Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Астраханский государственный Технический Университет

Кафедра Автоматизация технологических процессов

Курсовой проект по дисциплине:

«Проектирование автоматизированных систем»

на тему: Автоматизация водогрейного котла

Выполнил:

Самойличенко И.А.

Проверил:

Прохватилова Л.И.

Астрахань - 2010

Содержание

Введение

1. Характеристика технологического оборудования

2. Описание технологического процесса

3. Характеристика применяемых в процессе материалов

4. Обоснование выбора контролируемых и сигнализируемых величин

5. Обоснование выбора средств автоматизации

6. Средства автоматизации. Регулирование температуры прямой воды

7. Средства автоматизации. Регулирование разряжения в топке

8. Средства автоматизации. Расход газа. Разряжение перед дымососом

Заключение

Список литературы

Введение

Автоматизация технологических процессов - это комплекс средств, позволяющих осуществлять технологические производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, повышает надежность и долговечность машин, уменьшает численность обслуживающего персонала, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Предприятия нефтяной и газовой промышленности относятся к классу объектов с повышенной техногенной опасностью, поэтому важнейшим требованием к системам автоматизации является повышенная надежность (здесь недопустимы даже мелкие аварии из-за возможного значительного экологического и материального ущерба). На выполнение этого требования ориентируются при выборе программно-аппаратных средств, используемых на всех уровнях автоматизации.

Автоматизированные системы управления отдельными технологическими процессами предназначены для: повышения эффективности управления и учета нефтепродуктов; сокращения количества аварийных ситуаций и времени простоя оборудования для достижения его оптимальной загрузки. А также снижения затрат на ремонт оборудования за счет оперативного выявления его неисправностей и уменьшения трудоемкости эксплуатации оборудования; повышения производительности и улучшения условий труда персонала, занятого управлением, сбором и анализом информации; оперативной передачи данных технологического процесса в экономические процессы организации производства.

В данной работе рассматривается автоматизация водогрейного котла КВГП 10.

1. Характеристика технологического оборудования

Водогрейный котел КВ-ГН-10 представляет собой теплообменное устройство с принудительной циркуляцией воды, оборудованный отдельным дымососом типа ДН12,5У и вентилятором ВДН10У.

Теплопроизводительность 10 Гкал/ч.

Площадь поверхности нагрева:

- радиационная 89 м2;

- конвективная 141,9 м2.

Температура воды:

- на входе в котел 75 0С;

- на выходе из котла 150 0С.

Давление воды:

- на входе 16 кгс/см2;

- на выходе 10 кгс/см2.

Давление газа перед горелками 2330 кгс/м2.

Ширина котла 4,84 м.

Длина 5,90 м.

Высота 5,75 м.

Масса металлической части 12,8 т.

Особенностью конструкции котла является наличие трех ступенчатых экранов, которые делят топку на четыре отсека. Кроме того, в топке размещены боковые и потолочные экраны, последний переходит частично во фронтовой экран. Ширина отсеков 740 мм. Топка котла выполнена в виде прямоугольной шахты. Плотное экранирование позволило применить печную на трубную обнуровку. Котлы отличаются сильно развитой поверхностью нагрева. Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций. Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке. Для сжигания газа установлены горелки с прямой щелью, заканчивающейся расширением. Горелки размещены между вертикальными топочными экранами. Продукты горения поступают из топки в конвективный газоход через проем высотой 100 мм в верхней части, под разделительной стенкой.

2. Описание технологического процесса

Водогрейный котел КВ-ГП-10 предназначен для нагрева воды, которая используется для горячего водоснабжения и отопления. Вода, идущая к потребителю, называется прямой, а возвращающая обратно от потребителя в котел - обратной. Вода используется химически очищенная, так как содержащиеся в природной воде растворимые газы (кислород и углекислота) разрушают металл котельного агрегата и трубопроводы. Также использование природной воды приводит к отложению накипи, которая вызывает перегрев металла вследствие ухудшения отвода тепла. Для восполнения неизбежных потерь воды, требуется вода для подпитки обратной воды. Питательная вода применяется химически очищенная. Нагрев воды происходит за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. Вода в котел поступает с температурой 750С и нагревается до температуры 1500С.

Горение - это процесс химической реакции соединений горючих элементов газа с кислородом, способствовавшему повышению температуры и происходящему с выделением тепла. Процесс горения газообразного топлива состоит из образования горючей смеси, нагревании ее до температуры воспламенения и горения.

К горелке котла подводятся газ и воздух. Воздух подается дутьевым вентилятором, Горючая смесь, которая образуется в горелке, воспламеняется и отдает тепло в топочную камеру. В результате процесса горения образуются газообразные продукты - дымовые газы. Их отсасывает дымосос, а затем выбрасывает в атмосферу. Сжигание осуществляется факельным способом. При сжигании газового топлива необходимо обеспечить: хорошее предварительное перемешивание газа с воздухом, ведение процесса с малыми избытками воздуха, разделение потока смеси на отдельные струи. Подогрев газовоздушной смеси, и химическая реакция горения протекают очень быстро. Основным фактором длительности горения является время, затраченное на перемешивание газа с воздухом в горелке. От быстроты и качества перемешивания газа с необходимым количеством воздуха, зависит скорость и полнота сгорания газа, длина факела топки и температура пламени. Для процесса горения дымососом создается необходимое разряжение и обеспечивается полное удаление продуктов сгорания. Если достигнуть соотношения расхода воздуха в соответствии с подачей топлива, процесс сжигания будет осуществляться с максимальной экономичностью.

3. Характеристика применяемых в процессе материалов

Исходные продукты - вода, воздух, газ. Готовый продукт - горячая вода.

Вода - жидкость, не имеющая цвета и запаха. Химическая формула - H2O. Вода, поступающая в котел, проходит химическую очистку и деаэрацию, и не должна содержать соли, газы. Основные показатели воды после очистки поступающей в котел: жесткость не более 20 мкг.экв/кг, солесодержание 245 мг/кг, щелочность pH = 7, содержание углекислоты недопустимо, содержание O2 до 30 мкг/кг, вязкость м = 0,135 спз, плотность с = 1006,7 кг/м3.

Газ используется природный. Газовое топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов (метан, этан, пропан, бутан, водород, окись углерода, азот, углекислый газ, кислород). Основным элементов газовой смеси является метан. Это газ без цвета, почти без запаха, практически нерастворим в воде, химически малоактивен. Химическая формула CH4.

Жаропроизводительность газа 2040 0С. Плотность газа - в 2 раза легче воздуха. Теплота сгорания: QH=8500 ккал/м3, QВ=9500 ккал/м3. Пределы воспламенения: нижний 5%, верхний 15%.

В состав воздуха входят:

- азот 78,8%;

- кислород 20,95%;

- инертные газы 0,94%;

- углекислый газ 0,03%.

Готовым продуктом является вода с температурой 1500С, расходом 123,5 т/ч. Эта вода используется для горячего водоснабжения и отопления.

4. Обоснование выбора контролируемых и сигнализируемых величин

Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также его пуск и остановка. К таким параметрам относятся все режимные и выходные параметры, а также входные параметры, при изменении которых в объект будут поступать возмущения. Обязательному контролю подлежат параметры, значения которых регламентируются технологической картой.

Контролю подлежат все регулируемые параметры:

* расход обратной воды;

* температура обратной воды;

* температура прямой воды;

* давление воздуха;

* концентрация O2 в дымовых газах;

* разряжение в топке котла;

* температура воды в коллекторе.

Кроме регулируемых параметров контролю подлежат следующие:

* расход газа;

* давление воды на входе и выходе из котла;

* расход воды в коллекторе и расход прямой воды;

* температура дымовых газов за котлом;

* давление воздуха после дутьевого вентилятора;

* давление газа;

* разряжение перед дымососом;

* содержание CH4 в помещении;

* наличие пламени.

Контроль расхода газа и расхода воды необходим для расчета технико-экономических показателей. Контроль давления воды необходим для того, чтобы определить, есть ли расход воды через котел. При уменьшении расхода давление понижается. Температуру дымовых газов контролируют для определения энтальпии дымовых газов. Контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора необходим для определения работы вентилятора. Понижение давления воздуха происходит в случае отключения вентилятора или закрытия его направляющего аппарата при неисправности регулятора воздуха. При понижении давления воздуха может произойти отрыв факела или его погасание. Так как в момент отключения вентилятора воздух в топку не поступает, разряжение увеличивается, происходит отрыв факела.

Понижение давления газа ниже допустимого приводит к погасанию факела. Поэтому давление топлива необходимо контролировать. При повышенных разряжениях в газоходе будет велик присос наружного воздуха через всякого рода не плотностях в обнуровке, это ухудшит условия теплопередачи, снизится производительность за счет повышенной потери с отходящими газами. Поэтому необходим контроль разряжения перед дымососом. Метан в смеси с воздухом создают взрывоопасную газовоздушную смесь, взрывающуюся от источника открытого огня. Она действует на человека удушающе и отравляюще, поэтому необходимо контролировать содержание метана CH4 в помещении. При погасании факела, топка котла и помещение заполняются газом, и может произойти взрыв. Для предотвращения этого предусмотрен контроль по наличию пламени в топке котла.

Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям или серьезному нарушению технологического режима. К ним относятся:

* повышение температуры воды за котлом;

* понижение и повышение давления газа;

* понижение давления воды в обратном трубопроводе;

* наличие пламени;

* повышение метана CH4 в помещении;

* понижение давления воздуха;

* повышение разряжения дымовых газов;

* понижение расхода газа;

* повышение O2 в дымовых газах.

Оперативный технологический персонал при оповещении его устройствами сигнализации о нежелательных событиях должен принять соответствующие меры по их ликвидации. Если эти меры окажутся не эффективными и параметр, характеризующий состояние ТОУ достигнет аварийного значения, должны сработать системы противоаварийной защиты, которые автоматически по заданной программе перераспределяют материальные и энергетические потоки, включают и отключают аппараты объекта с целью предотвращения взрыва, аварии, несчастного случая, выпуска большого количества брака.

Котел подлежит защите при отклонении следующих параметров:

* повышение температуры воды за котлом;

* повышение или понижение давления воды за котлом;

* понижение давления воздуха;

* повышение или понижение давления газа;

* уменьшение разряжения в топке котла;

* повышение давления обратной воды;

* погасание факела в топке котла.

Защита заключается в автоматическом прекращении подачи топлива при отклонении любого из вышеперечисленных параметров.

5. Обоснование выбора средств автоматизации

Автоматические устройства должны выбираться в рамках Государственной Системы Приборов. Средства автоматизации должны быть выбраны технически грамотно и экономически обосновано. Конкретный тип автоматического устройства выбирают с учетом особенностей объекта управления и принятой системы управления. При этом предпочтение следует отдавать однотипным, централизованным и серийно выпускаемым устройствам. Это значительно упростит поставку и эксплуатации. В связи с тем, что процесс нагрева воды не относится к числу пожаро- и взрыво-опасных, автоматизация осуществляется на основе использования электрических средств. Электрические приборы более точны и отличаются быстродействием по сравнению с пневматическими. Источники энергии у электрических средств автоматизации более прост и надежен. Также отсутствуют ограничения по расстоянию между усилителем и исполнительным механизмом. Электрические регуляторы позволяют легко суммировать различные импульсы. В проекте использованы приборы системы "Контур-2", так как они выпускаются НЗТА специально для тепловых процессов. Система построена по блочно-модульному принципу. Связь между блоками и модулями осуществляется с помощью сигналов постоянного тока, а точный сигнал легче преобразовать, суммировать и можно использовать многократно. Для регулирования используются регуляторы РС29. Они обладают высокой точностью и выполняют следующие функции: масштабирование сигнала от датчика, алгебраическое суммирование, введение сигнала задания, формируют и усиливают сигнал расслаивания, световую индикацию выхода. С регуляторами РС29 работают электрические исполнительные механизмы типа МЭО. Сигнал с регулятора на исполнительный механизм поступает через трехпозиционный усилитель У293Ь с электромагнитным тормозом. В качестве датчиков расхода и давления используются измерительные преобразователи типа "Сапфир-22" различных модификаций, так как они имеют тоновый сигнал на входе, который можно передавать и на регулятор и на вторичный прибор. Для питания стабилизированным напряжением постоянного тока 36В комплекса тензорезисторных измерительных преобразователей теплоэнергетических параметров "Сапфир-22" используется блок питания типа 22БП-36, восьмиканальный, учитывая, что у датчиков 6. В качестве вторичных приборов лучше использовать регистрирующие приборы типа "Диск-250". Он работает с любыми датчиками и может измерять любые величины. Одновременно он может выполнять функции показания, регистрации, сигнализации, регулирования и преобразования. Модификации "Диск-250" выбираются в зависимости от назначения и типа датчика с которым он работает.

6. Средства автоматизации. Регулирования температуры прямой воды

Для регулирования температуры прямой воды изменением расхода газа в зависимости от температуры в общем коллекторе в качестве чувствительного элемента используется термопреобразователь сопротивления платиновый типа ТСП-1088гр100П. Используется платиновый, а не медный, потому что нужна точность и измеряется высокая температура, так как температура прямой воды является показателем эффективности. Вторичным прибором выбирается прибор типа ДЖК-250-1231. Главным регулятором выбран регулятор температуры типа РС 292.22. Выбран регулятор именно этой модификации, потому что он работает с ТСП градуировки 50 М, а также можно подключить датчики постоянного тока. Сигнал с регулятора подается на регулятор топлива, в качестве регулятора топлива выбирается РС 29.0.12 . Для измерения температуры обратной воды, температуры окружающего воздуха, в качестве датчика используется ТСП типа ТСМ-1088 гр 50М. Измеряется невысокая температура, не требуется высокая точность, поэтому выбирается медный термопреобразователь сопротивления. В качестве вторичного прибора выбран ДЖК 250-1231.
В качестве усилителя выбирается усилитель У29.3М. В качестве исполнительного механизма выбирается электрический однооборотный типа МЭО40/10-0,25. В качестве поворотно-регулирующей заслонки выбирается ПРЗ-150, которая выбирается в зависимости от давления и диаметра трубопровода. Для регулирования давления воздуха в зависимости от расхода топлива и содержания O2 в дымовых газах, в качестве измерительного преобразователя давления воздуха используется преобразователь типа Сапфир-22 ДИ-2120. Вторичный прибор, который работает в комплекте с преобразователем давления ДИСК-250-1221. Регулятором воздуха выбран регулятор типа РС 29.0.12. Выбран регулятор данного типа, потому что он принимает до 3 унифицированных сигналов постоянного тока. Для измерения кислорода в дымовых газах применяется анализатор кислорода ТДК-3М. Усилителем в этой системе выбран усилитель типа У293М, исполнительный механизм - механизм электрический однооборотный МЭО 40/10-0,25 . В качестве поворотно-регулирующей заслонки выбирается ПРЗ-150.

7. Средства автоматизации. Регулирование разряжения в топке

В системе автоматического регулирования разряжения в топке котла отводом дымовых газов в качестве преобразователя разряжения применяется преобразователь типа Сапфир-22ДВ-2220 . Вторичный прибор, работающий в комплекте с преобразователем разряжения ДИСК-250-1221. Регулятором разряжения выбран РС 29.0.12. Усилителем - У29.3М. В качестве исполнительного механизма выбран электрический однооборотный типа МЭО 40/10-0,25, поворотно-регулирующая заслонка выбирается типа ПРЗ-150. В системе автоматического регулирования расхода обратной воды изменением подачи питательной воды, датчиком является камерная диафрагма типа ДКС 10-150. Использование камерной диафрагмы обеспечивает большую точность, так как измеряет усредненное давление. Измерительным преобразователем выбран Сапфир-22 ДД-2441. Для устранения квадратичной зависимости перепада давления от расхода и преобразования в линейную, после преобразователя стоит блок извлечения квадратного корня БИК-1. В качестве вторичного прибора ДИСК-250-4321 с ПИ-регулятором. В качестве усилителя выбирается У24.10. Исполнительный механизм электрический обнооборотный выбирается типа МЭО 16/63-0,25-80. В качестве клапана - клапан регулирующий поворотный 6с-8-1.

8. Средства автоматизации. Расход газа. Разряжение перед дымососом

В системе автоматического контроля и сигнализации расхода газа датчиком является камерная диафрагма типа ДКС 10-150. Измерительный преобразователь типа Сапфир-22ДД-ВМ-2434. выполнен во взрывозащищенном исполнении. Он работает в комплекте с вторичным прибором типа ДИСК 250-1221. Для устранения квадратичной зависимости перепада давления от расхода применяется блок извлечения квадратного корня БИК-1. В системе автоматического контроля давления обратной воды, давления питательной воды, давления воздуха, давления газа и сигнализации давления обратной воды, давления воздуха, давления газа, контроль и сигнализация осуществляется манометром, показывающим сигнализирующим типа ДМ 2010С, так как нужен местный контроль с сигнализацией на щите оператора, и манометром МПЗ-У.

В системе автоматического контроля и сигнализации разряжение перед дымососом используется вакуумметр, показывающий сигнализирующий типа ДВ2010Cr. В системе автоматического контроля расхода питательной воды и расхода воды в коллекторе датчиком служит камерная диафрагма типа ДКС10-150. Измерительный преобразователь выбирается типа Сапфир-22ДД-2441. Для устранения квадратичной зависимости перепада давления от расхода применяется блок извлечения квадратного корня БИК-1. В качестве вторичного прибора выбирается ДЖК 250-1221. Датчиком в системе автоматического контроля температуры дымовых газов используется термопреобразователь сопротивления платиновый типа ТСП-1188-01, прибор который работает с ТСП - милливольтметр типа Ш4540Н. Контроль и сигнализация концентрации метана в помещении котельной осуществляется с помощью оптико-акустического газоанализатора типа ГИАМ-14, так как нужен местный контроль с сигнализацией на щите оператора. С газоанализатором работает узкопрофильный микроамперметр М1730. Контроль и сигнализация наличия пламени в топке осуществляется с помощью прибора контроля пламени типа Ф34.2. Фотодатчик выбирается типа ФД 4.

Для систем защиты выбираются датчики-реле. В качестве датчика-реле давление обратной воды, давление питательной воды, давление воздуха, давление газа - ДД-0,25 (РУПД). В качестве датчика-реле разряжения в топке котла ДТ-40 (РУПД).

В качестве датчика-реле температуры питательной воды - 31-03. Для отсечки топлива в качестве клапана-отсекателя выбирается клапан типа ПКН-150.

Описание функциональной схемы автоматизации

В существующей системе автоматизации реализованы следующие основные контуры регулирования:

Регулирование температуры воды на выходе из котла осуществляется каскадной АСР посредством изменения подачи топливного газа.

Регулирование качества дымовых газов осуществляется каскадной АСР посредством изменения соотношения расходов топливного газа и воздуха.

Регулирование разрежения в котле с помощью комбинированной АСР посредством изменения расхода дымовых газов.

В проектируемой АСР также предусмотрена сигнализация достижения ряда параметров предельных значений и срабатывание системы защиты и блокировок для исключения аварийных ситуаций.

Неисправность электродвигателя воздуходувок и насоса.

Низкое соотношение воздух/топливный газ.

Низкое давление топливного газа.

Низкий расход воздуха.

Разработана функциональная схема автоматизации водогрейного котла.

Температура на выходе из котла измеряется датчиком температуры поз. 1-1. Измеренное значение отправляется на преобразователь 1-2, который посылает сигнал на регулятор температуры поз. 1-3.Также на этот регулятор приходит сигнал с преобразователя расхода поз. 2-2. Учитывая влияние этих двух параметров, регулятор выдает управляющее воздействие через магнитный пускатель поз. 2-5 на исполнительный механизм - клапан поз. 2-7 на линии топливного газа. Так осуществляется регулирование температуры воды на выходе из котла.

В процессе сгорания образуются дымовые газы, которые с помощью воздуходувки высасываются из котла. На линии выходу дымовых газов из котла стоит датчик концентрации поз. 4-1 .Измеренное значение отправляется на преобразователь поз. 4-2 , который посылает сигнал на регулятор концентрации ,также на этот регулятор приходит сигнал с преобразователей расходов воздуха и топливного газа поз. 5-2 и поз. 6-2

Учитывая влияние этих двух параметров, регулятор выдает управляющее воздействие через магнитный пускатель поз.6-5 на исполнительный механизм поз. 6-7.

В процессе сгорания образуются дымовые газы, которые нужно выводить из котла, для того чтобы создать нем необходимое разрежение. На линии поступления воздуха в котел стоит датчик расхода 8-1 сигнал с которого поступает на преобразователь 8-2 , с которого уже идет на компенсатор, сигнал с преобразователя давления 9-1 идет на регулятор давления 9-2.Регулятор выдает управляющие воздействие через магнитный пускатель 9-4 на исполнительный механизм 9-6

На линии топливного газа предусмотрена сигнализация по давлению, которая расположена по месту поз. 11-1 и 12-1. В случае слишком низкого или высокого давления, сигнализация срабатывает, и подается сигнал на закрытие клапанов поз. 12-5 и поз. 14-3

Заключение

В данном проекте была реализована система автоматизации водогрейного котла, выбраны технические средства для данной АСУ, построены электрические схемы. Особенностями данной системы является наличие неагрессивной среды, а также не взрыво - и пожароопасное производство. Предложена каскадная система регулирования температуры на выходе из котла.

котел водогрейный автоматизированный топка

Список литературы

1. Лекции по ПАС.

2. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. - М.: Энергия, 2005.

3. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации. - М.: Испо-Сервис, 2002.

4. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств, 1983.

Размещено на Allbest.ru