Автоматизация редукционно-охладительной установки

 Оглавление.

Стр.

1.  Введение_____________________________________________4

2. Краткое описание технологического процесса________________6

3. Выбор регулируемых величин и каналов внесения

 регулирующих воздействий______________________________8

4. Выбор контролируемых величин____________________________10

5. Выбор средств автоматизации______________________________11

6. Общее описание работы выбранной системы контроля и

регулирования_________________________________________15

7. Расчетная часть_______________________________________

8. Спецификация на средства автоматизации

9. Выбор щита

10. Список используемой литературы

1. Введение.

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и чувствительностью к нарушениям технических процессов, вредностью условий работ.

При автоматизации человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления производственным процессом передаются автоматическим устройствам.

Автоматизация – это внедрение в производство технических средств, которые управляют процессами без непосредственного участия человека. Автоматизация приводит к улучшению показателей эффективности производства, улучшению качества, увеличению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции.

Высокие темпы развития промышленности неразрывно связанно с проведением автоматизации. Задачи, которые решаются при автоматизации современных производств, весьма сложны и требуют от специалистов знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.

Внедрение АСУ в производство обеспечивает: сокращение потерь от брака и отходов, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий, увеличение межремонтных сроков работы оборудования. Благодаря автоматизации производства тяжелый труд рабочих заменяется на более легкий. Что значительно увеличивает производительность труда и уменьшает трудоемкость.

Данный курсовой проект показывает один из возможных способов автоматизации редукционно-охладительной установки. Это позволяет производить контроль и регулирование из кабины оператора.

В итоге автоматизации значительно облегчится труд персонала, обслуживающего редакционно-охладительную установку. Оператор после автоматизации может, находясь у щита следить за всеми протекающими в печи процессами. А также может контролировать процессы регулирования и по мере необходимости вносить ручные воздействия.

2. Краткое описание технологического процесса.

Охлаждение - это сложный и ответственный технологический процесс. От правильности его проведения зависит качество продукции.

Промышленные предприятия потребляют большое количество тепла на технологические нужды (нагрев технологических сред, сушка продуктов технологического процесса), а также на отопление и горячее водоснабжение. Источниками тепла являются пар или горячая вода от собственных котельных или от внешних источников.

В случае питания предприятия от внешних источников при вводе теплосетей устанавливают тепловые пункты, в которых обычно предусматривают редукционно-охлодительные установки (РОУ), которые относятся к теплообменным устройствам.

Редукционно-охладительная установка предназначена для редуцирования давления и снижение температуры пара. Она относится к теплообменным устройствам.

Теплообменными устройствами называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одной рабочей среды к другой.

 Технологическое назначение теплообменных устройств чрезвычайно разнообразно, поэтому в промышленной технике отмечается большое обилие типов и конструкций редукционно–охладительной установки.

Процесс теплообмена характеризуется уравнением, которое чаще всего служит для определения поверхности теплообмена F.

Q = k (t1 – t2) F ккал/час, где

k - коэффициент теплопередачи, ккал/м2 час град;

F - поверхность теплообмена, м2.

РОУ применяется на тепловых и атомных электростанций для сброса избытка пара в пусковых и аварийных режимах, а также в тех случаях, когда потребность в паре низких параметров покрывается из источника с более высокими параметрами пара.

Основные принципы управления процессом снижения температуры и давления рассматриваются в функциональной схеме. Основными параметрами этого процесса являются характеристики пара на выходе РОУ.

Постепенное снижение давления обеспечивается с помощью дросселя постоянного сечения, который обычно устанавливается за клапаном, что уменьшает шум.

РОУ состоит из редукционного клапана и пароохладителя.

Редукционный клапан - это устройство, автоматически перепускающее жидкость или газ из полости высокого давления в полость более низкого давления с поддержанием постоянного давления в одной из этих полостей.

Пароохладитель – это устройство, с помощью которого понижается температура перегретого пара перед турбинной или котлом.

При изменении режима работы температура может меняться в широких пределах, и тогда необходимо для предотвращения чрезмерного перегрева пароперегревателя охладить его.

Охлаждение пара достигается путем отвода от пара тепла питательной водой, которая непосредственно впрыскивается в аппарат. Для этой цели часто принимают конденсат.

В системах теплоснабжения имеются так же станции сброса и перекачки конденсата, оборудованные баками для сбора его и насосами для перекачки уже собранного конденсата на ТЭЦ или в катальную

3. Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий.

Процессы протекают в РОУ с очень большими скоростями и в ручную ими управлять невозможно.

Основным показателем эффективности работы редукционно-охладительной установки является температура и давления пара после установки. Цель управления подержание этих параметров на определенном значении.

На объект управления будут действовать следующие возмущающие воздействия:

1. Изменение расходов пара и охлаждающего агента.

2. Изменение температур пара и охлаждающего агента.

Повлиять на эти параметры нельзя, так как они определяются предыдущим технологическим процессом.

3. Изменение удельной теплоемкости пара и охлаждающего агента.

4. Изменение давления пара на входе установки.

5. Изменение состояния труб аппарата (коррозия, отложение солей). Изменить нельзя, но можно периодически чистить.

6. Изменение параметров окружающей среды. Повлиять нельзя.

Чтобы при наличии возмущающих воздействий цель управления была достигнута и были стабилизированы параметры пара, следует в качестве главной регулируемой величины принять показатель эффективности, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода конденсата, с помощью регулятора системы «Каскад», типа РС29 (поз.5-4) и исполнительного механизма, типа МЭО (поз.5-6).

Также подлежит регулированию давления пара на выходе установки, которое осуществляется с помощью регулятора типа РС29 (поз.3-3) и исполнительного механизма типа МЭО (поз.3-5).

Температура и давление после РОУ является важными технологическими параметрами. Поэтому они подлежат регулированию, т.к. из-за них зависит работа РОУ.

4. Выбор контролируемых величин.

 При выборе контролируемых величия необходимо руководствоваться тем, что при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе. Контролю подлежат прежде всего те параметры, значение которых облегчает пуск, наладку и ведение технологического процесса. Для осуществления наиболее оперативного управления, проведения пуско-наладочных работ и обеспечения необходимых технико-экономических показателей необходимо обеспечить контроль наиболее важных параметров процесса. К этим параметрам относятся:

1. Давление пара перед РОУ (поз.1-1);

2. Температура пара перед РОУ (поз.2-1);

3. Расход конденсата (поз.4-1).

Которые измеряются и регистрируются с помощью вторичных электрических приборов, типа «Диск – 250», которые устанавливаются на щите оператора.

Знание значений этих параметров позволяет судить о том, как идет процесс и скорректировать задание при выходе этих параметров за рамки нормы, т.к. изменения являются возмущающими воздействиями, которые могут вывести систему из равновесия.

Данные контролируемые параметры не являются основными, но их необходимо знать для получения объективной информации о ходе технологического процесса. А также для обеспечения нормального режима работы РОУ и проведения необходимых пуско-наладочных работ и обеспечение необходимых технико-экономических показателей.

5. Выбор средств автоматизации.

В связи с тем, что процессы протекают в РОУ с очень большими скоростями, надо выбирать приборы, запаздывание показаний которых как можно меньше. Средства автоматизации, с помощью которых осуществляется управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно. При выборе средств автоматизации в первую очередь принимают во внимание следующие факторы:

1. Взрыво- и пожароопасность объекта (повышенное давление 0,6 МПа);

2. Агрессивность среды;

3. Число параметров, участвующих в управлении, и их физические и химические свойства;

4. Требования к качеству контроля и регулирования;

5. Уровень температур;

6. Расстояние между технологическим объектом и щитом управления (сравнительно не велико);

7. Точность используемых средств измерения (электрические вторичные приборы более точные).

Исходя из всего вышеперечисленного, используются электрические приборы системы «Каскад», которые обладают высоким классом точности и с помощью их мы сможем достаточно верно управлять системой автоматизации на процессы, протекающие в РОУ.

В данной курсовой работе нужно контролировать расход конденсата.

Существует несколько способов измерения расхода:

- измерение расходомерами постоянного перепада давления;

- расходомерами переменного перепада давления;

- электромагнитными расходомерами (индукционными).

Последний способ не подходит из-за больших габаритов прибора, а следовательно, его дороговизны. Первый способ использования не устраивает нас, т.к. ротаметрами можно измерять расход только газов и жидкостей (прозрачных), а также небольшой предел измерения. Для данного курсового проекта лучше всего подходит второй способ. В качестве первичного преобразователя используется диафрагма типа ДК-16 измерения и различных диаметров. На функциональной схеме обозначена позицией 4-1. Сигналы с диафрагмами поступают на дифманометр - расходомер типа ДМЕР-М (поз. 4-2). На выходе у этого типа дифманометров стандартный электрический сигнал от 0 до 5А, в котором работают все вторичные электрические приборы.

 В данном проекте нужно измерять температуру до и после РОУ.

Существует несколько способов измерения температуры. Нужно подобрать наиболее подходящий для данного курсового проекта. Температуру можно измерить с помощью следующих средств:

- термометров расширения;

- манометрическими термометрами;

- пирометрами;

- термометрами сопротивления;

- термоэлектрическими термометрами.

Первые два способа не подходят из-за небольших пределов измерения, сложности дистанционной передачи сигнала от места отбора согнала до щита оператора. Пирометры не годятся, т.к. можно только контролировать параметр, но нет возможности регулирования, а также пирометры применяются для измерения высоких температур. Четвертый способ не подходит по экономическим соображениям (медными термометрами сопротивления нельзя измерить из-за небольшого предела измерения, а платиновые дорогие). Наиболее подходящий последний способ, т.к. используемые термоэлектрические термометры имеют удовлетворяющий запросам предел измерения и дешевле платиновых термометров сопротивления. Для данного проекта подходят термопары, типа ТХК-1172П, градуировки ХК(L) (поз.2-1, 5-1). Пределы измерения 0-500*С. Т.к. выходной сигнал у термопары не стандартный, то нужно использовать нормирующий преобразователь типа Ш 79 (поз.2-2,5-2).

В данном курсовом проекте необходимо стабилизировать давление. Измерить давление можно следующими средствами:

-     лсидкостными трубными манометрами;

-     деформационными манометрами;

-     грузопоршневыми манометрами;

-     электрическими манометрами.

Первый способ не подходит из-за невозможности дистанционной передачи сигнала, при увеличении давления размеры трубного манометра возрастают (применяются для измерения невысоких давлений) и т.д.

Электрические манометры нас устраивают в связи с тем, что на выходе у этого типа манометров электрический сигнал, что подходит для данного курсового проекта. В качестве манометра взяли преобразователь типа «Сапфир 22ДИ» (поз.1-1,3-1).

Для регулирования давления и температуры пара после РОУ используются регуляторы типа РС29 (поз.3-3, 5-4). Эти регуляторы надежны в эксплуатации и обеспечивают достаточно высокое регулирование. Регуляторы выпускаются в комплекте с усилителями типа У29. Регулятор смонтирован на щите и через бесконтактный реверсивный усилитель типа ПБР (поз. 3-4, 5-5) управляет исполнительным механизмом типа МЭО (поз. 3-5, 5-6), двигатель которого имеет магнитный тормоз, что позволяет уменьшить инерционность хода двигателя после отключения. Для улучшения динамических характеристик системы, заключающихся в инерционности воспринимающих элементов регулятора температуры в схеме предусмотрен ввод сигнала по изменению положения исполнительного механизма.

6. Общее описание работы выбранной системы контроля и

регулирования.

 

Выбранная система контроля и регулирования работает следующем образом: 1. Контроль давления пара перед РОУ: В качестве первичного преобразователя используется преобразователь давления типа «Сапфир-22ДИ-2060» (поз. 1-1), который имеет выходной сигнал от 0 до 5 мА. Этот сигнал воспринимает вторичный регистрирующий прибор типа «Диск250-1121» (поз.1-2).

2. Контроль температуры пара перед РОУ: Первичным преобразователем данного контура является термоэлектрический термометр типа «ТХК-1172(П)» гр.ХК (L) (поз.2-1). Т.к. выход у него не является стандартным, то надо использовать нормирующий преобразователь типа «Ш-79» (поз. 2-2), который преобразует нестандартный сигнал термопары в стандартный от 0 до 5 мА. Этот сигнал воспринимает вторичный регистрирующий прибор типа «Диск250-1121» (поз. 2-3).

3. Регулирование давления редуцированного пара после РОУ: В качестве первичного преобразователя используется преобразователь давления типа «Сапфир-22ДИ-2060» (поз. 3-1), который имеет выходной сигнал от 0 до 5 мА. Этот сигнал воспринимает вторичный регистрирующий прибор типа «Диск250-1121» (поз.3-2). Этот прибор имеет выход со стандартным выходным сигналом от 0 до 5 мА, к которому подключается регулятор системы «Контур 2» типа «РС29» (поз. 3-3). Регулятор выпускается в комплекте с усилителем типа «У29». При отклонении параметра от заданного значения (0,7Мпа) регулятор включает катушки пускателя типа «ПБР-2М» (поз.3-4), который управляет исполнительным механизмом типа «МЭО-16/10-0,25-82» (поз. 3-5), который устанавливается на трубопроводе перед РОУ.

 4. Контроль расхода конденсата: Первичный преобразователь это камерная диафрагма типа «ДК6-90» (поз. 4-1), которая работает вместе с дифманометром - расходомерам типа «ДМЭР-М» (поз. 4-2). Это дифманометр имеет стандартный выходной сигнал от 0 до 5мА. Регистрация ведется с помощью вторичного регистрирующего

 прибора типа «Диск250-1121» (поз. 4-3).

5. Регулирование температуры редуцированного пара (200*С): Оно введется аналогично регулированию давления. Отличия заключаются в том, что в качестве первичного преобразователя используется термоэлектрический преобразователь типа « ТХК-1172(П), гр. ХК(L)» (поз. 5-1). Т.к. выход у него не является стандартным, то надо использовать нормирующий преобразователь типа «Ш-79» (поз. 5-2), который преобразует нестандартный сигнал термопары в стандартный от 0 до 5 мА. Для того, чтобы улучшить динамические характеристики системы следует вводить коррекцию. Она вводится с помощью блока динамических преобразований типа «Д05,3» (поз.5-5).

 6. Выбор щита.

Щиты систем автоматизации предназначены для размещения на них приборов КИПиА, сигнальных устройств, аппаратуры управления, регулирования, защиты, блокировки (кнопки, тумблеры, регуляторы, лампы, световые табло) и т.д. и линий связи между ними (электрическая или трубная коммутация).

Щит выполняет функцию поста управления и является связующим звеном между объектом управления и оператором.

Так как количество средств автоматизации относительно не велико, то для данного проекта предпочтильней выбрать щит шкафного типа.

В связи с тем, что любое производство связано с запыленностью в цехах, то выбор щита шкафного типа лишний раз оправдывает себя, потому, что во время эксплуатации он закрывается со всех сторон. Чем защищает средства автоматизации от попадания на них большого количества пыли.

При выборе исполнения щитов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

1. Шкафные (защищенные) щиты предназначены для стационарных установок АСУТП, расположенных в производственных помещениях с нормальными условиями работы.

2. Щиты для установок в специальных помещениях (взрыво - и пожароопасных).

3. Панельные (открытые) щиты предназначены для стационарных установок в специальных щитовых помещениях (операторских, диспетчерских и т.д.), в которые имеет доступ персонал, обслуживающий АСУТП.

Для данного курсового проекта можно использовать щит типа ЩПК-800. Это щит панельный с каркасом, а 800 - ширина передней панели в миллиметрах. Исходя из того, что в данном курсовом проекте 5 вторичных электрических приборов и два регулятора, с размерами 320 на 320мм. и 60 на 160мм., используем среднюю ширину передней панели - 800 мм (можно 600, 800, 1000 мм). Панельный щит в данном курсовом проекте используется из-за следующих преимуществ конструкции щита, а именно:

1. Обеспечивается возможность поставки на монтажную площадку в комплекте с установленными приборами и аппаратурой;

2. Эффективно используется объем щита за счет установки аппаратуры и проводок в различных зонах на глубине и ширине щита;

3. Каркас щита включает в себя конструктивные элементы, предназначенные для прокладки и ввода внешних электрических и трубных проводок.

4. При частичном изменении технологического процесса и, соответственно, схемы автоматизации приборные панели каркасного щита могут быть заменены без необходимости демонтажа.