасси с модулями ввода/вывода и обеспечивает взаимодействие модулей ввода/вывода с каналом ввода/вывода для коммуникации с портом сканера для удаленного процессора.

Высший уровень системы управления выполнен на базовой основе ПЭВМ промышленного производства и призван выполнять ниже перечисленные функции:

· выполнение обрабатывание поступившей информации, формирование базы данных измерений, сохранение информации по предыстории ситуаций и аварий;

· обеспечение постоянного, в течении всех суток обмена информации с контроллером;

· создание и сохранение массивов информации по указанным значениям;

· отображение поступивших данных в виде таблиц либо на мнемосхемах с перспективой демонстрации, как всего списка характеристик, так и характеристик по интересующей технологической подсистеме;

· отображение в виде графиков перемен значений физических величин с помощью кривых;

· обеспечение создание и печать отчетно-учетной документации.

3.1.1 Объекты и объемы автоматизации котельной установки

Объёмы и необходимость внедрения автоматизации котельной установки формируются исходя из возможности в плане обеспечения её работы без необходимого кадрового состава, с определением аварийных сигналов оповещения и аварийной остановке котла в случаях формирования аварийных происшествий либо пожаре. Ротач В. Я. Теория автоматического управления: [Текст]: Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 400с.

На рассматриваемой котельной установке комплексного сборного пункта имеются технологическая и аварийная сигнализации.

Технологическая сигнализация предназначена для цели оповещения обслуживающего персонала об отклонении значений показателей от нормы. Звуковым сигналом служит звонок. Звуковое оповещение отключается дежурным сотрудником, тогда как световой (световые таблички расположены на щитах контроля и управления) светится вплоть до ликвидации нарушения.

Аварийная сигнализация предназначена для уели уведомления оператора об аварийном пребывании электродвигателей главного оборудования. Для звукового сигнала используется ревун, а аварийная световая сигнализация исполняется красной лампочкой, которая находится над ключом управления электроприводом.

Защита котлоагрегата в ситуации аварийного функционирования признается одной из главных задач автоматизации котельных установок. Аварийные режимы происходят главным образом по причине неверных операций постоянного обслуживающего персонала, чаще всего при запуске котлоагрегата. Модель защиты гарантирует реализацию установленной очередности процедур при растопке котла и автоматическое отключение подачи топлива в случае появления аварийного режима.

Растопка котла должна производится последующим способом: Онищенко Н. П. Эксплуатация котельных установок. [Текст]: - М.: "Агропромиздат", 1987. - 352с.

· растопка котельной установки производится 2 работниками с обязательной регистрацией в "Журнале газоопасных работ, выполняемых без наряда-допуска";

· запуск в работу котельной установки при отсутствии включения приборов защиты и контроля строго запрещено;

· растопка котла осуществляется при малом огне, уменьшенной тяге (-0,1-(-0,15) МПа), закрытой паровой задвижке и открытом вентиле. Нагрузка должна быть 10 - 15% номинальной производительности котла. Запорную арматуру на газопроводе перед горелкой допускается открывать лишь после запуска запального устройства либо поднесения к ней горящего запальника;

· при растопке котла следует проводить более-менее равномерный прогрев его элементов и заблаговременно запустить прибор для нагрева воды в нижнем барабане с помощью вентиль;

· перед тем, как осуществить розжиг газовых горелок следует обеспечить хотя бы на протяжении 10-15 минут вентилирование топки котла, с помощью запуска дымососа и вентилятора котла. Устройства дымососа и вентилятора в обязательно порядке должны находится в открытом состоянии. После осуществления процедуры вентиляции в обязательном порядке нужно удостовериться в том, что в топке отсутствует взрывоопасная газо-воздушная смесь, для этого осуществляется сбор проб газоанализатором с непременной письменной регистрацией итогов проверки анализа проб и нумерацией газоанализатора в "Журнале газоопасных работ выполняемых без наряда-допуска". Только после этих процедур можно приступать непосредственно к розжигу газовой горелки;

· если при процедуре разжигания горелки либо во время регулировки случился проскок либо затухание пламени, доставка газа на горелку и запальное приспособление в обязательном порядке незамедлительно должна быть прервана. К следующей попытки разжигания допускается приступать только после процедуры вентилирования газоходов на протяжении 10-15 мин, а обязательной ликвидации причин неисправностей;

· если из открытого воздушника котла начнет выходить пар, то следует обязательно прикрыть воздушник и дренаж;

· при давлении пара 0,05-0,1 МПа выполняется продувание водоуказательных устройств и сильфонной трубки манометра, а кроме того контроль продувочных линий путем ощупывания (линия обязательно должна быть холодной). При продувании водоуказательных стекол:

1) необходимо открыть продувочный кран, это приведет к продуванию стекла;

2) прикрыть водяной кран, тогда произойдет продувание стекла и паровой трубы;

3) далее повернуть водяной кран, прикрыть паровой кран и повернуть продувочный кран, произойдет продувание водяной трубы;

4) открытием парового крана и закрытием продувочного анализируется уровень воды в стекле.

· После окончания процедуры продувания уровень в стекле обычно достаточно быстро увеличивается, а после немного колеблется. Когда же уровень в стекле увеличивается очень медленно, то в таком случает необходимо заново провести процедуру продувания водяного крана;

· при растапливании котла очень важно контролировать расширение комплектующих котла.

Перед процедурой запуска котла для работы обязательно нужно исследовать:

1) надежность действия предохранительных клапанов посредством их принудительного раскрытия (они в обязательном порядке должны отрегулироваться перед началом процедуры открытия; контрольный - 1,32 МПа, рабочий - 1,33 МПа) водоуказательных устройств, манометра продувания, питательных приборов, недолгим включением;

2) анализ и запуск автоматизированной безопасности, сигнализаторов и устройств автоматизированного регулирования работы котла;

3) исследование значений сниженных указательных параметров уровней воды по показателям уровня воды прямого действия;

4) строго запрещен запуск котла для работы при поврежденной арматуре, устройств КИПиА, автоматизирвания безопасности, устройств блокировки и сигнализации;

5) запуск котла в паропровод производится постепенным приоткрыванием задвижки уже после процедуры тщательного прогревания и продувания паропровода посредством дренажа;

6) перед процедурой запуска котла в общий паропровод следует осуществить процедуру периодического продувания. Процедура периодического продувания осуществляется постепенно с передней части нижнего барабана, задней части нижнего барабана и бокового коллектора. При проведении процедуры периодического продувания сперва раскрываются ближний, а после него дальний вентиль относительно котла, окончание процедуры продувания производится в противоположном порядке;

7) при процедуре запуска котла в функционирующий общий паропровод показатель давления в нем в обязательно порядке должен быть равным или несколько ниже (0,05 МПа) показателя давления в паропроводе. В ситуации, когда при запуске в паропроводе станут появляться толчки, сотрясения и гидроудары, в таком случае запуск необходимо прекратить и повысить дренирование;

8) при процедуре растапливания котла в обязательном порядке следует контролировать расширение комплектующих котла;

9) период процедуры растапливания и ее завершение в обязательном порядке записываются в сменном журнале.

Схема защиты дает возможность выполнять функции: Онищенко Н. П. Эксплуатация котельных установок. [Текст]: - М.: "Агропромиздат", 1987. - 352с.

· контролирование правильность проведения предпусковых процедур;

· запуск тягодутьевых приборов, наполнение котла водой и др;

· контролирование оптимальных показаний характеристик;

· дистанционная процедура разжигания запальника со щита управления;

· автоматизированное окончание поступления газа к запальникам уже после недолгой взаимной работы запальника и главной горелки, в ситуации, когда факелы запальника и горелки обладают единым устройством контролирования.

Паровые котлы в независимости от показателей давления и паропроизводительности при процедуре сжигания газообразного и жидкого горючего в обязательном порядке должны быть оснащены приборами, останавливающими поступление топлива к горелкам в таких ситуациях:

· уменьшение либо увеличение показателя давления газообразного горючего непосредственно перед горелками;

· уменьшения давления жидкого горючего непосредственно перед горелками;

· уменьшение либо увеличение значений уровня воды в барабане;

· понижение разряжения в самой топке;

· увеличение давления пара (лишь при функционировании котельных в отсутствии постоянного обслуживающего персонала);

· уменьшение показателей давления воздуха непосредственно перед горелками (для котлов, которые оснащены горелками с подачей воздуха в принудительном порядке);

· угасания факела горелок, прекращение работы которых при работе котла ни в коем случае не разрешается;

· неполадки цепей защиты, в том числе утрате напряжения.

Система автоматизированого регулирования котла имеет в своем составе 4 регулятора и разделяется на 2 части:

· регулятор уровня воды в барабане котла;

· регуляторы процедуры горения.

Процедурой горения напрямую управляют 3 регулятора: соответствия "топливо-воздух" и разрежения в самой топке, показателей давления пара.

Регулирование процедуры горения - это система сопряженного управления, так как при перемене нагрузки на котёл происходит перемена расходования топлива, воздуха и отсасываемых веществ сгорания. Эта процедура урегулирования в обязательном порядке призвана отвечать на внутренние и внешние изменения. К внутренним причисляются изменения, которые имеют связь с динамикой показаний подачи горючего, износом приборов регулирования, а к внешним причисляются изменения, сопряженные с расходованием пара с котла и подобные.

В устройствах отопительных и отопительно-производственных котельных, которые работают на газовом топливе, в основном используются комплексные системы автоматизации, любая из них в соответствии со своими функциями и мощности котельной, давления газа, типа и характеристик теплоносителя имеет собственную направленность и область использования.

Важнейшие условия к автоматизированию отопительных котельных учитывают функцию обеспечения безопасного их использования и оптимальное управление использования горючего.

Характеристиками качества используемых устройств автоматизирования признается их самоконтроль, т.е. поступление сигнала об аварийном прекращении работы всей котельной либо любого из котлов и автоматизированное сохранение причины, которая привела к аварийной остановке.

Иные из массово производимых устройств систем автоматизации дают возможность производить полуавтоматический запуск либо останов котлоагрегатов, функционирующих на газовом и жидком горючем. Одна из отличительной характеристик устройств автоматики газифицированных котельных считается возможность тщательного контролирования за бесперебойной и безопасной работы приборов, оборудования, аппаратов и агрегатов. Устройство специализированных предохранительных блокировок призвана гарантировать остановку подачи горючего при:

· ситуациях нарушения правильного порядка пусковых действий;

· выключение дутьевых вентиляторов;

· сбои тяги в топке котла;

· уменьшении (увеличении) показаний газа ниже (выше) нормативных границ;

· угасания факела;

· снижении уровня воды в котле;

· и в иных ситуациях изменения характеристик работы котлоагрегатов от нормативных показателей.

По этой причине инновационные устройства системы автоматики оснащены аппаратами и приборами, которые должны обеспечить единое управление режимами и безопасностью их функционирования. С целью диспетчеризации котельных нужен оптимальный уровень бесперебойности и безопасности функционирования исполнительных устройств и приборов систем автоматики. В некоторых ситуациях ограничиваются использованием котельных автоматизации в минимальном объеме имеющей своей целью контролирование только важнейших характеристик (частичная автоматизация).

К производимым и новым создаваемым устройствам автоматизирования отопительных котельных предоставляются множество дополнительных технологических условий:

· блочность, иными словами обеспечение возможности относительно простой смены вышедшего из работы блока;

· агрегатность, другими словами обеспечение возможности комплектации каждой схемы из ограниченного количества унифицированных комплектующих.

Наличие приборов, которые дают возможность производить видеоуправление автоматическими устройствами по минимизированому числу каналов передачи наименьшая инерционность и скорейший возврат к норме при любой вероятной разбалансировке устройства.

Полное автоматизирование работы дополнительного оборудования:

· регулировка давления в обратном коллекторе (подпитывание теплосети), давления в головке-деаэратора, уровня воды в баке-аккумуляторе деаэратора и др.

3.1.2 Контур регулирования давления пара в барабане котла

Функция - поддержание неизменного заданного параметра давления пара в границах допустимого значения регулирования посредством перемены подачи горючего при изменениях потребления пара с котла в пределах 20 - 120% его мощности.

Нижний порог (20%) обуславливается началом границы регулировки горелок, которые служат для регулирования котлов ДЕ. Верхний порог (120%) обусловлен, что непродолжительное время возможна перезагруженность котла.

Импульс согласно давлению пара с целью регулирования действует из барабана котла. При подобных обстоятельствах регулятор старается обеспечить относительно постоянное давление пара в барабане; он кроме того принимает непосредственное участие и в регулировки общей нагрузки котельной.

3.1.3 Контур регулирования соотношения "газ-воздух"

Функция значение - сохранение установленного соответствия между объемом горючего и воздуха во всем границам перемены поступления горючего, которое формируется в соответствии с графиками. Необходимые сведения поступают при теплотехнической отладке котла.

Для полноценного сжигания горючего применяются некоторые технологические связи между горючем и воздухом. Отталкиваясь от этого, производятся схемы автоматизированной регулировки: "давление топлива - давление воздуха"; "расход пара - расход (давление) воздуха"; "положение РО топлива - расход (давление) воздуха" и "количество кислорода 02 в уходящих газах - количество воздуха".

Допустимый объем воздуха будет поддерживаться в процессе измерения не только лишь использования горючего, но и также качественные характеристики: состав, температурные показатели влажность и др. Более конкретно это предусматривается САР поступления воздуха, придерживающей излишек (1,0-1,5%) кислорода в высвобождающихся газах. Но в связи трудности замера кислорода чаще часто используется модель регулировки пропорции "топливо - воздух".

Измерение объема горючего состоит в замере давления напрямую газовой горелке при непрерывном сечении их выводных отверстий. Подобный способ анализа учитывает и режимная карта котла.

Объем воздуха, которое поступает в топку, стандартно исследуется по по давлению воздуха в воздуховоде находящего перед котлом. В случае отсутствия на воздуховоде к котлам ручных заслонок, то есть горелка одна, тогда целесообразно исследовать объем воздуха по показателям величины давления в едином воздуховоде к котлам. В иной ситуации если закрыть ручные заслонки на горелках, тогда давление воздуха в едином воздухопроводе увеличится, что указывает на повышение объема воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор станет закрывать регулирующее устройство вентилятора, несмотря на то, что на горелки

поступает меньше воздуха и необходимо напротив повысить поступление.

3.1.4 Контур регулирования разрежения

Функция - тщательное устранение сгорания в независимости от параметров нагрузки котла. Этого возможно получить при соответствующей производительности дымососа в любой период производительности вентилятора и объему горючего. Признаком такого соотношения считается разрежение в топочной камере котла.

Излишнее давление в топке может повлечь за собой высвобождение газов и пламени из топки в помещение самой котельной. С повышением же разрежения в топке быстро повышаются присосы воздуха, которые в значительной степени рациональность работы котла в результате расхода с высвобождающимися газами и повышение затрат электроэнергии на тягу.

На регулятор разрежения ложится функция поддержки бесперебойного с высокой точностью. Определенная характеристика разрежения находится в зависимости от устройства топки и места отборки импульса. Проблема заключается в том, что в самых различных по характеристикам высоте уровнях топки разрежение неоднородно. Для топок котлов вида ДЕ позиция отборки разрежения находится с фронтальной зоны котла в верхней области топки над самой горелкой.

Важнейшее условие к работе регулятора - самое вероятное возможное быстродействие, по причине того, что сама топка как объект регулировки разрежения в реальности не меняет своего положения.

При повышении объема воздуха, поступающего в топку, разрежение в ней понижается, вместе с тем уменьшается потоке воздуха сквозь неплотности обмуровки. Данное обстоятельство о существенном самовыравнивании топки как объекта регулировки параметров разрежения.

Из вышеописанного сделан вывод, что сам регулятор не должен обладать лишней неравномерностью и способен быть достаточно простым согласно закону регулировки. Принято за норму, что котлов вида ДЕ устанавливают интегральный одноимпульсный регулятор разрежения.

3.1.5 Контур регулирования уровня в барабане котла

Функция - сохранение уровня воды в барабане неизменным в границах 5 мм при изменении потребления пара с котла в пределах 10-120%.

Уровень воды в барабане считается одним из важнейших контролируемых характеристик паровых котлов. В оптимальном состоянии место питания котла определяется равным соотношением между объемом прибывающей воды и использованием пара с котла. Когда данное требование обеспечивается, тогда уровень воды будет постоянным. Изменение соотношения происходит по следующим факторам: перемены в подаче воды, использования, теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Изменения уровня от оптимального положения при его регулировки не могут быть выше 20 - 30 мм, тогда как в ситуациях отказа регулятора хватит 3 - 4 мин до выхода воды из барабана или его перепитки. Запуск воды может стать причиной разрыва экранных труб и поломки котла; перепитка барабана котла служит причиной увеличения давления пара, к попаданию воды в паропровод, гидравлическим ударам и допустимым повреждениям паропроводов.

Одновременно с этим барабанный котел имеет некоторые характеристики, которые мешают поддерживать сохранение уровня в переходных процедурах. При возникновении неисправностей процедура изменения уровня определяется запаздыванием, "набуханием" и отсутствием самостоятельного регулирования. В барабане котла производится выравнивание уровень смеси пара и воды (эмульсии), удельная плотность которой меньше плотности воды. По этой причине в котлах вида ДЕ, функционирующих на газе и мазуте, в случае внезапной перемены нагрузки возникает перемена уровня в ту же сторону, в этом и проявляется процесс - "набухания". Иными словами, при увеличении нагрузки повышается объем пара в экранных трубках, в виду этого повышается и объем воды, перенесенной паром в барабан котла, что влечет за собой увеличение уровня. "Набухание" тем выше, чем интенсивнее экранирован котел и ниже давление пара.

"Набухание" негативно влияет на процедуру регулировки. Таким образом, при снижении нагрузки поступление воды следует снизить, но одновременно с этим уровень уменьшается, и регулятор оказывает прямое влияние на повышение подачи воды. Дополнительно приток порции воды, обладающей более меньшей температурой, приводит к дополнительному уменьшению уровня. Изначальное отклонение уровня в сторону, обратному знаку изменения, становится причиной к торможению регулировки.

По этой причине возможность регулировки уровня в виду отсутствия самостоятельного регулирования, присутствия "набухания" и тормажения существенно усложняется.

Для котлов типа ДЕ производительностью до 25 т/ч и давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) в реальности используется чаще одноимпульсный изодромный регулятор питания водой барабана котла.

Питательная вода из деаэратора с уровнем давления 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) поступает на питательный насос, повышающий уровень давления воды до 1,5..2,0 МПа (15..20 кгс/см2), чтобы отрегулировать давление пара в барабане котла. После этого вода посредством регулировки отправляется в экономайзер, затем она доводится до температуры на 20..30°С ниже, чем температура котловой воды. С этого места вода отправляется в барабан котла.

Для оповещения обслуживающего сотрудника (сотрудников) об изменениях важнейших технологических характеристик от допустимых норм используется технологическая светозвуковая сигнализация. Модель технологической сигнализации котельной делится, в основном, на схемы сигнализации котлоагрегатов и дополнительный приборов котельной. В котельных с неизменным обслуживающим персоналом в обязательном порядке иметься сигнализация:

· прекращение работы котла (при срабатывании защиты);

· факторы запуска защиты;

· уменьшение температуры и давления жидкого горючего в едином трубопроводе ведущего к котлам;

· уменьшение либо повышение давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

· уменьшение давления воды в питательной магистрали;

· увеличении либо уменьшения уровня в емкостях (деаэраторных, аккумуляторных устройств горячего водоснабжения, конденсатных, питательной воды, хранения жидкого горючего и т.д.), а также уменьшения уровня в емкостях проточной воды;

· увеличение температуры в емкостях нахождения жидких присадок;

· поломка устройств для обеспечения котельных жидким горючим;

· увеличение температуры нагревания подшипников электродвигателей в соответствии с рекомендациями производителя;

· уменьшение показателя рН в используемой воде (в схемах водоподготовки с подкислением);

· увеличение давления (ухудшения вакуума) в деаэраторе;

· увеличение либо уменьшение или понижения давления газа.

3.2 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Главным аспектом подбора принято считать его интеллектуальность. Под ней подразумевается не банальное нахождение в датчике микропроцессора, а программируемая универсальность датчика, мобильность его устройства, нахождение в нем интерфейсов к стандартным цифровым полевым сетям.

Назначение инновационного датчика стандартно включает:

· создание архива измеренных показателей;

· первоначальная переработка измеренных показаний, контролирование их изменений за оптимальные параметры;

· оформление показаний в необходимые технические единицы с правкой по факторам точности анализа;

· самоанализ и исследование с показанием уведомлений оператору о наличии имеющейся поломке датчика;

· дистанционное, с пульта оператора настраивание шкалы датчика, установка его нуля и градуировка.

Для замера показателя воды применяем датчик ТСПУ Метран-276.

Термопреобразователь ТСПУ Метран-276 специально служит для анализа температуры нейтральных и агрессивных сред, для которых материал защитной арматуры обладает коррозийной устойчивостью.

Чувствительная деталь первичного преобразователя и интегрированный в головку датчика измерительный преобразователь превращает измеряемые показатели температуры в стандартный исходящий сигнал постоянного тока, что способствует формированию АСУТП без использования вспомогательных нормирующих преобразователей.

Для измерения температуры дымовых газов используем датчик ТСП Метран-206.

Термопреобразователь ТСП Метран-206 создан для целей замера температурных показаний жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не приводящих к повреждению материал защитной арматуры.

Для замера температурных параметров подшипников насосов применяют преобразователь ТСП Метран-246. Для анализа температурных показателей подшипников вентиляторов в основном используют преобразователь ТСМ Метран-243. Функции: для анализа температурных параметров небольших по величине подшипников и поверхности твердых тел. Для анализа кавитации потока воды на выходе из насосов рекомендуется применять прибор ДМ - 2005 - Сг - 1Ех.

Манометры сигнализирующие ДМ - 2005 - Сг - 1Ех рекомендовано использовать для исследования чрезмерного вакуумметрического давления разнообразных сред и управлений наружными электрическими цепями от сигнализирующего прибора непосредственного воздействия.

Устройства создаются защищенными от взрывов с типом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка". Для анализа показателей давления газа рекомендуется применять прибор Метран-100-ДИ. Данный прибор служит для цели преобразования чрезмерного давления в оптимальный токовый сигнал дистанционного метода в устройствах автоматического контролирования, регулировки и управления.

В приборах, как правило, исследуемое чрезмерное давление осуществляет прямое воздействие на мембрану и изменяется в давление на жестком центре, передающееся посредством штока на рычаг тезопреобразователя. На мембране (измерительной) расположены тензорезисторы. Деформирование измерительной мембраны приводит к перемене показателей сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал, который создается при разладке мостовой схемы, отправляется в электронный преобразователь, которые меняет электрический сигнал от тензопреобразователя на обычный токовый исходящий сигнал.

Прибор +Метран-100-ДД служит для целей анализа разности давлений, а кроме этого для исследования уровня потребления в наборе с ДКС (диафрагма каменная типовая).

Мембраны соединены с помощью сварки по внешнему контуру к основанию и прикреплены друг к другу центральным штоком, связанным с концом рычага преобразователя посредством тяги. Движение анализируемой разности давлений приводит к прогибанию мембран, изгибания мембраны тензопреобразователя и перемена параметров сопротивления тензорезисторов. Электросигнал от тензопреобразователя переходит из измерительного блока в электропреобразователь.

Оповещатель загазованности СТМ-30 рекомендовано применять для целей постоянного контролирования наличия взрывоопасных концентраций в составе воздуха, находящегося в помещения и открытых пространств, горючих газов, паров и их примесей.

Принцип работы прибора базируется на анализе теплового эффекта в результате окисления горючих газов и паров, находящихся на каталитически активном элементе датчика.

Используется мостовая модель анализа, поступает напряжение питания и выходное напряжение. УЗС-207 (АД-102И - акустический датчик) - служит для целей контролирования 1 либо 2-х предельных положений в разных технологических емкостях либо резервуарах. Функционирование акустического датчика (АД) базируется на анализе временном показании прохождения ультразвукового сигнала посредством рабочего зазора прибора.

Для цели контролирования присутствия огня рекомендуют применять прибор фотоэлектрический ФД - 1 ТУ1-586-0019-92. Он нужен для целей формирования пульсации световой энергии пламени в динамике сопротивления прибора и используется в моделях защиты и сигнализации при угасании факела в топках котлов.

Индукционный расходомер модели ЭРИС-ВТ нужно использовать для целей анализа использования подтоварной воды (с разных устройств ДНС, УПН), речной, озерной воды на водозаборных и водонапорных станциях.

Функционирование базируется на появлении электродвижущей силы в приборе жидкости, пересекающей магнитное поле.

Для анализа показаний разрежения в барабане котла рекомендуется применять многопредельный прибор измерителя давления/разрежения АДР-0.25.2.

Измерители давления многопредельные с цифровой и линейной дискретной индикацией величины показателей давления служат для цели: постоянного анализа показаний абсолютного и избыточного давления воздуха, природных и других газов, неразрушающих материалы контактных элементов (кремний, сталь); создания дискретных исходящих сигналов при достижении показаний давления установленных значений (уставок).

Прибор-счетчик вихревой газовый СВГМ, рекомендуется использовать для целей оперативного и коммерческого анализа природного газа. Прибор включает: датчик измерения расхода (ДРГ. М); датчик анализа избыточного давления; датчик анализа температуры.

Принцип функционирования: тело пребывающее в пути обтекающих его потоков меняет параметры давление потока до тела обтекания и после него, по этой причине совершается срыв вихрей. Формирование вихрей осуществляется в свою очередь, создается получается дорожка Кармана.

Для целей анализа объёма пара и показателей количества тепловой энергии, которая переносится с паром, рекомендуется применять прибор - счётчик пара вихревой СВП - 2500.

Он включает в себя датчик расхода газа (пара) вихревого ДРГ.М, датчика расхода конденсата, датчиков температуры, давления с электрическим исходящим сигналом 0-5 мА или 4-20 мА, блока контроля показаний теплоты микропроцессорного БКТ.М.

Исследуемая среда - насыщенный или перегретый пар с показаниями температуры в границах 100-2500С. Прибор расхода изменяет величину проходящего пара при нормальных показаниях давления в упорядоченный ряд электрических импульсов ценой каждого 1•10-3 или 0,1•10-3 м3/имп в зависимости от типоразмера.

Прибор анализа использования может применяться при температурных показаниях воздуха в границах - 40- + 50°С.

Устройства исполнительные электрические однооборотные (МЭО) стабильной скорости рекомендуется применять для изменения местоположения контролирующих органов в моделях автоматизированной регулировки технологическими процедурами в согласовании с командными сигналами автоматизированых регулирующих и управляющих приборов.

Устройства включают в себя основные конструкций: электропривода, редуктора, штуцерного ввода, блока сигнализации положения.

Принцип функционирования устройств состоит в переустройстве электрического командного сигнала во вращательное передвижение исходящего органа.

Электрическое питание устройств исполняется трехфазным током напряжением: 220/380, либо 240/415В с частотой 50Гц, либо 220/380В с частотой 60Гц.

Электрическое питание выносного блока БП-10 обеспечивается от 220В с частотой 60Гц, возможное отклонение напряжения питания в рамках -15 - +10%, частоты питания ±2%.

Для обеспечения электро всех преобразователей рекомендуется применять блок питания Метра-602.

Блок питания Метран-602 служит для цели преобразования сетевого напряжения 220В в стабилизированное напряжение 24 либо 36В и питания датчиков с унифицированным выходным сигналом:

· датчиков давления серии Метран и др.;

· датчиков температуры серии Метран-270, Метран-270МП, Метран-280 и др.

Блок питания Метран-602 включает в себя сетевой трансформатор и 2 независимых канала, имеющих стабилизатор, схему электронной защиты.

Модель электронной защиты служит для цели защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке. Блок питания автоматизировано выходит на рабочий режим после ликвидации замыкания в нагрузке.

Глава 4. Технико-экономическое обоснование проекта, анализ безопасности и экологичности

4.1 Комплексная оценка экономической эффективности

Расчет показателей экономической эффективности проекта

Для обоснования эффективности единовременных затрат широко используется метод дисконтирования или чистой текущей стоимости.

Метод дисконтирования или чистой текущей стоимости базируется на дисконтных вычислениях по приведению связанных с реализацией проекта доходов и расходов к некоторому моменту времени (к расчетному году).

Чистый дисконтированный доход рассчитывается по формуле:

ЧДД = ,

где ЧДt - чистый доход в году t, тыс.р.;

t - коэффициент дисконтирования (приведения), доли ед.;н,tк - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода.

Если ЧДД имеет положительное значение, то проект можно считается прибыльным, а если нет, то убыточным. Отдельный член денежного потока наличности равен разности между ожидаемой величиной доходов от реализации проекта и всеми видами затрат и может отличаться от другого как по знаку (т.е. быть отрицательным), так и по величине, и рассчитывается по формуле:

ЧДt = П + At - Ht - Kt ,

где П - прибыль, обеспечиваемая внедрением системы в году t.

Аt - амортизационные отчисления от стоимости системы, тыс.р.;t - сумма налогов, выплачиваемых предприятием из прибыли в бюджет, тыс.р.;

Кt - единовременные затраты в году t, тыс.р.

При анализе эффективности инвестиций рассчитывается рентабельность капитальных вложений по формуле:

где К - общие единовременные затраты.

.

Считается, что если Р=100%, то рентабельность проекта равна заданной, если Р > 100%, то имеет место сверх рентабельность, если Р < 100 проект не обеспечивает заданный уровень рентабельности.