Федеральное агентство по рыболовству
ФГОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет»
КафедраАвтоматизации технологических процессов
Курсовая работа
по дисциплине:«Технические средства автоматизации»
«Техническоеобеспечение автоматической системы регулирования давления в барабане котла»
Выполнил:
студент группы ДИА-41
Югов С.Г.
Проверил:
доц. Прохватилова Л.И.
Астрахань
2011
Содержание
Введение
1. Описаниетехнологического процесса
2. Обоснованиецелесообразности и необходимости введения автоматической системы регулирования
3. Структурнаясхема система регулирования
4. Выбортехнических средств автоматизации
5. Расчетнадежности контура
6. Расчетнадежности контура с резервированием
Заключение
Списокиспользованной литературы
Введение
Комплекснаяавтоматизация управления технологическими процессами, производством и народнымхозяйством является одним из важнейших стратегических направлений развитияэкономики. Наряду с созданием новых материалов и технологий, автоматизациятехнологических процессов и производств является приоритетным направлениемэкономического развития.
Все видыпроизводственной деятельности, содержащие действия по изменению исходного сырьяс целью получения предмета производства, называют технологическим процессом.
Автоматизация такогопроцесса предполагает регулирование температуры, давления, качества, расходагазо-жидких энергоносителей. Управление реализуется посредством передовыхсистем измерения параметров, обработки данных, контроля и оптимизации режимовпроцесса.
/>/>Автоматизация технологических процессовзначительно повышает культуру производства и значительно облегчает трудчеловека, позволяет переложить выполнение тяжелой физической работы на плечиавтоматики. При внедрении автоматизированных систем, функции рабочего сводятсяк контролю работы машин. Персонал может находиться на безопасном расстоянии отагрегатов. Внедрение автоматизации создает условия для коренного улучшенияусловий труда и безопасности работ, дает возможность увеличитьпроизводительность труда. Наряду с этим улучшаются работа машин, ходтехнологического процесса и качество продукции.
При удачном решениипоставленных перед автоматизацией задач, откроются новые горизонты в развитии исовершенствовании работы предприятия.
1.Описание технологического 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) процессгорения топлива;
2) процесстеплообмена между 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 элементов кислородом,проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла.Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горениятоплива, зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицамитоплива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии:зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательново времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горенияобычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимогодля сгорания 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 высокимискоростями, а, следовательно, и большей по сравнению с другими молекуламикинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул,создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. Сувеличением температуры 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, вданном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева параиспользуется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов.Полученный перегретый пар при температуре Т=540°С и давлении Р=110 атм. идет натехнологические нужды.
2.Обоснование целесообразности введения автоматической системы регулирования
В связи с тем, чтопроцесс нагрева воды не относится к числу пожаро- и взрывоопасных,автоматизация осуществляется на основе использования электрических средств.Электрические приборы более точны и отличаются быстродействием по сравнению спневматическими. Источник энергии у электрических средств автоматизации болеепрост и надежен. Также отсутствуют ограничения по расстоянию между усилителем иисполнительным механизмом. Электрические регуляторы позволяют легко суммироватьразличные импульсы.
Распределениеподводимого тепла между затрачиваемым на парообразование и прогрев металлаопределяется величиной тепловыделения и скоростью нарастания давления. Чемменьше скорость изменения давления и больше тепловыделение в топке, тем большаячасть тепла расходуется на образование пара.
Показателем эффективностиявляется качество пара, вырабатываемого котлом, т.е. его температура, давлениеи количество. Следовательно, регулирование давления в барабане являетсянеобходимым для получения высокой производительности котла и его надежности.
3.Структурная схема системы регулирования давления в барабане котла
/>
4.Выбор технических средств автоматизации
Манометры электрическиедистанционные. В пружинных электрических дистанционных манометрахтипа МЭД происходит преобразование давления измеряемой среды, приводящего кмеханической деформации измерительной части прибора, в электрический сигнал.
Действие этого прибора основано наиспользовании деформации одновитковой трубчатой пружины, свободный конецкоторой связан рычагом со стальным сердечником (плунжером) дифференциально-трансформаторногопреобразователя.
Преобразователь состоит из двухсекций первичной обмотки, намотанных последовательно (согласно), двух секцийвторичной (выходной) обмотки, включенных встречно, и подвижного сердечника.
Создаваемый первичной обмоткойпреобразователя магнитный поток индуцирует в секциях выходной обмотки ЭДС ех и еъ, значениякоторых зависят от тока питания первичной обмотки и взаимных индуктивностей Lx и L2 междусекциями вторичной и первичной обмоток.
Взаимные индуктивности Lx и L2 равны междусобой при среднем положении сердечника внутри катушки преобразователя.
При перемещении сердечника вверх изсреднего положения значение Lx увеличивается,а L2 уменьшается. При этом изменяютсявеличина и фаза выходного сигнала Е дифференциально-трансформаторногопреобразователя.
Регулятор Т-424 представляетсобой многофункциональный регулятор, используемый в самых различных отрасляхпромышленности для построения локальных систем измерения, контроля ирегулирования температуры, давления и т.п.
Использование регулятораТ-424 совместно с приборами МЕТАКОН 514/524/534/614 и БКР или БУРМ позволяетреализовать функцию регулятора взаимоотношений, что востребовано для управленияклапанами, задвижками, устройствами типа МЭО при автоматизации химическихреакторов.
Эта возможность приборачасто находит применение для управления газовыми горелками в котельных и печах,обеспечивая правильное соотношение газ-воздух.
Приборы Т-424зарегистрированы Госстандартом в Госреестре средств измерений под номером16099-97. Сертификат № 2686 от 07.04.97.
Функции ПИД-регулятораТ-424:
· многоканальноеизмерение технологических параметров (до 4-х каналов);
· ПИД-алгоритмрегулирования с аналоговым и ШИМ выходными сигналами управления;
· функциярегулятора отношений (совместно с приборами МЕТАКОН 514/524/534/614 и БКР илиБУРМ);
· масштабированиелинейных сигналов, функция извлечения квадратного корня;
· тринезависимых программируемых компаратора (по 8 функций) с выходом на реле;
· преобразованиеизмеренного сигнала в унифицированный токовый;
· встроенныйгальванически развязанный источник 24 В;
· высокаяпомехоустойчивость прибора (не ниже 3 степени жёсткости);
· ручноеи автоматическое управление;
· ограничениесигнала управления;
· универсальныйвход;
· линеаризацияНСХ термопреобразователей;
· 4-хпроводная схема подключения термосопротивлений;
· программныйвыбор типа НСХ термопреобразователя;
· контрольобрыва входных линий и аварийных ситуаций;
· контрастнаяцифровая индикация (антиблик);
· цифроваяфильтрация входных сигналов;
· гальваническаяразвязка входного и выходного сигналов;
· контрастнаяцифровая индикация (антиблик);
· защитапаролем.
Кабель управления иконтроля гибкий помехозащищенный КУГВВЭ и КУГВЭВ предназначендля передачи электрических сигналов управления малой мощности переменнымнапряжением до 380 В частоты до 50 Гц или постоянным напряжением до 500 В.
Конструкция:
жила – мягкая меднаяпроволока;
изоляция – ПВХпластикат;
обмотка – полиамидная,лавсановая или ПВХ лента;
экран – алюминиеваяфольга;
оболочка – ПВХ пластикат,в кабелях с индексом «нг» оболочка из ПВХ пластиката пониженной горючести.
Технические данные:
рабочая температура: от-50 до +60°С;
диаметр кабеля – 6 мм.
Кабели соответствуюттребованиям: ТУ16505.856-75, ТУ16705.426-86.
Среднее время наработкина отказ: 90000 часов.
Электромагнитныйгазовый клапан «ВН 4Н-0,5К» предназначен дляиспользования в системах дистанционного автоматического управлениягазогорелочных устройств, бытовых отопительных установок и в технологических трубопроводныхсистемах управления потоком природного и сжиженного газа в качествезапорно-регулирующего органа и органа безопасности при продолжительном режимеработы.
5.Расчет надежности контура
Расчет надежностиавтоматической системы регулирования разрежения осуществляется по методикеоценки вероятности внезапных отказов. Расчет по методике оценки постепенныхотказов нецелесообразен, так как в течение всего срока службы системыпроводятся периодические проверки технического состояния приборов и средствавтоматизации и их метрологических характеристик.
/>
Средняянаработка на отказ манометра электрического дистанционного (Д) – 10000ч.
Средняянаработка на отказ регулятора (Р) – 48000ч.
Средняя наработка наотказ электромагнитного клапана (ИУ) – 200000ч.
Средняя наработка наотказ соединительных линий (ЭЛС) – 90000ч.
Рассчитаем надежностьнерезервированной системы, считая, что надежность элементов изменяется поэкспоненциальному закону. При последовательном соединении надежность системыменьше, чем надежность каждого элемента в отдельности. Вероятность безотказнойработы элемента вычисляется по формуле:
/>,
где /> – средняя частотаотказа (интенсивность отказа). Учтем также надежность линий связи.
Среднее время наработкина отказ (t) для каждого из компонентов схемы равны:
Наименование технического средства Количество, шт. Среднее время наработки на отказ, час.
lн Датчик 1 10000
100*10-6 Регулятор 1 48000
21*10-6 ИУ 1 200000
5*10-6 Линия связи 1 90000
11,1*10-6
lн– интенсивность отказов прибора в нормальных условиях эксплуатации прибора.
Система состоит изосновных элементов, следовательно, является безызбыточной.
/>н,
следовательно, длянашей системы:
lс =(100+21+5+11,1)*10-6=0,0001371 час-1.
Найдем время наработкина отказ всей системы:
tс= ≈ 1/0,0001371≈ 7294 часов ≈ 304 суток.
Вероятность безотказнойработы в течение 1000 часов, не менее:
Р = е(-1000/7294)= 0,87.
Вероятность отказа втечение 1000 часов, не более:
Q = 1 – 0,87= 0,13.
6.Расчет надёжности контура с резервированием
Для повышениянадежности используем дополнительный датчик разрежения. Используем «теплое»резервирование с применением точно такой же модели прибора. Выборрезервирования именно датчик разрежения обусловлен тем, что этот приборявляется неотъемлемой частью контроля, кроме того, он является наиболее сложнотехнически устроенным прибором в нашей системе регулирования, что делаетневозможным замену прибора в случае выхода его из строя в сжатые сроки.
/>
Рассчитаем надежностьполученной системы.
Интенсивность отказовпараллельного соединения датчиков уровня равна:
/>.
Тогда />.
По результатам расчётаинтенсивность отказов системы с теплым резервом в рабочих условияхэксплуатации:
lн =(50+21+5+11,1)*10-6 = 0,000087час-1.
Среднее времябезотказной работы:
tср = 1/0,000087 = 11494 часов.
Вероятность безотказнойработы в течение 1000 часов, не менее:
Р = е(-1000/11494)= 0,92.
Вероятность отказа втечение 1000 часов, не более:
Q = 1 – 0,92 = 0,08.
Итак, путем применениянагруженного резервирования срок работы системы увеличился в /> раза. Дальнейшеерезервирование является неэффективным, т.к. с каждым дополнительным элементомцена увеличивается пропорционально их количеству, а надежность увеличиваетсянезначительно.
Заключение
В ходе курсовой работыбыло произведено техническое обеспечение автоматической системы регулированиядавления пара в барабане котла. Были выбраны средства контроля и регулирования,и был обоснован их выбор. Был произведен расчет надежности контурарегулирования и предложена схема для резервирования.
Списокиспользованной литературы
1.Е.П. Стефани, Основы построения АСУТП. – М.: Энергоиздат, 1982.
2.Лысенко Э.В. Проектирование автоматизированных систем управлениятехнологическими процессами. – М.: Радио и связь, 1987.
3.Веб-сайт «Котлоагрегаты и другие объекты автоматизации» www.superheater.ru/