Проект модернизации системы управления теплоснабжением

Передаточная функция датчика обратной связи по скорости представляется в виде без инерционного линейного элемента:

, (3.23)

где - номинальное выходное напряжение тахогенератора;

- угловая скорость вращения вала двигателя;

- коэффициент тахогенератора, по таблице 2.10.

3.9 Передаточная функция датчика обратной связи по току

Передаточная функция датчика обратной связи по току представляется в виде без инерционного линейного элемента:

(3.24)

где - номинальное падение напряжения на шунте, по таблице 2.11;

- номинальный ток, протекающий через шунт.

3.10 Структурная схема электропривода

Элементами структурной схемы являются элементарные динамические звенья и сумматоры. Структурная схема составляется на основе функциональной схемы, согласно которой определяются блоки, через которые проходит сигнал управления.

Соединяя элементы САУ между собой в соответствии с их функциональным назначением и схемой САУ, окончательно получаем ее структурную схему, представленную на рисунке 3.2.

В результате преобразований структурной схемы, получаем общую передаточную функцию цепи регулирования тока:

(3.25)

Эта передаточная функция позволяет упростить исходную структурную схему (рисунок 3.3).

Рисунок 3.2 - Структурная схема ЭП

Рисунок 3.3 - Упрощенная структурная схема ЭП

3.11 Анализ устойчивости системы

Для определения устойчивости системы и качества переходных процессов воспользуемся программным обеспечением системы MATLAB 6.1.

Рисунок 3.4 - Переходная характеристика электропривода

Рисунок 3.5 - ЛАХ и ЛФХ САУ электропривода

Рисунок 3.6 - АФЧХ САУ электропривода

Для определения устойчивости системы проведем оценку качества переходного процесса:

1 Время регулирования ;

2 Перерегулирование:

где - значение первого максимума;

- установившееся значение выходной величины.

3 Число колебаний , не превышает нормы.

4 Время достижения первого максимума .

5 Время нарастания

6 Декремент затухания .

Из анализа ЛАХ и ЛФХ видно, что разность между числом положительных и отрицательных переходов ЛФЧ прямых при Lm А ()>0 равна нулю. Запас устойчивости по амплитуде , по фазе .

Анализируя график АФЧХ видно, что кривая не охватывает точку с координатами (-1;0) и согласно критерию Найквиста система является устойчивой. Запас устойчивости по амплитуде .

4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Технико-экономическое обоснование автоматизации основных функций управления предприятием характеризуется следующими показателями эффективности:

а) экономический эффект по годам функционирования АСУТП;

б) срок окупаемости капитальных вложений.

4.1 Расчет экономической эффективности

Годовой экономический эффект от функционирования АСУТП определяется по формуле:

, (4.1)

где - нормативный коэффициент эффективности, определяется по формуле:

(4.2)

где - срок эксплуатации оборудования;

 - разность капитальных вложений по базовому варианту и проектируемому варианту, определяется по формуле:

, (4.3)

где - капитальные вложения по базовому варианту, в данном проекте не изменяются ;

Таблица 4.1- Стоимость нового оборудования

Средство автоматизации	Количество единиц, (шт)	Цена за единицу (тыс. руб)	Итоговая стоимость (тыс. руб)
Преобразователь частоты ПЧ С-300/260 (Ижевский радиозавод)	1	28000	28000
Контролер Ремиконт Р-130	1	17000	17000
Кабель	50 метров	0,02	1
Итого			46000

- капитальные вложения по проектируемому варианту, определяются по формуле:

(4.4)

где - стоимость оборудования и КИП инвентаря по проектируемому варианту, по таблице 4.1 ;

- транспортные расходы составляют 12% от стоимости оборудования, и определяются по формуле:

;

- затраты на установку и монтаж, составляют 15% от стоимости оборудования, и определяются по формуле:

;

- единовременные предпроизводственные затраты НИР и ОКР по проектируемому варианту, составляют 10 - 40% от , принимаем

.

руб.

- текущие затраты в эксплуатации по базовому варианту, определяется по формуле:

, (4.5)

где - затраты на амортизацию основных производственных фондов, составляют 15,6% от балансовой стоимости оборудования и определяются по формуле:

, (4.6)

где - балансовая стоимость оборудования по базовому варианту, ;

;

- затраты на ремонт и техническое обслуживание определяются по формуле:

; (4.7)

- затраты на потребляемую электроэнергию, определяются по формуле:

, (4.8)

где - стоимость 1кВтч электроэнергии, ;

- установленная мощность оборудования, кВт;

- коэффициент, учитывающий использование оборудования, ;

- эффективный годовой фонд времени работы технических средств АСУТП, ч;

- коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий потери в сети, ;

- коэффициент полезного действия оборудования, ;

;

.

- текущие затраты в эксплуатации по проектируемому варианту, определяется по формуле:

, (4.9)

где - затраты на амортизацию основных производственных фондов, составляют 15,6% от балансовой стоимости оборудования и определяются по формуле:

, (4.10)

где - балансовая стоимость оборудования по проектируемому варианту, определяется по формуле:

; (4.11)

;

- затраты на ремонт и техническое обслуживание определяются по формуле:

; (4.12)

- затраты на потребляемую электроэнергию, определяются по формуле:

,

где - стоимость 1кВтч электроэнергии, ;

- коэффициент, учитывающий использование оборудования, ;

- эффективный годовой фонд времени работы технических средств АСУТП, ч;

- коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, ;

- коэффициент, учитывающий потери в сети, ;

- коэффициент полезного действия оборудования, ;

- установленная мощность нового оборудования, определяется по формуле:

(4.13)

где - максимальная потребляемая мощность насоса;

- минимальная потребляемая мощность, определяется из соотношения с числом оборотов вала двигателя:

, (4.14)

где - число оборотов вала двигателя, при максимальной потребляемой мощности из сети, ;

- число оборотов вала двигателя, при минимальной потребляемой мощности из сети, определяется из соотношения с напором, по формуле:

, (4.15)

где - максимальный напор создаваемый насосом, ;

- минимальный напор насоса, необходимый для нормальной работы теплосети, ;

;

;

руб;

4.2 Расчет окупаемости капитальных вложений

Срок окупаемости капитальных вложений в АСУТП, определяется по формуле:

(4.16)

г.

При этом должно выполняться условие:

(4.17)

1,2<5,

условие выполняется.

По полученным показателям эффективности можно сделать вывод, что внедрение АСУТП является выгодным.

5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Почти во всех случаях проявления опасностей источниками воздействия являются элементы техносферы с их выбросами, сбросами, твердыми отходами, энергетическими полями и излучениями. Идентичность источников воздействия во всех зонах техносферы неизбежно требует формирования общих подходов и решений в таких областях защитной деятельности как безопасность труда, безопасность жизнедеятельности и охрана природной среды.

Промышленные предприятия, объекты энергетики являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, помещений самого промышленного объекта и т. д. К энергетическим загрязнениям относят вибрационное и акустическое воздействия, электромагнитные поля и излучения.

Условиями надежной и безаварийной работы являются надлежащие состояние котельного оборудования, правильная организация труда и рабочих мест персонала, а также прочное знание и выполнение производственных инструкций и требований техники безопасности.

В теплоэнергетических объектах, в связи с пожаро - и взрывоопасностью перерабатываемых веществ, их агрессивностью и токсичностью в создании безопасных условий труда имеет особое значение автоматизация технологических процессов.

Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации. При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств, способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма.

На каждом производстве должны иметься специфические нормативно-технические документы по безопасности жизнедеятельности, применению и хранению вредных веществ и указания о средствах коллективной и индивидуальной защиты, отвечающих требованиям ГОСТ 12.04.001 ССБТ ”Средства защиты работающих. Классификация”.

5.1 Анализ опасных и вредных факторов в помещении котельной

Основными опасностями в помещении котельной являются:

токсичные вещества, образующиеся в процессе горения топлива;

природный газ, используемый в качестве топлива;

поражение электротоком;

пожаро - и взрывоопасность.

Химическая реакция соединения горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты, называется горением. В качестве окислителя используется кислород воздуха. Процесс горения может идти с разной скоростью: от медленного до мгновенного окисления горючих элементов во всем объеме топлива.

При использовании в качестве топлива природного газа, уровень концентрации утечки газа в рабочей зоне замеряется газоанализатором универсального типа ГХП ГОСТ 6329-74 на высоте 1,5 - 1,7 м от пола. Предельно допустимый уровень концентрации газа в воздухе по ГОСТ 12.1.005-76 и СНиП 245-71 составляет 3 мг/м3. В процессе сжигания топлива в парогенераторах образуются продукты сгорания (СО и СО2), которые могут оказать воздействие на организм человека, попадая в него через дыхательные пути. Их предельно допустимый уровень концентрации по ГОСТ 12.1.005 - 76 и СниП 245 - 71 составляют соответственно 20 мг/м3 и 30 мг/м3.

Из всех образующихся при горении веществ безопасными для живого организма являются лишь водяные пары, азот, углекислый газ и кислород. Остальные - окислы серы (SOх=SO2+SO3) и азота (NOх=NO+NаO2), угарный газ, сажа, зола, пятиокись ванадия - являются в той или иной мере токсичными веществами, вредно влияющими на органы дыхания, кожу человека и животных (рисунок 5.1).

В зависимости от степени опасности воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на несколько групп. К чрезвычайно опасным относится пятиокись ванадия и бензапирен, который появляется в дымовых газах при сжигании любого вида топлива с недостатком кислорода. Высоко опасными являются двуокись азота NO2 и серный ангидрид SO3. В дымовых газах находится обычно 2-5 % серного ангидрида от общего количества сернистого ангидрида SO2, который получается при сжигании топлива.

Рисунок 5.1 - Состав дымовых газов

Загрязнение окружающей среды сырьем, полупродуктами и продуктами производства возможно лишь при нарушении технологического режима, разгерметизации оборудования и выхода его из строя. Поэтому для защиты окружающей среды от опасностей необходимо выдерживать нормы технологического режима и содержать в исправном состоянии технологическое оборудование, трубопроводы, регулирующие и предохранительные устройства.

Для защиты людей от поражения электрическим током в процессе производства работ применяются следующие виды защиты и средства защиты:

диэлектрические перчатки и боты;

резиновые коврики и изолирующие подставки;

изолирующие клещи, указатели напряжения;

устройство защитного заземления.

Оборудование и трубопроводы должны представлять на всем протяжении непрерывную цепь и присоединяться к заземляющим устройствам.

Заземление производится как естественное, так и искусственное.

Естественное заземление - металлические конструкции, арматура, трубопроводы, оборудование, имеющее надежное соединение с землей.

Искусственное заземление - изготавливается в виде труб, стержней, вбитых вертикально в землю длиной 3-5 метров, стальные шины сечением не менее 100 мм2.

Котельная №1 относится к категории взрыво- и пожароопасных производств. Вид топлива газ является взрывопожароопасным веществом. Природный газ, используемый в качестве топлива имеет температуру вспышки 50С, температуру самовоспламенения 379С.

Электрооборудование на установке парогенератора устанавливается во взрывобезопасном исполнении.

Для ликвидации пожара и загораний все помещения котельной обеспечены соответствующими средствами пожаротушения: огнетушителями, ящиками с песком, пожарными кранами и инвентарем.

В помещении котельной не устранены в полной мере причины, приводящие к неблагоприятным воздействиям на работоспособность и здоровье трудящихся. Основными причинами отдельных несчастных случаев на участке являются недостатки и неисправности оборудования, а также нарушение работающими правил техники безопасности. Кроме того, причинами несчастных случаев и различных заболеваний могут быть: нерациональный режим труда, загазованность помещений, недостаточное освещение и другие общесанитарные недостатки.

5.2 Освещение

Рациональное освещение помещений и рабочих мест - один из важнейших элементов благоприятных условий труда. Правильное спроектированное и выполненное производственное освещение способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции, снижает утомляемость и травматизм на производстве. Неправильное и недостаточное освещение может привести к созданию опасных ситуаций.

Рабочие места операторов и другого дежурного персонала, помещения, где размещены теплообменники, конденсационные баки, тягодутьевые машины, установки водоподготовки, тепловые щиты, пульты управления и автоматики, а также отдельно расположенные контрольно-измерительные приборы и указатели уровня, должны быть хорошо освещены.

Освещённость рабочих мест должна обеспечивать хорошую и устойчивую видимость показаний приборов с рабочих мест. Особенно это важно для зон и участков, где установлены наиболее важные приборы. Важным требованием является защита зрения. Глаза необходимо защищать от действия яркого света, идущего непосредственно от источника света или от отражающих поверхностей.

Освещение в котельной может быть обычного исполнения, однако если котельная встроена в здание, то в ней необходимо дополнительно установлены светильники взрывозащищенного исполнения с отдельной проводкой, причем их выключатель и предохранитель следует располагать вне помещения, у входа в котельную.

В производственных помещениях применяется общее или комбинированное (общее и местное) освещение. Применение одного местного освещения не разрешается. Местное освещение, создаваемое светильником непосредственно над рабочими поверхностями, применяется, когда необходима высокая освещённость рабочей зоны.

В помещение котельной применяются герметичные светильники. Все производственные помещения с постоянным пребыванием в них рабочих в дневную смену должны иметь естественное освещение.

Согласно нормам, освещенность рабочего места должна быть не менее 50 лк, в бытовом помещении не менее 200 лк; аварийное 5°/о от основного освещения и не менее 2 лк для ведения каких-либо работ в этих условиях по технологическому процессу Аварийное освещение используется в аварийных случаях и обеспечивает освещение:

а) в помещениях при освещении менее 0,5 лк по линии основных переходов и лестниц;

б) на открытых местах при освещенности менее 0,2 лк.

В цехе используются светильники повышенной надежности против взрыва типов НОБ-300 и НЗБ-150. Для местного освещения рабочего места применяются светильники напряжением 12В взрывозащищенного исполнения.

Данные по нормативам освещенности приведены в СНиП 23-05-95.

Для внутреннего освещения технологических аппаратов во время их осмотра и ремонта применяются переносные светильники во взрывозащитном исполнении напряжением не более 12 В, защищенные металлической сеткой.

Ниже приведен расчет естественного освещения согласно СНиП 23-05-95:

Основной задачей светотехнических расчетов является: для естественного освещения определение необходимой площади световых проемов. Естественное освещение поступает через окна.

Найдем площадь пола помещения по формуле:

, (5.1)

где А- длина помещения, А=50м;

В - ширина помещения, В=30м.

Необходимая площадь световых проемов, определяется по формуле:

(5.2)

где - нормированное значение коэффициента естественной освещенности, (определим из таблицы СНиП 23-05-95 по 5 разряду зрительной работы и наименьшему размеру 1-5 мм объекта различения) ;

- световая характеристика окон, (по таблице СНиП 23-05-95 при боковом освещении) ;

Кзд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями, (по таблице СНиП 23-05-95) Кзд=1,1;

Кз- коэффициент запаса, (по таблице СНиП 23-05-95, при вертикально расположенных светопропускающего материала и в помещении содержащее от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти) Кз=1,4;

- коэффициент, учитывающий влияние отраженного света; (по таблице СНиП 23-05-95, с учетом геометрических размеров помещения, светопроема и значений коэффициентов отражения стен, потолка, пола) ;

- общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле:

, (5.3)

где - коэффициент светопропускания материала, (подберем из СНиП 23-05-95 для одинарного оконного стекла) ;

- коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема, (подберем из СНиП 23-05-95, т. к. переплеты для окон промышленных зданий стальные, одинарные, глухие) ;

- коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, (солнцезащитное устройство - горизонтальный козырек с защитным углом не более 30°) .

Найдем площадь одного окна, которое находится в помещении котельной, по формуле:

, (5.4)

где а - длина окна, а=2 м;

в - ширина окна в=1м.

Определим количество окон, необходимое для светопропускания в производственном помещение по формуле:

штук (5.5)

В промышленном помещении, чтобы поддержать хорошую светопроницаемость необходимо 176 окно.

Ниже приведен расчет искусственного освещения в операторной, согласно СНиП 23-05-95:

Целью расчета является определение числа светильников в помещении операторной установки. Расчет производится по коэффициенту использования светового потока, по которому определяется световой поток ламп, необходимый для создания заданной освещенности горизонтальной поверхности при общем равномерном освещении, с учетом света, отраженного полом и потолком.

Определяем разряд и подразряд зрительной работы. Для этого сначала находим число светильников:

; (5.6)

где L - расстояние между центрами светильников, определяется по формуле:

; (5.7)

где Н - высота помещения Н=10м;

М - расстояние между параллельными рядами, определяется по формуле:

(5.8)

Найдем световой поток по формуле:

(5.9)

где Ен - нормированный тип освещения, по СНиП 23-05-95 Ен=300;

Z - коэффициент минимального освещения, по СНиП 23-05-95 Z=1,1;

К- коэффициент запаса по СНиП 23-05-95 К =1,5;

- коэффициент использования светового потока ламп, по СНиП 23-05-95= 32.

Выбираем лампы ЛД-40, мощностью 40Вт,

Выполняем проверку по формуле:

(5.10)

Вычислим потребляемую мощность осветительной установки по формуле:

(5.11)

где р - мощность одной лампы р=40 Вт;

n-количество ламп в осветительной установки, n=4.

Оценивая и места установки наиболее важных приборов и установок, выявили, что для улучшения труда и безопасной работы персонала котельной необходимы дополнительные оконные проемы для естественного освещения. Произвели расчет и выбор размеров дополнительных оконных проемов. В темное время суток для обеспечения работы персонала котельной рассчитано дополнительное искусственное освещение, подобраны лампы дневного освещения ЛД-40.

5.3 Вентиляция

Вентиляционные системы, предназначенные для создания воздухообмена, заключающегося в удалении из производственного помещения загрязненного воздуха с подачей вместо него чистого, что позволяет создать в рабочей зоне нормальные метеорологические условия. Вентиляция также необходима для исключения перегрева приборов и средств автоматизации и создания для них благоприятного микроклимата, общие требования определены в СНиП 2.04.05-91, к системам вентиляции ГОСТ 12.4.021-75 ССБТ.

В случае внезапного поступления в помещение большого количества взрывоопасных или токсичных выделений в результате аварии или нарушения технологического процесса предусмотрено включение аварийной вентиляции.

Для аварийной вентиляции используются два вентилятора типа ЦАГИ, обладающие производительностью 32000 м3/ч. В помещениях цеха кратность вентиляции: в операторной - 4, в помещениях цеха, по СНиП 11-92-76. Кратность воздухообмена это объем воздуха, подаваемого в течении одного часа в производственное помещение и обеспечивающего соблюдения санитарных норм.

Включение аварийной вентиляции предусмотрено автоматически от газоанализаторов и дистанционно со щита операторной.

Организация и проведение технологического процесса должны предусматривать:

- замену технологических процессов и операций с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью: комплексная механизация, автоматизация, применение дистанционного управления технологическими процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов:

- герметизацию оборудования;

- применение средств коллективной защиты;

- своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях;

- систему контроля и управления технологического процесса, обеспечивающие защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования;

- своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов.

Работу внутри аппаратов, в колодцах, цистернах производить в шланговом противогазе, в присутствии дублера и лица, ответственного за проведение работ, которые должны иметь средства индивидуальной защиты.

Особое значение имеет вентиляция производственных помещений, позволяющая бороться с запылённостью и загрязнением различными примесями воздуха. Естественная вентиляция усиливается при помощи форточек, вытяжных каналов, а также аэрации зданий и управляемой естественной вентиляции, использующей окна и фонари зданий, через них удаляется в атмосферу нагревшийся в помещении воздух.

Механическая (принудительная) вентиляция необходима на производстве, которое имеет источники загрязнения воздуха (различные испарения, загазованность, и пр.). Она снабжена устройствами, подающими в помещение чистый воздух из атмосферы и вытяжными установками. Места образования пыли укрывают кожухами, присоединёнными к воздуховодам вытяжной вентиляции.

Для предупреждения вредного воздействия полей электромагнитных излучений все источники экранируются специальными приспособлениями типа перегородок, отсеков и тому подобным. Имеются средства индивидуальной защиты от излучений, соответствующие костюмы из обработанной ткани, шлемы и специальные защитные очки. В рабочих помещениях систематически замеряется напряжённость электромагнитного поля.

Определим полное необходимое количество свежего воздуха. Количество воздуха необходимое для удаления избыточного тепла:

(5.12)

где tу - температура удаляемого воздуха, tу=26С°;

tпр - температура принятого воздуха, tпр =18 С°;

- избыточное тепловыделение, определяется по формуле:

(5.13)

где Q1 - тепловыделение от искусственного освещения, определяется по формуле:

, ккал/час (5.14)

где - мощность осветительной установки, Вт;

-коэффициент тепловыделения,;

Q2 - тепловыделение от работающих людей, ккал/час;



где h - количество работающих в наибольшей смене, h=24 чел;

q1 - количество тепла, выделяемого одним человеком, q1=120ккал/час.

Количество воздуха для удаления избытка влаги:

(5.15)

где Vуд - влагосодержание удалённого воздуха, Vуд =17 г/м3;

Vпр - влагосодержание приточного воздуха, Vпр =12 г/ м3;

N - влаговыделение работающих людей, определяется по формуле;

(5.16)

где С1 - влаговыделение одного человека, С1=160 г/час.

Расчет количества воздуха, необходимого для поддержания ПДК вредных примесей.

Количество воздуха, необходимое для поддержания ПДК вредных примесей рассчитывается по формуле:

(5.17)

где V1 - количество углекислого газа, выделяемого одним человеком, V1=30 л/час;

Кпод- концентрация углекислого газа в подаваемом воздухе, Кпод =0,1 л/м3;

Куч - ПДК углекислого газа в воздухе участка, Куч =1 л/м3.

Полное необходимое количество приточного воздуха:

.

Для предупреждения вредного воздействия загрязнения воздуха различными испарениями, загазованности, и другими, предусмотрена и рассчитана принудительная вентиляция, она снабжена устройствами, подающими в помещение чистый воздух из атмосферы и вытяжными установками. Места образования пыли укрывают кожухами, присоединёнными к воздуховодам вытяжной вентиляции. Рассчитано необходимое количество приточного воздуха для обеспечения безопасной работы персонала котельной.

Оценивая условия работы персонала котельной, и все вредные факторы, выявлено много недостатков, которые существенно мешают нормальной работе персонала котельной. Произведены необходимые расчеты для естественного и искусственного освещения, с подбором необходимых оконных проемов и ламп дневного освещения удовлетворяющие СНиП 23-05-95. Также произведены расчеты для дополнительного приточного воздуха принудительной вентиляцией удовлетворяющие СНиП 2.04.05-91. По данным расчетов можно сделать вывод, что обеспечены хорошие условия для нормальной работы персонала котельной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автоматизация теплоэнергетического оборудования является основой развития технического прогресса направленного на экономию различных ресурсов, улучшение условий работающих, уменьшение загрязнения воздушного бассейна городов и населенных пунктов.

В настоящее время в республике Башкортостан многие тепловые станции требуют модернизации. Оборудование таких станций потребляют большое количество электроэнергии, морально устарело. Агрессивная политика РАО ЕС и предприятий - поставщиков электроэнергии заставляет потребителей энергии задумываться о стоимости энергоносителей и предпринимать адекватные действия для компенсации своих потерь.

Известно, что максимальную эффективность от модернизации такого оборудования можно обеспечить применением частотно - регулируемых приводов. Надежность и степень готовности современных преобразователей частоты в полной мере соответствуют сокровенной мечте любого эксплуатационщика, начиная от техника и заканчивая главным инженером, которая выражается незамысловатой формулой: «Установил, включил и забыл».

В дипломном проекте разработан проект модернизации системы управления теплоснабжением. Выполнен анализ действующих технологических процессов, применяемого оборудования, методов и средств автоматизации функций контроля, регулирования и сигнализации, выявлены недостатки. Предложен подход к модернизации системы управления теплоснабжением на основе применения микропроцессорных средств автоматизации. Разработана двухуровневая система управления, выбраны и обоснованы необходимые технические средства (датчики, контроллеры и др. элементы АСУТП).

Правильность принятых решений при проектировании системы управления проверена с помощью пакета моделирования MATLAB.

Произведен расчет ожидаемого годового экономического эффекта, от внедрения проекта, который составил 43441 рубль.

Рассмотрены вопросы охраны труда персонала котельной, выявлены недостатки, которые существенно мешают нормальной работе персонала котельной. Произведены необходимые расчеты для естественного и искусственного освещения, с подбором необходимых оконных проемов и ламп дневного освещения. Также произведены расчеты для дополнительного приточного воздуха принудительной вентиляцией.

Разработанная в ходе дипломного проекта АСУ ТП позволит реализовать следующие возможности:

- первичный сбор и контроль технологических параметров;

- автоматическое регулирование технологических параметров в соответствии с регламентными требованиями;

- улучшение условий труда технологического персонала;

- повышение производительности оборудования;

- уменьшение энергетических затрат.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Петрущенков В.А. Теплофикация и тепловые сети: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998.-88с

2 Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. школа, 1980. - 469 с., ил.

3 С. А. Абдурашитов, А. А. Тупиченков, И. М. Вершинин. Насосы и компрессоры: М.: Недра, 1974.

4 Москаленко В. В. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 1991.

5 Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. Профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

7 Сергеев П. С. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Энергия, 1970.

8 Вешневский С. Н. Характеристика двигателей в электроприводе. Изд. 5-е книги “Расчет характеристик и сопротивлений для двигателей”. - М.: Энергия, 1967.

9 Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами/ Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982.

10 Ю. Г. Бацежев, В. С. Костюк. Электропривод и электроснабжение. Учебник для вузов - М.: Недра, 1989.

11 Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий, под ред. М. Г. Зименкова, Г. В. Розенберга, Е. М. Феськова - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

12 Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. Отделение, 1982.

13 Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - 6-е изд. доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981

14 Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001.

15 Теория автоматического управления: Учеб. для вузов; Под ред. А. А. Воронова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986.

16 Теория автоматического управления: Учеб. для вузов; Под ред. Ю. М. Соломенцева. - 2-е изд. исправленное - М.: Высш. шк., 1999.

17 Контроллеры многофункциональные Р-130, Р-130М. Руководство по эксплуатации. ЗАО «Контраст». - Чебоксары, 2002. - 73с.

18 Теплосчетчик-Регистратор «ВЗЛЕТ ТСР» Руководство по эксплуатации. - Санкт-Петербург 2001.

19 Олсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. - СПб.: Невский Диалект 2001. - 557 с.: ил.

20. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Книга 2. Масленков М. Ю., Соболев Е. А., Соколов Г. А. и др. - М.: 1993.

21 Проектирование электрических машин: Учебник для втузов/ Под ред. О. Д. Гольдберга. - М.: Высш. шк., 1984. - 431 с., ил.

22 С.В. Белов и др. Безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 1999. - 448с.

23 Теплотехника: Учебник для студентов втузов/ А.М.Архаров, С.И.Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. Ред. В.И.Крутова.- М.: Машиностроение, 1986. - 432с.

ДОКЛАД

Уважаемые члены Государственной экзаменационной комиссии. Вашему вниманию представляется дипломный проект на тему: «Проект модернизации системы управления теплоснабжением». Работа выполнялась на базовом предприятии «КРТС», в котельной №1 поселка Маячный, предназначенной для теплоснабжения систем отопления жилых и производственных зданий.

Актуальность проекта. Один из наиболее известных примеров парадоксально неэффективной технологии - это применяемая в российских городах система центрального отопления. Само по себе центральное отопление - очень эффективный способ и при правильном применении заметно превосходит, например, электроотопление как по термодинамическим, так и по экономическим показателям. На практике, однако, ни для кого не секрет, что нерегулируемые нагревательные элементы почти всегда дают либо недостаточно тепла (потребитель мерзнет), либо слишком много (потребитель вынужден открывать окно), и очень редко - именно столько, сколько действительно необходимо. Это происходит в связи с материальными и политическими причинами. При проектировании систем отопления проектировщики предполагали, что в российских городах и поселках будет постоянно продолжаться строительство жилых и производственных зданий, в связи, с чем все оборудование выбиралось с запасом. В результате оборудование тепловых станций на сегодняшний день потребляет значительно больше топлива и электроэнергии чем это требует технологический процесс.

В настоящее время в республике Башкортостан многие тепловые станции требуют модернизации. Оборудование таких станций потребляет большое количество электроэнергии, морально устарело. Агрессивная политика РАО ЕС и предприятий - поставщиков электроэнергии заставляет потребителей энергии задумываться о стоимости энергоносителей и предпринимать адекватные действия для компенсации своих потерь.

Известно, что максимальную эффективность от модернизации такого оборудования можно обеспечить применением частотно - регулируемых приводов для насосных агрегатов.

Лист №1. Основным технологическим процессом, происходящим в системе теплоснабжения, является циркуляция, подогретой воды (теплоносителя) в бойлере, по всей тепловой сети.

Сетевой насос за счет создаваемого давления обеспечивает поступление воды в систему водоподогревателей и циркуляцию ее по всей тепловой сети. Система водоподогревателей состоит из пяти линий. В каждой из этих линий имеется два бойлера предварительного нагрева и один бойлер основного нагрева. В бойлерах предварительного нагрева сетевая вода нагревается конденсатом, который образуется после прохождения пара по бойлеру основного нагрева. В бойлере основного нагрева вода нагревается паром, поступающим из парогенератора. Пар в бойлер поступает под постоянным давлением и постоянной температурой . Изменение температуры нагрева сетевой воды в бойлере происходит за счет изменения подаваемого количества пара (увеличение или уменьшение подачи газа в топку котла). В данной системе теплоснабжения для нагрева сетевой воды задействован один парогенератор и одна линия водоподогревателей.

В системе водоподогревателей теплоноситель (вода) может нагреться до температуры выше положенной по отопительному графику. Для поддержания заданной температуры в системе предусмотрена редукционно-охладительная установка (РОУ), принцип работы которой основан на подмешивании подогретой воды обратной сетевой водой.

Давление перед сетью потребителей должно поддерживаться в определенных значениях Повышение давления перед сетью потребителей может привести к нарушению сварных соединений трубопроводов, а понижение давления может привести к нарушению циркуляции воды в сети потребителей. Для ограничения повышения давления в прямой линии в системе установлена задвижка (запорная арматура), которая настроена (в ручную) на давление не более 5 кгс/см2. При открытой задвижке и минимальном расходе в сети давление в прямой линии может достигнуть максимального значения 5-5,2 кгс/см2, что больше положенного.

Основным параметром, характеризующим нормальную работу системы, являются показания давления на обратной линии сетевой воды. Эти показания снимаются электро - контактным манометром и передаются на пульт управления. При понижении давления до значения срабатывает сигнализация и происходит остановка работы парогенератора до устранения причин падения давления. Понижение давления обычно сопровождается увеличением расхода сетевой воды (неполадки в системе). Для определения увеличения расхода сетевой воды на подпиточной линии установлен расходомер сигнал, которого передается на пульт управления. Общее количество используемой воды в системе теплоснабжения . Нормальным расходом является расход, при котором процент подпитки равен 0,25% от общего количества сетевой воды.

Недостатками данной системы является дроссельное регулирование в результате, которого происходит ограничение давления в прямой линии. Ограничение давления на задвижке равно потерям электроэнергии на сетевом насосе.

Одним из методов модернизации системы управления теплоснабжением является внедрение систем с частотно - регулируемыми приводами насосных агрегатов. Именно этот метод позволит снизить затраты на электроэнергию, увеличить срок службы оборудования, улучшить условия работы труда обслуживающего персонала.

Лист №2. Попробуем разобраться, за счет чего и когда появляется возможность экономии потребляемой энергии приводами насосов и что необходимо делать для того, чтобы эту экономию получить, не нарушая общий ход технологического процесса.

Для этого воспользуемся известными характеристиками для насосных агрегатов и сети (рис а), где Q - расход в сети, H - напор. Кривая 1 соответствует напорной характеристике насосного агрегата, а кривая 2 - гидравлической характеристике сети, где - требуемый статический напор сети. Точка пересечения этих характеристик является идеальной расчетной точкой совместной работы насосного агрегата и сети . При снижении расхода в сети меняется ее гидравлическая характеристика - линии 3-5. Соответственно будут сдвигаться точки пересечения характеристик. Как видно из рисунка, с уменьшением расхода увеличивается давление в сети.

На рисунке б, показаны характеристики насосного агрегата и сети с дроссельным регулированием где - падение напора на дроссельном элементе. Чем больше величина, тем глубже производится дросселирование регулирующим элементом, тем больше энергетических потерь имеет весь технологический процесс.

Теория работы нагнетателей (насосов и вентиляторов) доказывает, что изменение частоты вращения привода нагнетателя изменяет его напорные характеристики. Кроме того, напор, создаваемый нагнетателем, пропорционален квадрату частоты вращения агрегата.

Из теории работы нагнетателей известно, что создаваемый нагнетателем напор пропорционален квадрату частоты вращения агрегата. Из этого следует, что при снижении частоты вращения снижаются напорные характеристики насоса.

Изменение напорных характеристик насосного агрегата при изменении частоты вращения иллюстрирует рисунок в, на котором кривая 1 соответствует номинальной (при номинальной частоте вращения привода) напорной характеристике, а кривые 2-4 - напорным характеристикам при пониженной частоте вращения.

Из рисунка видно, что если контроль давления в сети передать насосному агрегату, то можно добиться требуемого давления в сети без лишних затрат электроэнергии.

Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление еще и по другой причине. Собственно насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия - отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения коэффициента полезного действия насоса в зависимости от расхода жидкости при различных частотах вращения представлен на рисунке г. В соответствии с теорией подобия максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения несколько снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать на пониженной частоте вращения. В этом случае кпд насоса выше, чем при работе на номинальной частоте вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию на исключении гидравлических потерь, но и получить экономический эффект за счет повышения коэффициента полезного действия самого насоса - преобразования механической энергии в гидравлическую.

Практика применения частотных преобразователей для управления насосами доказывает целесообразность не просто включения преобразователя для управления агрегатом, а создания системы управления технологическим процессом на основе применения программируемого логического контролера. Именно такой подход позволяет получить экономический эффект не только от снижения потребляемой из сети электрической мощности, но и добиться существенного уменьшения эксплуатационных расходов, улучшения условий труда и увеличения срока службы оборудования.

Лист №3. Для достижения заданной цели в дипломном проекте разработана функциональная схема автоматизации с применением контролера. Функциональная схема содержит систему дистанционного управления клапаном 1Б, обеспечивающему подмешивание прямой подогретой воды обратной сетевой водой, для регулирования температуры в прямой линии, согласно отопительному графику. Открытие и закрытие клапана производится исполнительным механизмом 1А, с помощью магнитного пускателя 1В подключенного к контролеру.

Регулирование давления в системе теплоснабжения производится сетевым насосом 2А, исполнительный механизм 2Б (двигатель) которого, подключен к сети электропитания, с помощью преобразователя частоты 2Б. Преобразователь частоты изменяет частоту сети электропитания, подаваемую на статорную обмотку двигателя. Как ранее известно, изменение частоты сети вызывает изменение числа оборотов вала двигателя и соответственно изменение давления в системе теплоснабжения. Управление преобразователем частоты осуществляется с помощью контролера, который обрабатывает информацию от датчиков и вырабатывает управляющее воздействие. В качестве датчиков давления температуры и расхода используются датчики уже установленного в данной системе теплоснабжения теплосчетчика - регистратора «ВЗЛЕТ ТСР».

Плакат №4. В данной системе теплоснабжения теплосчетчик-регистратор «ВЗЛЕТ ТСР» используется для экономических расчетов.

Теплосчетчик «ВЗЛЕТ TCP» с тепловычислителем исполнения ТСРВ-010 обеспечивает: измерение и индикацию текущих значений расхода, температуры и давления в 1 - 4 трубопроводах; вывод измерительной, диагностической, установочной, архивной и т.д. информации через последовательные интерфейсы RS232 (в том числе через телефонный или радиомодем), RS485.

На рис. а) изображен сводный перечень алгоритмов расчета тепла для всех режимов функционирования теплосчетчика. На рис. б) показана рекомендуемая схема применения теплосчетчика в данном режиме. На рис. в) последовательность переключения индикации параметров.

На чертеже №5 изображена упрощенная принципиальная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Схема ПЧ со звеном постоянного тока состоит из двух основных блоков: управляемого выпрямителя и управляемого инвертора тока с системами управления. Напряжение сети стандартной частоты подается на вход управляемого выпрямителя, преобразующего переменное напряжение в постоянное, которое можно регулировать в широких пределах с помощью системы управления выпрямителем. Выпрямленное и регулируемое напряжение подается на вход инвертора, который преобразует его в трехфазное напряжение регулируемой частоты, поступающее на двигатель. Частота выходного напряжения инвертора регулируется системой управления инвертором в функции сигнала управления.

Входными сигналами блока управления являются: задающие напряжение , определяющие частоту автономного инвертора тока АИТ, напряжение отрицательной обратной связи по выпрямленному току , снимаемое с датчика тока ДТ, и напряжение отрицательной обратной связи по угловой скорости асинхронного двигателя, снимаемое с датчика скорости ДС.

Блок управления состоит из четырех операционных усилителей.

Лист №6. Для проверки предложенной системы управления использовано моделирование. Разработана функциональная схема ЭП. Для каждого элемента рассчитаны передаточные функции и изображены на структурной схеме.

Моделирование выполнено с использованием пакета прикладных программ MATLAB, получены результаты моделирования. На основании результатов моделирования можно сделать вывод, что система устойчива.

На плакате №7 изображены основные экономические показатели.

Полученные в ходе экономических расчетов технико-экономические показатели свидетельствуют о целесообразности проводимых мероприятий по внедрению автоматизированной системы управления теплоснабжением.

Заключение. Разработанная в ходе дипломного проекта АСУ ТП позволит реализовать следующие возможности:

- первичный сбор и контроль технологических параметров;

- автоматическое регулирование технологических параметров в соответствии с регламентными требованиями;

- улучшение условий труда технологического персонала;

- повышение производительности оборудования;

- уменьшение энергетических затрат.

Из сказанного можно сделать вывод, что применение современных преобразователей частоты в системах теплоснабжения в полной мере соответствует сокровенной мечте любого эксплуатационника, начиная от техника и заканчивая главным инженером, которая выражается незамысловатой формулой: «Установил, включил и забыл».

Доклад окончен. Спасибо за внимание.

Размещено на Allbest.ru