1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯЧАСТЬ
1.1 Характеристика установки сушкипромковша комплекса МНЛЗ
Комплекс оборудованияМНЛЗ предназначен для получения непрерывно-литых сортовых заготовок 100х100 мм,120х120 мм и 150х150 мм из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных,легированных, конструкционных и специальных марок сталей. Работа МНЛЗосуществляется в едином технологическом комплексе конвертер (ковш-печь)МНЛЗ. Основные технические данные комплекса МНЛЗприведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1 – Основныетехнические данные комплекса МНЛЗНаименование параметра Норма Тип радиальная Производительность, тыс. т/год 900…1000 Масса жидкого металла в стальковше, т 145 Масса жидкого металла в промковше, т 27 Типы разливаемых марок сталей низкоуглеродистые, углеродистые, низколегированные, легированные, конструкционные, специальные Сечение заготовок, мм 100×100, 120×120, 150×150 Количество ручьев, шт. 6 Радиус базовой стенки кристаллизатора, м 7 Металлургическая длина, м 22,105 Расстояние между ручьями, мм 1100 Длина заготовок, м 6, 9…12
Скорость разливки, м/мин, средняя для сечений:
100×100 мм
120×120 мм
150×150 мм
5,0
3,8
2,5 Количество точек разгиба, шт. 2 Способы разливки открытой струей защищенной струей Количество плавок в серии, шт. 5…10 Длина гильзы кристаллизатора, мм 1000 Амплитуда качания кристаллизатора, мм ±1,5…8 Частота качания кристаллизатора, мин-1 50…250 Тип затравки цепная полужесткая Скорость заведения затравки, м/мин 5,0 Вторичное охлаждение 4-х зонное водоструйное Тип режущего устройства ножницы гидравлические Способ выдачи заготовок рольганг, стеллаж разгрузочный, холодильник кантующий, рольганг, стеллаж выдачи Скорость уборочных рольгангов, м/мин 30
После обработки плавки на установкековш-печь сталеразливочный ковш с металлом устанавливается литейным краном наповоротный стенд МНЛЗ. С целью снижения потерь тепла металлом в процессеразливки стальковш перед установкой на поворотный стенд МНЛЗ накрываетсяфутерованной огнеупорным материалом крышкой. Выдвигается площадка обслуживанияшиберного затвора стальковша и устанавливается гидроцилиндр для управленияшибером. Стенд с ковшом разворачивается в позицию разливки.
После разогрева промковша истаканов-дозаторов производится отключение и перевод в резервную позициюустановки для разогрева промежуточного ковша (и устройства для разогревастаканов-дозаторов). Тележка с промежуточным ковшом перемещается в позициюразливки. Выполняется центровка промежуточного ковша относительнокристаллизаторов (при необходимости) и окончательное позиционированиестальковша относительно промковша.
При разливке металла с защитой струиметалла от вторичного окисления, между промковшом и кристаллизаторамиустанавливаются сильфоны, производится подключение системы подачи аргона вполость сильфонов. Открывается шиберный затвор стальковша и производитсянаполнение промковша жидким металлом до заданного уровня. Зеркало металла впромковше защищают от окисления слоем теплоизолирующей смеси. Масса металла впромковше непрерывно измеряется весовым устройством, размещенным на тележкепромковша.
В зависимости от сечения непрерывно-литойзаготовки (НЛЗ) и марки разливаемой стали возможны два варианта разливки:
– разливка открытой струей черезстаканы-дозаторы промковша;
– разливка защищенной струей сиспользованием стопоров и погружных стаканов.
Основным вариантом запуска ручьев МНЛЗявляется автоматический. Предусмотрен также резервный вариант – запуск ручьевМНЛЗ в ручном режиме с прерыванием струи металла из промковша.
После заполнения металлом кристаллизаторов,в которые предварительно введены головки затравок до заданного уровня,включаются механизмы качания кристаллизаторов и привода тянуще-правильноймашины (ТПМ).
Предусмотрено два режима работы ТПМ:
– режим заведения-выведения затравки;
– рабочий режим вытягивания НЛЗ.
При разливке металла из промковша, беззащиты струи или с защитой струи с помощью сильфонов, в качестветехнологической смазки используется масло, марка которого можеткорректироваться в процессе отработки технологии разливки. При разливке металлаиз промковша с защитой струи с помощью погружных стаканов используетсяшлакообразующая смесь (ШОС)
В процессе разливки кристаллизаторсовершает возвратно-поступательное движение относительно НЛЗ, что уменьшаетвероятность разрыва тонкой корочки слитка. Скорость разливки поддерживаетсяпостоянной в автоматическом режиме. Разливка может осуществляться методом«плавка на плавку». Число плавок в серии – 5…10. Методом «плавка на плавку»разливают сталь одной марки с допустимым, согласно нормативно-техническойдокументации, отклонением содержания химических элементов в металле стыкуемыхплавок. Стальковш с очередной плавкой должен быть подан в резервную позицию наразливочный стенд не позднее, чем за 5…10 мин. до окончания разливки предыдущейплавки.
Непосредственно перед перековшовкой плавок,с учетом допустимой скорости разливки, уровень металла в промковше поднимают домаксимально возможного. Не допускается падение уровня металла в промковше, завремя перековшовки, менее 400 мм.
После выхода из кристаллизатора слитокпопадает в зону вторичного охлаждения (ЗВО), где на его поверхность с помощьюфорсунок подается вода. Для утилизации пара, образовывающегося в бункеревторичного охлаждения, предусмотрена система пароотсоса. При выходе из ЗВО слитокпроходит через ТПМ, в которой осуществляется последовательное вытягиваниеслитка и его плавный разгиб в двухфазном состоянии.
После выхода переднего конца слитка извалков ТПМ производится отделение головки затравки от слитка с помощьюмеханизма отделения затравки. После отделения от слитка затравка механизмомуборки и хранения помещается между ручьями на участке рольганга за ножницами.Слиток по рольгангу подается к гидравлическим ножницам, где производитсяпорезка его на мерные длины в автоматическом режиме. Возможна подача команды нарез в ручном режиме от кнопки с ЦПУ.
Отрезанные на гидравлических ножницахзаготовки, с помощью рольгангов, транспортируются до стационарных упоров передхолодильником. Для расположения заготовок длиной 6 метров в два ряда на холодильнике, применяются опускающиеся упоры. Рольганг перед холодильникомукомплектован системой подъема заготовок на разгрузочный стеллаж для ихпоследующей передачи на кантующий холодильник. Перед холодильником производитсяраспакетирование прибывшего пакета заготовок и их клеймение. Клеймениепроизводится на переднем торце заготовок. При подаче на холодильник заготовокдлиной 6 метров в два ряда, заготовки второго ряда клеймятся с заднего торцавторым клеймителем. Далее распакетировщик обеспечивает поштучную подачузаготовок на холодильник кантующий, на котором производится охлаждениезаготовок при их пошаговом перемещении с кантовкой на 90º в направлениивыдачи. На выходе из холодильника формируется пакет из четырех заготовок,который взвешивается и далее по межпролетному рольгангу поступает на обвязку иотгрузку.
После окончания разливки серии плавокзакрывается шиберный затвор стальковша. Поворотным стендом стальковшперемещается в разливочный пролет, где снимается гидроцилиндр шиберного затвораи стальковш краном передается на участок подготовки ковшей. Разливку сталирекомендуется заканчивать на одном или двух средних ручьях МНЛЗ. Прекращениеподачи металла из промковша в кристаллизаторы по ручьям осуществляется с учетомполучения мерных заготовок с концевой обрезью до 1000мм. После выхода слитковиз кристаллизаторов отключаются механизмы качания, прекращается подача технологическойсмазки на стенки гильз.
Отработанный промковш снимается с тележки ипередается на участок подготовки промковшей [1]. Ковш промежуточныйпредназначен для приема жидкого металла из сталеразливочного ковша,распределения его по кристаллизаторам организованной струей и обеспечениянепрерывности струи при разливке способом «плавка на плавку» во время заменыстальковша. Конструктивно ковш выполнен в виде стального кожуха, внутренняяполость которого футерована огнеупорным материалом. Для дозирования подачиметалла в кристаллизаторы в промковше устанавливаются стаканы-дозаторы(безстопорная разливка) или стопорные механизмы с возможностью ручного иавтоматического позиционирования. На случай переполнения промковша предусмотренаварийный переливной желоб. Сушка промковша осуществляется для удаленияизбыточной влаги из футеровки промковша и разогрева ее до необходимойтемпературы. От качественного и правильного проведения процесса сушки зависитстойкость и долговечность работы футеровки. Схема сушки промковша показана на рис. 1.1.
/>
1 — промковш с огнеупорным материалом; 2 -стойкасварной конструкции; 3 — отвод продуктов горения; 4 — подвод газа и воздуха кгорелкам; 5 — крышка промковша; 6 — стойка сварной конструкции; 7 — поворотнаярама рычажного типа
Рисунок 1.1 — Схема сушки промковша
Целью сушки футеровкиковша является удаление из нее влаги, поступившей в период изготовленияфутеровки, для предотвращения разрушения футеровки и выбросов жидкой стали приразливке связанных с активным парообразованием.
Температурные режимы, атак же продолжительность сушки устанавливаются на основании экспериментальныхданных для данного типа футеровки в зависимости от ее физических свойств.Тепловые режимы (расход топлива) зависят от внешних условий и конструкцииустановок.
Сушка промковша производиться в два этапа(по двум графикам сушки).
Первый этап — сушится арматура (кирпичШК-38, ШК-39) и торкрет масса (ПКМС) в течении трех часов и при температуре 285ºС. Затем промковш отстаивается на отдельном стенде в течении 1-1,5 часов.
Второй этап сушки длится 5 часов, конечнаятемпература — 550 ºС. Этап разбит на 5 участков (рисунок 1.2).
/>
Рисунок 1.2 – 2-й этап (график) сушкипромковша
После установки промковша в положение сушкиопускается крышка установки на промковш. Далее производится продувкагазопровода, и вентиляция воздухом пространства под крышкой установки. Времяпродувки до 5 минут. При этом включается электродвигатель вентиляторавоздуховода, открываются заслонки подачи газа и воздуха.
После разгона электродвигателя вентилятора,открываются воздушная шиберная заслонка, расположенная после вентиляторавоздуховода и воздушные заслонки перед горелками. Перед завершением продувкипутем взятия проб контролируется окончание продувки (проверкой на «хлопок»).
Выбирается график сушки. Открываются краныподачи газа на горелки и полностью закрывается заслонка исполнительного механизмаподачи воздуха. После чего начинается процесс розжига горелок. В случае, еслине произошел розжиг какой-либо из трех горелок необходимо снова провестипродувку газопровода и начать техпроцесс сушки сначала.
После розжига всех горелок, начинается подачавоздуха. Далее процесс сушки ведется автоматически по заданному графику. Приэтом, система управления, сравнивая фактическую температуру в промковше стемпературой заданной в графике, изменяет расход газа путем воздействия назаслонку исполнительного механизма подачи газа.
По окончании сушки отключаютсяэлектродвигатель вентилятора, клапаны подачи газа на горелки и исполнительныемеханизмы подачи газа и воздуха. Закрываются краны перед горелками и задвижкана входе газопровода; открывается кран свечи безопасности [3].
Рассмотрим процесс сушки арматурного слоя.
Сушке подвергается футеровка арматурногослоя, выполненная из наливного бетона на основе Al2O3. В случае использованиядля футеровки штучных огнеупоров сушка арматурного слоя не требуется.
Рассмотрим процесс сушки рабочего слоя.
Сушка рабочего слоя начинаетсянепосредственно во время нанесения рабочей футеровки на прогретую футеровкуарматурного слоя. Влага, находящаяся в виде жидкости, под действием теплааккумулированного арматурной футеровкой в период предыдущего использованияпромковша на разливке, перемещается из внутренних слоев (границы арматурной ирабочей футеровкой) к внешней поверхности футеровки (градиент температур)одновременно нагреваясь и частично испаряясь. Кроме этого разогрев рабочегослоя в период его изготовления способствует более быстрому твердению(схватыванию) применяемого материала и недопущению его разрушения в холодноевремя года, что особенно актуально при отсутствии обогреваемого стенда. Послеполного твердения материала ковш устанавливается на стенд сушки, где происходитокончательное удаление влаги.
Сушка рабочего слоя на стенде ведетсяконвективным способом путем подачи в рабочее пространство ковша избыточногоколичества продуктов горения природного газа с относительно низкой температурой- от 200 °С в начале сушки до 800 °С в конце. При использовании в качестве футеровки рабочегослоя материалов с низкой теплопроводностью (торкрет массы, плиты) максимальнуютемпературу рекомендуется ограничить на уровне 500 550 °С.
На основании вышеизложенного, рекомендуемыйграфик сушки рабочего слоя промежуточных ковшей с рабочей футеровкойвыполненной торкрет способом изображен на рис.1.2.
При изготовлении рабочего слоя из штучныхогнеупоров необходимость в сушке отпадает. Удаление влаги поступившей вогнеупор из окружающей атмосферы и при изготовлении происходит на разливочноймашине в период предварительного разогрева футеровки ковша перед разливкой.
Рассмотрим процесс разогрева промежуточныхковшей.
Разогрев промежуточных ковшей выполняется сцелью снижения тепловых потерь жидкого металла и недопущения разрушения рабочейфутеровки ковша и стаканов дозаторов связанного с резким перепадом температур вначальный период разливки.
Разогрев выполняется на стендесмонтированном непосредственно на МНЛЗ.
Рекомендуемая минимальная продолжительностьи температуры греющей среды в рабочем пространстве ковша приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2- Режимы разогрева промежуточных ковшей перед разливкой№ Тип футеровки Минимальная продолжительность нагрева, час Температура в ковше, °С 1 Кварцитовый бетон 1 900-1100 2 Торкрет масса основного состава 0,5 700 — 800 3 Плиты 0,5 700 — 800 4 Кирпичная футеровка 1,5…2 1100 — 1200
Разогрев стаканов дозаторов выполняетсяиндивидуальными горелками, установленными снизу ковша на всем протяженииразогрева основной футеровки.
Рассмотрим процесс сушки засыпок. Сушка и прокаливание засыпок выполняетсядля уменьшения спекаемости материала во время разливки и осуществляется наотдельно стоящем стенде, оборудованном горелкой и съемным протвенем.Температура материала при прокаливании 400 – 500 °С.
/>
Рисунок 1.3 — График сушки рабочего слояпромежуточного ковша
Рассмотрим процесс сушки погружныхстаканов. Сушка погружных стаканов осуществляется на отдельно стоящем стендеоборудованным горелкой, при температуре 150…200 °С.
1.2 Анализ объектаавтоматизации
Подводжидкого металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор осуществляетсячерез промежуточный ковш (рис. 1.4),который распределяет металл между ручьями МНЛЗ, обеспечивает непрерывность истабильность технологического процесса в период замены сталеразливочных ковшейпри разливке в режиме «плавка на плавку».
/>
1 — корпус; 2 — шиберныйзатвор; 3 — погружной стакан; 4 — сливной носок; 5 — крышка; 6 — механизм длясмены стакана
Рисунок 1.4 — Промежуточный ковш вместимостью 50т стали МНЛЗ Енакиевского металлургического комбината
Основные параметрыпромежуточного ковша – вместимость и глубина жидкого металла, которыеопределяют качество формирующегося сляба по количеству неметаллическихвключений в нем и возможность замены сталеразливочных ковшей. Глубина ванныжидкого металла в промежуточном ковше составляет 1100…1300 мм (минимальнодопустимая глубина 400 мм).
Конфигурацияпромежуточных ковшей определяется требованием уменьшения попаданиянеметаллических включений в кристаллизатор, легкодоступностью при егофутеровке, удобством наблюдения за мениском металла в кристаллизаторе во времяразливки, возможностью беспрепятственной подачи защитных смесей и принеобходимости быстрой смены погруженных стаканов.
Некоторые формыпромежуточных ковшей слябовых МНЛЗ приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3 – Конфигурация промежуточных ковшей
/>
Длярегулирования подачи металла в кристаллизатор на промежуточных ковшахустанавливают либо стопорные устройства, либо шиберные затворы.
Подачужидкого металла в кристаллизатор осуществляют через погружные глуходонныеогнеупорные стаканы с двумя боковыми отверстиями, через которые металлнаправляется параллельно широким граням формирующегося сляба.
1.3 Требования кустановкам сушки и разогрева промежуточных ковшей
Для обеспечения процесса тепловой обработки промежуточных ковшейс оптимальными показателями по расходу топлива и продолжительности, стендысушки и разогрева в обязательном порядке оборудуются следующим оборудованием[1]:
— горелочное устройство, позволяющее сжигать топливо скоэффициентом избытка воздуха в диапазоне 1,03 ¸ 8, для получения рабочей среды стемпературой 1200-1200С;
— плотной изолированной крышкой, позволяющей снизить тепловыепотери через внешнюю поверхность, обеспечить положительное давление в рабочемпространстве ковша для равномерного распределения теплоносителя по объему исоздания условий для рециркуляции горячих газов;
— автоматическое управление процессом для плавного изменениярасхода топлива в зависимости от температуры в ковше;
— механизмом перемещения крышки, как правило, гидравлическим.
1.4 Требования к системеуправления стендом
Управление стендомосуществляется в автоматическом режиме. Ручной режим является вспомогательнымрежимом, и служит для открытия и закрытия крышки ковша.
При автоматическом режимеуправления оператор не имеет возможность вмешаться в процесс и выполнитьнеобходимые коррективы.
По исходным даннымлокальная система управления рассчитывает и задает необходимую величинудавления газа подаваемого на горелку.
Аварийный останов стендавыполняется в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций при работестенда, а также для предотвращения аварийных ситуаций, угрожающих безопасностиобслуживающего персонала.
Система управлениястендом сушки должна обеспечивать требуемые точностные характеристики, экономиюэнергоносителей, надежную работу в различных климатических условиях, а такжесоответствовать современному уровню развития техники. Кроме того, удовлетворятьвсем требованиям и пожеланиям заказчика.
Система управлениястендом должна предусматривать:
— ключ-бирку,установленную на пульте управления — без перевода данного ключа в рабочееположение оператор не может выполнять управление стендом (защитакомпетентности);
- защиту цепейпитания электрооборудования автоматическими выключателями;
- аварийный остановстенда с помощью кнопки «Аварийный стоп», установленной на пульте управления;
- включениесветовой и звуковой сигнализации на пульте управления при возникновенииаварийных ситуаций;
- вывод аварийныхсообщений на экране панели оператора;
- подогрев либоохлаждение нуждающихся элементов электроники.
1.5 Постановка задач напроектирование
Стенд сушки футеровок иразогрева погружных стаканов является вспомогательным оборудованием, котороепредназначено для поддержания непрерывной работы всего объекта. Поэтомубесперебойная работа этого оборудования крайне важна для нормальногофункционирования объекта. Подробно рассмотрев процесс сушки футеровок иразогрева погружных стаканов, были выявлены недостатки и намечены варианты ихустранения.
Одним из главных недостатков в работе стенда являетсяпережог области, в которую направлена горелка. Вторым крупным недостаткомявляется необходимость постоянного контроля оператора за ходом сушки ипараметрами стенда.
Оператор не имеет прямой информации о готовностисушки. Заключение о сушке является результатом сравнения графиков сушкипоставщика футеровки и полученного графика с регистрирующего самописца.Контролировать наличие влаги в слоях футеровки не представляется возможным какв процессе сушки, так и по завершении процесса. Исходя из этого, построениесистемы управления будет заключаться в синтезе системы способной выходить назаданные параметры.
Кроме этого система должна обладать опытом, которыйбудет накапливаться с каждой новой сушкой. Создав подобную систему, мы получимминимальный расход энергоносителей при наилучшем соблюдении режимов сушки.
Для обеспечения экономии природного газа, необходимопересмотреть технологию сушки и процессы испарения влаги в условиях обеспечениястабильности температур и давления.
Для автоматизации процесса сушки и обеспечениятребуемой точности позиционирования крышки стенда, что обеспечивает требуемуюплотность ее прилегания и снижение тепловых потерь через внешнюю поверхность,необходима разработка подсистемы управления гидроприводом перемещения крышкистенда.
Для снижения стоимости системы автоматизации в целом,нужно пересмотреть элементную базу и по возможности провести заменудорогостоящих компонентов на более дешевые, но не уступающие по параметрамнадежности и точности измеряемых параметров.
По желанию заказчика осуществить визуализацию процессаи предусмотреть возможность программирования процесса без применения ПКП (спанели оператора).
В зависимости от типаарматурного слоя длительность графика сушки может находиться в пределах от 5 до150 часов. Правильность выполнения данного техпроцесса должна четкособлюдаться, т.к. остатки влаги в наливных огнеупорах могут привести к взрывуарматурного слоя, а плохо высушенная торкрет масса будет осыпается со стенокковша, что так же может вызвать аварийную ситуацию и остановку разливки. Взависимости от типа огнеупора зависит количество плавок, которые можетвыдержать промковш и технология его сушки.
Таким образом, установкасушки промковшей должна быть универсальной установкой, которая может отработатьтемпературные режимы по заданию технолога.
2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Выбор и техническая характеристика исполнительныхмеханизмов
Исполнительные механизмы серии МЭО-99 производства ОАО«Зэим», которые используются в системе управления сушкой промковша, показалисебя как надежные, удобные в эксплуатации устройства. Они хорошо изученыобслуживающим персоналом. Для того, чтобы не усложнять эксплуатацию и нерасширять ассортименты оборудования, для управления заслонками газа и воздухацелесообразно применить исполнительные механизмы МЭО-40/10-0,25-99. Данный типзаслонок аналогичен примененным в базовой системе управления, но имеют болеелучшие технические характеристики по номинальному крутящему моменту в серииМЭО-99-40 Нм и наименьшую стоимость.
Исполнительный механизмы серии МЭО-99, представлен нарис.2.1, и предназначен для перемещения регулировочных органов вавтоматизированных системах управления технологическими процессами.
/>
Рисунок 2.2 — Видисполнительного механизма МЭО-99 с размерами
Исполнительный механизмМЭО-40/10-0,25-99 имеет следующие технические характеристики [3]:
- питающеенапряжение – от сети однофазного напряжения 220 В частотой 50 Гц;
- допустимыеотклонения: напряжения питания — от -15% к +10%, частоты питания ±2%;
- номинальныйкрутящий момент на выходном вале — 40 Нм;
- номинальное времяполного хода выходном вала — 10 с;
- номинальныйполный ход выходном вала — 90?;
- потребляемаямощность — не больше 240 Вт;
- типэлектродвигателя — 3 ДСОР 135-1,6-150;
- класс защиты — IP54;
- допустимаятемпература окружающей среды — 30-50? С.
2.2 Выбор и техническая характеристика измерительныхпреобразователей давления
Измерительные преобразователи относительного давления газа,поступающего к горелкам и общее относительные давление воздуха на горение,должны удовлетворять следующим требованиям:
- диапазонизмерения относительного давления — 0 — 6000 Па, согласно характеристикамустановки;
- исходный сигнал — электрический, нормированный (например, сигнал постоянного тока 0,4 — 20 ма);
- высокаястабильность показаний;
- высокаянадежность и трудоспособность.
Произведем выбор измерительных преобразователей (датчиков)относительно давления газа и воздуха подаваемого на горение. Рассмотримследующие датчики, который удовлетворяет измеряемому диапазону давления итребуемой точности:
- датчик давленияVEGABAR 14 производства фирмы VEGA, Германия;
- датчик SITRANS P,серия DS III для давления, производства фирмы Siemens, Германия.
Датчик SITRANS P, серия DS III для давления, позволяетосуществить точную подстройку диапазона измерения и статическую характеристику.Например, датчик с градацией шкалы 1 бар позволяет настроить диапазон сминимальным размахом 10 мБар или 1000 Па. У данного измерительногопреобразователя следующее допустимые диапазоны измерения:
- 0 — 1000 Па;
- 500 — 500 Па;
- 1000 — 0 Па.
Встроенный в датчик микропроцессор осуществляет обработкурезультатов измерений (усреднение, фильтрация), а также корректировку показанийв зависимости от положения датчика в пространстве. Датчик оснащен дисплеем,который отображает результаты измерения, кнопками и настроечнымHART-интерфейсом. Текущие настройки сохраняются в энергонезависимой памяти.Кроме того, датчик давления SITRANS P, серия
DS III, имеет больше высокую точность, чем датчики, КАРАТ, и как следствиеболее высокую стоимость.
Аналогом измерительного преобразователя SITRANS P являетсяVEGABAR 14. Этот датчик наиболее подходит для решения поставленной задачи. Онна порядок дешевле датчика давления SITRANS P, серия DS III и имеет болеевысокую точность и больше широкий диапазон измерения, чем датчик КАРАТ ДА.
Преобразовательдавления VEGABAR 14 предназначен для измерения избыточного давления,абсолютного давления или вакуума. Измеренная среда — газы, пары или жидкости. Впреобразователе применена измерительная ячейка CERTEC®, которая имеет крепкуюкерамическую мембрану. Принцип действия измерительной ячейки основан наколебаниях под влиянием давления. При колебаниях изменяется емкостьизмерительной ячейки и как следствие изменяется величина выходногоэлектрического сигнала от 4...20 mА. Следует также отметить, что измерительнаяячейка CERTEC® дополнительно снабжена датчиком температуры. Значениетемпературы может отображаться на дисплее модуля PLICSCOM или обрабатыватьсячерез выход сигнала. Датчик давления VEGABAR 14 имеет следующие техническиехарактеристики [4]:
- питающеенапряжение — 12-30 В постоянного тока;
- номинальныйдиапазон измерения — 0 — 10000 Па;
- исходный сигнал — пропорциональный измеренному давлению постоянный ток в диапазоне 4-20 мА,
- диапазоннастройки нулевой точки 3-5 мА;
- стойкость кповышенному давлению — 800000 Па;
- отклонениехарактеристики относительно диапазона
измерения –
- класс защиты — IP65.
Внешний вид, габаритные и установочные размеры датчика VEGABAR14изображены на рисунке 2.2
/>
Рисунок 2.2 — Внешний виддатчика VEGABAR 14
2.3 Выбор и техническая характеристика измерительногопреобразователя расхода газа и воздуха
Врезультате анализа технологических параметров измерительных преобразователей расходагазообразных и жидкостных рабочих сред было выявлено, что наиболее лучшееточностные показатели имеют вихревые расходомеры. В качестве измерительногопреобразователя предлагается расхода газа и воздуха предлагается применитьвихревой расходометр “ЭМИС-ВИХРЬ”. Выбор данного преобразователя обоснованвысоким диапазон и точностью измерения, а также стойкостью к пневмоударам исравнительно невысокой стоимостью.
Вихревыерасходометры “ЭМИС-ВИХРЬ” предназначены для измерения:
- расхода рабочихжидкостей (напр. воды или водных растворов);
- расходанеэлектропроводных жидкостей (напр. светлых нефтепродуктов или спиртов);
- расходаагрессивных сред (напр. серной кислоты или щелочей);
- расходаприродного и технологических газов (напр. сжатого воздуха).
По типамизмеренной среды вихревые преобразователи “ЭМИС-ВИХРЬ” являются универсальными,ограничения накладывается лишь на вязкость жидкостей и имеет следующиетехнические преимущества перед аналогичными преобразователями [5]:
- динамическийдиапазон 1:40;
- интеллектуальнаяобработка сигнала;
- дополнительнаятемпературная коррекцию погрешности;
- стойкость кпневмо- и термоударам;
- высокуюстабильность во времени метрологических характеристик.
Принцип измерения основанна образовании вихрей за препятствием (телом обтекания), стоящим на пути потокасреды. Согласно физическому закону Кармана, частота пульсаций вихрей за теломобтекания строго пропорциональна скорости потока измеряемой среды. Завихреобразователем расположено крыло сенсора, которое изгибается подвоздействием вихрей. Изгибные напряжения воспринимает пьезоэлемент, преобразуямеханический сигнал в электрический. Такой тип вихревых расходомеров носитназвание «Вихревые расходомеры изгибных напряжений». Конструкцияпьезоэлемента позволяет отсекать вредные сигналы вибрации и температуры на 1-омэтапе преобразования.2-ой этап преобразования происходит в электронном блокеприбора: сигнальный процессор проводит спектральную обработку сигнала, отсекаявредные гармоники, а также проводит коррекцию полезного сигнала по температуреи числу Рейонольдса
Функциональнаясхема подключения вихревого расходометра “ЭМИС-ВИХРЬ” изображена на рисунок2.3.
/>
Рисунок 2.3 – Функциональная схема подключения вихревогорасходометра “ЭМИС-ВИХРЬ”–200
Вихревой расходометр “ЭМИС-ВИХРЬ”-200 имеет следующиетехнические характеристики [5] представленные в табл. 2.1.
Таблица 2.1 – Техническиехарактеристики вихревого расходометра ЭМИС-ВИХРЬ-200Параметр Значение Измеряемая среда Жидкость, газ, пар Температура измеряемой среды от -40 до +550 С Температура окружающей среды от -40 до +70 С Допустимое давление до 4 МПа Точность измерения жидкостей
0,6% от 0,1Qmax до Qmax / 1,35% до 0,1Qmax Точность измерения газа и пара
1,35% от 0,1Qmax до Qmax / 2,5% до 0,1Qmax Диаметр условного прохода 25/32/50/80/100/150/200/250/300 мм Выходные сигналы
Частотный 0-1000(10000)Гц
Токовый 4-20 мА
Цифровой RS-485 Modbus RTU Взрывозащита ExibIIB(IIC)(T1-T5)X Пылевлагозащита IP 65
Виброустойчивость
вибрации частотой от 10 до 100 Гц
и ускорением до 0,5g
Напряжение питания 12-36 В Межповерочный интервал 3 года Поверка Проливная или беспроливная (иммитационная) Гарантийный срок 18 месяцев
2.4 Обоснование модернизации и выбор горелок
На установке сушкипромковшей установлены горелки типа ГТПЦ-3. Эти горелки не менялись напротяжении многих лет, что привело к их физической и моральной старости. Этовыражается в образовании прогаров, что приводит к некачественному нагреву. Прогарывызывают излишнюю подачу воздуха в горелки, момент коэффициента излишка воздухасоставляет 1,4-1,6, вследствие чего происходит некачественное сгорание газа вгорелках, и к возникновению “светлых пятен” в местах установки горелок.Физическая «старость» приводит к частичному сгоранию газа и дальнейшему егодожиганию в процессе сушки. Это приводит к повышению неравномерности нагреванияи увеличению температуры в зоне садки и как следствие приводит к снижениюкачества закалки. Неравномерность нагрева составляет:
- на выдержке 660°С – />10/>С;
- на выдержке 990 –1010 °С – />20/>С;
- на выдержке 1050– 1060 °С – />20/>С.
В связи с выше сказаннымнеобходима замена существующих газовых горелок на новые с учетом следующихтехнических характеристик:
- область мощностейот 1,5 до 1000 кВт;
- модульнаяконструкция;
- высокая скоростьистечения на выходе горелки и высокий импульс;
- прямой розжиг иконтроль;
- минимальныйуровень выброса вредных веществ.
Область применения:
- промышленные печии огневые установки для стале- и чугуноплавильной индустрии;
- производстводрагоценных, цветных, легких металлов и их сплавов;
- обработка руды,камня, сыпучих материалов.
Исходя из проведенного анализа технических характеристиксуществующих горелок возможно применение следующих горелок. Горелка ВIO(А),ZIO. Данные горелки выпускаются со стальной горелочной трубой или с укороченнойгорелочной трубой для использования с горелочним камнем. Горелки ВIO(А), ВICF,ВОCF комплектуются керамической насадкой ТSС из SiС и не требуют применениягорелочного камня. По скорости истечения на выходе: низко-, средне- и высокоскоростныегорелки — со скоростью потока 150 м/с. По принципу отопления: прямой иконвекционный. По принципу регулирования: ступенчатый: плавноевключение/выключение; поддержка постоянства коэффициента теплоотдачи и расходавоздуха. По форме пламени: плоское, нормальное, длинное или с отрывом.
Горелки имеют блочную (модульную) конструкцию. Это позволяетлегко приспосабливаться к соответствующему технологическому процессу иливстраивать горелки в уже имеющиеся системы, тем самым сокращает времяобслуживания и облегчает реконструкцию существующего устройства сушкипромковшей.
Горелки состоят из трех блоков:
1. Корпус горелки сприсоединительным фланцем и предназначен для крепления горелки к крышке, путемустановки горелочной части к горелочной трубе, а также для подачи воздуха нагорение. В корпус врезанвстроен ниппель предназначенный для отбора (измерения) давления воздуха вгорелке.
2. Горелочная часть и предназначена для подачи топливныхгазов. Горелочная частьприсоединяется помощью газового фланца со встроенной расходной шайбой ирегулированием пропускной способности используемого для простого и точногонастраивание горелки. Зажигательный и ионизационный электроды встроены вгорелку с возможностью замены
3. Головка горелки предназначена для образования газовоздушной смеси безпредварительного смешивания и предотвращение взрыва газа в трубопроводе. Типсмесителя определяет форму пламени. Есть варианты для безпламяного окисления, атакже с отдельной подачей газа и воздуха для режима «основной нагрузки».
2.5 Расчет и выбор рекуператора
Металлургическая и машиностроительная промышленность являютсяодними из основных потребителей газа в стране. В подавляющем большинствеслучаев промышленные нагревательные установки работают при довольно низкомтермическом КПД величина которого в производственных условиях чаще всего непревышает 20-30%. Низкий термический КПД промышленных установок сушкипромковшей обуславливается в основному очень большими потерями тепла сотходящими дымовыми газами, которые достигают 50-65% от количества тепла,подведенного на нагрев.
Лучшим методом повышениятермического КПД нагревательных установок и экономии топлива являетсявозвращение в установку сушки промковшей части тепла, от отходящих дымовыхгазов. Это осуществляется путем подогрева в рекуператорах воздуха,используемого для горения топлива, а также подогревом горючего газа отходящимидымовыми газами. Подогрев воздуха не только обеспечивает экономию топлива, но иповышает температуру продуктов сгорания топлива, что оказывает содействиеускорению процессов сушки футеровки.
В промышленностиприменяют керамические и металлические рекуператоры, причем последние имеют рядважных преимуществ перед керамическими.
Преимущества металлических рекуператоров состоят вследующему:
1. Компактность. Коэффициент теплопередачи в металлическихрекуператорах в 6-8 раз выше, чем в керамических, т.е. при прочих равныхусловиях поверхность нагревания керамического рекуператора в 6-8 раз большеметаллического. С учетом большой толщины стенок элементов керамическогорекуператора практически получают, что объем такого рекуператора при одинаковомколичестве переданного тепла приблизительно в 10-12 раз больше металлического.
2. Отсутствие необходимости обязательного устройстваборования, так как металлические рекуператоры хорошо размещают на печах иливозле печей над уровнем пола цеха, а иногда и в печах. В данном случаеприменительно к объекту управления целесообразнее размещение рекуператора надуровнем пола цеха.
3. Большая герметичность, особенно рекуператоров, в которыхотдельные элементы соединены сваркой. Это дает возможность применять вметаллических рекуператорах подогрев воздуха, используемого в газовоздушнойсмеси и подаваемого в промковш с высокой скоростью. Это обеспечиваетвозможность большей кратности циркуляции продуктов сгорания в рабочемпространстве объекта и, как следствие, равномерность температур в нем;подогревать (в стальных рекуператорах) газ, который невозможно осуществить вкерамических рекуператорах.
4. Возможность использовать тепло газов, которые идут изустройства сушки промковшец, со сравнительно низкими температурами(приблизительно 500 – 600°С), что значительно расширяет область их применения всравнении с керамическими рекуператорами и регенераторами.
К недостаткам металлических рекуператоров относится небольшаяих стойкость при высоких температурах, которая обуславливает значительноменьший срок службы металлических рекуператоров в сравнении с керамическими иболее низкая температурная граница подогрева воздуха.
Керамические рекуператоры применяют в разном конструктивномоформлении, однако все они имеют важные недостатки, к числу которых относятся:хрупкость, относительно низкий коэффициент теплопередачи, громоздкость,практическая невозможность подогрева газового топлива и необходимостьустройства боровов. Указанные недостатки значительно суживают областьприменения керамических рекуператоров.
Сопоставляя преимущества и недостатки работы металлических икерамических рекуператоров, следует отметить, что замена металлического рекуператора,который вышел из строя, требует нескольких часов, а керамического несколькодней или недель.
Выше перечисленное позволяет сделать вывод, что керамическиерекуператоры не целесообразно применять в нашем случае. Поэтому в нашей системемы применим 2 трубчатых рекуператоры — один для первичного, второй длявторичного воздуха.
Для расчета рекуператоровиз цельных стальных труб можно применять формулы и номограммы по теплоотдаче иаэродинамическому сопротивлению для труб и каналов [6]. Рассчитаем трубчатыйрекуператор, конструкция которого представлена на рисунке 2.8. Данныйрекуператор является четырехходовым по воздуху; схема движения воздухапротивоточная. Направляющие воздушной перегородки проходят через все поперечноесеченье рекуператора, а воздушная струя возвращается с помощью внешнихвоздушных коробок. В результате использования такой конструкции в каждой«походке» рекуператора создается перекрестный ток воздуха по отношению к токудымовых газов. Дымове газы проходят через рекуператор сверху вниз, не меняясвоего направления.
/>
1 – верхняя дырчатая доска; 2 – нижняя дырчатая доска; 3 –трубы рекуператора; 4 – компенсатор; 5 – песочные затворы
Рисунок 2.8 – Четырехходовой трубчатый рекуператор
Исходные данные для расчета:
- объемнагревательного воздуха, (при входе в рекуператор) 4200м/г/>;
- объем дымовыхгазов (при входе в рекуператор) – 5300 м3/ч ;
- температуравоздуха (при выходе из рекуператора) – 500°С;
- начальнаятемпература воздуха – 20°С;
- температурадымовых газов перед рекуператором – 1100°С.
Проведем тепловой расчет и определим размеры рекуператора.
Переведем объем воздуха с м/>/ч в м/с/>.
/> г/>/с; (2.1)
/> г/>/с. (2.2)
Принимаем перепад температуры в воздухопроводе отрекуператора до горелок />= 50°С; тогда необходимаятемпература подогрева воздуха равняется
/>С, (2.3)
где />– температура воздуха при выходеиз рекуператора, °С;
/> – заданная температура подогревавоздуха, °С.
Средняя объемная теплоемкость воздуха [6] СВ =1,35 кДж/(м3°С). Энтальпия воздуха после рекуператора
/> Вт, (2.4)
где />– энтальпия воздуха навыходе из рекуператора, Вт;
/> – температура воздуха при входе врекуператор, °С.
Принимаем потери тепларекуператором в окружающую среду равным 10%. Количество тепла, которые дымовыегазы должны передать в рекуператоре:
/> Вт. (2.5)
Энтальпия входят врекуператор дымовых газов при удельной объемной теплоемкости их Сд =1,55 кДж/(м3°С) [6]:
/> Вт, (2.6)
где /> – Энтальпия дымовыхгазов перед входом в рекуператор, Вт;
/> – температура дымовых газов привходе в рекуператор, °С.
Энтальпия дымовых газов,которые идут из рекуператора:
/>Вт. (2.7)
Принимаем объемнуютеплоемкость дымовых газов, которые идут из рекуператора, предварительнопринимая />—700°С, /> = 1,51кдж/(м3°С).
Температура дымовыхгазов, которые идут из рекуператора:
/>C. (2.8)
Принимаем в рекуператоресхему противотока:
/>; (2.9)
/>; (2.10)
/>; (2.11)
/>. (2.12)
Средняя логарифмическая разность температур [6]/>=619/>С. Принимаем условнуюскорость дымовых газов и воздуха в рекуператоре /> г/с и />м/с.
Общее сечение каналов для прохождения воздуха должно быть
/> м/>, (2.13)
где /> – объем воздуха привходе в рекуператор, м/с/>;
/> – условная скорость воздуха врекуператоре м/с.
Общее сечение каналов для прохождения дымовых газов
/> м/>. (2.14)
Принимаем, что дымовые газы идут внутри труб, а воздухобтекает трубы извне. Выбираем для рекуператора трубы сечением 53/60 мм, столщиной стенки 3,5 мм. Сечение одной трубы
/>м/>. (2.15)
Число труб (каналов) напути движения дымовых газов должно быть
/>. (2.16)
Принимаем расположение труб шахматное и в плане трубырасполагаем по прямоугольнику: по потоку воздуха 18 рядов и в направлении,поперечному току воздуха — 12 рядов.
Общее число труб
/>/>. (2.17)
Действительная площадь для прохождения дымовых газов
/>м/>. (2.18)
Действительная скоростьдымовых газов
/> м/с. (2.19)
Шаг труб в направлениидвижения потока воздуха и поперек его принимаем:
/> мм. (2.20)
Ширина воздушных каналовв узком сечении а = 0,03 г. Высота каналов одного хода воздуха
/>м. (2.21)
Определим коэффициенттеплопередачи в рекуператоре. Средняя температура воздуха в рекуператоре
/>С. (2.22)
Фактическая скоростьвоздуха при температуре 285°С
/>г/с. (2.23)
По номограмме черт. 17 [6] />н = 75. Поправочныекоэффициенты:/>; />; />. Рассчитаем коэффициенттеплоотдачи от стенок рекуператора воздуху
/> Вт/(м2 С), (2.24)
где /> – поправка на число рядов труб внаправлении движения дымовых газов;
/> – поправочный коэффициент навзаимное расположение труб;
/>– поправочный коэффициент, которыйучитывает влияние изменения физических характеристик в зависимости оттемпературы и состава газа.
Средняя температура дымовых газов в рекуператоре
/>С. (2.25)
Фактическая скорость дымовых газов при 905° С
/>м/с. (2.26)
Коэффициент кинематической вязкости [6]: />м/с/>. Критерий Рейнольда
/>. (2.27)
Таким образом, режим потока переходной. Значения />определяют по[6]. Для значений />м/с и />C:
/> Вт/(м/>/>C), (2.28)
где />– коэффициент теплоотдачи отдымовых газов к стенке рекуператора конвекцией, Вт/(м/>/>C); /> = 1,03[6].
Отсюда
/> Вт/(м/>/>C). (2.29)
Найдем коэффициент теплоотдачи от дымовых газов излучением.Принимаем, что в дымовых газах 8,5% CO2 и 16,5% Н2O(продукты сгорания природного газа). По данными, изложенным [6], принимаемэффективную толщину излучаемого пласта /> м. Тогда получаем для CO2
/> />, (2.30)
где /> – парциальное давление CO/>, ат;
/> – эффективная толщина излучаемогопласта, м;
и для водных паров
/> />, (2.31)
где /> – парциальное давление водныхпаров, ат;
/> – эффективная толщина излучаемогопласта, м.
По полученным данными и средней температурой дымовых газов905/>С [6],находим
/>; />; />, (2.32)
где /> – степень черноты излучения CO/>;
/> – условная степень чернотыизлучения водных паров;
/> – поправочный множитель дляполучения степени черноты водных паров.
/>, (2.33)
где /> – степень чернотыизлучения водных паров.
Среднюю температуру стенки принимаем равной 400/>С. По графику нарисунке 9 [6] находим М = 162 (по средней температуре дымовых газов междувходом и выходом).
Коэффициент теплоотдачи излучением
/>; (2.34)
/> Вт/(м/>/>С). (2.35)
Коэффициент теплоотдачи дымовых газов
/> Вт/(м/>/>С), (2.36)
где /> – коэффициент теплоотдачи отдымовых газов к стенке рекуператора конвекцией, Вт/(м/>/>С);
/> – коэффициент теплоотдачи отдымовых газов к стенке рекуператора излучением, Вт/(м/>/>С).
Коэффициент теплопередачи в рекуператоре
/> Вт/(м/>/>С). (2.37)
Необходимая поверхность нагрева рекуператора
/> м/>. (2.38)
Средний диаметр труб
/> м. (2.39)
Определим длину труб:
/> м. (2.40)
Исходя из выше определенного, что высота одного хода воздухадолжна составлять 0,4 м. Принимаем в рекуператоре по потоку воздуха четыреосновных и два защитных хода в верхней части рекуператора (см. рис 2.8). Высотуканалов одного защитного хода принимаем равной 200 мм. Длина труб равна
/> м. (2.41)
Учитывая компенсатор и трубные доски, длину труб принимаемравной 2,2 м (высота рекуператора).
Рассчитаем максимальную температуру стенки рекуператора изотношения
/>. (2.42)
Окончательно получаем
/>. (2.43)
Отсюда максимальная температура стенки
/>/>С
Таким образом, максимальная температура стенки являетсядопустимой для материала труб данного рекуператора (/>/>С). Следует обратить внимание нато, что вследствие дополнительного излучения предрекуператорного пространства ивозможных колебаний соотношения воздуха и дымовых газов при эксплуатациифактическая максимальная температура стенок труб рекуператора будет немноговыше определенной аналитическим расчетом и значение ее приблизится кмаксимально допустимому.
Рассчитаем потери давления в рекуператоре на воздушном пути. Определим сопротивлениерекуператорних труб. Фактическая скорость воздуха в узком сечении при />/>С, />м/с, d = 0,06 м. Общее число рядов труб (4 хода)
/>.
За этим данными, из [6], получаем
/>; />; />, (2.44)
Определим аэродинамическое сопротивление
/>, (2.45)
где /> – число рядов труб в направлениидвижения дымовых газов.
/>Н/м/>. (2.46)
Оценим потери давления на повороты в переходных воздушныхкоробках (на 180/>С). Скорость воздуха в переходныхкоробках принимаем />в = 6,0 м/с. Учитываяналичие направляющих перегородок и закруглений внешних стенок коробка,принимаем коэффициент сопротивления при повороте на 90/>в коробке />= 1,0. В проектируемомрекуператоре три коробки, причем в каждой из них струя воздуха возвращается на180. Общий коэффициент сопротивления для всех трех коробок составит
/>; />C; /> кг/м/>.
Определим потерю давлений от местных сопротивлений
/> Н/м/>. (2.47)
Определим потери давления в воздушной коробке, котораяподводит воздух (диффузоре). Скорость воздуха в воздухопроводе в дифузорепринимаем /> =10 м/с. Отношение сечений воздухопровода в наиболее широком сечении еепринимаем />.Угол раскрытия />. При этом отношении /> коэффициентсопротивления />= 0,81 [6], а поправочныйкоэффициент/>= 1,0.
Для диффузора
/>; />/>С;
Потеря давлений от местных сопротивлений
/> Н/м/>. (2.48)
Определим потерю давления в воздушной коробке, котораяотводит воздух (конфузоре). Как и для воздушной коробки диффузора принимаем
/>; /> = 10 м/с
Угол раскрытия />. Принимаем /> = 0,1 Температуравоздуха при выходе из рекуператора />C.
Потеря давлений от местных сопротивлений
/> Н/м/>. (2.49)
Суммарные потери давления на пути воздуха в рекуператоре
/> Н/м/>. (2.50)
Рассчитаем потери давления в рекуператоре на пути дымовых газов. Определим потерю давления от тренияв дымовых каналах. Критерий Рейнольда Rе = 4630. Коэффициент трения длятурбулентного потока равняется
/>. (2.51)
Для шероховатой металлической стенки А = 0,129; п= 0,13 [6], тогда
/>. (2.52)
Для дымового канала (L = 2,2 г; d = 0,053 м): />C; /> кг/г/>; /> м/с. Определимсопротивление от трения при движении газа по трубам
/> Н/м/>. (2.53)
Определим потерю давления при входе дымовых газов у трубырекуператора. По [6] принимаем />; /> м/с; />/>С. Потеря давлений от местныхсопротивлений
/> Н/м/> (2.54)
Определим потерю давления при выходе дымовых газов из трубрекуператора. По рис. 8 приложению [6] />(выход из канала);
/>м/с; />/>С.
/> Н/м/> (2.55)
Вычислим геометрический напор. Средняя температура дымовыхгазов tд = 905/>С. Температура окружающеговоздуха tв = 20/>С. Высота подъема газа равнадлине труб Н = L = 2,2 м. Плотность воздуха при 20/>С, равна
/> кг/м/>. (2.56)
Плотность дымовых газов при 905/>С
/> кг/м/>. (2.57)
Рассчитаем геометрический напор
/> Н/м/> (2.58)
Направление геометрического напора противоположно направлениядвижения дымовых газов. Поэтому в сумме потерь давления геометрический напорбудет со знаком «плюс».
Сумма потерь давления на дымовом пути
/> Н/м/>. (2.59)
Проведенный расчетпозволяет провести проектирование нового рекуператора позволяющего уменьшитьтепловые потери установки сушки промковшец с отходящими газа, и тем самымповысить термический КПД.
3 специальная часть
3.1 Разработка структурысистемы управления автоматизированного модуля управления стендом
Установка сушки промковшарассчитана для высушивания огнеупорной кладки. Задачей высушивания являетсяполучение огнеупорной кладки промковша стойкой к механическим и тепловымнагрузкам при разливке стали на МНЛЗ.
Установка сушки промковша– агрегат периодического действия, функционирующая в условиях переменнойпродуктивности, когда изменяются параметры и тип высушиваемого материала,калорийность газа, режим нагрева огнеупорного материала.
Задача управленияпроцессом сушки промковша в установке заключается в выборе и поддержке режимаработы, который обеспечит получение качественной высушенной огнеупорной кладкис минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменнойпродуктивности агрегата.
Работаустановки сушки промковша оценивается по следующим основным параметрам:температуре в камере сгорания, экономичности сгорания топлива, давлению врабочем пространстве. Процесс управления сушкой происходит в условиях,изменяющихся возмущающих воздействий: переменной продуктивности установки,подаче топлива и воздуха, калорийности топлива, теплофизических параметровогнеупорного материала, подсосов. Основные управляющие воздействия в установкесушки промковша следующие: температура в камере сгорания, котораяобеспечивается расходом топлива, расход воздуха на горелки, изменения тягидымовой трубы.
Температурав камере сгорания практически линейно изменяется при изменении расхода топлива.По каналу температура сгорания – коэффициент расхода воздуха зависимостьэкстремальная. Аналогичный характер имеет и зависимость температуры от давленияв камере сгорания. Давление в печи линейно зависит от мощности двигателядымососа, а уровень определяется расходом топлива.
Динамическиесвойства определяются только по кривой разгона, Все они имеют типовой видобъектов с самовыравниванием, и время регулирования /> при регулировании температурысоставляет сотни секунд, при регулировании давления – десятки секунд, прирегулировании соотношения – единицы секунд.
Вобщем случае объект управления состоит из нескольких связанных между собойучастков управления (установки, агрегаты и так далее) или локальных каналовуправления отдельными параметрами одной установки или агрегата. В свою очередьи система управления в зависимости от ремонтных задач может состоять изнескольких пунктов управления. Разделяют одноуровневые централизованные,одноуровневые децентрализованные и многоуровневые структуры управления.
Таккак в этом случае объект расположен на небольшой площади и сравнительнопростой, то применяется одноуровневая централизованная структура управления. Наоснове структуры управления и с учетом требований к метрологическомуобеспечению технического процесса составляет перечень параметров, подлежащихавтоматическому регулированию, контролю и сигнализации.
Параметры,подлежащие регулированию на установке сушки промковша:
- температура в рабочем пространстве ;
- соотношение газ-воздух;
- давление в рабочем пространстве;
Параметры,подлежащие контролю:
- температура в рабочем пространстве ;
- соотношение газ-воздух;
- давление в рабочем пространстве;
- расход природного газа;
- давление газа и воздуха перед горелкой;
Параметры,отклонение которых от заданных норм должно сигнализироваться:
- авария горелки № 1;
- авария горелки № 2;
- авария горелки № 3;
- падение давление природного газа;
- неисправность вентилятора воздуховода;
- неисправность гидросистемы.
Такжедолжна учитываться отсечка газа при падении давления газа или воздуха нижедопустимого.
Для составления структурысистемы обратим внимание на контролируемые и управляемые параметры установки.Схема подачи газа и нагнетаемого воздуха изображена на рис. 3.1.
/>
Рисунок 3.1 – Схемаподачи газа и нагнетаемого воздуха к установке сушки промковша
На рисунке изображены всеэлементы контроля и исполнительные органы процесса сушки.
На газовой магистралиустановлены:
— кран ручной;
— газовый фильтр и двадатчика давления для контроля его засоренности;
— система контроля расходгаза;
— заслонка, управляемаяисполнительным механизмом;
— электронный истрелочного типа датчики давления.
На магистрали подачивоздуха к горелке установлены:
— воздушный фильтр;
— заслонка, управляемаяисполнительным механизмом;
— электронный истрелочного типа датчики давления;
— кран (заслонка) ручной.
На магистрали подачинагнетаемых газов (воздуха) установлены 3-и ветви подачи. Это сделано дляреализации смещения пятна пламени горелки, благодаря чему, система позволяетизбежать пережога поверхности под горелкой. Каждая ветвь имеет ручное иэлектронное независимое управление.
На крышке ковшаустановлены термопары для контроля температуры газов осуществляющих сушку, атакже датчик оптического типа для контроля наличия пламени на горелке.
Система управлениянеобходимая для автоматизации описанного процесса может быть построена на базекомплектов фирмы Siemens. В современных условиях развития рынка автоматизации,сложностей с приобретением и заменой модулей и блоков автоматики этой фирмы,нет. Имеется подробная документация о монтаже, наладке и выборе блоков. Крометого, автоматика этой фирмы является предпочтительной на большинствепредприятий, так как соответствует уровню развития современной техники. Такжесуществует программа обучения персонала программированию и эксплуатации этогооборудования. Этот фактор ликвидирует потребность в высокооплачиваемомпредставителе фирмы поставщика автоматики, в периоды пусконаладочных работ.Упрощенная структура системы автоматизации для данного процесса представлена нарис. 3.2.
/>
Рисунок 3.2 – Структурнаясхема системы управления стендом
Для задания параметровсушки необходимо вводить точки графика, а более дешевая панель ОР7 не удобнадля выполнения этой процедуры так как не способна представлять графическуюинформацию. Кроме того, открывается возможность визуализации самого процесса,что снижает вероятность ошибочных действий оператора и удовлетворяет пожеланиязаказчика системы. Ниже приведены достоинства панели оператора ОР270:
- высокаяэффективность проектирования,
- имитация проектана компьютере для проектирования (без ПЛК);
- удобноепредставление и легкое управление процессом с помощью пользовательскогоинтерфейса, ориентированного на Windows;
- большой выборготовых элементов изображения при проектировании;
- динамизацияэлементов изображения (напр., перемещение объектов);
- несложное иудобное обращение с рецептами и записями данных в изображениях для работы срецептами и отображениями рецептов;
- архивированиесообщений, значений процесса и процессов регистрации входа в систему и выходаиз нее;
- созданиевекторной графики с помощью программного обеспечения для проектирования SIMATICProTool CS без внешнего графического редактора;
- автоматическоепереключение в режим загрузки;
- загрузка через MPI, PROFIBUS/DP, USB и Ethernet;
- последовательнаязагрузка;
- загрузка черезTeleService;
- стандартныесоединения с SIMATIC S5/DP, SIMATIC S7 и SIMATIC 505, а также с ПЛК другихизготовителей.
За ходом выполненияпрограммы и сигналами обратных связей получаемых с датчиков объекта, будетследить программируемый контроллер Simatic S7-300. Ресурсов производительностиконтроллера достаточно для построения непрерывной следящей системы.
3.2 Выбор и обоснованиеэлементов системы управления
Задачейавтоматизированной системы управления технологического процесса (АСУ ТП),является расширение и усовершенствование регулируемых объектов, и объединениенезависимых технологических процессов в единый комплекс с целью управления имна основе единых принципов. Целью автоматизации является обеспечение улучшениякачества сушки футеровок, что сможет обеспечить качественную работу МНЛЗ в целом.
После создания автоматизированной системы управлениязначительно уменьшается число возможных нештатных ситуаций, а затраты наобслуживание при полном использовании оборудования должны поддерживаются наминимальном уровне.
Для реализации управления механизмамистенда необходимо выбрать центральный процессор [3]. Проведём анализ основныххарактеристик нескольких процессоров и выберем из них более подходящий длярешения данной задачи. Технические характеристики процессоров представлены втабл. 3.1.
Для реализации управлениямеханизмами стенда применим программируемыйконтроллер SIMATIC S7 CPU 315-2DP. CPU 315-2DP имеет более обширную встроеннуюпамять, встроенный интерфейс Profibus – DP, более расширенное количество блоковдля программы. Кроме того, система будет оперировать с большим количествоманалоговых сигналов, что требует большого количества ресурсов.
Таблица 3.1 – Технические данные процессоров SIMATIC S7-300 CPU312 CPU314 CPU315–2DP
Рабочая память:
— встроенная, RAM
Загружаемая память:
— микро карта памяти, Flash-EEPROM
16 Кбайт
До 4Мб
48 Кбайт
До 8Мб
128 Кбайт
До 8Мб
Минимальное время выполнения:
— логических операций
— операций со словами
— арифм. операций с фикс. точкой
— арифм. операций с плавающей точкой
Количество блоков на программу, не более
Варианты выполнения программы:
— циклическое
— по дате и времени
— по задержке
0,2мкс
0,4мкс
5,0мкс
6,0мкс
1024(DB,FC, FB)
ОВ1
ОВ10
ОВ20
0,1мкс
0,2мкс
2,0мкс
6,0мкс
1024(DB,FC,FB)
ОВ1
ОВ10
ОВ20
0,1мкс
0,2мкс
2,0мкс
6,0мкс
2048(DB,FC,
FB)
ОВ1
ОВ10
ОВ20
— по прерываниям сторожевого таймера
— по аппаратным прерываниям
— по прерываниям сигнализирующим о достижении заданных состояний
ОВ35
ОВ40
–
ОВ35
ОВ40
–
ОВ35
ОВ40
ОВ55
Центральныйпроцессор CPU 315-2DP является экономичным решением для создания системуправления средней сложности. Центральный процессор помещен в твердыйпластиковый корпус. Все органы управления и индикация находятся на лицевойпанели.
CPU315-2DP – мощный центральный процессор, оснащенный встроенным интерфейсомPROFIBUS-DP и предназначенный для выполнения программ среднего и большогообъема, способный обслуживать разветвленные системы ввода-вывода.
CPU315-2DP характеризуется следующими показателями:
- Микропроцессор:около 100нс на выполнение логической инструкции с битами, 4мкс на выполнениеарифметической операции с плавающей запятой.
- Запоминающееустройство: скоростное RAM емкостью 128Кбайт (примерно 43 K инструкций) длявыполнения программы; микро карта памяти (до 8Мбайт), выполняющая функциизагружаемой памяти и позволяющая сохранять все данные проекта, включаясимвольные переменные и комментарии к программе.
- Гибкоерасширение: подключение до 32 модулей S7-300, (4-рядная конфигурация).
- ВстроенныйMPI интерфейс: позволяет устанавливать одновременно до 16 соединений спрограммируемыми контроллерами S7-300/400 или с программаторами, компьютерами,панелями оператора. Одно соединение зарезервировано для связи с программаторомили панелью оператора. MPI может быть использован для построения простейшейсети с подключением до 16 центральных процессоров и поддержкой механизмапередачи глобальных данных.
- Встроенныйинтерфейс ведущего/ ведомого устройства PROFIBUS DP с полной поддержкой функцийPROFIBUS DP V1. Построение распределенных структур ввода-вывода. Единыепроцедуры обслуживания каналов локальной и распределенной систем ввода-вывода.
- Парольнаязащита: обеспечивает защиту программы от несанкционированного доступа.
- Диагностическийбуфер: используется для хранения 100 последних сообщений об отказах и прерываниях.Содержимое буфера используется для анализа причин, вызвавших остановкуцентрального процессора.
Необслуживаемаязащита данных: при перебоях в питании все реманентные данные автоматическизаписываются центральным процессором в микро карту памяти. Модуль вводадискретных сигналов предназначен для преобразования входных дискретных сигналовконтроллера в его внутренние логические сигналы. К входам модуля могутподключаться контактные или бесконтактные датчики.
На ихлицевых панелях модулей расположены:
- зеленыесветодиоды, индицирующие состояние входных цепей;
- красный светодиодиндикации отказов и ошибок;
- разъем дляустановки фронтального соединителя, закрытый защитной крышкой;
- паз на защитнойкрышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Вданной системе управления используются дискретные устройства (датчик горенияпламени, фильтры, бесконтактные выключатели и др.), сигналы которых должны бытьобработаны контроллером. В данном случае модуль будет выбран по количествувходов, так как остальные характеристики модулей этой серии одинаковы. Дляпреобразования дискретных сигналов в логические сигналы контроллера применимодин модуль ввода дискретных сигналов SM321 DI 16×24B [3]. Модуль SM321DI 16x24В показан на рис. 3.3.
Техническиехарактеристики SM321 DI 16x24V (6ES7321-1CH00-0AA0):
- габариты40×125×117мм;
- масса 0,26кг
- количество входов16;
- номинальноезначение напряжения 24 V;
- длина кабеля неболее 600м;
- потребляемаямощность 1,5 Вт.
/>
Рисунок3.3 — Схема цифрового модуля ввода SM321 DI 32x24В
Модуливывода дискретных сигналов предназначены для преобразования внутреннихлогических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. К выходаммодулей могут подключаться исполнительные устройства или их коммутационныеаппараты. На их лицевых панелях модулей расположены:
- зеленыесветодиоды, индицирующие состояние выходных цепей;
- красный светодиодиндикации отказов и ошибок;
- разъем дляустановки фронтального соединителя, закрытый защитной крышкой;
- паз на защитнойкрышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Выберемдля вывода дискретных сигналов модуль вывода дискретных сигналов SM3228×24В/2А [3]. SM322 8×24В/2А представлен на рис. 3.4.
Техническиехарактеристики модуля SM322 8х24В/2А (6ES7322-1BF01-0AA0):
- габариты40×125×117мм;
- масса 0,26кг;
- количествовыходов 8;
- длина кабеля600м;
- номинальноезначение напряжения питания 24V;
- подключениедискретного входа возможно;
- потребляемаямощность 10 Вт.
/>
Рисунок3.4 — Схема цифрового модуля вывода SM322 8х24В/2А
Далее произведём выбораналогового входного модуля. Модули ввода аналоговых сигналов предназначены дляаналого-цифрового преобразования входных аналоговых сигналов контроллера иформирования цифровых величин, используемых центральным процессором в процессевыполнения программы. К входам модулей могут подключаться датчики сунифицированными выходными электрическими сигналами напряжения или силы тока,термопары, термометры сопротивления.
Каждаяпара входных каналов модулей может быть настроена на свой вид входного сигнала.Выбор вида входного сигнала (сила тока, напряжение, термо-ЭДС илисопротивление) производится аппаратно установкой кодового элемента в одно изчетырех возможных положений. Выбор диапазона измерений каждого входапроизводится программно из среды Hardware Configuration STEP 7. Кодовыеэлементы устанавливаются в разъемы, расположенные в боковой стенке сигнальногомодуля. Кодовые элементы входит в комплект поставки каждого из перечисленныхмодулей ввода аналоговых сигналов.
Вдругих аналоговых модулях выбор вида входного сигнала определяется схемойподключения датчика.
Модуливыпускаются в пластиковых корпусах. На их лицевых панелях расположены:
- красныесветодиоды индикации отказов и ошибок;
- разъем дляустановки фронтального соединителя, закрытый защитной крышкой;
- паз на защитнойкрышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Разрешающаяспособность модулей может быть установлена в пределах 9…16 бит плюс знаковыйразряд. Настройка выполняется средствами Hardware Configuration STEP 7. Отэтого параметра зависит и время преобразования. Модули способны формироватьзапросы на прерывание для передачи диагностических сообщений и сообщений обограничении входного сигнала. При необходимости от модуля может быть полученарасширенная диагностическая информация.
Дляизмерения давления и температуры, используются аналоговые датчик давления итемпературы, на выходе которых токовый сигнал 4 – 20мА. Для преобразованиясигналов от датчика используем модуль ввода аналоговых сигналов. Дляправильного выбора аналогового модуля произведём расчёт его параметров.
Еслиприменить аналоговый модуль 12 bit (разрядов 212=4095), точностьприёма по входу будет равна:
/>; (3.1)
/> (3.2)
Тоесть изменение входного сигнала на 0,0039мА говорит об изменении температуры на0,67 с. Полученная точность удовлетворяет условиям, так как заданная точностьтемпературы равна />/>15 ºС.
Порезультатам расчёта выберем аналоговый модуль ввода SM331 AІ 8×12bit(6ES7331-7КF02-0AB0) [3], имеющий такие технические данные:
- габариты40×125×120мм;
- масса 0,272кг;
- общее количествовходов 8;
- разрешающаяспособность 12bit;
- напряжениепитания модуля 24В;
- потребляемаямощность, типовое значение 1,3 Вт;
- подключениедатчиков для измерения силы тока возможно;
- максимальныйвходной ток для каналов измерения силы тока 40мА.
Аналоговыймодуль ввода SM331 AІ 8×12bit представлен на рис. 3.5.
Вданной работе используется исполнительные механизмы, типа GT50-60T20E, ониуправляются сигналом 4-20 мА. Чтобы управлять этим распределителем, необходимоподключить его к выходам модуля аналогового вывода сигналов.
Модуливывода аналоговых сигналов предназначены для цифро-аналогового преобразованиявнутренних цифровых величин контроллера и формирования его выходных аналоговыхсигналов. К выходам модулей могут подключаться исполнительные устройства,управляемые унифицированными сигналами силы тока или напряжения. На лицевыхпанелях модуля расположены:
/>
Рисунок3.5 – Схема аналогового модуля ввода SM331 AІ 8×12bit
- красныесветодиоды индикации отказов и ошибок;
- разъем дляустановки фронтального соединителя, закрытый защитной крышкой;
- паз на защитнойкрышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Модулиспособны формировать запросы на прерывание для передачи диагностическихсообщений. При необходимости от модуля может быть получена расширеннаядиагностическая информация. На входе исполнительного механизма управляющийтоковый сигнал 4 – 20мА. Выберем выходной аналоговый модуль, предварительнорассчитав его параметры.
Еслиприменить аналоговый выходной модуль 12 bit (разрядов 212 =4095),точность приёма на выходе будет равна:
/>; (3.3)
/>. (3.4)
Тоесть изменение выходного сигнала на 0,0039мА говорит об изменении расхода на0,006м. Полученный результат обеспечивает заданную точность с запасом.
Порезультатам расчёта выберем аналоговые модули вывода SM332 A0 4×12bit(6ES7332-5НD01-0AB0) [3], имеющий такие технические данные:
- габариты40×125×117мм;
- масса 0,25кг;
- общее количествовыходов 4;
- разрешающаяспособность 12bit;
- напряжениепитания модуля 24В;
- диапазонизменения выходных сигналов для каналов тока 4…20мА;±20мА;0…20мА;
- потребляемаямощность, типовое значение 3 Вт;
- подключениедатчиков для измерения силы тока возможно.
Схема аналогового модулявывода SM332 A0 4×12bit представлена на рис. 3.6.
Длясвязи с цеховой АСУ произведём выбор коммуникационного процессора.Коммуникационный процессор позволяет производить подключение контроллеров ксети Industrial Ethernet, он освобождает центральный процессор контролера отвыполнения коммуникационных задач.
/>
Рисунок3.6 — Схема аналогового модуля вывода SM332 A0 4×12bit
Применениекоммуникационного процессора в данной работе обусловлено необходимостью иметьвозможность управлять процессом по сети, а также передавать параметры сушки присмене типа футеровки. Так как в данной работе используется центральныйпроцессор серии S7 300, то и коммуникационный процессор должен бытьсовместим с ним. Применим коммуникационный процессор СР 343-1, который имеетпредварительно установленный уникальный Ethernet адрес. Он осуществляетнезависимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдениемтребований международных стандартов.
Применениекоммуникационного процессора СР 343-1 позволяет производить непосредственноеподключение контроллеров SIMATIC S7 300 к сети Industrial Ethernet соскоростью передачи до 100 Мбит/с.
Техническиехарактеристики СР 343-1:
- скорость передачи10/100Мбит/с;
- соединения: с10BaseT, 100BaseTX; с источником питания он имеет 4-х полюсный терминал;
- напряжениепитания – 5В±5% и 24В±5%;
- потребляемаямощность 8,3 Вт.
Дляотслеживания температуры нужно применить датчик типа термопара 7MC2000-1DCO[3]. Проанализировав несколько датчиков, можно сделать вывод, что для даннойсистемы любой другой датчик не подойдёт (по способу измерения), так какагрессивная среда будет препятствовать качественной работе датчика.
Дляотслеживания давления, целесообразно применить дешевые (но одного типа) датчикидавления Krom Schoder DL5Ec аналоговым выходом
4-20 мА.
Дляустанавливаемой модели горелки (BIC 100HB 550/585-(37)ER ф.Krom Schoder),поставщиком настоятельно рекомендуется автомат управления горелкой IFS110iM-3/1/1T c управлением по шине Profibus.
Дляпривода газовых и воздушных заслонок, конструктивно подходят исполнительныемеханизмы модели GT50-60T20E c аналоговым управлением в форме 4-20 мА.
Выберемисточники питания системы.
Источники питания шкафа ипульта управления [3]:
- источник питания220V AC/24V DC, 10 А, ф. Siemens 1 шт;
- источник питанияPS 307, 220V АС/24VВ DC, 5А, ф.Siemens 1 шт;
Источникпитания 220V AC/24V DC, 10 А, ф. Siemens предназначен для подачи напряжения 24Вна модули контроллера, блок – контакты автоматов и пускателей в шкафу.
Источникпитания PS 307, 220V АС/24VВ DC, 5А, фирмы Siemens предназначен для питанияпроцессорного модуля.
3.3Разработка структурной схемы системы управления стендом
Укрупнённая структурнаясхема системы управления стендом сборки-разборки состоит из шкафа управления,пульта управления, устройств, которые они в себе содержат и устройств,подключаемых к ним.
В шкаф управленияпоступают сигналы:
a) входныедискретные сигналы:
- с датчика пламени 1шт;
- с системыконтроля расхода газа 1 шт;
b) входныеаналоговые сигналы:
- термопары 2шт;
- датчики давления 6шт.
c) выходныедискретные сигналы:
- сигналы наконтакторы управления ЭД 2шт;
d) Выходныеаналоговые сигналы:
- Исполнительныемеханизмы 5шт;
- Регистрирующийавтомат 1 шт.
На пульт управленияпоступают:
a) входныедискретные сигналы:
- кнопка «АварийныйСТОП», 1шт;
- ключ – бирка, 1шт;
b) выходныедискретные сигналы:
- лампа «Авария» 1шт;
- звуковой сигнал 1шт.
3.4 Разработкафункциональной схемы системы управления стендом
Система управлениястендом сушки состоит из электрооборудования установленного на механизме, шкафауправления и панели управления. Система управления включает в свой составэлектрооборудование указанное в табл. 3.2.
Таблица 3.2 – Составэлектрооборудования системы управленияНаименование Кол. Двигатель вентилятора воздуховода, 5,5 кВт, 2800 об/мин 2шт. 2 Запальный трансформатор TZI 7,5/100T, ф. Kromschroeder1шт. 1 Исполнительный механизм GT50-60T20E Фирма. Kromschroeder5 шт. 5 Клапан предохранительно-запорный электромагнитный газовый КПЭГ – 50П, Uпит. 220V AC51шт. 1
Счетчик газа РГ-К-40, выходной сигнал 10 imp/m3 1 шт. 1 Горелка газовая BIC100HB 550/585-(37)ER, комплектно с запальным и ионизационным электродами 1шт. 1 Шкаф управления 25АМ1: Выключатель автоматический 3VF32 11-0FU41-0AA0; 125А, Siemens 1 шт.
Выключатель автоматический 3RV10 31-4AB10, 16А, Siemens 2
+ блок сигнальных контактов 3RV19 21-1М, Siemens 2
Лампа освещения шкафа PS 4139.180, Rittal 1
Источник питания LOGO!Power, 230В/ 5В, 3А 1
Источник питания SITOP Power, 400В/ 24В, 40А 1
Контактор 3RT10 26-1AP00, 25А, Uупр. 230В AC, Siemens 2
Ограничитель перенапряжения варисторный 3RT19 26-1BD00, 127-240B AC, Siemens1 шт. 1
Ограничитель перенапряжения диодный 3RT19 16-1LM00, 24-70В DC, Siemens 1
Обогреватель c вентилятором SK 3107.000 + SK 3108.000, 200 W, 230 V AC, Rittal 1
Управление работой стендаосуществляется с панели шкафа. На крышке шкафа будут размещены следующие органыуправления и индикации:
- световойиндикатор белый, «Напряжение подано», указывает на то, что на пульт управленияподано напряжение 220В;
- ключ-бирка,с фиксацией, на 2 положения, «Ключ – бирка», без перевода данного ключа врабочее положение оператор не может выполнять управление стендом;
- кнопканажимная, красная, «Аварийный стоп», служит для аварийного останова работы стенда;
- световойиндикатор красный, «Авария», указывает на то, что при работе стенда произошлаавария;
- звуковоесигнальное устройство, «Звуковой сигнал», подача звукового сигнала указывает нато, что при работе стенда произошла авария;
- панельоператора OP210, служит для отображения и ввода технических параметров, длявывода аварийных сообщений и визуализации.
3.5Выбор и обоснование комплекса регулирующих средств реализации АСУ процессомсушки
Согласноструктуре АСУ информационным сигналом будет сигнал пропорциональный расходувоздуха. Технические средства автоматизации (ТСА) будут эксплуатироваться вспециально подготовленном помещении где исключено влияние агрессивных сред резкогоколебания температуры окружающей среды
- давление 110кПа;
- температура +25°С;
- относительная влажность 80%.
Контролируемаясреда не электропроводна. Место установки датчика поддается влиянию окружающейсреды в виде атмосферного воздуха с небольшим количеством примесей SO2, CO, CO2с параметрами
температура от +5 до +50°С;
давление 100¸110 кПа;
влажностьвоздуха 80 %;
количествопыли 3 мг/м3.
Объектпо степени пожароопасности относится к категории Г, согласно СНиП 2-2-80, повзрывоопасности помещения конвертерного цеха, согласно ПУЭ, относится ккатегории В-1а.
Расстояниемежду датчиком и вторичным прибором 50 м. Согласно метрологическому каталогу погрешность контроля параметров контролируемой среды не должна превышать1,5%, запаздывание не должно превышать 1с [8].
Параметрыконтролируемой среды
- температура газа 50°С;
- температура воздуха 50°С;
- расход газа, не больше 30м3/ч;
- расход воздуха, не больше 60 м3/ч;
- давление газа (избыточное) 4кПа;
- давление воздуха (избыточное) 3 кПа.
Длярегулирования соотношения газ-воздух необходимо измерить расход топлива(природный газ) и воздуха. Существует ряд устройств для измерения расхода,наиболее распространены из них – расходомеры переменного перепада давления,расходомеры постоянного перепада давления, электромагнитные и тахометрическиерасходомеры. Ротаметры – наиболее распространенная разновидность расходомеровпостоянного перепада, Они используются для измерения малых расходов и требуютобязательной вертикальной установки, поэтому в данном случае они не подходят.Электромагнитные расходомеры используются для измерения расходаэлектропроводных жидкостей.
Тахометрическиерасходомеры – наиболее точные устройства измерения расхода. Но они имеютсоответствующий недостаток – малый срок службы. Расход воздуха измеряетсяметодом переменного перепада давления, который получил наибольшеераспространение. Основное преимущество этого метода в сравнении с другими –возможность определения градуированной характеристики первичногопреобразователя расчетным путем. Расходомеры переменного перепада давленияприменяют зависимость перепада давления на сужающем устройстве, которыйустанавливается внутри трубопровода, от расхода. Сужающее устройствовыбирается, исходя из параметров контролируемой среды, в данном случаедиафрагма с отводами для встраивания между фланцами, уплотняющие поверхностигладкие, DN 80,PN 6; W-NR. 1.0460, заказной номер 7ME1120‑1JA21-1AA0-Z,производства фирмы Siemens [9].
Сужающееустройство импульсными трубками связан с датчиком давления, который преобразуетразницу давления в электрический унифицированный сигнал, пропорциональныйрасходу жидкости в трубопроводе. Передатчик давления будет эксплуатироватьсяпри изменении температуры окружающей среды от 20 до 50ºС, относительнойвлажности 80%, класс точности прибора не должен быть ниже ±1,5%, транспортноезапаздывание не более 1,5с, также устройство не должно быть чувствительным к вибрации.На основе перечисленных требований выбираем датчик дифференциального давления ирасхода SITRANS P DS III PN 32/160, заказной номер 7MF4433, который применяетсядля измерения разности давлений и для измерения расхода. Технические данныеSITRANS P DS III PN 32/160 приведены в табл. 3.3.
Таблица3.3 – Технические данные SITRANS P DS III PN 32/160 [9]Наименование параметра Параметр Принцип измерения пьезорезисторный Нижний предел измерения 30 mbar Верхний предел измерения 160 bar Выходной сигнал 4 — 20 mA Нижнее ограничение выходного сигнала 3,55 mA Верхнее ограничение выходного сигнала 23,0 mA Погрешность ≤0,5 % от максимального значения Нагрузка без HART коммуникации RB ≤ (UH -10.5 V) / 0,023 A, Ом UH: напряжение питания, В с HART коммуникацией RB = 230 до 500 Ом (HART commun.) RB = 230 до 1100 Ом (SIMATIC PDM) Характеристика Линейное повышение, линейное падение или квадратичное повышение Ошибка измерения при квадратичной характеристике — расход > 50 % > 0,1 % — расход 25 — 50 % > 0,2 % Гистерезис Входит в ошибку измерения Запаздывание (без электрического демпфирования) Приблизительно 0,2 с, Температура окружающей среды от -40 до +85 °C
Влияние изменения напряжения питания на погрешность 0,005 % в 1 В Температура хранения -50 до +85 °C Степень защиты (по EN 60 529) IP 65 (взрывобезопасное исполнение) Вес Приблизительно 4,5 кг Индикация и контроль Цифровой дисплей Встроенный Габариты 350*261*153 мм Электропитание Напряжение питания постоянный ток от 10,5 до 45 В допустимые колебания Upp – 0,2 V (47 — 125 Гц) Протокол HART, версия 5.x Требования ПК/ноутбука Совместимый IBM основная память > 32 МБ жесткий диск > 70 МБ наличие интерфейса RS 232 VGA графика Программное обеспечение для ПК/ноутбука Windows 95 / 98 / NT 4.0 и SIMATIC PDM
Расход газа и воздуха исодержание кислорода в отходящих газах – параметры, которые нужноконтролировать и наблюдать непрерывно в процессе технологического циклаустановки сушки промковша. Причем как на локальном так и на главном пультахуправления.
Для локального пультауправления выбираем текстовый дисплей TD17 заказной номер 6AV3017-1NE30-0AX0производства фирмы Siemens, обладающий следующими достоинствами:
- большой экран,обеспечивающим возможность просмотра с больших расстояний;
- удобноеотображение оперативных сообщений, простое конфигурирование;
- высокая степеньзащиты.
Технические данныетекстового дисплея TD17 приведены в табл. 3.4.
Таблица 3.4 – Техническиеданные текстового дисплея TD17Наименование параметра Параметр Дисплей: LCD с внутренней светодиодной подсветкой количество строк 8 количество символов в строке 40 цвет монохромный высота символов в мм 6-11 мм матрица символов 12 x 16/5 x 7 Клавиатура: Мембранная количество системных клавиш 7 Память пользователя: Flash EPROM объем 128 Кбайт Интерфейсы: 1 x RS 232, 1 x RS 422, 1 x RS 485/422, PROFIBUS-DP со скоростью передачи данных до 12 Мбит/с Возможность подключения S5, S7-200/300/400, 505, SINUMERIK, Mitsubishi (FX), Telemecanique (ADJUST) Modicon (MODBUS), и других производителей Напряжение питания =24 В DC Потребляемый ток 0,34 А Номинальное напряжение = 24 В DC Допустимый диапазон изменений От +18 до+30 В DC Резервные батареи 3,6 В Часы реального времени Аппаратные, с дублером Степень защиты: фронтальной панели IP 65 Остальной части корпуса IP 20 Сертификаты CE, UL, CSA, FM Габариты в мм: — Фронтальной панели 240 x 98 — Монтажного проема 231 x 89 x 53 Масса 0.9 кг
Условия эксплуатации и хранения: Диапазон рабочих температур: при вертикальной установке 0 … +50 °C
при горизонтальной установке 0 … +35 °C Диапазон температур хранения и транспортировки -25 … +70 °C Относительная влажность до 95%, без конденсата Система сообщений: — оперативных, не более 999 — системных, примерно 150
— длина текстового сообщения
(длина характеристика)
4 х 20
8 х 40 символов Количество переменных на сообщение, не более 8 Информационный текст для сообщения, не более 320 символов Буфер сообщений 100 входящих символов, циклический буфер Количество поддерживаемых языков 3 Конфигурирование От ProTool/Lite от версии 2.51, под Windows Передача конфигурирования Serial
Для главного пультауправления выбираем панель оператора OP27 заказной номер 6AV3627-1JK00-0AX0производства фирмы Siemens, обладающую следующими достоинствами:
- снабжена жидкокристаллическимграфическим дисплеем и мембранной клавиатурой;
- высокая степень защиты фронтальнойпанели и незначительная монтажная глубина позволяет встраивать панель операторанепосредственно в управляемое оборудование;
- панель поддерживают функции работы сточечными изображениями и позволяет решать задачи визуализации, оперативногоуправления, выполнять диагностирование оборудования и поиск неисправностей.
Техническиехарактеристики панели оператора OP27 приведены в табл. 3.5
стендковш установка сушка
Таблица 3.5 – Техническиехарактеристики панели оператора OP27Наименование параметра Параметр Дисплей Жидкокристаллический с внутренней подсветкой, пассивный, STN Разрешающая способность 320х240 точек (монохромный: 8 градаций серого цвета или цветной: 8 цветов) Размер экрана 115х86 мм (5.7”) Наработка на отказ при 25°С Монохромный: 22000 час; цветной: 25000 час Клавиатура: тип Мембранная системных клавиш 24 функциональных (К) клавиш 10 (10 со встроенными светодиодами) программируемых (S) клавиш 14 (8 со встроенными светодиодами) Допустимое расширение: модуль 24В выходов для прямого управления с панели 8 CPI модуль для подключения 16 или 32 клавиш и 16 или 32 индикаторов Микропроцессор 80486 33 МГц DP клавиш непосредственного управления/ светодиодов (клавиш панели оператора/ светодиодов как периферийных входов-выходов) 24 клавиши (F1 … F14, K1 … K10)/ 18 светодиодов Объем памяти: - микропрограмм/ пользователя 1 Мбайт/ 2 Мбайт (монохромный/ цветной) Flash-EPROM - динамического ОЗУ 2 Мбайт/ 4 Мбайт (монохромный/ цветной) - статического ОЗУ 128 Кбайт, защита буферной батареей Напряжение питания =24 В (18 … 30 В) Потребляемый ток 0.3 А при =24 В Аппаратные часы Есть, защищены батареей Степень защиты: фронтальная панель IP 65 корпус IP 20
Габариты: фронтальная панель 296х192 мм корпус 282х178х59 мм Диапазон рабочих температур: при 10° наклоне корпуса 0 … +50°С при 35° наклоне корпуса 0 … +40°С Относительная влажность: во время работы До 95% без конденсата
После выбора датчиканужно оценить суммарную погрешность измерения расхода:
/>, (3.5)
где s1 – погрешность метода измерения;
s2 – погрешность SITRANS P DS III PN 32/160.
Тогда
/>%, (3.6)
что удовлетворяетметрологическим требованиям.
Регулятордолжен обеспечивать формирование ПИ-закона регулирования при расчетныхпараметрах настройки и возможность работы с унифицированным токовым сигналом0-20 мА. Для обеспечения возможности усовершенствования и наращивания структурыуправления при минимальном изменении аппаратных средств целесообразноиспользовать микропроцессорный регулятор. Выбираем в качестве регулирующегоустройства микропроцессорный регулирующий комплекс Simatic S7 300 производствафирмы Siemens
Наибольшееколичество дроссельных регулирующих органов представляет собой или поворотныезаслонки, жалюзи, шибера, которые применяются обычно для регулирования расходагаза, или дроссельные клапаны, которые используются для регулирования расходажидкости и пара.
Регулирующиезаслонки и клапаны рассчитаны на определенные статические давления регулирующейсреды, ее температуру, агрессивность. Размер регулирующего органа определяетсяусловным диаметром его проходного сечет Dy. Расход регулируемойсреды через регулирующий орган изменяется с изменением площади его сечения иперепада давления на регулирующим органе.
Зависимостьмежду площадью проходного сечения и положением регулирующего органапредставляет собой конструктивную характеристику, а зависимость между расходомрегулирующей среды и положением регулирующего органа – его статическуюхарактеристику.
Длярегулирования расхода воздуха или газа при низких статических давленияхиспользуют поворотные заслонки с условным диаметром до 500 мм. Чтобы выбрать тип регулирующего органа необходимо знать: качества регулирующей среды, еестатическое давление, температуру, агрессивность, максимальный расход,необходимую форму статической характеристики.
Расчетрегулирующего органа делаем в соответствии с методикой изложенной в.
Длярасчета регулирующего органа необходимы следующие исходные данные
- завод – Енакиевский металлургический;
- цех – МНЛЗ;
- агрегат – установка сушки промковша;
- рабочая характеристика заслонки –близка к нормальному расходу, на заслонке теряется 30% напора;
- материал трубопровода – Ст 20;
- диаметр трубопровода t = 20°C – D20 = 100 мм;
- наименование регулирующей среды –воздух;
- максимальный расход при нормальныхусловиях Qmax =300 м3/ч;
- температура воздуха – t = 40 ºС;
- избыточное давление в цеховомколлекторе – Ри нач = 3 кПа;
- избыточный давление в работающемпространстве – Ри кон = 0 кПа.
Определимрасчетный максимальный расход в нормальных условиях:
Qнмах = (1,1 – 1,2)×Qmax= 1,1×300= 330 м3/ч. (3.7)
Абсолютное давление вначале участка:
Рнач= 101325 + Ри нач = 101325 + 3000 = 104325 Па. (3.8)
Абсолютнаятемпература воздуха:
Т = t+ 273,15 = 40 + 273,15 =313,15 K. (3.9)
Найдем перепад давленияна заслонках при максимальном расходе. Принимаем, что при этом теряется 30 %напора:
DРр= 0,3 × (Ри нач – Ри кон) = 0,3×(3000 – 0) = 900 Па. (3.10)
Проводимвыбор диаметра поворотной заслонки.
Максимальныйрасход в рабочих условиях:
/>; (3.11)
где Рн,Рнач – давление при нормальных и рабочих условиях, Па;
Тн,Тнач – температуры при нормальных и рабочих условиях, К.
/> м3/ч. (3.12)
Плотностьвоздуха в нормальных условиях r = 1,2 кг/м3.
Плотностьприродного газа в рабочих условиях
/>; (3.13)
/>кг/м3. (3.14)
Коэффициентрасширения e = 0,98.Эффективное проходное сечение, соответствующее максимальному расходу:
/>, (3.15)
где a — коэффициент расхода, зависимый отконструкции и степени открытия регулирующего органа.
/> м2. (3.17)
Максимальномурасходу отвечает угол открытия заслонки 70º. По рисунку 57 из [11]определим, что углу открытия 70º отвечает aF/Fy = 0,76.
Площадьпроходного сечения:
/> м2. (3.18)
Расчетныйусловный диаметр проходного сечения
/>; (3.19)
/>, м. (3.20)
Принимаем
/>= 70 мм
Максимальнаяплощадь проходного сечения:
/>; (3.21)
/> мм2. (3.22)
Пополученным данным выбираем заслонку ПРЗ — 75.
Исполнительныймеханизм выбираем в зависимости от величины усилий необходимого дляперестановки регулирующего клапана или величины момента для поворотных заслонок[11]. Для поворотных заслонок величину момента, необходимую для их вращения,определяем по формуле
М =к·(Мр + Мт), (3.23)
где:Мр – реактивный момент, Нм;
Мт– момент трения сопротивления, Нм;
к –коэффициент, учитывающий затяжку сальников и загрязнение трубопровода, к=2/>3.
Моментна валу должен равняться или быть более момента, необходимого для вращениязаслонки. Реактивный момент, обусловленный стремлением потока закрыть заслонку,определяется за формулой:
Мр=0,07/>Рро×Dy3, (3.24)
где />Рро– перепад давления на заслонке, который принимают равным начальному избыточногодавления Ри нач, Па;
Dy– диаметр заслонки, м.
Тогда
Мр= 0,07×3000×0,0753 = 0,1 Нм. (3.25)
Моменттрения в сопротивлениях определяется по формуле:
Мт= 0,785 ×/>×Ри нач ·rш·/>, (3.26)
где rш– радиус шейки вала заслонки, м; /> = 0,15 – коэффициент трения всопротивлениях.
Тогда
Мт= 0,785×0,0752×3000×0,03×0,15 = 0,06 Нм. (3.27)
Величинамомента:
М =3·(0,1 +0,06) = 0,48 Нм. (3.28)
Повеличине момента на валу поворотной заслонки выбираем исполнительный механизмGT50-30T20EG производства фирмы KROMSCHROEDER. Условия эксплуатации:температура окружающей среды от –30 к +50°С; относительная влажность воздуха 30-80%; вибрация счастотой 3 Гц и амплитудой 0,1 мм
Техническиехарактеристики прибора
- номинальный крутящиймомент на выходном вале 100 Нм;
- номинальное времяполного хода исходного вала 25 с;
- номинальный ходисходного вала 0,25 оборота (900);
- мощность вноминальном режиме не более 20 ВА;
- масса не более 14 кг.
Врезультате проведенного анализа при проектировании автоматизированной системыуправления температурным режимом сушки промковшей на ЕМЗ выбраны ТСА,реализующие данную систему регулирования. На основе избранных ТСА былиразработаны функциональная схема автоматизации, принципиальная электрическаясхема, схема общего вида щита, монтажная схема щита и схема соединений внешнихпроводок.
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
Модернизация стенда сушкифутеровок и разогрева погружных стаканов заключается в усовершенствованиисистемы управления объекта. Так как данная машина не участвует в основномпроизводстве, а является вспомогательным оборудованием, то прямое воздействиена улучшение производительности стана она не оказывает. Не смотря на это, улучшениееё характеристик ведёт к снижению эксплуатационных расходов и расходов наремонт оборудования. Предположительные экономические показатели использованияновой машины будут увеличены, произойдёт увеличение надежности при эксплуатациифутеровки, что повлечёт улучшение производительности работы на стане, а вчастности можно будет избежать аварийных ситуаций при работе. Данный стенд впроцессе своей работы принесёт выгоду, улучшит показатели надежности, снизитзатраты времени на смену промковшей, на обслуживание нового стенда будетнеобходимо меньшее количество вспомогательных рабочих.
В разделеперечислены все преимущества в техническом и экономическом плане выбранноготехнического решения применения средств автоматизации по сравнению с выбранныманалогом. На основании перечисленных преимуществ, производен расчетэкономического эффекта и технико-экономических показателей проекта.
Исходные данныедля расчёта экономической эффективности модернизируемой машины приведены втабл. 4.1.
4.1 Цена реализации базовойи новой машины
Величины стоимости (цен) машин СМАШ, грн., и разность цен ∆СМАШ, грн., определяется по формулам:
Таблица 4.1 — Исходныеданные к экономической части проекта№ Наименование данных, обозначение, размерность Базовый вариант Новый вариант 1 Назначение машины вспомогательное 2 Вид производимой продукции листовой прокат 3 За единицу продукции принято тонна проката 4
Объем продукции выпускаемой подразделением где установлена машина в базовом варианте, nВЫПБ, т/год 2500000 2500000 5
Масса машины, ММАШ, т. 5200 5320
6
6.1
6.2
6.3 Характеристика основных фондов Наличие фундамента да да Наличие производственных зданий нет нет Наличие капитальных бытовых зданий и сооружений да да 7
Установленная мощность, nУСТ, квт 15 15 9 Режим работы оборудования (количество смен) 3 10
Увеличение фонда времени работы, УФ.ВР, % - на 0% 11
Увеличение производительности работы, УПР, % - на 20% 12
Уменьшение потребления электроэнергии, УП.Э, % - на 0% 13
Уменьшение cosφ, УCosφ, % - на 0% 14
Уменьшение расходов на ремонт, УР.РЕМ, % - на 0% 15 Снижение квалификации обслуживающего персонала за счет уменьшения ремонтной сложности оборудования в новом варианте (на 1 разряд, на 2 разряда) - 1 16 Увеличение точности изготовления продукции в новом варианте машины по сравнению с базовым (в рамках одного квалитета или класса точности, выше на один квалитет или класс точности) -
/>; (4.1)
/>; (4.2)
/>, (4.3)
где ММАШБ, ММАШН – масса машины, т.;
СПОЛН1Т — полная средняя себестоимостьвыпуска одной тонны массы машины, грн/т., приведена в;
1,20 – коэффициент учетаналога на добавленную стоимость для перехода от оптовой цены предприятия крозничной цене;
1,08(ГОД-2005) — коэффициент учета инфляционныхпроцессов в экономике;
НПР — норма прибыли при реализациимашины предприятием производителем, составляет 0,2…0,3;
КЭК –коэффициент, учитывающий экономию электроэнергии на машине новоговарианта по сравнению с базовым;
КВР – коэффициент, учитывающийувеличение фонда времени работы за счет сокращения времени регламентов, намашине нового варианта по сравнению с базовым;
КПР — коэффициент,учитывающий повышение производительности на машине нового варианта по сравнениюс базовым;
КСН.КВ — коэффициент,учитывающий снижение квалификации обслуживающего персонала, за счет уменьшенияремонтной сложности оборудования на машине нового варианта по сравнению сбазовым;
КТОЧН — коэффициент, учитывающий повышениеточности обработки продукции в рамках одного квалитета (или класса точности);
КCOSφ — коэффициент учета уменьшениявеличины cosφ на машине нового варианта посравнению с базовым;
Крем — коэффициент учета уменьшениярасходов на ремонт на машине нового варианта по сравнению с базовым.
Порядок назначениякоэффициентов КЭК, КВР,КСН.КВ, КПР,КТОЧН, КCOSφ, Кремприведен в [5].
/>; (4.4)
/>; (4.5)
/> (4.6)
4.2 Стоимость капиталовложений восновные производственные фонды предприятия, где будет установлена машина
Основные производственные фонды участвуют в производственном процессе длительноевремя (не менее года), сохраняя при этом свою натуральную форму, а их стоимостьпереносится на стоимость изготавливаемой продукции постепенно, по частям, помере износа.
Общая ориентировочная стоимость капиталовложений (илиреальных инвестиций, или, проще говоря, денежных средств) в основныепроизводственные фонды (ОПФ) в балансовых ценах (т.е. в ценах, по которых оничислятся на балансе предприятия, на первом году эксплуатации) предприятия,которое приобретет и установит у себя машину КОБЩ, грн.,определяется по формулам:
/>; (4.7)
/>, (4.8)
где СМАШБ,СМАШН — стоимостьреализации машины, грн;
КФ+К– коэффициент учета расходов нафундамент и подвод коммуникаций;
КП.ЗД– коэффициент учета расходов на производственноездание, в котором устанавливается машина;
КД.Ф–коэффициент учета расходов на другиеосновные фонды.
Порядок назначениякоэффициентов КП.ЗД,КД.Ф,КФ+К приведен в [5].
/>; (4.9)
/>. (4.10)
4.3 Фонд времени работыновой машины
Модернизация илиреконструкция определенной заданием на проектирование машины, позволяетизменить продолжительность ее эксплуатации, то есть увеличить годовойэффективный фонд времени работы ФЭН, час., по сравнениюс базовым ФЭБ, час.
Назначим и определим этивеличины:
/>; (4.11)
/>, (4.12)
где ФНОРМ-нормативный эффективный фонд времени работы оборудования, час., назначается поданным [5];
УФ.В — увеличение фонда времени работы нановой машине по сравнению с базовым (табл. 4.1).
4.4 Себестоимость годового выпускапродукции
себестоимость- это денежное выражение используемых впроцессе производства продукции сырья, материалов, топлива, энергии, трудовыхресурсов, основных фондов и других затрат на ее изготовление.
Так как машина выполняет вспомогательные функции и неучаствует в производственном процессе, объем выпуска в базовом и новомвариантах, будет одинаковым и определяется по формуле:
/>, (4.13)
где nВЫПБ – объем продукции выпускаемойподразделением, где установлена машина в базовом варианте.
Себестоимость годового выпускапродукции в базовом варианте обозначается СП.ГОДБ,грн., и определяется по формуле:
/>, (4.14)
где СС.П.ЕДБ — полная себестоимостьединицы продукции [5].
Стенд сборки-разборки рабочих и опорных валков выполняетвспомогательные функции, и улучшение его характеристик ведет только к снижениюэксплуатационных расходов и не влияет на увеличение объемов выпуска продукции вподразделении. Себестоимостьгодового выпуска продукции в новом варианте обозначается СП.ГОДН, грн., иопределяется по формуле:
/> (4.15)
где nУСТ — установленная мощность оборудования, квт;
УП.Э — уменьшениепотребления электроэнергии, %;
0,18 – стоимость одногокВт-часа электроэнергии для предприятий и организаций, грн.;
0,02 — норма расхода средств от стоимости машины на еепрофилактику и ремонт электрооборудования;
СМАШН — стоимость реализации машины в новомварианте, грн.;
УР.РЕМ — уменьшениерасходов на ремонт,
%; ∆ЧТ.СТ – уменьшение часовой тарифной ставкипри снижении квалификации обслуживающего персонала за счет уменьшения ремонтнойсложности оборудования в новом варианте;
0,10 – норма обслуживаниявспомогательных рабочих машин, имеющих электрическое оборудование;
1,00,0,20, 0,07, 0,12, 1,375 – коэффициенты учетаоплаты труда по тарифу, премий, доплат, дополнительной заработной платы иотчислений на социальные нужды;
1840– годовой фонд времени работы вспомогательногорабочего, час.
/> (4.16)
4.5 Расчет цены и чистой прибыли годового выпускапродукции
Расчет цены осуществляется,исходя из прогнозируемых объемов производства в год, сложившихся на рынке ценна аналогичную продукцию, внутренних издержек предприятия и многих другихфакторов объективного и субъективного характера. В соответствии с этимпредполагаем, что за первый год выпуска продукции, её себестоимость будеттакой, какой мы определили, и вся продукция будет реализована.
Существует три стратегии ценообразования:
1 Стратегия, основанная на издержках:рассчитывают издержки производства, а затем добавляют желаемую прибыль, спросне учитывается, используются нижняя цена товара – минимальный уровень покрытияиздержек.
2 Стратегия, основанная на спросе:устанавливают цену после изучения потребностей рынка, при этом назначаетсямаксимальный уровень цены, который потребитель может «осилить».
3 Стратегия, основанная на конкуренции:цены назначают в зависимости от потребителей, предоставляемого сервиса,реальных и предполагаемых различий между собственными товарами и товарамиконкурентов.
В нашем случае используем первую стратегию.Цена на продукцию определяется по упрощенной методике и рассчитывается по двумвариантам- базовому и новому.
Величина оптовой цены продукции (без НДС) ЦПР,грн., определяется по формулам:
/>; (4.17)
/>,/> (4.18)
где НПР — норма прибыли при реализации машины предприятиемпроизводителем, составляет 0,2…0,3 (20…30%), или назначается самостоятельно, нов обоих вариантах она должна быть одинаковой;
КТОЧН — коэффициент, учитывающий повышение точности обработкипродукции в рамках одного квалитета (или класса точности) [5].
/> (4.19)
/> (4.20)
Ежегодная чистая прибыль от реализации продукции, ПЧИСТ, грн., и прирост чистой прибыли ΔПЧИСТ, грн., определяется поформулам:
/>; (4.21)
/>; (4.22)
/>/>/>, (4.23)
где ЦПРБ, ЦПРН — величина оптовой цены продукции (без НДС) по базовому и новому варианту;
0,25– норма налога на прибыль;
СП.ГОДБ, СП.ГОДН — себестоимостьгодового выпуска продукции в базовом и новом варианте.
4.6 составлениетехнико-экономических показателей проекта
Составление технико-экономическихпоказателей (ТЭП) сводится к сравнению двух вариантов проекта машины – до ипосле модернизации. Это сравнение выполняется по нескольким показателям.
Разность полной годовойсебестоимости выпуска продукции или экономическая эффективность ∆СП.ГОД, грн. зависит от тогок какому оборудованию относится модернизируемая машина – к вспомогательному илиосновному. Так как машина выполняет вспомогательные функции, ∆СП.ГОДБ, грн.,определяется по формуле:
/>. (4.24)
Разность в приведенных затратах или экономический эффект от модернизации ΔЗПРИВ, грн., определяется по формуле:
/> (4.25)
где КОБЩБ, КОБЩН — общая ориентировочная стоимость капиталовложений по базовому иновому варианту.
0,20 – коэффициент сравнительнойэкономической эффективности вложений в основные фонды (при окупаемости общихвложений за пять лет);
Срок окупаемости средств, вложенныхв модернизацию ТОК.МОД, грн., определяется по формуле:
/> (4.26)
Среднемесячная зарплатавспомогательного рабочего, обслуживающего электрическую часть модернизируемоймашины новом варианте машины, ЗС.М.ВСП, грн., определяется по формуле:
/>, (4.27)
где ЧТ.СТ – базовая часовая тарифная ставкавспомогательного рабочего, обслуживающего электрическую часть машины;
Технико-экономическиепоказатели проекта сведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2 — Технико-экономические показатели проекта№ Наименование показателей, обозначение, размерность (откуда взято) Варианты Δ (+ -) Базовый Новый 1 Назначение машины (основное – вспом — е) вспомогательное 2
Установленная мощность, nУСТ, квт 15 3 Режим работы оборудования (к-во смен) 3 4
Увеличение фонда вр. работы, УФ.ВР, % 100% 100% 0% 5
Увеличение произв-ти работы, УПР, % 100% 120% 20% 6
Уменьшение потр-я эл.энергии, УП.Э, % 100% 100% 0% 7
Уменьшение cosφ, УCosφ, % 100% 100% 0% 8
Уменьшение расходов на ремонт, УР.РЕМ, % 100% 100% 0% 9 Снижение квалификации обсл. персонала - - - 10 Увеличение точн. изготовления продукции 1 1,0 11
Стоимость машины СМАШ, грн. 190584,57 204731,82 14147,45 12
Стоимость капвложений, КОБЩ, грн. 323993,78 348044,09 24050,31 13
Фонд времени работы машины, ФЭ, час. 5350 5350 14
Объем выпуска продукции, NВЫП 2500000 2500000 - 15
Себестоимость год. выпуска, СП.ГОД, грн. 56700000000 56699987068 16
Чистая прибыль, ПЧИСТ, грн. 12587400000 12587408151,5 8151,5 17
Эк.эффективность, ∆СП.ГОД, грн. 12932,43 18
Эк.эффект, ΔЗПРИВ, грн. 17742,49 19
Ср. окуп-ти ср-в на модерн-ию, ТОК.МОД, лет 1,7 20
Ср.мес-я зарплата рабочего, ЗС.М.ВСПБ, грн. 965,61
Таким образом, врезультате произведенной модернизации была получена годовая чистая прибыль12587408 тыс. грн., был получен экономический эффект в размере 17742,49 грн.,экономическая эффективность составляет 12932,43 грн. Срок окупаемостимодернизированного оборудования 1,7 года. Данный проект модернизацииоборудования является выгодным с экономической точки зрения.
5 ОХРАНА ТРУДА
5.1 Анализ опасных ивредных производственных факторов при работе стенда
Тщательнорассмотрев технологический процесс работы стенда сушки футеровок и разогрева погружных стаканов, выделим основные опасные и вредныепроизводственные факторы (ГОСТ 12.0.003-74):
- подвижные части механизма стенда сушки;
- обрыв гибких шлангов или рассоединение стыков гидравлической системы срабочей жидкостью, находящейся под давлением;
- напряжение 380В и 220В;
- движущийся по цеху электротранспорт, в данном случае электромостовой кран;
- недостаточнаяосвещенность рабочего места и механизма.
При недостаточнойосвещённости и плохом качестве освещения состояние зрительных функций человеканаходится на низком исходном уровне, повышается утомление зрения в процессевыполнения работы, возрастает риск производственного травматизма.
С другой стороны,существует опасность отрицательного влияния на органы зрения слишком большойяркости (блескости) источников света, а также больших перепадов яркостисоседних объектов.
Следствием этого являетсявременное нарушение зрительных функций глаза, со всеми вытекающимипоследствиями, нежелательными как для качества трудовой деятельности, так и длясамого человека.
В то же время рациональноеосвещение производственных помещений оказывает положительноепсихофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышениюпроизводительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокойработоспособности человека в процессе труда.
Недостаточноеосвещение работающего механизма может привести к некачественному контролюкачества футеровки, что может повлечь в дальнейшем серьёзные последствия придальнейшей эксплуатации ковша:
- сбой в работе машины непрерывного литья заготовок;
- травматизм рабочих, работающих в цехе.
Движущиесямеханизмы стенда сушки, могут стать причиной травмы работников, обслуживающихстенд. Запрещается выполнять ремонт на стенде во время его работы.
Электрооборудованиестенда находится под напряжением 220В и 380В.
Электрическийток, походя через организм человека, оказывает термическое, электролитическое ибиологическое действие, вызывая местные и общие электротравмы или смерть.
Подвижныечасти стенда перемещаются при помощи гидропривода, то есть при помощи давленияподаваемого насосной станцией. Не исключена вероятность обрыва гибких шланговили рассоединения стыков гидравлической системы с рабочей жидкостью,находящейся под давлением, что в свою очередь может привести к травматизмуработников, обслуживающих стенд.
Врезультате проведенного анализа можно сделать вывод, что в процессе работыстенда сушки на человека действуют опасные и вредные факторы, которые могутпривести к травматизму, заболеваниям и даже к летальному исходу. Чтобы избежатьтаких последствий, необходимо разработать мероприятия по охране труда.
5.2Разработка мероприятий для обеспечения безопасных условий труда
Соблюдение требований эргономикии технической эстетики в организации рабочего места являются неотъемлемойчастью проектирования производственного оборудования и организациипроизводственной среды.
Припроектировании производственных технологических процессов требования корганизации рабочего места оператора регламентируются стандартом системы СЧМГОСТ 22269-76, в котором приведены все требования к взаимному расположениюпульта управления, средств отображения информации, органов управления, рабочегосидения, вспомогательного и основного оборудования, организационно-техническихсредств. Соблюдение указанных требований обеспечивает удобную позу человека,необходимое пространство для его размещения, возможность обзора рабочего местаи производства за его пределами, возможность размещения документации и (принеобходимости) ведения записей.
Органыуправления, расположенные на пульте управления стенда имеют четко выполненныенадписи, поясняющие назначение каждой из них. Зоны размещения органовуправления на пульте соответствуют требованиям ГОСТ 12.2.032-78. На пультеуправления предусмотрена кнопка экстренного выключения стенда, а такжеавтоматически действующая световая сигнализация о подаче напряжения в цепьуправления электроприводом.
Расположениерабочего места обеспечивает возможность визуального контроля работы стенда завыполнением операций сушки. Рабочее место оператора оборудовано креслом сиденьем,находится непосредственно перед стендом для качественного визуальногонаблюдения и соответствует ГОСТу 12.2.032-78 ССТБ. Рекомендуются следующиеминимальные размеры помещения для оператора — 2100 мм, ширина дверного проема — 600 мм, площадь – 1700*2000 мм2 [6].
Рабочаязона стенда сушки снабжена устройствами местного освещения рабочей зоны всоответствии с требованиями СНиП-11-4-79. Состояние воздушной среды в рабочейзоне производственных помещений соответствует требованиям ГОСТ 12.1.004-76,ГОСТ 12.1.005-88. Шумовые и вибрационные характеристики стенда сушкисоответствую ГОСТ 12.1.003-83, ГОСТ 12.1.012-78.
Освещенность панелиотображения информации не вызывает возникновения бликов на стекле и недействует раздражающе на глаза оператора, что исключает необходимость менятьоператору позу при обзоре прибора. Освещениеорганов управления оператора соответствует нормам естественного освещения СНиП23.05-95. В данном случае при средней точности выполняемых операций (наименьшийразмер объекта различения от 0,5 до 1 мм, разряд зрительной работы 4, боковое освещение) коэффициент естественного освещения />, освещённость в данном случаеравна />лк[6].
Такимобразом, рабочее место соответствует всем предъявляемым требованиям по охране трудаи даёт возможность ограничить воздействие опасных и вредных производственныхфакторов на человека.
Механическиеопасности могут возникать у любого объекта, способного причинить человекутравму в результате контакта объекта или его частей с человеком. Рискподвергнуться такому контакту наблюдается при взаимодействии человека собъектом в трудовом процессе и при случайном прохождении человека в пределахдействия объекта в опасной зоне оборудования. Чтобы уберечься от такихопасностей, необходимо разработать мероприятия по обеспечению безопасностиоборудования и процессов. Мероприятия по безопасности оборудованиярегламентирует ГОСТ 12.2.003 – 91 ССБТ.
Длясоответствия данному ГОСТу, используемое оборудование обеспечивает:
- безопасность для работников и окружающей среды;
- надёжность;
- удобство.
Безопасностьпроцессов регламентирует ГОСТ 12.3-002-91 ССБТ. Эксплуатацииоборудования ответственными службами предприятия, где устанавливается стендсушки, производится в соответствии с инструкциями по охране труда, техникебезопасности и производственной санитарии [7].Кработе и техническому обслуживанию стенда допускается персонал, изучивший:
- инструкцию иправила техники безопасности;
- настоящееруководство по эксплуатации стенда;
- комплекттехнической документации, входящей в ведомость эксплуатационных документов;
- эксплуатационнуюдокументацию на комплектующие изделия (электроаппаратуру, гидравлическуюаппаратуру и оборудование);
- эксплуатационнуюдокументацию по системам электроуправления, гидравлики;
- прошедшиеинструктаж по технике безопасности;
- освоившиебезопасные приемы работы;
- прошедшийинструктаж по выполнению стропальных работ.Вцелях предупреждения несчастных случаев и аварий категорически запрещается:
- начинатьработу без подачи хорошо слышимого предупреждающего звукового сигнала;
- начинать ивести работу при наличии каких-либо неисправностей в механизмах, системахгидравлики, электропитания и управления;
- подниматьсяна работающее оборудование, проводить работы в опасной близости от работающегооборудования;
- допускатьпротекание смазки и масла из разводок трубопроводов гидравлики и гидроцилиндров;
- производитьчистку, уборку или ремонт узлов во время работы;
- загромождатьпроходы;
- допускатьпосторонних лиц к работающему оборудованию.
Оборудованиесодержится в чистоте. На поверхности оборудования не допускается наличие следовпротекания масла из систем гидравлики.
Применяемыеинструменты и приспособления соответствуют характеру выполняемых работ инаходятся в исправном состоянии.
Площадкидля обслуживания стенда запрещается загромождать посторонними предметами.Обеспечено хорошее освещение, хороший обзор и свободные подходы к механизмам.
Приямкии колодцы вокруг стенда перекрыты, пол гладкий и нескользкий.
Электрокабельныеразводки надежно изолированы и защищены от механических повреждений.Оборудованиенадёжно заземлено.Придлительных перерывах в работе или при остановке стенда на ремонтэлектрооборудование обесточивается, в системе гидравлики отключается давление.Ксистеме управления стендом предъявляются такие требования безопасности:
- ключ-бирка, установленная на пультеуправления — без перевода данного ключа в рабочее положение оператор не можетвыполнять управление стендом;
- защита цепей питанияэлектрооборудования автоматическими выключателями;
- аварийный останов стенда с помощьюкнопки «Аварийный стоп», установленной на пульте управления.Аварийныйостанов стенда сушки выполняется в случае возникновения нештатных или аварийныхситуаций при работе стенда, а также для предотвращения аварийных ситуаций,угрожающих безопасности обслуживающего персонала.
При нажатии кнопки«Аварийный стоп» происходит останов всех движущихся частей стенда и отключениенасосной станции, система управления блокирует команды оператора.
- включение световой и звуковойсигнализации на пульте управления при возникновении аварийных ситуаций;
- вывод аварийных сообщений на экранепанели оператора, установленной на пульте ST1-AS1.
Для обеспеченияэлектробезопасности необходимо разработать соответствующие мероприятия. Анализстатистических данных показывает, что несчастные случаи на производстве отпоражения электрическим током, сопровождается временной утратойработоспособности, составляют примерно 1%, а имеющие смертельный исход 40% отих общего количества. При этом до 80% случаев со смертельным исходом – отпоражения электрическим током напряжением 127 и 220 В.
Электрооборудованиестенда использует напряжение 220В и 380В. Требования электробезопасности,рассмотренные в данном разделе, относятся к напряжениям до 1000 В.
Причиныпоражения электрическим током разнообразны и многочисленны, но основными из нихможно считать:
а) случайное прикосновение к токоведущим частям,находящимся под напряжением;
б) прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок,случайно оказавшиеся под напряжением вследствие повреждения изоляции или другойнеисправности;
в) попадание под напряжение во время проведенияремонтных работ на отключенном электрооборудовании из-за ошибочного его включения;
г) замыкание провода на землю и возникновение шаговогонапряжения на поверхности земли или основания, на котором находится человек.
Электробезопасностьобеспечивается:
a) защитой электроприборов отсамовыключения при внезапном восстановлении исчезнувшего напряжения;
b) защитным заземлением, занулением,организацией защитного отключения механических устройств, которые могутслучайно оказаться под напряжением;
c) заключением наружнойэлектропроводки в трубы, металлрукава, резиновые шланги и т.д.
Электробезопасность обеспечивается согласно ГОСТ 12.1019 – 79.
Электрические провода имеют цветовую изоляцию (или цветовуюизоляционные трубки на концах одноцветных проводов), позволяющую различатьназначение проводки и род электрического тока: силовые цепи постоянного ипеременного тока — черную, цепи управления переменного тока — красную, цепиуправления постоянного тока — синюю, цепи заземления — желто-зеленую.
5.3 Расчет защитного заземления
Одним из основных мероприятий обеспечения безопасностиявляется защитное заземление, состоящее из заземлителей диаметром d=0.05м, длиной l = 2,4 м, расположенных в ряд на расстоянии, а = 2 м друг от друга, соединенных полосой, ширина которойb = 0,04 м. Расчёт произведен для почвы песок, заглубление 0,8м. Схемаконструкции заземляющего устройства представлена на рис. 5.1.
/>
Рисунок 5.1 ‑ Схема конструкции заземляющего устройства
Рассчитаем удельное сопротивление грунта (Ом·м) по формуле:
/>, (5.1)
где ρ — ориентировочное удельное сопротивление песка,ρ=500Ом·м;
φ — климатический коэффициент, который зависит отхарактера грунта и его влажности во время измерений, φ=2,4 [6].
Определим сопротивлениерастеканию тока одиночного заземлителя:
/>, (5.2)
где ρ – удельноесопротивление песка;
d – диаметр трубы;
t – вспомогательная переменная, />.
/>; (5.3)
/>
Определим условноеколичество труб:
/> (5.4)
где Rн –нормированная величена сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, Rн= 4 Ом, согласно ПУЭ.
По величине nусл,отношению а/l и графика, определяется коэффициент экранирования труб, которыйсоставляет 0,42, [6].
Исходя из соотношенияопределяется окончательное количество труб с округлением до целого в большуюсторону.
/> (5.5)
принимаем n = 185 шт.
Определим длинусоединительной полосы:
/> (5.6)
Рассчитаем сопротивлениерастеканию тока полосы:
/> (5.7)
где Lп – длина полосы;
b – ширина полосы;
h – величена заглубления в грунтконструкции.
Вычислим сопротивлениевсего заземляющего устройства:
/> (5.8)
где ηш – коэффициент экранирования полосы;
Rш – сопротивление растеканию тока полосы;
n – количество заземляющих труб;
ηт – коэффициент экранирования труб;
Rез – сопротивление растекания токатруб.
Заземляющее устройство рассчитановерно, так как Rз меньшеRн 3,84
5.4 Пожарная безопасность
Пожарнаяопасность электрических установок, различных приборов аппаратуры управления идругих электронных устройств, составляющих технологическое оборудование,связана с применением горючих материалов: резины, пластмасс, масел и др.источниками воспламенения могут быть электрические искры, дуги, короткиезамыкания, перегруженные приводы, перегретые опорные поверхности, неисправнаяаппаратура. Окислителем, как правило, служит кислород.
Дляэлектронных устройств характерно частое появление источников открытого огня прикоротких замыканиях, пробоях и перегрузках, однако мощность и продолжительностьдействия этих источников воспламенения сравнительно малы, поэтому горение, какправило, не развивается. Возникновение пожара в электронных устройствахвозможно, если применяются сгораемые и легковоспламеняющиеся материалы.
Кабельныелинии электропитания состоят из горючего изоляционного материала, поэтомуявляются наиболее пожароопасными элементами в конструкции электроаппаратуры.Электроаппаратура представляет собой сложный комплекс электрических цепей. Попожарной опасности их можно сравнить с обычными электрическими цепями. Припрохождении электрического тока по проводникам, радиомеханическим элементам иизделиям выделяется тепло. Если на каком-либо участке электрической схемыколичество выделяемого тепла превысит допустимый предел, то происходит егоперегрев. При соприкосновении перегретых элементов и изделий с горючимивеществами и материалами могут произойти загорание и пожары.
Причинамивозникновения загорания в электронной схеме могут быть их небрежноеизготовление и нарушение правил монтажа. Наличие оголенных концов монтажныхпроводов при их случайном сближении приводит к короткому замыканию. Особенноэто опасно при монтаже разъемных плат: применяемые разъемы с плавающимиконтактами при перекосе могут сблизить подводящие проводники и также вызватькороткое замыкание.
Врадиоэлектронной аппаратуре применяют изоляционные материалы, которые такжеявляются горючими. Важнейшими органическими и элементоорганическимиэлектроизоляционными материалами служат:
а) естественные и органические смолы;
б) пластмассы на основе смол и эфиров целлюлозы;
в) волокнистые материалы, электроизоляционные пленки;
г) материалы на основе каучука;
д) электроизоляционные жидкости;
е) воскообразные вещества;
ж) лаки, компаунды и различные клеи.
Почтивсе синтетические смолы и пластмассы на их основе являются горючимиматериалами. В процессе эксплуатации нарушаются свойства этих изоляторов, чтоприводит к возникновению пожаров.
Частымиисточниками открытого огня являются элементы электронных схем. Например, при возможныхповреждениях схем мощность рассеивания резисторов может резко возрасти. Придвукратном ее увеличении резисторы типа МЛТ нагреваются до температуры200-3000С, и начинает дымить. Резисторы и другие радиодетали являются не толькоисточниками воспламенения, но и представляют пожарную безопасность как горючиематериалы, поэтому в проектируемой системе установлены источники местнойвентиляции.
Впроцессе эксплуатации ухудшаются диэлектрические свойства изоляции. Этоприводит к увеличению вероятности появления пробоев. Причинами пробоев являютсянарушения технических условий проектирования (завышение напряжений), колебаниятемпературного и влажностного режимов, перебои в работе системприточно-вытяжной вентиляции или неправильный выбор параметров охлаждающеговоздуха. При повышении температуры воздуха на 10С его влажностьпонижается примерно на 5%. Воздух влажностью 15-20% высушивает изоляциюпроводов. Через 3 — 4 года изоляция проводов растрескивается от пересыхания.Многие электроизоляционные материалы не теплостойки. Нарушение температурногорежима может привести к их разложению с выделением пожароопасных побочныхпродуктов и потерей диэлектрических характеристик.
Почтивсе крупные пожары возникают на силовых кабельных линиях вследствие нарушенияправил их укладки, эксплуатации при повышенной температуре. Кабель долженсоответствовать номинальным параметрам сети, условиям окружающей среды,температурному режиму и быть снабжен аппаратами защиты.
Взависимости от взрывной и пожарной опасности веществ и материалов всепроизводства делятся по СНиП-90-81 делятся на шесть категорий. Линия смоткирулонов относится к пятой категории.
Всистеме предотвращения пожаров большое значение имеет пожарная профилактика.Она предусматривает мероприятия по предупреждению и ликвидации пожаров, включаяограничение сферы распространения огня и обеспечение успешной эвакуации людейиз горящих помещений. Вероятность возникновения пожаров в зданиях исооружениях, а также распространения огня в них зависит от конструкций иматериалов, из которых они выполнены, размеров зданий и их планировки.Эффективным мероприятием является разделение здания на противопожарные отсекипротивопожарными преградами.
Однимиз мероприятий в борьбе с распространением пожаров является устройствопротивопожарных преград, которые предназначены для ограничения распространенияпожара. Противопожарные преграды выполняются в виде противопожарных стен,противопожарных зон, разрывов, несгораемых перекрытий. Пожарная защитаобеспечивается:
а) в результате применения негорючих и трудногорючихвеществ и материалов вместо пожароопасных;
б) ограничения количества горючих веществ и ихразмещения;
в) изоляции горючей среды; предотвращениераспространения пожара за пределы очага; использования систем противодымнойзащиты;
г) средств пожарной сигнализации и средств извещения опожаре;
д) организации пожарной охраны объекта.
На территории промышленного предприятия(ремонтного депо) должны устанавливаться специальные пожарные щиты с наборомогнетушителей, ящиков с песком, листов асбеста, набором пожарных инструкций.Противопожарные средства и огнетушители должны размещаться на хорошопросматриваемых и легкодоступных местах. Помещения, оборудованные автоматическимиустановками пожаротушения, обеспечиваются первичными средствами пожаротушенияиз расчета половины необходимого количества. Согласно СНиП эвакуационные путидолжны обеспечивать эвакуацию через эвакуационные выходы всех людей,находящихся в помещениях зданий и сооружений, в течение предусмотренноговремени эвакуации. Минимальная ширина участков пути эвакуации устанавливаются взависимости от назначения здания, но не менее 1 м.
Таким образом, был произведенанализ опасных и вредных факторов, разработаны мероприятия для обеспечения безопасных и комфортных условийтруда, а в частности мероприятия по организации рабочего места, по обеспечениюбезопасности оборудования и процессов, по безопасности системы управления и электробезопасности,рассчитана система защитного заземления.
6ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА
Мероприятия направленные на повышение устойчивости работыпроектируемого устройства стенда сушки футеровок на случай взрыва 108 тонн.пропана на расстоянии 495 метров от объекта.
Определим радиус действия детонационной волны по формуле:
/>м, (6.1)
где Q ¾ количество взрывоопасного продукта,тонн (Q = 108 тонн)
Определим радиус действия продуктов взрыва по формуле:
/> м. (6.2)
Так как расстояние отцентра взрыва до проектируемого объекта rIII = 495 м. больше радиусов действиядетонационной волны rI и действия продуктов взрыва rII, то объект находится взоне действия ударной волны (третья зона).
Определим вспомогательный параметр Y для объекта:
/>. (6.3)
Так как вспомогательный параметр Y £ 2, тогда величина ожидаемого избыточного давления в районепроектируемого объекта
/> кПа. (6.4)
Влияние избыточногодавления на здания, сооружения и оборудование будет охарактеризовано далее.
Характеристикапроектируемого объекта.
Объектом автоматизации является стенд для сушки футеровкипромковшей. Режим работы стенда ¾ программный с автоматизированным управлением.
В проекте разработана автоматизированная система управлениятепловым режимом сушки футеровки промковшей, которая позволяет поддерживатьзаданный температурный график сушки с точностью ±10°С.
Участок сушки промковшей, расположен в электротермическомцехе ОАО ЕМЗ, поэтому наряду со стендом там имеется большое количестворазличного механообрабатывающего, кранового и транспортного оборудования, атакже вентиляционная система.
Оценкаустойчивости цеха к воздействию ударной волны
Зданиеэлектротермического цеха представляет собой массивное промышленное здание cметаллическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25¼50 тонн. В цехе находится различноетехнологическое оборудование: мостовые краны, кран-балки, дуговаясталеплавильная печь, имеющая также открытые электродвигатели различных по типуи мощности, наземная кабельная электросеть и вентиляционные воздухопроводы на металлическихэстакадах, железнодорожные пути и передвижной состав. Кроме этого стенд сушкифутеровок и дуговая сталеплавильная печь имеют чувствительную контрольно-измерительнуюаппаратуру.
Критерием устойчивости цеха к воздействию ударной волныявляется максимальное избыточное давление, при котором здания и оборудованиецеха сохраняются или получают слабые разрушения.
Составим сводную таблицу 6.1 и внесем в неё характеристики элементовобъекта.
Таблица6.1 — Сводная таблица результатов оценки устойчивости объекта к действиюударной волны
10 20 30 40 50 60 70 80 90 Объект Элемент объекта
Степень разрушения при />, кПа Предел устойчивости, кПа эл-та объекта Здание Массивное промышленное строение с металлическим каркасом и крановым оборудованием для подъема и перемещения грузов (труб) весом до 50 т 30 30
/>Оборудование Дуговая сталеплавильная печь
/> 40 Кран и крановое оборудование 30 Электродвигатели герметичные мощностью до 2 кВт 50 Контрольно-измерительная аппаратура 10 КЭС и транспорт Воздушные линии низкого напряжения 60 Трубопроводы, углубленные на 20см 200 выдерживают до 200 кПа Передвижной железнодорожный склад 40 Ж/д пути выдерживают до 500 кПа 500 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Критерием (показателем) устойчивости объекта к действиюударной волны является значение избыточного давления, при котором здания, сооружения,оборудование объекта сохраняются или получают слабые разрушения.
Пределом устойчивости для каждого элемента объекта являетсяграница между слабыми и средними разрушениями.
Устойчивость объекта вцелом принимается как минимальный предел устойчивости входящего в составобъекта элементов. Таким образом, предел устойчивости цеха, где установленстенд, составит 10 кПа.
Так как ожидаемоеизбыточное давление на объекте 27,96 кПа, а предел устойчивости цеха 10 кПа, тоданный цех не устойчив к воздействию ударной волны. Неустойчивым является контрольно-измерительнаяаппаратура, краны, здания. Необходимо повысить предел устойчивости до 35 кПа.
1 Для увеличенияпредела устойчивости здания, необходимо:
- укрепить несущиеконструкций зданий и сооружения; установлением дополнительных колонн или ферм;
- укрепитьцокольный этаж стойками и прогонами;
- установить новыеперекрытия, подкосы, распорки;
- уменьшить прогонынесущих конструкций установлением контрфорсов.
2 Дляконтрольно-измерительной аппаратуры – управляющую ЭВМ разместить вдополнительно установленном внутри цеха помещении из металлического каркаса,которое снизит действие ударной волны.
3 Для кранов икранового оборудования необходимо установить дополнительные связи междуотдельными элементами сооружений;