Система автоматизации парового котла ДКВР-4/13 ГМ

1

Дискретные выходные сигналы

Регулирование: Газ

1

Пит вода

1

Разряжение

1

Подача воздуха

1

Сигнализация:

Уровень

1

Понижение давление воздуха

1

Понижение/повышение давления газа

2

Повышение давления пара

1

Звуковая сигнализация

1

Понижение разряжения

1

Защита: Срабатывание эл магнитного клапана

1

Погасание факела

1

Для обеспечения контроля за работой парового котла контроллер посредством интерфейса RS-485 можно соединить с ПЭВМ. Для этого на компьютере должно быть установлено программное обеспечение «СПЕКОН-регистратор» на базе MasterSCADA производства компании ИнСАТ (г. Москва). Данное ПО предназначено для сбора данных, контроля и управления системой автоматизации, оно обеспечивает вывод на экран монитора ПЭВМ одновременно все измеряемые параметры в виде показывающих приборов или в виде графиков с задаваемым масштабом времени, аналогично самопишущим приборам.

ПО «СПЕКОН-регистратор» осуществляет:

- работу системы контроля и управления в реальном времени;

- преобразование сигналов полевого уровня в события точек контроля системы;

- сигнализацию неисправности устройств сбора данных и фиксацию недостоверных данных;

- регистрацию истории течения технологического процесса и долговременное сохранение ее в архиве;

- печать данных системы и графических форм.

Спецификация на КТС представлена в Приложении 3.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАЩИТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Система технологических защит на паровом котле ДКВР-4/13 ГМ непрерывно контролирует наиболее ответственные параметры, чрезмерное отклонение которых от заданных значений ведет к нарушению нормального технологического процесса и повреждению оборудования. Технологические защиты отключают котел только при нарушении нормальной работы. Если задействованные в защитах параметры в норме, контакты датчиков замкнуты, обмотки промежуточных реле и магнита клапана-пускателя находятся под напряжением. Клапан - отсекатель взведен, топливо поступает в топку котла, табло сигнализации погашены. Защита находится в дежурном состоянии. Если какой-либо из задействованных в защиту параметров достиг уставки датчика (предаварийного значения), контакт соответствующего датчика размыкается, обесточивается промежуточное реле, обесточивается магнит клапана-отсекателя, отключая топливо, загорается сигнал ”котел отключен” и табло параметра, изменение которого послужило причиной отключения котла, звонит звонок громкого боя, привлекая внимание обслуживающего персонала. Работа котла при отключенной или неисправной защите запрещается! При работе котла оперативный персонал обязан, наблюдая за работой котла по приборам, сравнить значения задействованных в защиту параметров с уставками датчиков защиты, оценивать работоспособность технологической защиты и аварийной сигнализации.

На котле ДКВР-4/13 ГМ установлены следующие защиты, действующие на «останов» котла:

1. понижение давления газа перед горелкой ниже 360 кгс/м2;

2. повышение давления газа перед горелкой выше 1000 кгс/м2;

3. понижение разрежения в топке котла ниже 0 кгс/м2;

4. понижение уровня воды в барабане котла ниже средней линии барабана на 8см.;

5. повышение уровня воды в барабане котла выше средней линии барабана на 8см.;

6. погасание факела в топке;

7. понижение давления воздуха перед горелкой;

8. отключение дымососа;

9. отключение дутьевого вентилятора;

10. повышение давления выше 13 кгс/см2;

11. понижение давления пара ниже 5,5 кгс/см2;

12. неисправность системы технологической защиты.

Отключение топлива по всем параметрам, задействованным в защиту, кроме понижения разрежения и изменения уровня в барабане котла происходит мгновенно.

Отключение топлива по понижению разрежения и изменению уровня происходит с выдержкой времени 20 сек.

«Останов» котла:

- прекращение подачи топлива;

- снижение подачи воздуха до минимума путем выключения вентилятора через 5 мин. после прекращения горения. Через 10 мин. выключают также дымосос;

- упуск воды из барабана после снижения давления в нем до атмосферного и при температуре не выше 80^оС, запрещение его подпитки;

- отключение котла от главного паропровода котельной;

- выпуск пара через приподнятые предохранительные клапаны.

Технологическая сигнализация

Сигнализация по своему назначению делится на предупредительную и аварийную, по способу подачи - на звуковую и световую.

Звуковая сигнализация выводится на звонок и имеет разную тональность.

Световая сигнализация различается по цветам: зеленый - норма;

желтый - предупреждение; красный - авария.

Предупредительная сигнализация должна оповещать оператора:

об отклонениях параметров от нормы и непредвиденном отключении отдельных элементов оборудования;

о неисправностях в схеме защиты и аварийной сигнализации.

Аварийная сигнализация включается при срабатывании защит.

Существующая САЗ выполнена на релейных логических элементах и поэтому не является достаточно надежной системой. Для повышения надежности, быстродействия и длительности срока работоспособности системы необходимо применять современные технические средства, удовлетворяющие повышенным требованиям, установленным для САЗ. Например, программируемый контроллер, который соответствует современному уровню автоматизации.

При разработке САЗ, необходимо учитывать следующие условия:

1. требования противопожарной безопасности;

2. профилактика производственного травматизма;

3. максимальная простота;

4. высокая надежность защитных функций и высокая степень безопасности;

5. поддержание неизменной работоспособности, в случае неисправного срабатывания;

6. устройство по принципу единственной неисправности;

7. работоспособность в любых условиях эксплуатации;

8. контролируемость и собственный самоконтроль всей системы.

Для реализации САЗ предлагается выбрать контроллер «СПЕКОН СК2-24». Предлагаемый контроллер выполняет все функции релейной автоматики, позволяет принимать унифицированные аналоговые сигналы, сигналы с термосопротивлений.

Схема защиты при повышении давления пара на выходе котла

Давление пара на выходе котла контролируется двумя первичными приборами-датчиками, снабженными электрическими контактами.

Признак ввода защиты: начало растопки.

Признак вывода защиты: сработало реле останова котла.

Описание работы логической схемы:

В случае отклонения параметра от заданного значения система срабатывает по схеме «2 из 2» - замыкаются контакты обоих контрольных манометров, сигналы с приборов поступают в блок умножения, в виде логической единицы. При умножении двух сигналов логической единицы результатом будет являться также сигнал логической единицы.

При введении защиты в активное действие появится сигнал логической единицы.

При умножении сигналов логической единицы, соответствующих введению защиты и сигналов с приборов, контролирующих давление пара, результатом будет являться также сигнал логической единицы. Этот сигнал поступает в схему РОК (реле останова котла). Далее срабатывают электроблокировки к устройствам останова исполнительных механизмов.

Логическая схема САЗ представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 САЗ при повышении давления пара на выходе котла

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Производственная безопасность котла ДКВР-4/13 ГМ

Паровой котел ДКВР-4/13 ГМ предназначен для теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение) производственных помещений Центрального Научно-Исследовательского Института Технологии Судостроения. Режим работы котла - 24 часа в сутки, котел автоматизирован. Эксплуатация котла должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов ПБ 10-574-03», «Правилами пожарной безопасности в РФ ППБ 01-03». При невыполнении этих требований в котле возможно возникновение пожаров и взрывов.

К причинам взрывов в паровом котле относят:

1. неисправность контрольно-измерительных и (или) предохранительных приборов управления режимами работы котла;

2. нарушение процесса приготовления горючей смеси, например, вследствие неисправности форсунки, аварийного останова вентилятора и т.д.;

3. снижение прочности стенок котла в результате коррозии, перегрева и др.;

4. работу котла без надзора или обслуживание необученным персоналом;

5. несвоевременное техническое освидетельствование котла;

6. большой слой накипи на стенках.

Ввиду угрозы взрыва горючего вещества в соответствии с законом РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» паровой котел является опасным производственным объектом, поэтому необходимо принять меры по обеспечению охраны труда.

Мероприятия по обеспечению безопасности персонала

Монтаж и обслуживание котла ДКВР-4/13 ГМ должны производиться в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов ПБ 10-574-03» (для котлов с рабочим давлением более 0,07 МПА).

В соответствии с правилами, паровой котел ДКВР-4/13 ГМ установлен в здании котельной, отделенном от производственных помещений. Полы в котельной сделаны из несгораемого нескользкого материала - бетона; входная дверь, открывающаяся наружу, обита листовым железом со стороны котельной. Помещение оборудовано естественной и искусственной вентиляцией и системой аварийного освещения. Расстояние от фронта котла до противоположной стены - 5 м, ширина проходов между котлом и стеной - 2 м, на трубопроводах газообразного топлива установлены запорные вентили на случай аварии или пожара. Во избежание поражения людей электрическим током, которое может возникнуть при повреждении изоляции электроустановок или кабелей, в котельной предусмотрено защитное зануление всех электрических нетоковедущих частей электроустановок в соответствии с ГОСТ Р 50689-94. Помимо электроустановок, занулению подлежат все трубопроводы котельной.

Работа котла будет более надежной и безаварийной при внедрении современных средств автоматизации, которые решают задачи контроля, анализа и управления технологическим процессом, а также упрощает выполнение функций диагностики и защиты. Немаловажное значение играет наличие технически грамотного персонала, строго соблюдающего правила технической эксплуатации. К работе в котельной допускаются лица старше 18 лет, прошедшие соответствующее обучение, сдавшие экзамен и имеющие удостоверение на право выполнения работ по эксплуатации КИП и А, а также прошедшие инструктаж на рабочем месте по безопасным методам работы. В котельном помещении всегда должны быть: инструкция по охране труда для персонала и вахтенный журнал, в котором отмечаются замеченные неисправности котла.

Меры технологического, санитарно-технического и лечебно-профилактического характера:

- вентиляция и кондиционирование воздуха помещения котельной;

- выполнение работ внутри топок или газоходов котла допускается производить только при температуре 60⁰С по письменному разрешению, выдаваемому только после проверке места работы. Пребывание одного и того же лица внутри котла или газохода при этой температуре не должно превышать 20 мин;

- перед началом работы в топке или газоходе, они должны быть хорошо провентилированы, освещены и надежно защищены от возможного проникновения газов и пыли из газоходов работающих котлов;

- при пуске котельной убедиться в отсутствии газа в помещении котельной при помощи газоанализатора;

- при наличии загазованности котельной не включать и не выключать освещение, электроприборы и электрооборудование, не пользоваться переносными светильниками не во взрывоопасном исполнении, открытым огнем, не производить пуск котлов;

- наличие в помещении котельной средств индивидуальной защиты;

- наличие противопожарного инвентаря (2 пенных огнетушителя, ящик с песком не менее 0,5 м3, лопата, ведро, багор);

- обучение и контроль за соблюдением техники безопасности.

6.2 Экологическая безопасность

Вследствие применения топочных устройств для сжигания природного газа котел ДКВР-4/13 Гм является одним из источников загрязнения воздушного бассейна Санкт-Петербурга. Хотя природный газ рассматривается как относительно чистое топливо по сравнению с каменным углем и мазутом, при его сгорании также образуются загрязняющие вещества, которые вместе с уходящими из котла дымовыми газами выбрасываются в атмосферу.

В паровом котле ДКВР-4/13 ГМ при сжигании природного газа с теплотой сгорания

Qн^с = 8500 ккал/кг и коэффициентом избытка воздуха ?=1,05, содержание выбросов в дымовых газах следующее: СН₄ = 94%, С₂Н₆ = 2,8%, С₃Н₈ = 0,4%, С₄Н₁₀ = 0,3%, С₅Н₁₂ = 0,1%, N₂ = 2%, СО₂ = 0,4%. Данное содержание не превышает предельно допустимой нормы в соответствии с ГОС 28269-89 - о содержании вредных выбросов за котлом и ГОСТ 50831-95 - выбросов за котельными установками.

Автоматизация котла на базе ПТК «СПЕКОН» повышает надежность работы оборудования вследствие оптимизации процесса и режима работы, предотвращает аварии. Это сокращает удельные расходы химикатов и сбросы промышленных выбросов, снижает вероятность аварийных и залповых выбросов и уменьшает ущерб от загрязнения окружающей среды. Снижение общей массы годового сброса загрязнителей при внедрении автоматизации происходит как за счет сокращения объема сброса, так и концентрации загрязнителей в стоках.

6.3 Безопасность в случае чрезвычайных ситуаций (ЧС)

Паровые котлы стоят на первом месте с точки зрения взрывоопасности, т. к. получение пара связано с большими значениями давлений и температур. Для предотвращения взрыва необходимо максимально точно регулировать ряд основных параметров, которые характеризуют нормальный режим работы объекта (т. е. параметры, которые могут стать причиной взрыва котла). Также важно соблюдение заданного режима эксплуатации оборудования.

Таким образом, не выполнение данных требований приводит к авариям и повреждениям котла (иногда взрывам), которые сопровождаются разрушением котельных помещений и травмированием обслуживающего персонала.

Назначение и задачи, решаемые службами ГО.

Служба оповещения и связи предназначена для своевременного оповещения личного состава объекта и населения об угрозе.

Служба охраны общественного порядка создается для надежной охраны объекта.

Противопожарная служба разрабатывает противопожарные профилактические мероприятия и осуществляет контроль за их проведением, организует локализацию и тушение пожаров.

Аварийно-техническая служба создается для проведения предупредительных мероприятий, повышающих устойчивость сооружений, подготовки формирований к проведению неотложных работ по локализации и ликвидации аварий.

Служба противорадиационной и противохимической защиты предназначена для разработки и осуществления мероприятий по защите работающих, организации и подготовке противорадиоционных и противохимической формирований, контроля за состоянием средств индивидуальной защиты, проведения мероприятий по ликвидации последствий радиоактивных и химических заражений.

Медицинская служба обеспечивает постоянную готовность медицинских формирований, оказания помощи пострадавшим и эвакуацию их в лечебные учреждения.

Служба энергоснабжения и противохимической защиты осуществляет мероприятия по устойчивости энергоснабжения и светомаскировки объекта.

Транспортная служба предназначена для осуществления перевозок, подвоз сил к очагу поражения.

7. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Понятие «экономическая эффективность» характеризует результативность решаемых задач в соотношении с затратами:

- эффективность покупки нового оборудования предполагает сопоставление затрат на приобретение с полученным результатом (характеристиками приобретенного оборудования);

- эффективность использования нового оборудования предполагает сопоставление затрат на эксплуатацию с полученным результатом;

- эффективность обслуживания оборудования предполагает сопоставление затрат на обслуживание оборудования с полученным результатом, выражающимся в различных аспектах работоспособности оборудования (срок службы, частота поломок, время простоя из-за поломок и т.д.).

Основная задача при оценке экономической эффективности внедряемой системы автоматизации - приобрести наиболее выгодное оборудование с точки зрения цены и качества для обеспечения минимального срока окупаемости и максимальной прибыли от вложения.

Расчет капитальных затрат

Величина капитальных затрат (К₀) по автоматизации парового котла ДКВР-4/13 ГМ рассчитывается по следующей формуле:

	(7.1)
гГде	КПР - предпроизводственные расходы; КОФ - капитальные вложения в основные производственные фонды; КДМ - затраты на демонтаж устаревшего оборудования, Кдм = 5126 руб. (приблизительно 25% от стоимости монтажа); КМ - затраты на монтаж нового оборудования; КНС - недоамортизированная стоимость демонтируемого оборудования, Кнс = 0; КОС - прирост или сокращение величины оборотных средств Кос = 0; ККР - величина, соответствующая плате за использование кредита Ккр = 0.

На стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) можем принять:

	(7.2)
	Где КОБ - капитальные вложения в оборудование, тыс. руб.

Величина К_ОБ рассчитывается по следующей формуле:

	(7.3)
где	n - количество типов оборудования; Ni - количество единиц оборудования, средств автоматизации i-го наименования; Цgi - договорная цена оборудования i-го наименования; ?1 - доля от стоимости оборудования, учитывающая расходы на его транспортировку, монтаж, наладку, доли ед., для ТЭО можем принять = 0,27; ?2 - коэффициент, учитывающий удельный вес стоимости передаточных устройств, сооружений, транспортных средств и инвентаря в общей стоимости оборудования, доли ед., для ТЭО можем принять = 0,07.

Для регулирования давления пара на выходе котла ДКВР-4/13 ГМ будем использовать следующие приборы:

Контроллер СПЕКОН СК2-24 ПО «СПЕКОН-регистратор»	руб.	40500 10000
Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3А	руб.	2900
Исполнительный механизм МЭО-16/63-0,25У-94	руб.	10250
Датчик давления с унифицированным выходным сигналом Метран 45 ДИ 5130	руб.	4701
Коб =	руб.	68351

Кпр = 68351*0,36 = 24606 руб.

Величина К_ОФ рассчитывается по следующей формуле:

	(7.4)
гГде	КП - капитальные вложения в производственные и административные помещения, Кп = 0.

Коф = 68351 руб.

Величина Км рассчитывается по следующей формуле:

Км = 0,3*Коб	(7.5)

Км = 0,3*68351 = 20505 руб.

Ко = 24606 + 68351 + 5126 + 20505 = 118588 руб.

Если для автоматизации были использованы менее универсальные приборы, чем указанные выше, то в среднем, покупка и подключение к системе всех необходимых измерительных устройств обошлись бы примерно 230 тыс. руб. То есть капитальные вложения составили бы:

Ко = (1 + 0,27 + 0,07)*308200 руб.

Установка универсальных измерительных и регулирующих приборов позволяет получить всю необходимую информацию о процессе. При расчетном сроке службы приборов, равном 10 лет, получаем годовую экономию:

S' = 308200/10 = 30820 руб./год. (7.6)

Кроме того, получим экономию за счет снижения величин амортизационных отчислений и расходов на текущий ремонт дополнительных контрольно-измерительных приборов:

S” = ?Са + ?Стр = 308200*10/100 + 0,03*308200 = 40066 руб./год. (7.7)

Тогда общая экономия составит:

S = S' + S” = 30820 + 40066 = 70886 руб./год. (7.8)

Расчет экономии текущих затрат

Величина экономии текущих затрат (?С, тыс. руб./год.) определяется по следующей формуле:

	(7.9)
где	S - экономия ресурсов живого и овеществленного труда, которая может быть получена по результатам внедрения системы автоматизации, руб./год; ?СА - дополнительные амортизационные отчисления, руб./год; ?СТО - дополнительные расходы на текущий ремонт и техническое обслуживание, тыс. руб./год; можно принять ; ?СЭ - дополнительные расходы на энергетические ресурсы, руб./год.

Величина S рассчитывается путем умножения фактической экономии ресурсов (топливно-энергетических, заработной платы и др.) на договорную цену ресурсов или тарифные ставки: S = 70886 руб./год.

?С_то - дополнительные расходы на текущий ремонт и техническое обслуживание, на стадии ТЭО можно принять:

?С_то = (0,03?0,05)*Коб = 0,04 - 68351 = 2734 руб. (7.10)

?С_Э - дополнительные расходы на энергетические ресурсы, ?С_Э = 0.

?С_А - дополнительные амортизационные отчисления, величина ?С_А рассчитываются по следующей формуле:

?СА = Коб*На/100	(7.11)
где	НА - норма амортизационных отчислений на оборудование, на практике На = 10%.

?С_А = 68351*10/100 = 6835 руб.

?С = 70886 - (6835 + 2734) = 61317 руб.

Таким образом, экономия затрат составила за год 61317 рублей, то есть прибыль от проекта равна годовой экономии.

Расчет и распределение прибыли

Определяем налог на имущество:

Ним = 2,2% = Коб*0,022 = 68351*0,022 = 1504 руб./год.

Определяем налогооблагаемую прибыль:

Пн - Ппр - Ни = 61317 - 1504 = 59813 руб./год.

Определяем налог на прибыль

Нпр = 24% = Пн*0,24 = 59813*0,24 = 14355 руб./год.

Определяем чистую прибыль:

Пч = Пн - Нпр = 59813 - 14355 = 45458 руб./год.

Определяем срок окупаемости проекта:

Т = Ко/Пч = 118588/45458 = 2,6 года.

Таблица 7.1 Сводная таблица основных экономических показателей.

Наименование показателя	Ед. измерения	Численное значение
1	2	3
Экономия ресурсов	руб./год	70886
Амортизационные отчисления	руб./год	5126
Налогооблагаемая прибыль	руб./год	59813
Прибыль от проекта	руб./год	45458
Капитальные затраты	руб.	118588
Время окупаемости	год	2,6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте в соответствии с поставленной задачей была разработана система автоматизации котла ДКВР-4/13 ГМ с детальной разработкой САУ давлением пара на выходе котла.

Была разработана функциональная схема котлоагрегата и произведен выбор полевой автоматики.

В качестве технической базы спроектированной системы был предложен контроллер «СПЕКОН». Преимуществом автоматизированной на базе ПТК системы является более точная реализация процессов регулирования, основанная на цифровой обработке информации.

Использование ПЭВМ со SCADA-пакетом «СПЕКОН-регистратор» дает возможность наглядного представления информации о ходе технологического процесса оператору котельной.

Результат применения предлагаемой системы автоматизации состоит в стабилизации параметров технологического процесса за счет увеличения объема и качества обработки информации, позволяющей технологическому персоналу принимать своевременные и оптимальные решения при внештатных ситуациях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Клюев А.С., Говарнов А.Г. “ Наладка систем автоматического регулирования котельных агрегатов”, Москва, “Энергия”, 1970

2. Плетнев Г.П. “Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций”, Москва, “Энергоиздат”, 1981 г.

3. Ковалев А.П., Пелеев Н.С. “Парогенераторы”, Москва, “Энергоиздат”, 1985

4. Зотов Б.И., Курдюмов В.И. “Безопасноть жизнедеятельности на производстве: Учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по специальностям 311300, 311500, 311900”, 2-е издание, Москва, “Колосс”, 2003 г.

5. Добкин В.М., Дулеев Е.М. “Автоматическое регулирование тепловых процессов на электростанциях”, государственное энергетическое издательство, Москва, 1959

6. Доронин В.А., Буйлов Г.П. “Автоматизированые системы управления теплоэнергетических процессов и процессов отрасли”, Санкт-Петербург, 2001

7. Автоматизация теплоэнергетических процессов отрасли, Санкт-Петербург, 1994 (уч.пособие)

8. Буйлов Г.П., Доронин В.А. “Автоматика и автоматизация производственных процессов ЦБП”, Москва, “Экология”, 1995

9. Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. “Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами ЦБП”, Санкт-Петербург, 1999 (уч.пособие)

10. Бараранов П.А. “Предупреждение аварий паровых котлов”, Москва, “Энергоатомиздат” 1991

11. Кузьменко Д.Я. “Автоматическое регулирование и технологические защиты паровых котлов”, Москва, “Энергия”, 1970

12. Гусев Ю.Л. “Основы проектирования котельных установок”, Москва, издательство литературы по строительству, 1973

13. Зыков А.К. “Паровые и водогрейные котлы”, Москва, “Энергоатомиздат”, 1987

14. Эстеркин Р.И. “Котельные установки”, Ленинград, “Энергоатомиздат”, 1989

15. Файерштейн Л. М. "Справочник по автоматизации котельных установок", Москва,

"Энергия", 1978

16. Пугачев Ю.Г. “Экономическая часть дипломного проектирования”, Санкт-Петербург. 2000

(уч. пособие).