Автоматизация системы управления технологическим процессом высокотемпературного отжига анизотропной стали в печах сопротивления типа СГВ (СГН) ПТС НЛМК

Коэффициенты отражения потолка сп и стен сс [22]: сп = 50 %; сс = 30 %.

Индекс помещения, определяемый из его размеров:

(38)

Значение коэффициента использования светового потока [14]: з = 0,53.

Согласно (38):

Число светильников N1 принимается равным 400.

Проверяется фактическое значение освещенности. Значение светового потока, необходимого для создания заданной освещенности поверхности:

(39)

Световой поток выбранных ламп:

F1 = N1 · n · F = 400 · 1 · 23500 = 9400000 лм. (40)

Тогда фактическая освещенность расчетной поверхности:

(41)

Полученная фактическая освещенность на 0,5% меньше нормированной освещенности, что вполне допустимо. Число светильников в одном ряду:

(42)

где С = 4 - число рядов светильников в помещении.

Длина светильников в одном ряду:

(43)

где l = 0,4 м - длина выбранного типа светильника.

Рассчитанная длина ряда светильников меньше длины помещения, поэтому светильники располагаем на расстоянии от стен и между собой, равном

(44)

Расстояние между соседними рядами светильников при учёте, что ширина светильников а = 0,77 м и боковые светильники расположены на стенах, равно:

(45)

Общая компоновка светильников представлена на рис. 30.

3.5 Электробезопасность и расчет защитного заземления

В ПТС расположены электроустановки разного класса напряжений: от 0,127кВ до 35кВ. Все помещения в которых находится электрооборудование данных классов, по степени опасности поражения электрическим токам относятся к категории повышенной опасности и т.к. электропечи ВТО расположены в технологическом пролете отделения, следовательно, весь пролет относится к категории повышенной опасности.

В ВТО ПТС ухудшены условия электробезопасности из-за использования в технологическом процессе водорода и газовых смесей на его основе (смеси водорода с азотом). Согласно [21] водород является веществом, образующим с воздухом взрывоопасную смесь. Характеристиками данной смеси являются: категория IIС - означает необходимость применения второй группы защиты электрооборудования типа "взрывобезопасное электрооборудование" и искробезопасной электрической цепи для его коммутации, группа смеси Т1 - характеризует температурный класс электрооборудования с предельной температурой эксплуатации в 450єC. Термическое отделение ПТС относится к взрывоопасным установкам. Возникновение потенциала на корпусах оборудования может вызвать искрение и опасные последствия. К подобным установкам предъявляются повышенные требования по заземлению и уравниванию потенциалов электрооборудования, металлоконструкций и трубопроводов - кожуха печи, стенда, и подводящих трубопроводов.

Согласно [21], все электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы и т.д.) не должны располагаться во взрывоопасной зоне, а при расположении в общем помещении со взрывоопасным оборудованием должны быть отделены стенами (с проемами или без них) от взрывоопасной зоны. В этом случае для них принимается класс зоны на порядок ниже. К электротермическим печам сопротивления типа СГН и СГВ в отношении мер электро-, пожаро- и взрывобезопасности предъявляются следующие более жесткие требования [21]:

- требуется заземление всего электрооборудования печей без исключения (кроме, установленного внутри корпусов при отжиге), в том числе и съемное электрооборудование (колпаки);

- для питания печей рекомендовано использование сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и обязательное использование в этом случае эффективных устройств контроля изоляции с раздельным применением устройств защитного отключения каждого потребителя;

- в случае использования сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо применение четырех проводных сетей с обязательным занулением и заземлением корпусов для увеличения кратности тока КЗ и систем опережающего отключения (быстродействующее искусственное трехфазное удаленное КЗ для быстрого обесточивания установки и гашения запасенной в сети энергии). В этом случае необходимо применять только медные или алюминиевые заземлители, т. к. стальные проводники имеют недостаточную проводимость, короткую длину кабелей и увеличенное расстояние между фазными и заземляющими проводниками для снижения реактивных составляющих сопротивления цепи, способствующих зажиганию дуги;

- необходимо применение для заземления съемных устройств (колпаков) как минимум двух гибких заземляющих проводников с противоположных сторон устройства;

- контур заземления всех потребителей, питающихся от одного трансформатора должен быть единым для быстрого селективного действия максимальной защиты при двухфазных КЗ.

Произведем расчет защитного заземления для оборудования располагаемого в отделении ВТО. В пролете ВТО ПТС установлены питающие печи двенадцать групповых трансформаторов типа ТДТН-4000-35/0,4 кВ в закрытых вентилируемых камерах. Согласно требований [21] при совместном размещении на одной площадке оборудования до и выше 1000 В с изолированной (компенсированной) нейтралью сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, в системе IT должно соответствовать [21], т.е. условию:

R ? Uпр / I (46)

где R - сопротивление заземляющего устройства, Ом;

Uпр - напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В;

I - полный ток однофазного замыкания на землю, А.

Для систем, работающих с изолированной нейтралью, допускается длительное замыкание на землю одной из фаз, при условии допустимости работы электрооборудования в этом режиме, данный режим безопасен для человека, т.к. максимально допустимым значением напряжения прикосновения и напряжения шага по ПУЭ являются 50 В. Однако по условиям эксплуатации взрывоопасных установок напряжение прикосновения (потенциал) не должен быть более 6 В [21] из-за возможности искрообразования.

В нашем случае примем за нормируемое значение сопротивления заземляющего устройства 4 Ом. Рассчитывается сопротивление железобетонного фундамента отделения ВТО Rиск, Ом, по методике [14]:

, (47)

где - эквивалентное сопротивление грунта, принимаемое для суглинка равным 80 Ом•м;

- площадь отделения ВТО, при длине 504 м и ширине 24 м составляет 12096 м2;

.

Сопротивление естественного заземлителя меньше требуемого значения, следовательно, установка искусственного заземлителя не обязательна. Однако с учетом требований [21] заземление во взрывоопасных установках выполняется исключительно искусственными заземлителями. Применение естественных заземлителей - дополнительное мероприятие, только улучшающее условия безопасности труда при обслуживании печей. Также запрещается использование использовать в качестве заземлителей и заземляющих проводников металлические оболочки кабелей, трубопроводы подачи газов и охлаждающей жидкости, балки, металлоконструкции, опоры и т.д.

Примем к расчету контурное заземление. Искусственные заземлители отделения ВТО ПТС представляют собой систему из вертикальных заземлителей, установленных по периметру территории шириной 24 м и длиной 504 м и соединенных между собой горизонтальными заземлителями [23]. Вертикальные заземлители представляют собой зарытые в землю на глубину to = 0,7 м стальные стержни длиной l = 3. Расстояние между двумя вертикальными заземлителями a = 12 м. В качестве горизонтальных заземлителей примем стальную полосу сечением 40х4 мм. Для II климатической зоны коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, равен: для вертикальных заземлителей , для горизонтальных заземлителей.

Рис. 31 Расположение заземлителей в грунте

Вертикальные заземлители располагаются равномерно по периметру подстанции на расстоянии 1 м от фундамента здания. Определим необходимое количество заземлителей:

, (48)

где - периметр заземляющего контура.

Количество заземлителей принимается равным . Сопротивление одного стержневого заземлителя:

(49)

где - удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности для вертикальных заземлителей;

- диаметр эквивалентного стержневого заземлителя;

 - средняя глубина залегания заземлителя.

Сопротивление стержневых заземлителей, соединенных параллельно:

, (50)

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей при отношении и расположении 86 заземлителей по контуру.

Сопротивление одной короткой полосы:

(51)

где ;

;

с = с0 •шг = 80 • 4 = 320 Ом • м;

l = 24 м - длина короткой полосы.

Сопротивление всех коротких полос:

, (52)

где _ коэффициент использования горизонтального заземлителя

Сопротивление одной длинной полосы согласно (51):

где l = 504 м - длина длинной полосы.

Сопротивление всех длинных полос согласно (52):

Соединение полос будем рассматривать, как параллельное.

Сопротивление всех полос:

(53)

Сопротивление искусственного заземлителя согласно (53):

Рассчитанное сопротивление искусственного заземлителя меньше принятого допустимого значения Rдоп = 4 Ом. Поскольку искусственное заземление полностью удовлетворяет нормам, а естественное заземление выполняет роль вспомогательного заземления, то в дальнейших расчетах естественное заземление учитывать не будем.

При вычисленном сопротивлении искусственного заземляющего устройства напряжение прикосновения и напряжение шага зависят от соответствующих коэффициентов б и в и значения тока однофазного замыкания на землю:

(54)

(55)

где - коэффициенты напряжения прикосновения и шага, зависящие от конструкции заземлителя;

- коэффициенты снижения напряжения прикосновения и шага, зависящие от удельного сопротивления верхнего слоя земли;

- значение емкостного тока замыкания на землю (для сети с компенсированной нейтралью 35 кВ это значение больше, чем для сети 0,4 кВ и ограничено током 20А для дугогасящего реактора типа ЗНОЛ-35/200).

Определим коэффициент напряжения прикосновения:

, (56)

где М = 0,5 при однородном грунте по [23],

Коэффициент напряжения шага примем [21] равным . Сопротивление человека принимаем равным Rч = 1000 Ом. Сопротивление растеканию тока от ступни человека в землю примем равным сопротивлению металлического диска радиусом с = 8 см, положенного на поверхность земли:

. (57)

Определяется коэффициент снижения напряжения прикосновения:

. (58)

Для систем, работающих с изолированной нейтралью во взрывоопасных условиях максимально допустимым значением напряжения прикосновения и напряжения шага является значение 6 В [23]. Напряжение прикосновения по формуле (54):

Полученное значение меньше максимально допустимого значения.

Определяется коэффициент снижения напряжения шага:

(59)

Напряжение шага по формуле (55):

Это значение также меньше максимально допустимого значения. Таким образом, заземляющее устройство отвечает выдвигаемым к нему требованиям. Стенды печей двумя жесткими проводниками (алюминиевая шина ) заземляются путем присоединения корпусов к стальным полосам, проложенным вдоль рядов стендов в полу с обеих сторон и составляющей часть конструкции здания отделения. Колпаки заземляются после установки на стенд гибкими проводниками. Контур заземления ВТО ПТС изображён на рис. 32.

Рис. 32 Контур защитного заземления отделения ВТО ПТС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В основной части дипломного проекта рассмотрена автоматизация системы управления технологическим процессом высокотемпературного отжига анизотропной стали в печах сопротивления типа СГВ (СГН) ПТС НЛМК. В проекте описана технология производства электротехнической анизотропной стали, рассмотрена технология отжига в печах сопротивления, указаны достоинства и недостатки существующей системы управления данным технологическим процессом.

В проекте предлагается совершенная на сегодняшний день АСУ техпроцессом отжига, обеспечивающая наибольшую надежность, гибкость и универсальность управления технологическим процессом и высокую степень безопасности в работе. Основными достоинствами предлагаемой АСУ являются получаемый экономический эффект от увеличения объемов выпуска высших марок электротехнических сталей, малообслуживаемость и большие межремонтные интервалы.

Представлены требования к техническому и программному обеспечению объекта автоматизации. Рассмотрен общий принцип работы системы автоматического управления техпроцессом отжига. Описаны автоматизируемые функции с применением систем наблюдения и визуализации. Разработано техническое и программное обеспечение, сделан выбор комплекса технических средств с описанием его особенностей и выбор операционной системы с описанием структуры и взаимодействия программных модулей. Представлена концепция сетей, общая конфигурация оборудования и информационные потоки.

Применение предложенной системы автоматизации на всем участке ВТО исключает практически все недостатки присущие технологии отжига сегодня. Оборудование фирмы Schneider Electric существенно повышает точность и качество выполнения технологических операций в отделении ВТО, следовательно, улучшает качество выпуска металла ПТС в целом. Преимуществами контроллеров платформы Premium TSX являются разбитая на ранги платформа CPU, вложенные модули имеют прочную конструкцию, достаточно удобная терминальная система для сигнальных модулей с оптимальной возможностью коммуникации и объединения в сеть, удобное включение систем интерфейса с оператором, а параметры для всех модулей конфигурируются с помощью программного обеспечения. Использование переносных программаторов для диагностики контроллеров и других элементов АСУ позволит оперативно выявлять неисправности, проверять уровни настроенных параметров и, следовательно, снижать время ремонтов. Обеспечение WinCC позволит операторам визуально контролировать процесс отжига и своевременно вмешиваться в него для исключения инцидентов.

Перечисленные достоинства отвечают высоким требованиям к технологии отжига электротехнической стали, способствуют улучшению организации работы и повышению качества произведенной продукции.

В организационно - экономической части дипломного проекта произведен расчет экономической эффективности модернизации системы управления отжигом. Годовой экономический эффект от замены системы управления оказался существенен и составил 33,75 млн. руб. при сроке окупаемости 8 лет. Это является ещё одним положительным критерием в пользу обоснования эффективности использования рассматриваемой системы управлением отжига.

В разделе безопасности жизнедеятельности рассмотрен микроклимат отделения ВТО ПТС, приведен анализ опасных и вредных производственных факторов. Представлены расчеты искусственного освещения участка и расчет защитного заземления технологического пролета печей ВТО.

Библиографический список

1. Положение по ПТС ОАО НЛМК [Текст]. - Учтенный экземпляр. - Липецк. : ОАО НЛМК. - 39 с.

2. Инструкция по эксплуатации колпаковой печи сопротивления СГН (СГВ) ИЭ 01234523 - 011 - 061 - 2006 [Текст]. - Учтенный экземпляр. - Введ. 1978 - 01 - 01. - Изменения 2003 - 01 -01. - Липецк. : ОАО НЛМК. - 48 с.

3. Производственно техническая инструкция термиста ВТО ПТИ 011- 061-2007 [Текст]. - Учтенный экземпляр. - Введ. 1978 - 01 - 01. - Изменения 2003 - 01 -01. - Липецк. : ОАО НЛМК. - 20 с.

4. Инструкция по охране труда термиста ВТО ИОТ 011-061-2007 [Текст]. - Учтенный экземпляр. - Введ. 1978 - 01 - 01. - Изменения 2003 - 01 -01. - Липецк. : ОАО НЛМК. - 24 с.

5. ГОСТ 24206-80 (2002). Документация на АСУ. Требования к техническому обеспечению [Электронный текст]. - Взамен ГОСТ 24206-75 - Введ. 1981 - 01 - 01. - Изменения 2003 - 01 -01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 48 с.

6. ГОСТ 24207-2002. Требования к содержанию документов по программному обеспечению [Электронный текст]. - Введен впервые. - Изменения 2003 - 01 -01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика” - 12 с.

7. ГОСТ 24205-80. Требования к содержанию документов по информационному обеспечению [Электронный текст]. - Введ. 1981 - 01 - 01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. - 22 с.

8. ГОСТ 24.209-80 Требования к содержанию документов по организационному обеспечению [Электронный текст]. - Введ. 1981 - 01 - 01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. - 8 с.

9. Каталог. Датчики температуры. Выпуск 1. [Электронный текст]. 2007 - 01 - 01. - Челябинск. : НТИ ЗАО “Теплоприбор”. - 423 с.

10. Каталог. Электрооборудование фирмы КЭМОНТ. [Электронный текст]. 2007 - 01 - 01. - Новокузнецк. : ЗАО “Кэмонт”. - 112 с.

11. Каталог. Датчики давления. [Электронный текст]. 2007 - 11 - 11. - Челябинск. : НТИ ЗАО “Метран”. - 90 с.

12. Каталог. Моторные клапаны VK. [Электронный текст]. 2007 - 01 - 01. - Официальный дилер фирмы KRON SCHRODER в России. - Астрахань. : ООО Волгатерм. - 16 с.

13. ГОСТ 24211-82. Требования к содержанию документа «Описание алгоритма» [Электронный текст]. - Введ. 1983 - 01 - 01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. - 58 с.

14. Каталог. Программируемые контроллеры Premium TSX фирмы Schneider Electric [Электронный текст]. 2008 - 01 - 01. - М. : Schneider Electric Automation Business. - 1124 с.

15. Среда программирования Unity Pro V1.1. Справочное руководство фирмы Schneider Electric [Электронный текст]. 2008 - 01 - 01. - М. : Schneider Electric Automation Business. - 1124 с.

16. РД 50-34.698-90. Основные положения оформления результатов проектирования объектов автоматизации. [Электронный текст]. - Введ. 1991 - 01 - 01. - М. : МЭИ. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 133 с.

17. Шабад М. А. Автоматизация распределительных электрических сетей с использованием цифровых реле [Текст] / М. А. Шабад. - 4-е издание., доп. - СПб. : ПЭИПК, 2005. - 48 с.

18. ГОСТ 12.4.011-95. Микроклимат производственных помещений [Электронный текст]. - Введ. 1996 - 01 - 01. - М. : ТК №112. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 132 с.

19. ГОСТ 26883--86. Шум. Вибрация. Внешние воздействующие факторы [Электронный текст]. - Введ. 1997 - 01 - 01. - М. : ТК №214. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 27 с.

20. СНиП 21-01-2002. "Пожарная безопасность зданий и сооружений" [Электронный текст]. - Взамен СНиП 2.02.07.-91. - Введ. 2003 - 01 - 01. - Изменения 2006 - 01 -01. - М. : Управление Госстроя России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 57 с.

21. Правила устройства электроустановок [Электронный текст]. - 7-е изд., перераб. и доп. с изм. 2004. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 565 с.

22. СНиП 31-03-2001. Освещение производственных зданий [Электронный текст]. - Взамен СНиП 2.09.02.-85. - Введ. 2002 - 01 - 01. - Изменения 2004 - 01 -01. - М. : Управление Госстроя России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 12 с.

23. ГОСТ 12.1.030-81 (2001). ССБТ. Защитное заземление. Зануление. [Электронный текст]. - Взамен ГОСТ 12.1.030-71 - Введ. 1982 - 01 - 01. - Изменения 2002 - 01 -01. - М. : Госстандарт России. - НТИ ЗАО “Энергетика”. сор. 2007. - 144 с.

Приложение 1

Алгоритмы работы системы

Размещено на Allbest.ru

Размещено на Allbest.ru