Аннотация
Целью выполненияданного курсового проекта является приобретение практических навыков анализатехнологического процесса, выбор средств автоматического контроля, расчетаизмерительных схем приборов и средств контроля, а также обучение студентасамостоятельности при решении инженерно-технических задач построения схемавтоматического контроля различных технологических параметров.
Введение
Автоматизация – этоприменение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственныепроцессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска,снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численностьобслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, даетэкономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.
Автоматизацияосвобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами.В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке,регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием.Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеетцель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизациитребует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.
По уровню автоматизациитеплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслейпромышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностьюпротекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрическойэнергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке).Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, апереходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняетсявысокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.
Автоматизацияпараметров дает значительные преимущества:
1) обеспечиваетуменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительностиего труда,
2) приводит к изменениюхарактера труда обслуживающего персонала,
3) увеличивает точностьподдержания параметров вырабатываемого пара,
4) повышаетбезопасность труда и надежность работы оборудования,
5) увеличиваетэкономичность работы парогенератора.
Автоматизацияпарогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционноеуправление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологическиеблокировки и сигнализацию.
Автоматическоерегулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов впарогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)
Дистанционноеуправление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливатьпарогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы нарасстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.
Теплотехническийконтроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощьюпоказывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведутнепрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, илиже подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом илиинформационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроляразмещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения иобслуживания.
Технологическиеблокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках иостановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаяхсрабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операциипри обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение внеобходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.
Устройстватехнологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянииоборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближениипараметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состоянияпарогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световаясигнализация.
Эксплуатация котловдолжна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметрови безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требованийэксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями,правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с«Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов»Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций исетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок итепловых сетей» .
1. Описаниетехнологического процесса
Паровым котломназывается комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара.Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой ислужащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару.Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар изводы, служит топливо.
Основными элементамирабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:
1) процесс горениятоплива,
2) процесс теплообменамежду продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,
3) процесспарообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученногопара.
Во время работы вкотлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: потокрабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.
В результате этоговзаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления итемпературы.
Одной из основныхзадач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечениеравенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессыпарообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны сколичеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.
Горение топливаявляется сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горенияпредставляет собой процесс окисления его горючих элементовкислородом.проходящий при определенной температуре и сопровождающийсявыделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивостьпроцесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздухамежду частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на тристадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекаютпоследовательно во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горенияобычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого длясгорания единицы массы или объема топлива количества и состава тепловогобаланса и определению температуры горения.
Значение теплоотдачизаключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжиганиитоплива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимоповысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена вкотле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиесяповерхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри трубпроисходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячимитопочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Такимобразом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность,конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяетсяна конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицуплощади нагрева в единицу времени носит название теплового напряженияповерхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствамиматериала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностьютеплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева кхолодному теплоносителю.
Интенсивностькоэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температуртеплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чемвыше чистота поверхности.
Образование пара вкотлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранныхтрубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при большихтемпературе и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельныемолекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями,а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетическойэнергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающееповерхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличениемтемпературы интенсивность испарения возрастает. Процесс обратныйпарообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации,называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла впароперегревателях.
Пар, образуемый вкотлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в своюочередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуетсяперегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, вкоторых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгораниятоплива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С идавлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.
2. Технологияпроизводства тепловой энергии в котельных
Котельные установки впромышленности предназначаются для получения пара, применяемого в паровыхдвигателях и при различных технологических процессах, а также для отопления,вентиляции и бытовых нужд.
Принцип работыкотельной установки заключается в передаче тепла, образовавшегося при сгораниитоплива, воде и пару. В соответствии с этим основные элементы котельныхустановок – котельный агрегат и топочное устройство. Топочное устройство служитдля топлива наиболее экономичным способом и превращения химической энергиитоплива в тепло котельный агрегат представляет собой теплообменное устройство,в котором происходит передача тепла от продуктов сгорания топлива воде и пару. Паровыекотлы дают насыщенный пар. Однако во время транспортировки на значительныерасстояния и использования для технологических нужд, а также на ТЭЦ пар долженбыть перегретым, так как в насыщенном состоянии при охлаждении он сразуначинает конденсироваться. В состав котла входят: топка, пароперегреватель,водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами иплощадками, а также арматура и гарнитура. К вспомогательному оборудованиюотносятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки,топливоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системыавтоматизации. В состав котельной установки также входят:
1. Бакидля сбора конденсата.
2. Установкихимической очистки воды.
3. Деаэраторыдля удаления воздуха из химически очищенной воды.
4. Питательныенасосы для подачи питательной воды.
5. Установкидля редуцирования давления газа.
6. Вентиляторыдля подачи воздуха к горелкам.
Дымососы для удалениядымовых газов от топок. Рассмотрим процесс получения пара с заданнымипараметрами в котельной, работающей на газовом топливе. Газ отгазораспределительного пункта поступает в топку котла, где сгорает, выделяясоответствующее количество тепла. Воздух необходимый для горения топлива,нагнетают дутьевым вентилятором в воздухоподогреватель, расположенный впоследнем газоходе котла. Для улучшения процесса горения топлива и повышенияэкономичности работы котла воздух перед подачей в топку может предварительноподогреваться дымовыми газами и воздухоподогревателем. Воздухоподогреватель,воспринимая тепло отходящих газов и передавая его воздуху, во-первых, уменьшаетпотерю тепла с отходящими газами, во- вторых, улучшает условия сгорания топливаза счет подачи подогретого воздуха в топку котла. При этом повышаетсятемпература горения и коэффициент полезного действия установки. Часть тепла втопке отдается испарительной поверхности котла – экрану, закрывающему стенкитопки. Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностямнагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхностьнагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.Непрерывно циркулирующая в экране вода образует пароводяную смесь, котораяотводится в барабан котла. В барабане пар отделяется от воды – получается такназываемый насыщенный пар, поступающий в главную паровую магистраль. Выходящиеиз топки дымовые газы омывают змеевиковый экономайзер, в котором подогреваетсяпитательная вода. Подогрев воды в экономайзере целесообразен с точки зренияэкономии топлива. Паровой котел является устройством, которое работает всложных условиях – при высокой температуре в топке и значительном давлениипара. Нарушение нормального режима работы котельной установки может вызватьаварию. Поэтому на каждой котельной установке предусмотрен ряд приборов,подающих команду на прекращение подачи топлива к горелкам котла при следующихусловиях:
1. Приповышении давления в котле сверх допустимого;
2. Припонижении уровня воды в котле;
3. Припонижении или повышении давления в линии подачи топлива к горелкам котла;
4. Приуменьшении давления воздуха в горелках;
5. Приугасании или отрыве пламени горелок или запальников.
Для управленияоборудованием и контроля его работы котельная оснащена контрольно –измерительными приборами и приборами автоматики.
Для безопасной работыкотла необходима сигнализация отклонения следующих параметров от нормы:
1. Понижениедавления газа, идущего от ГРП;
2. Уменьшениеразрежения в топке котла;
3. Повышениедавления пара в барабане котла;
4. Отклонениеуровня воды в барабане котла;
5. Погасаниефакела втопке.
3. Выбор средствизмерения технологических параметров и их сравнительная характеристика
3.1 Выбор и обоснованиепараметров контроля
Выбор контролируемых параметровобеспечивает получение наиболее полной измерительной информации отехнологическом процессе, о работе оборудования. Контролю подлежат температура,давление.
4. Выбор параметровконтроля и управления
Система управлениядолжна обеспечить достижение цели управления за счет заданной точноститехнологических регламентов в любых условиях производства при соблюдениинадежной и безаварийной работы оборудования, требований взрыво- ипожароопасности.
Целью управленияэлектропотреблением является: снижение удельных расходов электроэнергии напроизводство продукции; рациональное использование электроэнергиитехнологическими службами подразделений; правильное планирование потребленияэлектроэнергии; контроль потребления и удельных расходов электроэнергии наединицу выпускаемой продукции в режиме реального времени.
Главной задачей приразработке системы управления является выбор параметров, участвующих вуправлении, то есть тех параметров, которые нужно контролировать, регулироватьи анализируя изменение значений которых можно определить предаварийноесостояние технологического объекта управления (ТОУ) .
Успешному достижениюцели управления способствует правильный выбор автоматических устройств дляреализации цели управления.
Контролю подлежат тепараметры, по значениям которых осуществляется оперативное управлениетехнологическим процессом (ТП), а также пуск и остановка технологическихагрегатов.
4.1 Измерение давления
В зависимости отизмеряемой величины приборы для измерения давления делят на: манометры (дляизмерения средних и больших избыточных давлений); вакуумметры (для измерениясредних и больших разряжений); мановакуомметры; напоромеры (для измерения малых(до 5000 Па) избыточных давлений); тягомеры (для измерения малых (до сотен Па)разряжений); тягонапоромеры; дифманометры (для измерения разности давлений);барометры (для измерения атмосферного давления). По принципу действия различаютследующие приборы для измерения давления: жидкостные, пружинные, поршневые,электрические и радиоактивные.
Для измерения давлениягаза и воздуха до 500 мм вод.ст. (500 кгс/м2) используют стеклянный U-образныйжидкостный манометр. Манометр представляет собой стеклянную U-образнуютрубку, прикрепленную к деревянной (металлической) панели, которая имеет шкалус делениями в миллиметрах. Наиболее распространенные манометры со шкалами0-100, 0-250 и 0-640 мм. Величина давления равна сумме высот уровней жидкости,опущенной ниже и поднятой выше нуля.
На практике иногдаиспользуют манометры с двойной шкалой, в которых изменена цена деления в двараза и цифры от нуля вверх и вниз идут с интервалом 20:0-20-40-60 и т.д. приэтом отпадает необходимость в указании высот уровней жидкости, достаточноизмерить показания манометра по уровню одного колена стеклянной трубки.Измерение небольших давлений или разрежений до 25 мм вод.ст. (250 Па)однотрубными или U-образнымижидкостными манометрами приводит к большим погрешностям при выполнении отсчетарезультатов измерения. Для увеличения масштаба показаний однотрубного манометратрубку наклоняют. На таком принципе работают жидкостные тягонапоромеры ТНЖ,которые заправляются спиртом плотностью r=0,85г/см3. в них жидкость из стеклянного сосуда вытесняется в наклонную трубку,вдоль которой расположена шкала, градуированная в мм вод.ст. При измеренииразрежения импульс подсоединяется к штуцеру, который связан с наклоннойтрубкой, а при измерении давления – со штуцером, который связан со стекляннымсосудом. Пружинные манометры. Для измерения давления от 0,6 до 1600кгс/см2используются пружинные манометры. Рабочим элементом манометра служитвыгнутая трубка эллипсовидного или овального сечения, которая деформируется поддействием давления. Один конец трубки запаян, а другой соединен со штуцером,которым подсоединяется к измеряемой среде. Закрытый конец трубки через тягусоединен с зубчатым сектором и центральным зубчатым колесиком, на ось которогонасажена стрелка.
Манометр присоединяетсяк котлу через сифонную трубку, в которой конденсируется пар или охлаждаетсявода и давление передается через охлажденную воду, чем предотвращаетсяповреждение механизма от теплового действия пара или горячей воды, а такжеманометр защищается от гидравлических ударов.
В данном процессецелесообразно использовать датчик давления Метран-55. Выбранный датчик идеальноподходит для измерения расхода жидкости, газа, пара. Данный датчик имееттребуемые пределы измерения – мин. 0-0.06 МПа до макс. 0-100 МПа. Обеспечиваеттребуемую точность 0.25 %. Также очень важно, что этот датчик имеетвзрывозащищенное исполнение, выходной сигнал унифицирован– 4 -20 мА, что удобнопри подключении вторичного прибора так как не требует дополнительной установкипреобразователя выходного сигнала. Датчик имеет следующие преимущества:диапазон перенастройки 10:1, непрерывная самодиагностика, встроенный фильтррадиопомех. Микропроцессорная электроника, возможность простой и удобнойнастройки параметров 2-мя кнопками.
Датчик состоит изпреобразователя давления, измерительного блока и электронного преобразователя.
Измеряемое давлениеподаётся в рабочую полость датчика и воздействует непосредственно наизмерительную мембрану тензопреобразователя, вызывая её прогиб.
Чувствительный элемент– пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочнымитензорезисторами. Соединённая с металлической пластиной тензопреобразователя.Тензорезисторысоединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраныприводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторовиразбалансумостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы датчиков поступаетв электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.
Датчик имеет два режимаработы:
— режим измерениядавления; — режим установки и контроля параметров измерения.
В режиме измерениядавления датчики обеспечивают постоянный контроль своей работы и, в случаенеисправности, формируют сообщение в виде уменьшения выходного сигнала нижепредельного.
4.2 Измерениетемпературы
Одним из параметров,который необходимо не только контролировать, но и сигнализировать максимальнодопустимое значение является температура.
Перечислим основныеметоды измерения температуры и дадим их краткие характеристики. Для измерениятемпературы применяются: термометры расширения, манометрические термометры,термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и пирометры излучения.
В котельных дляизмерения температуры используются приборы, принцип работы которых основан насвойствах, проявляемых веществами при нагревании: Изменение объема – термометрырасширения; Изменение давления – манометрические термометры; Появление термоЭДС– термоэлектрические пирометры;
Изменениеэлектрического сопротивления – термометры сопротивления.
Термометры расширенияпостроены на принципе изменения объёма жидкости (жидкостные) или линейныхразмеров твердых тел (биметаллические и дилатометрические) при изменениитемпературы. Жидкостные термометры расширения применяются для местных измеренийтемператур в пределах от -190 до +6000С. Основные достоинства этих термометров– простота, дешевизна и точность. Эти приборы часто используются в качествеобразцовых приборов. Недостатки – невозможность ремонта, отсутствиеавтоматической записи и возможности передачи показаний на расстояние. Пределыизмерения биметаллических и дилатометрических термометров от – 150 до +700 0С,погрешность 1-2 %. Чаще всего они используются в качестве датчиков для системавтоматического контроля.
Манометрическиетермометры. Служат для дистанционного измерения температуры. Принцип их действияоснован на изменении давления жидкостей, газа или пара в замкнутом объеме взависимости от температуры.
Род рабочего веществаопределяет вид манометрического термометра:
— жидкостныезаполняются ртутью, ксилолом, толуолом при начальном давлении 15-20 кгс/см2;
— газовые – инертнымгазом (азотом и др.)
— парожидкостные –низкокипящей жидкостью (спиртом, эфиром, ацетоном и др.).
Граница измерениятемпературы от -150 до +660 0С зависит от вида рабочего вещества.
Для измерения исигнализации температуры в схемах автоматического регулирования и защитыиспользуются электроконтактные устройства ЭКТ.
Их достоинство –простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения иавтоматической записи показаний. Также к достоинствам можно отнести ихвзрывобезопасность и нечувствительность к внешним магнитным и электрическимполям. Недостатки – невысокая точность, значительная инерционность исравнительно небольшое расстояние дистанционной передачи показаний.
Термоэлектрическийпирометр. Используется для измерения температуры до 16000С, а также передачипоказаний на тепловой щит и состоит из термопары, соединительных проводов иизмерительного прибора.
Термопара представляетсобой соединение двух проводников (термоэлектродов), изготовленных из различныхметаллов (платина, медь) или сплавов (хромеля, копеля, платинородия),изолированных друг от друга фарфоровыми бусами или трубочками. Одни концытермоэлектродов спаиваются, образуя горячий спай, а другие остаются свободными.
Для удобства припользовании термопару помещают в стальную, медную или кварцевую трубку.
При нагревании горячегоспая образуется термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит оттемпературы горячего спая и материала и материала термоэлектродов.
Измерительнымприбором может быть милливольтметр или потенциометр. Шкала приборов размечаетсяв градусах Цельсия с указанием типа и градуировки. Действие термометровсопротивлений основано на изменении электрического сопротивления проводниковили полупроводников при изменении температуры. Термопреобразователи сопротивления:платиновые (ТСП) используются при длительных измерениях в пределах от 0 до +6500С; медные (ТСМ) для измерения температур в диапазоне от –200 до +200 0С. Вкачестве вторичных приборов применяются автоматические электронныеуравновешенные мосты, с классом точности от 0,25 до 0,5. Полупроводниковыетермометры сопротивления (термисторы), изготовляются из окислов различныхметаллов с добавками. Наибольшее распространение получили кобальто-марганцевые(КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) полупроводники, используемые для измерениятемператур в пределах от – 90 до +300 0С. В отличии от проводников,сопротивление термисторов при увеличении температуры уменьшается поэкспоненциальному закону, благодаря чему они имеют высокую чувствительность.Однако изготавливать термисторы со строго одинаковыми характеристикамипрактически невозможно, поэтому они градуируются индивидуально.Термопреобразователи сопротивления в комплекте с автоматическими электроннымиуравновешенными мостами позволяют измерять и регистрировать температуру свысокой точностью, а также передавать информацию на большиерасстояния… Наибольшее распространение, в качестве первичных измерительныхпреобразователей таких термометров, в настоящее время получили: платинородий –платиновые (ТПП) преобразователи с пределами измерений от – 20 до + 1300 0С;хромель-копелевые (ТХК) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 6000С и хромель-алюмелевые (ТХА) преобразователи с пределами измерений от – 50 до+ 1000 0С. При кратковременных измерениях верхний предел температур дляпреобразователя ТХК можно повысить на 200 0С, а для преобразователей ТПП и ТХАна 300 0С. Для измерения температуры на трубопроводах и на котлах я решилавыбрать термоэлектрические преобразователи типа ТХК – выбор именно этихпреобразователей обусловлен тем, что в диапазоне измерения от –50 до +600 0С онимеет более высокую чувствительность, чем преобразователь ТХА. Основныехарактеристики термоэлектрического преобразователя типа ТХК – 251изготовленного ЗАО ПГ «Метран»:
· Назначение:для измерения температур газообразных и жидких сред;
· Диапазонизмеряемых температур: от – 40 до +600 0С;
· Длинамонтажной части преобразователя 320 мм;
· Материалзащитного чехла; нержавеющей стали, марки 12Х18Н10Т, а его диаметр 10 мм;
· Среднийсрок службы не менее 2-х лет;
· Чувствительныйэлемент: кабель термопарный КТМС-ХК ТУ16-505.757-75;
· Поверка: периодичность – 1 раз в год.
4.3 Измерение уровня
Уровнем называют высотузаполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучимтелом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация окотором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а вряде случаев для управления производственным процессом.
Путем измерения уровняможно получить информацию о массе жидкости в резервуаре. Уровень измеряют вединицах длины. Средства измерений называют уровнемерами.
Различают уровнемеры,предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости втехнологическом аппарате; сигнализации предельных значений уровня рабочей среды– сигнализаторы уровня.
По диапазону измеренийразличают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкогодиапазона ( с пределами измерений 0,5 – 20 м) предназначены для проведениятовароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений(0÷ ±100) мм или (0÷ ±450) мм) обычно используются в системахавтоматического регулирования.
В настоящее времяизмерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными попринципу действия уровнемерами, из которых распространение получилипоплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые ирадиозотопные. Применяются и визуальные средства измерений.
К визуальным средствамизмерений относятся мерные линейки, рулетки с лотами, рейки и уровнемерныестекла.
Указательные илиуровнемерные стекла выполняют в виде одной или нескольких камер с плоскимистеклами, соединенных с аппаратом. Принцип работы основан на свойстве сообщающихсясосудов. Применяются для местного измерения уровня. Длина стекол не превышает 1500 мм. К достоинствам относится простота, высокая точность: недостатки – хрупкость, невозможностьпередачи показаний на расстояние.
При расчете поплавковыхуровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которыеобеспечивают состояние равновесия системы «поплавок-противовес» только приопределенной глубине погружения поплавка. Если пренебречь силой тяжести троса итрением в роликах, состояние равновесия системы «поплавок-противовес»описывается уравнением
Gr=Gп-Sh1pжg,
где Gr,Gп – силы тяжести противовеса ипоплавка; S- площадь поплавка; h1– глубина погружения поплавка; pж-плотность жидкости.
Повышение уровняжидкости изменяет глубину погружения поплавка и на него действуетдополнительная выталкивающая сила.
Достоинством этихуровнемеров является простота, достаточно высокая точность измерения,возможность передачи на расстояние, возможность работы с агрессивными жидкостями.Существенным недостатком является налипание вязкого вещества на поплавок, чтовлияет на погрешность измерения.
Принцип действияемкостных уровнемеров основан на изменении емкости преобразователя от измененияуровня контролируемой среды. Пределы измерения этих уровнемеров от 0 до 5 метров, погрешность не более 2,5%. Информацию можно передавать на расстояние. Недостатком этогометода является невозможность работы с вязкими и кристаллизующимися жидкостями.
Принцип действиягидростатических уровнемеров основан на измерении давления, которое создаетстолб жидкости. Измерение гидростатического давления осуществляется:
· манометром,подключаемом на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;
· дифференциальнымманометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнемупредельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;
· измерениемдавления газа, прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуаржидкость на фиксированное расстояние.
В нашем случае наиболееподходящим является водоуказательный прибор с круглым и плоским стеклом,сниженные указатели уровня и водопробные краны. Водоуказательные приборы скруглым стеклом устанавливаются на котлах и баках с давлением до 0,7 кгс/см2.высота стекла может быть от 200 до 1500 мм, диаметр- 8 -20 мм, толщина стекла2,5-3,5 мм. Плоское стекло может быть гладким или рифленым. Рифленое стекло«Клингер» с внутренней стороны имеет вертикальные призматические канавки, свнешней стороны отполировано. В таком стекле вода кажется темной, а парсветлым. Если при работе парового котла краны водоуказательного прибора незагрязнены, то уровень воды в нем слегка колеблется.
4.4 Измерение расхода
Одним из важнейшихпараметров технологических процессов является расход протекающих потрубопроводам веществ. К средствам, измеряющим расход и количество веществ притовароучетных операциях, предъявляются высокие точностные требования.
Рассмотрим основныетипы расходомеров: расходомеры переменного перепада давления, расходомерыпостоянного перепада давления, тахометрические расходомеры, расходомерыскоростного напора, электромагнитные (индукционные) расходомеры,ультразвуковые.
Одним из самыхраспространенных принципов измерения расхода жидкостей, газов и пара являетсяпринцип переменного перепада давления.
Принцип действиярасходомеров постоянного перепада давления основан на перемещениичувствительного элемента по вертикали в зависимости от расхода вещества, приэтом площадь проходного сечения изменяется так, что перепад давления начувствительном элементе остается постоянным. Основным условием правильногоотсчета является строго вертикальная установка ротаметра.
Расходомеры обтекания. Расходомерыобтекания относятся к большой группе расходомеров, называемых такжерасходомерами постоянного перепада давления. В этих расходомерах обтекаемоетело воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, котороепри возрастании расхода увеличивается и перемещает обтекаемое тело, врезультате чего перемещающая сила уменьшается и вновь уравновешиваетсяпротиводействующей силой. В качестве противодействующей силы служит весобтекаемого тела при движении потока вертикально снизу вверх или силапротиводействующей пружины в случае произвольного направления потока. Выходнымсигналом рассматриваемых преобразователей расхода служит перемещениеобтекаемого тела. Для измерения расхода газов и жидкостей на технологическихпотоках применяются ротаметры, снабженные преобразовательными элементами сэлектрическим или пневматическим выходным сигналом.
Расходомеры переменногоуровня.Принцип действия расходомеров переменного уровня основан на зависимостивысоты уровня жидкости в сосуде от расхода непрерывно поступающей и вытекающейиз сосуда жидкости. Вытекание жидкости из сосуда происходит через отверстие вдне или в боковой стенке. Сосуды для приема жидкости выполняют цилиндрическимиили прямоугольными.
Измерение расходажидкости или газа в котельной осуществляют или дроссельными или суммирующимиприборами. Дроссельный расходомер с переменным перепадом давления состоит издиафрагмы, представляющей собой тонкий диск (шайбу) с отверстием цилиндрическойформы, центр которого совпадает с центром сечения трубопровода, прибораизмеряющего перепад давлений и соединительных трубок. Суммирующий прибор определяетрасход среды по частоте вращения установленного в корпусе или рабочего колесаили ротора.
Для измерения расходагаза и пара я остановила свой выбор на интеллектуальном вихревом расходомерефирмы Rosemount типа 8800DRсо встроенными коническими переходами, что позволяет на 50% снизить стоимостьустановки. Принцип действия вихревого расходомера основан на определениичастоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании теласпециальной формы. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу. Онподходит для измерения расхода жидкости, пара и газа. По цифровому иимпульсному выходу предел основной допускаемой погрешности равен ±0.65%, а потоковому дополнительно ±0.025%, выходной сигнал 4 – 20 мА. К достоинствам этогодатчика можно отнести незасоряющаяся конструкция, отсутствие импульсных линий иуплотнений повышает надёжность, повышенная устойчивость к вибрации, возможностьзамены сенсоров без остановки процесса, малое время отклика. Возможностьимитации поверки, отсутствует необходимость сужения трубопровода в процессеэксплуатации. В качестве вторичного прибора можно использовать А-100. Дляизмерения расхода воды применим датчик расхода воды корреляционный ДРК-4.Датчик предназначен для измерения расхода и объема воды в полностью заполненныхтрубопроводах. Основные преимущества:
· отсутствиесопротивления потоку и потерь давления;
· возможностьмонтажа первичных преобразователей на трубопроводе при любой ориентацииотносительно его оси;
· коррекцияпоказаний с учетом неточности монтажа первичных преобразователей;
· сохранениеинформации при отключении питания в течение 10 лет;
· беспроливной,имитационный метод поверки;
· межпроверочныйинтервал – 4 года;
· унифицированныйтоковый сигнал 0-5,4-20 мА;
· самодиагностика;
· температураот 1 до 150 0С;
Объем показывающихприборов на котлах в зависимости от их типа приведен в таблице 1. Кроме того вкотельных устанавливают показывающие приборы для: измерения температуры вподающем и обратном коллекторах; температуры жидкого топлива в общей напорноймагистрали; давления пара в магистрали для распыла жидкого топлива; давленияжидкого или газообразного топлива в общих напорных магистралях; расхода жидкогоили газообразного топлива в целом по котельной. В котельной должна быть такжепредусмотрена регистрация следующих параметров: температура перегретого пара,предназначенного на технологические нужды; температура воды в подающихтрубопроводах тепловой сети и горячего водоснабжения, а также в каждом обратномтрубопроводе; давление пара в подающем коллекторе; давления воды в обратномтрубопроводе тепловой сети; расхода пара в подающем коллекторе; расхода воды вкаждом подающем трубопроводе тепловой сети и горячего водоснабжения; расходаводы, идущей на подпитку тепловой сети. Деаэраторно — питательные установкиоборудуют показывающими приборами для измерения: температуры воды ваккумуляторных и питательных баках или в соответствующих трубопроводах;давления пара в деаэраторах; давления питательной воды в каждой магистрали; давленияводы во всасывающих и напорных патрубках питательных насосов; уровня воды ваккумуляторных и питательных баках.
Таблица1Контролируемый параметр Наличие показывающих приборов на котлах Паровых с давлением пара pиз, МПа Водогрейных с температурой воды,0С 0,07 115
1. Температура пара (воды) после котла 120-130 0С
2. Температура воды перед котлом 50-1120С
3. Температура питательной воды за экономайзером
4. Температура дымовых газов за котлом
5. Температура дымовых газов за хвостовой поверхностью нагрева
6. Давление пара в барабане котла
7. Давление пара (воды) после пароперегревателя (после котла)
8. Давления пара, подаваемого на распыление мазута
9. Давления воды на входе в котел
10. Давления воды до и после экономайзера
11. Давление воздуха после дутьевого вентилятора
12. Давление воздуха перед горелками (после регулирующих заслонок)
13. Давление жидкого или газообразного топлива перед горелками после регулирующей арматуры
14. Разрежение в топке
15. Разрежение перед шибером дымососа или в газоходе
16. Разрежение перед и за хвостовыми поверхностями нагрева
17. Расход пара
18. Расход воды через котел (для котлов производительностью более 11,6 МВт (10 Гкал/ч))
19. Уровень в барабане котла
+
+
+
+
+
+
+
+
+*
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
+
+
+
-
-
-
-
+
-
-
+
+
-
-
-
-
+
+
-
+
-
-
+
-
+
-
+
+
+
+
+
+
-
+
-
+
+
-
+
-
-
+
-
-
-
+
-
-
+
+
-
-
-
-
*У котловпроизводительностью менее 0,55 кг/с (2 т/ч) – давление в общей питательноймагистрали 6.Основные сведения о топливе.
Топливом называютсягорючие вещества, которые сжигаются для получения тепла. В соответствии сфизическим состоянием топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное.К газообразному относятся природный газ, а также различные промышленные газы:доменный, коксовый, генераторный и другие. К высококачественному топливуотносятся каменный уголь, антрациты, жидкое топливо и природный газ. Все видытоплива состоят из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относятся:углерод С, водород Н2, сера S.К негорючей части относятся: кислород О2, азот N2,влаги W и зола А. Топливохарактеризуется рабочей, сухой и горючей массами. Газовое топливо наиболееудобно для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, посколькутопливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.
5. Физико-химическиесвойства природных газов
Природные газы не имеютцвета запаха и вкуса. Основные показатели горючих газов, которые используются вкотельных: состав, теплота сгорания, плотность, температура горения ивоспламенения, границы взрыва-емости и скорость распространения пламени. Природныегазы чисто газовых месторождений состоят в основном из метана( 82-98 % ) идругих более тяжелых углеводородов. В состав любого газообразного топливавходят горючие и негорючие вещества. К горючим относятся: водород (Н2),углеводороды( СmHn), сероводород (H2S),оксид углерода(СО2), к негорючим- углекислый газ (СО2), кислород (О2), азот(N2)и водяной пар (Н2О). Теплота сгорания- количество тепла, которое выделяется приполном сгорании 1м3 газа, измеряется в ккал/м3 или кДж/м3. Различают высшуютеплоту сгорания Qвc,когда учитывается тепло, выделяемое при конденсации водяных паров, которыенаходятся в дымовых газах и низшую Qнc,когда это тепло не учитывается. При выполнении расчетов обычно используется Qвc,так как температура уходящих газов такова, что конденсация водяных паровпродуктов сгорания не происходит. Плотность газообразного вещества prопределяетсяотношением массы вещества к его объему. Единица измерения плотности кг/м3. Отношениеплотности газообразного вещества к плотности воздуха при одинаковых условиях(давление и температура) называется относительной плотностью газа pо. Плотность газа pr= 0,73 – 0,85кг/м3 (pо = 0,57-0,66 ) Температуройгорения называется максимальная температура, которая может быть достигнута приполном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точноотвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха 0оС, и такая температура называется жаропроизводительностью топлива. Температурагорения отдельных газов составляет 2000-2100 о С. Действительная температурагорения в топках котлов значительно ниже, составляет 1100-1600 о С и зависит отусловий сжигания. Температура воспламенения- это такая температура, при которойначинается горение топлива без влияния источника воспламенения, для природногогаза она составляет 645-700 о С. Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, вкоторой газа находится до 5% — не горит; от 5 до 15% — взрывается; больше 15% — горит при подаче воздуха. Скорость распространения пламени для природного газа– 0,67 м/с (метан СН4 ). Использование природного газа требует особых меросторожности, так как возможна его утечка через неплотности в местах соединениягазопровода с газовой арматурой. Наличие в помещении более 20% газа вызываетудушье, скопление его в закрытом объеме от 5 до 15 % может привести к взрывугазовоздушной смеси, при неполном сгорании выделяется угарный газ СО, которыйдаже при небольшой концентрации оказывает отравляющее воздействие на организмчеловека.
6. Описание схемыавтоматического контроля технологических параметров
6.1Функциональная схема автоматического контроля технологических параметров
Принциппостроения системы контроля данного процесса – двухуровневый. Первый уровеньсоставляют приборы, расположенные по месту, второй – приборы, находящиеся нащите у оператора.
Таблица2.Позиция
Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов.
Завод изготовитель Тип, марка оборуд. Обозн. Документа и № опросного листа Ед. измерения Количество Контроль температуры в трубопроводе 1а
Температура газа в трубопроводе Термоэлектрический преобразователь
ПГ «Метран», г. Челябинск ТХК-251-02-320-2-И-1-Н10- ТБ-Т6-У1.1-ПГ Шт. 1 1б Вторичный показывающий регистрирующий прибор, быстродействие 5с, время одного оборота 8ч ДИСК250-4131 Шт. 1 2а
Термопреобразователь сопротивления медный
номинальнаястатическаяхарактеристика100М
ПГ «Метран», г. Челябинск
ТСМ254-02-500-В-4-1-
ТБ-У1.1
ТУ 422700-001-54904815-01 Шт. 1 2б Вторичный показывающий, регистрирующий и регулирующий прибор с релейным регулирующим устройством. Выходной сигнал 0-5 или 4-20 мА ДИСК250-1211 Шт. 1 2в Пускатель безконтактный реверсивный, входной дискретный сигнал 24В, питание 220В,50Гц ПРБ-2М Шт. 1 2г Исполнительный механизм, питание 220в, частота 50Гц МЭО-40/25-0,25 1 3а
Термопреобразователь сопротивления медный
номинальнаястатическаяхарактеристика100М
ПГ «Метран», г. Челябинск
ТСМ254-02-500-В-4-1-
ТБ-У1.1
ТУ 422700-001-54904815-01 1 3б Преобразователь электромагнитный, расход 5л/мин, выходной сигнал 20-100 кПа ЭПП 1 3в Вторичный пневматический показывающий и самопишущий прибор, со станцией управления. Расход воздуха 600 л/ч ПВ 10.1Э 1 3г Устройство регулирующее пневматическое, ПИ регулирование, погрешность 5% ПР 3.31-М1 1 3д Исполнительный механизм, условное давление 1,6 МПа 25ч30нж 1 Контроль расхода в трубопроводе 4а Диафрагма камерная, условное давление 1,6 МПа ДК 16-200 1 4б Преобразователь перепада, погрешность 0,5%, предел измерения 0,25 МПа Сапфир 22ДД-2450 1 4в Вторичный показывающий регистрирующий прибор. Быстродействие 5с, время одного оборота 8ч. ДИСК 250-4131 1 Регулирование расхода 5а ИР-61 1 5б
Вихревой расходомер. Предел основной
Погрешности ±0.65%, вых.сигн. 4-20 мА.
ПГ «Метран», г. Челябинск
Самопишущий, 2-х канальный, шкала в Процентах. Кл.т. 0.5, быстродействие 1с.
Rosemount 8800DR
А100-BBD,04.2, ТУ 311--00226253.033-93 1 5в Пускатель безконтактныйреверсивный, входной дискретный сигнал 24В, питание 220В, 50Гц ПБР-2М 1 5г Исполнительный механизм, питание 220В, частота 50Гц МЭО-40/25-0,25 1 Регулирование уровня 6а Уравнемер, верхний предел измерения 6м, предельно допустимое избыточное давление 4 МПа, давление питания 0,14 МПа, выходной пневматический сигнал 0,08 МПа УБ-ПВ 1 6б Манометр, питание 220В, мощность 10 Вт ЭКМ-1У 1 6в Вторичный пневматический показывающий и самопишущий прибор, со станцией управления. Расход воздуха 600 л/ч ПВ 10.1Э 1 6г Исполнительный механизм, условное давление 1 Мпа 25ч30нж 1 Измерение давления
производствотепловой энергия котельная
7. Основные принципы автоматизациикотельных установок
Объем системавтоматизации котельной установкизависит от типа котлов, установленных вкотельной, а также от наличия в её составе конкретного вспомогательногооборудования. На котельных установках предусматривают следующие системы:автоматического регулирования, автоматики безопасности, теплотехническогоконтроля, сигнализации и управления электроприводами. Автоматические системырегулирования. Основные виды АСР котельных установок: для котлов –регулирование процессов горения и питания; для деаэраторов – регулированиеуровня воды и давление пара. Автоматическое регулирование процессов горенияследует предусматривать для всех котлов, работающих на жидком или газообразномтопливе. При применении твердого топлива АСР процессов горения предусматриваютв случаях установки механизированных топочных устройств.
Необходимость АСР нарезервном топливе должна быть определена в результате технико – экономическогообоснования, выполненного с учетом расчетного времени работы котла на резервномтопливе. Для аварийного топлива АСР не предусматривают.
Регуляторы питаниярекомендуют устанавливать на всех паровых котлах. Для котельных установок,работающих на жидком топливе, необходимо предусматривать АСР температуры идавления топлива. Котлы с температурой перегрева пара 400 0С и выше должны бытьснабжены АСР температуры перегретого пара. Автоматика безопасности. Системыавтоматики безопасности для котлов на газообразном и жидком топливе следуетпредусматривать обязательно. Эти системы обеспечивают прекращение подачитоплива в аварийных ситуациях.
Таблица3.Отклонение параметров Прекращение подачи топлива для котлов Паровых с давлением пара pиз, МПа Водогрейных с температурой воды,0С 0,07 115
1. Повышение давления пара в барабане котла
2. Повышение температуры воды за котлом
3. Понижение давления воздуха
4. Понижение давления газа
5. Повышение давления газа
6. Понижение давления воды за котлом
7. Уменьшение разрежения в топке
8. Понижение или повышение уровня в барабане котла
9. Уменьшение расхода воды через котел
10. Погасание факела в топке котла
11. Неисправность аппаратуры автоматики безопасности
+
-
+
+
-
-
+
+
-
+
+
+
-
-
+
+
-
+
-
-
+
+
-
+
+
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
+
+
-
-
+
+
Заключение
В ходе выполнениякурсового проекта были приобретены практические навыки анализа технологическогопроцесса, выбора средств автоматического контроля согласно поставленнымзадачам, расчета измерительных схем приборов и средств контроля. Так же былиполучены навыки проектирования системы автоматического контроля технологическихпараметров.
Литература
1.А.С. Боронихин Ю.С. Гризак «Основы автоматизации производства и контрольноизмерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов»М.Стройиздат1974г. 312с.
2.В.М. Тарасюк «Эксплуатация котлов» практическое пособие для операторовкотельной; под редакцией Б.А. Соколова. – М.: ЭНАС, 2010. – 272с.
3.В.В.Шувалов, В.А.Голубятников «Автоматизация производственных процессов вхимической промышленности: Учебн. Для техникумов. – 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Химия, 1985г.- 352 с. ил.
4.Макаренко В.Г., Долгов К.В. Технические измерения и приборы: Методическиеуказания к курсовому проектированию. Юж.-Рос.гос.техн. ун-т. Новочеркасск:ЮРГТУ, 2002. – 27с.
5.Фарзане Н.Г., Ильясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы.– М.: Высш.шк., 1989. – 456с.