Міністерство освіти і науки України
Національний університет водного господарства таприродокористування
Кафедра автоматики та електротехніки
Спеціальність АУТП
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до дипломного проекту
на тему:
Автоматизація котельні на ТЗВ „Волинь-Шифер” м. Здолбунів
Виконав: студент 5 курсу
ФПМіКІС,
Маркович В.В.
Керівник: Данченков Я.В.
Рівне 2010 р.
ЗМІСТ
1.Техніко-економічне обґрунтування проекту1.1 Вступ
2.Технічні характеристики об’єкту
2.1 Опистехнологічного процесу пароутворення на ТЗВ «Волинь-шифер»
2.2 Підготовкаводи для живлення котлів
2.3 Пуск і зупинка котла ДКВР 10-13
2.4 Опис конструкції об'єкта
2.5 Паровий котел ДКВР 10-13
2.6Тепловий баланс котлових агрегатів ДКВР 10-13
3.Система автоматизації
3.1 Необхідність контролю, регулювання і сигналізаціїтехнологічних параметрів
3.2 Розробка автоматичної системи керування технологічнимпроцесом
3.3 Підбір технічних засобів автоматизації
3.4 Встановлення статичних і динамічних характеристик об’єктуавтоматизації3.5 Дослідження системи автоматичного регулюваннятиску пари
3.6Розробка SCADA-системи TRACE MODE
4. Розрахунок економічноїефективності
4.1 Tехніко-економічне обґрунтування АСУ ТП
4.2 Розрахунок капітальних затрат на автоматизацію
4.3 Розрахунок економічної ефективності проектованої АСУ ТП
5. Охорона праці
5.1 Організація охорони праці при експлуатації котлів на ТЗВ«Волинь-Шифер»
5.2 Електробезпека
5.3 Розрахунок заземлення
5.4 Розрахунокстійкості об’єкта до вибуху газоповітряної суміші
5.5 Правилаексплуатації котелень
5.6 Інструкціяз техніки безпеки для обслуговуючого персоналу КВПіА
5.7Пожежна безпека
1. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ
1.1 Вступ
Автоматизація –це застосування комплексу засобів, що дозволяють здійснювати виробничі процесибез особистої участі людини, але під її контролем. Автоматизація виробничихпроцесів приводить до збільшення випуску, зниженню собівартості і поліпшеннюякості продукції, зменшує чисельність обслуговуючого персоналу, підвищуєнадійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, поліпшує умови праціі техніки безпеки.
Автоматизаціязвільняє людину від необхідності безпосереднього керування механізмами. Вавтоматизованому процесі виробництва роль людини зводиться до налагодження,регулювання, обслуговування засобів автоматизації і спостереженню за їхньоюдією. Якщо механізація полегшує фізичну працю людини, то автоматизація має метуполегшити так само і розумову працю. Експлуатація засобів автоматизації жадаєвід обслуговуючого персоналу високої технічної кваліфікації.
За рівнемавтоматизації теплоенергетика займає одне з ведучих місць серед інших галузейпромисловості. Теплоенергетичні установки характеризуються безперервністюпроцесів, що протікають у них. При цьому вироблення теплової й електричноїенергії в будь-який момент часу повинно відповідати споживанню (навантаженню).Майже всі операції на теплоенергетичних установках механізовані, а перехідніпроцеси в них розвиваються порівняно швидко. Цим пояснюється високий розвитокавтоматизації в тепловій енергетиці.
Автоматизаціяпараметрів дає значні переваги:
1) забезпечує зменшення чисельностіробочого персоналу, тобто підвищення продуктивності його праці;
2) приводить до зміни характеру праціобслуговуючого персоналу;
3) збільшує точність підтримки параметрівнагрітої води;
4) підвищує безпеку праці і надійністьроботи устаткування;
5) збільшує економічність роботи котельноїустановки.
Залежно від обсягу автоматизація може бути повною, частковою,або комплексною.
При повній автоматизації — персонал відсутній і його функціїзведені до періодичного нагляду. При комплексній автоматизації — обслуговуючий персоналпостійно наглядає за роботою обладнання, а при частковій — обладнання автоматизуєтьсяу обмеженому обсязі.
Автоматизаціякотельних установок містить у собі автоматичне регулювання, дистанційнекерування, технологічний захист, теплотехнічний контроль, технологічніблокування і сигналізацію.
Автоматичнерегулювання забезпечує хід безупинно протікаючих процесів у парогенераторі (живленняводою, горіння, перегрів води й ін.)
Дистанційнекерування дозволяє черговому персоналу пускати і зупиняти котельну установку, атак само переключати і регулювати її механізми на відстані, з пульта, дезосереджені пристрої керування.
Теплотехнічнийконтроль за роботою котельної установки й устаткування здійснюється задопомогою показуючи і самописних приладів, що діють автоматично. Приладиздійснюють безупинний контроль процесів, що протікають у парогенераторнійустановці, чи ж підключаються до об'єкта виміру обслуговуючим персоналом, абоелектронно-обчислювальною машиною. Прилади теплотехнічного контролю розміщаютьна панелях, щитах керування по можливості зручно для спостереження йобслуговування.
Технологічніблокування виконують у заданій послідовності ряд операцій при пусках і зупинкахмеханізмів котельної установки, а так само у випадках спрацьовуваннятехнологічного захисту. Блокування виключають неправильні операції приобслуговуванні котельної установки, забезпечують відключення в необхіднійпослідовності устаткування при виникненні аварії.
Пристроїтехнологічної сигналізації інформують черговий персонал про стан устаткування(у роботі, зупинене і т.п.), попереджають про наближення параметра донебезпечного значення, повідомляють про виникнення аварійного стану котельноїустановки і її устаткування. Застосовуються звукова і світлова сигналізація.
Експлуатаціякотлів повинна забезпечувати надійне й ефективне вироблення нагрітої водинеобхідних параметрів і безпечні умови праці персоналу. Для виконання цих вимогексплуатація повинна вестися в точній відповідності з законоположеннями,правилами, нормами і провідними вказівками, зокрема, відповідно до “Правил безпечноїексплуатації парових котлів” Держтехнагляду, ”Правилами технічної експлуатаціїелектричних станцій і мереж”, ”Правилами технічної експлуатаціїтепловикористовуючих установок і теплових мереж” і ін.
На основізазначених матеріалів для кожної котлової установки повинні бути складеніпосадові і технологічні інструкції з обслуговування устаткування, ремонту,техніці безпеки, попередженню і ліквідації аварій і т.п. Повинні бути складенітехнічні паспорти на устаткування, виконавчі, оперативні і технологічні схемитрубопроводів різного призначення. Знання інструкцій, режимних карт роботикотла і зазначених матеріалів є обов'язковим для персоналу. Знанняобслуговуючого персоналу повинні систематично перевірятися.
Експлуатаціякотлів виконується по виробничих завданнях, що складаються за планами іграфіками вироблення нагрітої води, витрати палива, витрати електроенергії навласні нестатки, обов'язково ведеться оперативний журнал, у який заносятьсярозпорядження керівника і записи чергового персоналу про роботу устаткування, атак само ремонтну книгу, у яку записують зведення про замічені дефекти і заходищодо їхнього усунення.
Повинні вестисяпервинна звітність, що складається з добових відомостей по роботі агрегатів ізаписів реєструючих приладів і вторинна звітність, що включає узагальнені даніпо котлах за визначений період. Кожному котлу присвоюється свій номер, усікомунікації забарвлюються у визначений умовний колір, установлений ДСТУ.Установка котлів у приміщенні повинна відповідати правилам Держтехнагляду,вимогам техніки безпеки, санітарно-технічним нормам, вимогам пожежної безпеки.Паливно-енергетичний комплекс є важливою складовою економіки і від йогоефективності в значній мірі залежить загальна ефективність народногогосподарства. При цьому провідну роль відіграють котельні установки, якіділяться на енергетичні, промислові та водогрійні. Водогрійні котельнінагрівають воду для технологічних цілей та опалювання приміщень.
Котельні установки містять один, абокілька котельних агрегатів, які знаходяться в одному приміщенні. До основнихелементів котельного агрегату відносяться: котел, топка, паронагрівач,економайзер, повітрянагрівач, а також обмуровка і каркас. Котел є основнимелементом котельного агрегату і являє собою теплообмінний пристрій, черезметалеві стінки якого відбувається передача тепла (від продуктів горіння —палива, до води). Топка забезпечує згоряння палива і перетворення його хімічноїенергії в тепло найбільш економічним способом. Водний економайзер таповітронагрівач призначені для нагрівання теплом вихідних поточних газіввідповідно живильної води, що надходить у котел, та повітря, що надходить утопковий пристрій. Топка і газоходи забезпечуються гарнітурою, до складу якоївходять дверки, пристрій для спостереження, лази і шибери в газоходах, люки дляпродувки котельного агрегату від сажі і золи, а також вибухові запобіжніклапани.
Допоміжними пристроями котельногоагрегату є живильні установки, станції водопідготовки та тяго-нагнітальнеустаткування. Живильна установка складається із живильних насосів для подачіводи в котел під тиском та системи трубопроводів. Тяго-нагнітальне устаткуваннямістить нагнітальні вентилятори, газо- та повітропроводи, димосос і димовутрубу. Вона забезпечує подачу необхідної кількості повітря в топку, а такожвідведення продуктів згоряння по газоходах за межі котельного агрегату.
Технологічні процеси сучаснихкотельних установок характеризуються оптимальними значеннями параметрів стану,малими діапазонами їх допустимих відхилень, а також забезпеченням певнихспіввідношень між ними.
Відхилення параметрів стану від їхоптимальних значень суттєво знижують коефіцієнт корисної дії (к. к. д)котельної установки, а інколи можуть привести до аварійних ситуацій. В зв'язкуз цим при проектуванні котельних установок дуже важливим є забезпеченнянадійного контролю за ходом технологічних процесів та їх автоматизація. Томувони обладнуються контрольно-вимірювальними приладами (манометрами,термометрами, рівнемірами, витратомірами та іншими приладами), пристроямиавтоматичного керування і регулювання, та високонадійною арматурою(електрифікованими засувками і заслінками; електромагнітними, зворотніми тазапобіжними клапанами).
Застосування програмнихмікропроцесорних засобів управління — мікроконтролерів надає можливістьзабезпечити багатофункціональність і гнучкість управління, покращити йогоякість та надійність.
Зв'язок між сигналами давачів ікеруючими сигналами виконавчих механізмів зафіксований у програмі, в якутрансльований алгоритм управління. Наявність мікроконтролера дає можливістьскоригувати похибки давачів і зменшити вплив випадкових похибок за допомогоюбагаторазових вимірювань з наступним усередненням результатів вимірів. Разом зтим стає можливим визначення комплексних показників технологічних процесів задопомогою одночасного вимірювання кількох контрольованих величин і обчисленняна їх основі потрібної величини, а також реалізація адаптивного принципуавтоматичного управління.
Підвищення надійності обробкиінформації забезпечується за рахунок автодіагностики, завадозахисту, записуробочих програм в енергонезалежну пам'ять та блочно-модульної будовиавтоматичних пристроїв.
Для автоматичного управліннятепловими процесами доцільно використовувати спеціалізований пристрій: — блокавтоматичного управління технологічними процесами (БАУ ТП) «Альфа-М».
2. ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБ’ЄКТУ
2.1 Опис технологічного процесупароутворення на ТЗВ «Волинь-шифер»
Паровим котлом називається комплексагрегатів, призначених для одержання водяної пари. Цей комплекс складається зряду теплообмінних пристроїв, зв'язаних між собою для передачі тепла відпродуктів згоряння палива до води і пари. Вихідним носієм енергії, наявністьякого необхідно для утворення пари з води, служить паливо.
Основними елементами робочогопроцесу, що здійснюється в котловій установці, є:
1) процес горіння палива;
2) процес теплообміну між продуктамизгоряння та водою; 3)процес пароутворення, що складає з нагрівання води, їївипару і нагрівання отриманої пари.
Під час роботи в котлоагрегатахутворяться два взаємодіючих один з одним потоки: потік робочого тіла і потіктеплоносія, що утвориться в топці.
У результаті цієї взаємодії на виходіоб'єкта виходить пара заданого тиску і температури.
Однієї з основних задач, що виникаєпри експлуатації котлового агрегату, є забезпечення рівності між виробленою іспоживаною енергією. У свою чергу процеси пароутворення і передачі енергії вкотлоагрегаті однозначно зв'язані з кількістю речовини в потоках робочого тілаі теплоносія.
Горіння палива є суцільнимфізико-хімічним процесом. Хімічна сторона горіння являє собою процесокислювання елементів палива киснем, що протікає при визначеній температурі і супроводжуєтьсявиділенням тепла. Інтенсивність горіння, а так само економічність і стійкістьпроцесу горіння палива залежать від способу підведення і розподілу повітря міжчастками палива. Умовно прийнято процес спалювання палива поділяти на тристадії: запалювання, горіння і допалювання. Ці стадії в основному протікаютьпослідовно в часі, частково накладаються одна на іншу.
Розрахунок процесу горіння звичайнозводиться до визначення кількості повітря в м3, необхідного для згорянняодиниці чи маси обсягу палива кількості і складу теплового балансу і визначеннютемператури горіння.
Значення тепловіддачі полягає втеплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, води, зякої необхідно одержати пару, або пари, якщо необхідно підвищити її температурувище температури насичення. Процес теплообміну в котлах йде черезводогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагрівання.Поверхні нагрівання виконуються у виді труб. Усередині труб відбуваєтьсябезупинна циркуляція води, а ззовні вони омиваються гарячими топковими газами,а також сприймають теплову енергію випромінюванням. У такий спосіб укотлоагрегаті мають місце усі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція івипромінювання. Відповідно поверхня нагрівання підрозділяється на конвективну ірадіаційну. Кількість тепла, передана через одиницю площі нагрівання в одиницючасу — зветься тепловою напругою поверхні нагрівання. Величина теплової напругиобмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагрівання, по-друге,максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія доповерхні, від поверхні нагрівання до холодного теплоносія.
Інтенсивність коефіцієнтатеплопередачі тим вища, чим вища різниця температур теплоносіїв, швидкістьїхнього переміщення щодо поверхні нагрівання і чим вища чистота поверхні.
Утворення пари в котлоагрегатахпротікає за визначеною послідовністю. Вже в екранних трубах починаєтьсяутворення пари. Цей процес протікає при великих температурі і тиску. Явищевипаровування полягає в тому, що окремі молекули рідини, що знаходяться в їїповерхні і володіють високими швидкостями, а отже, і більшої в порівнянні зіншими молекулами кінетичною енергією, переборюючи силові впливи сусідніхмолекул (поверхневий натяг), вилітають у навколишнє середовище. Зі збільшеннямтемператури інтенсивність випаровування зростає. Процес зворотний пароутвореннюназивають конденсацією. Рідина, що утвориться при конденсації називаютьконденсатом. Вона використовується для охолодження поверхонь металу впароперегрівниках.
Пара, утворена в котлоагрегаті,підрозділяється на насичену і перегріту. Насичену пару у свою чергу поділяютьна суху і вологу. Якщо на теплоелектростанціях потрібна перегріта пара, то дляйого перегріву встановлюється пароперегрівники, у яких для перегріву паривикористовується тепло, отримане в результаті згоряння палива і вихідних газів.
2.2 Підготовка води для живленнякотлів
2.2.1 Характеристика природних вод
Природні води можна розділити на двікатегорії: на води відкритих водойм (моря, ріки, озера, ставки і т.п.) і напідземні чи ґрунтові води (артезіанські, ключові і т.п.). Природні води завждимістять деяку кількість різних домішок, як, наприклад, кухонної солі, солейкальцію і магнію, а також газів — кисню, вуглекислоти і т.п.), що додають їммутність. Склад природних вод дуже різноманітний і залежить головним чином відтого, у яких породах протікають ці води і які речовини вони вимивають, а такожі від ряду інших причин. Усяка вода, що містить у собі розчинені солі,називається «твердою » водою, і, навпаки, якщо вода таких солей немістить (наприклад, дощова чи дистильована), вона називається«м'якою». Зовнішньою ознакою м'якої води є гарне омилення. Твердістьводи вимірюється особливими одиницями — градусами твердості. За одиницютвердості води приймається вміст одного міліграм-еквівалента кальцію чи магніюв1л води (мг-екв/л) чи тисячна частка міліграм — еквівалента -мікрограм — еквівалента в1л води (мкг-екв/л). Вміст лугу у воді також вимірюється в мг-еквчи в мкг-екв/л.
Загальна твердість води складається зкарбонатної (тимчасовий) твердості і некарбонатної (постійної) твердості.Карбонатна твердість характеризується наявністю у воді в розчиненому видібікарбонатів (двовуглекислих солей) кальцію Са(НСОз)/>і магнію Мg(НСОз)/>, а некарбонатнатвердість — наявністю у воді сульфатів (сірчанокислих солей) і хлоридів(хлористих солей) кальцію і магнію — СаSО4, МgS04, СаС12і МgС12. Якщо «тверду » воду нагрівати до температури вище70°С, то солі твердості, що знаходяться в ній, будуть кристалізуватися іпоступово випадати з розчину на внутрішні поверхні нагрівання у виді твердихвідкладень різного хімічного складу, які утворюють накип. Основним джереломвідкладень накипоутворювачів в котлах і теплообмінниках є солі кальцію (СаSО4)і магнію (МgSО4), що потрапляють з водою, у якій вони знаходяться врозчиненому виді.
2.2.2 Якість води для парогрійнихкотлів
Для забезпечення нормальної роботипарогрійних котлів і теплових мереж вода, яка в них використовується повиннамати визначену якість. Основними показниками якості води для парогрійних котліві мереж є вміст агресивних газів (СО2 і О2), прозорістьводи, тобто вміст зважених речовин, які видаляються легко при фільтруванні, ітвердість води, тобто вміст у воді солей кальцію і магнію.
Варто також відмітити, що природнавода являє собою слабкий розчин електролітів, дисоційованих на позитивнозаряджені іони чи катіони Са +, Na+, Мg2+, Fе2+,H/>і ін. інегативно заряджені іони чи аніони ОН/>, НС/>О/>, SО/>, Сl/>і ін. Якщо концентрація водневихіонів H/>дорівнює концентрації гідроксильних іонів ОН/>, то вода нейтральна; при перевазігідроксильних іонів вода лужна.
Концентрацію водневих іонів виражаютьпоказником ступеня без знака мінус; цей показник позначається рН і називаєтьсяводневим. Якщо Н/>=10/>, то рН=7. При рН7 — лужна.
Широке поширення одержав обміннийметод пом'якшення води — так званий натрій-катіонний метод. Сутність йогополягає в тому, що воду фільтрують через шар глауконіту чи сульфовугілля, щоміститься в спеціальному апараті — катіонному фільтрі (рисі).
Катіонний фільтр — це металічнийрезервуар циліндричної форми, всередині якого міститься сульфовугілль. Висоташару сульфовугілля залежить від твердості вхідної води; при більшій твердостішар вище. У нижній частині фільтра під шаром сульфовугілля розташовуєтьсядренажний пристрій, що складається з колектора і системи труб, приєднаних донього. До верхньої частини цих труб приварені патрубки з різьбленням длянагвинчування спеціальних щілинних дренажних ковпачків, виготовлених ізпластмаси. Ці ковпачки на своїх гранях мають вузькі щілини, ширина яких меншанайменшого зерна сульфовугілля, що запобігає виносу матеріалу з водою під часйого роботи і регенерації.
Сульфовугілля — це кам'яне вугілля,оброблене міцною сірчаною кислотою. Насипна вага повітряносухого сульфовугіллядорівнює 0,55 т/м3, розмір зерен — 0,3 до 1,2 мм і ємність поглинання280-360 г-екв/м3. Сульфовугілля вилучає з води катіони кальцію імагнію і обмінюється катіонами натрію. Обмін катіонами відбувається в строгорівнозначних (еквівалентних) кількостях. Температуру води при натрій-катіонномуметоді рекомендується тримати не вище 60°С. Цей метод дозволяє майже цілкомвилучити з води накипоутворювачі; залишкова твердість пом'якшеної води звичайноне перевищує 35 мкг-екв/л. В результаті такого пом'якшення води замістьсульфатів і хлоридів кальцію і магнію утворюються легкорозчинні, що не здатнідо накипоутворення, сірчанокислий натрій Ка2SО/>(глауберова сіль) іхлористий натрій NаСІ (кухонна сіль); замість бікарбонатів кальцію і магніюутвориться еквівалентна кількість добре розчинного у воді бікарбонату натріюNaНСО3.
/>
Рис. 1 Вертикальний натрій-катіоннийфільтр
1-вхід сирої води; 2-вихід пом'якшеноїводи; 3-підведення сольовогорозчину; 4-сульфовугілля; 5-бетон; 6-дренажнийпристрій; 7-корпус фільтра;8-спускна труба; 9-щільовий дренажний ковпачок.
В процесі роботи сульфовугілля, врезультаті поглинання катіонітів кальцію і магнію, поступово втрачає своюздатність до обміну катіонами. Величина обмінної здатності сульфовугіллявизначається хімічним аналізом пом'якшеної води. Якщо твердість їїпідвищується, то фільтр необхідно регенерувати, це означає зробити відновленняздатності сульфовугілля шляхом розпушення зворотним потоком води і пропусканнямчерез нього 5-10-процентного розчину кухонної солі (NаСІ), що готується всолерозчиннику. При цьому процесі катіоніти натрію кухонної солі заміщають всульфовугіллі солі кальцію і магнію, розчин яких відводиться в каналізацію. Длязвільнення вихідної води від механічних домішок її насосом проганяють черезкварцовий фільтр, після якого вона надходить у катіонний, де обробляється.
2.2.3 Регулювання температури вихідноїводи
Вода, що надходить на установку водопідготовки,підігрівається в теплообмінниках до температури, що забезпечує оптимальнепротікання технологічного процесу. Регулювання температури підігрітої водиздійснюється регулятором температури, що змінює подачу гріючого середовища,(води) у теплообмінник.
Як регулятор доцільно застосовуватиелектронний регулятор ЕР-С, що використовує імпульс по температурі води затеплообмінником, яка вимірюється термометром опору. Регулятор забезпечує хорошупідтримку температури з точністю ± 1°С.
У тих випадках, коли спостерігаютьсячасті коливання в подачі вихідної води регулятор підігріву може не забезпечитизазначеної якості регулювання. У цьому випадку в схемі регулюваннявикористовується додатковий випереджальний імпульс по швидкості змінинавантаження, що отримується від електронного диференціатора типу ЭД, на якийподається сигнал від дифманометра ДМ, що вимірює витрату вихідної води.
Таким чином, регулювання ведеться потемпературі за підігрівником, а додатковий імпульс забезпечує швидкий впливрегулятора зі зміною витрати води; при постійному навантаженні цей додатковийімпульс дорівнює нулю.