Сигнализации и блокировки

8. Сигнализации и блокировки

Правильно построенные схемы обеспечивают четкую сигнализацию, способствуют предотвращению аварий и несчастных случаев. Схема сигнализации должна обеспечивать одновременную подачу светового и звукового сигналов, съем звукового сигнала, повторность срабатывания исполнительного устройства звуковой сигнализации после его отключения нажатием кнопочного выключателя; проверку исполнительного устройства сигнализаторов от одного кнопочного выключателя.

В проекте сигнализация осуществляется с помощью схемы импульсной сигнализации. Пусть, например, температура прямой воды стала выше допустимого значения, замыкается контакт РМТ-69, сигнал идет в схему сигнализации, которая собрана на блоках БАС, БПС. Из этой схемы выходит сигналы, которые идут на сигнализирующие устройства – лампа (мигающий свет) и динамик (звук). После того как оператор заметил неисправность, кнопкой «квитация» снимается сигнал, лампа горит ровным светом, звук выключается. После возвращения параметра в регламентные рамки лампа гаснет. Схема возвращается в исходное положение.

При достижении параметром крайних показаний срабатывает блокировка. Происходит это так: например давление в барабане котла превысило допустимое давление и дальнейшее повышение приведет к разрушению емкости. Блокировочные контакты источника питания «Метрана» замыкаются, сигнал идет в дополнительное реле МСБИ, где замыкаются более мощные, стойкие к высоким напряжениям контакты, сигнал от которых уходит на исполнительный механизм. Исполнительным механизмом может быть, например клапан или электрозадвижка. Электрозадвижка срабатывает, открывается проход избыточному давлению в атмосферу через глушитель. После приведения давления в рабочее состояние контакты в БПС размыкаются, задвижка закрывается, и весь процесс возвращается в первоначальный вид. В случае отказа всей системы сброса давления предусмотрен клапан ППК, который при определенном давлении открывается и также выбрасывает избыточное давление в атмосферу.

Блокировочные и сигнализационные позиции

Для безопасной и безаварийной работы котлов предусмотрено множество сигнализационных позиций и блокировочных систем. В этой дипломной работе указанны самые важные.

При выходе из строя дутьевого вентилятора, который нагнетает воздух в топку или понижении давления воздуха, срабатывает сигнализация «минимальное давление воздуха», подача топливного газа прекращается, схема переходит на аварийное состояние.

При повышении давления пара на выходе свыше 11 МПа срабатывает сигнализация «максимальное давление пара», свыше 12 МПа срабатывает блокировка, прикрывается два отсечных клапана на пути газа в топку.

При повышении уровня в барабане котла свыше 60% срабатывает сигнализация «превышение уровня в барабане котла», свыше 70% открывается отсечной клапан стравливающий уровень в бак-барбатер (на схеме не указан).

При превышении уровня в диаэраторе до 60% срабатывает сигнализация «превышение уровня в диаэраторе», а свыше 70% прекращается подача дем.воды с цеха очистки воды.

Так же на всех емкостях с большим давлением установлены спускные клапана, которые срабатывают при превышении максимального давления, пар идет на сброс в атмосферу через глушитель, предназначенный для снижения шума.

Блокировка питательного насоса

На отключение электродвигателя есть только одна "технологическая" блокировка - минимальное давление масла - 2,0 кгс/см².

Кроме блокировки по минимальному давлению масла существуют блокировки связанные с электрооборудованием:

- перегруз электродвигателя питательного насоса;

- низкое напряжение на электродвигатель питательного насоса.

Прекращение подачи природного газа

Прекращение подачи природного газа вызовет предварительное срабатывание сигнализации по падению давления газа, а при его дальнейшем снижении, к срабатыванию автоматической блокировки останова котлов.

Прекращение подачи электроэнергии

В случае выхода из строя системы электроснабжения котельной срабатывает сигнализация «падение напряжения», блокировочная схема автоматически выключает подачу газа перекрытием отсечных клапанов. Все остальные системы переключаются в аварийный режим по заранее заложенному алгоритму. При отказе автоматической блокировки котлов, турбогенератора, производится их останов ключом "Останов при аварии" с пультов управления котлами и турбогенератором.

9. Расчеты автоматических устройств

Расчет сужающего устройства

При выборе типа сужающего устройства обычно руководствуются правилами:

-    потери давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в определённой последовательности: труба Вентури, короткое сопло Вентури, сопло-диафрагма;

-    при прочих режимных условиях и одинаковых значениях m и Ар сопла позволяют измерять большие расходы потоков и обеспечивают более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмами, особенно при малых значениях т;

-    в процессе эксплуатации диафрагмы закрепляются в большей степени, чем сопла и изменяют коэффициенты расхода, а, следовательно, площади поперечного сечения измерительного трубопровода у диска и степень притупления остроты кромки;

При выполнение расчётов стандартных сужающих устройств, связанных изменением расхода потоков, решают четыре задачи.

1. Определение диаметра d₂₀ отверстие диафрагмы, сопла, сопла Вентури, если известны расходы потока, его физико-химические параметры и размеры цилиндрического участка трубопровода. В этом случае основанное уравнение расхода потока содержит три неизвестных а, е, d₂₀. Возможен путь последовательных приближений, при котором произвольное значение задаётся d, соответствующим какому либо стандартному значению т, определяют в первой приближении а, полотая ориентировочное значение е по отношению Дp/р. Исходя из первого приближения а, находим коэффициент m и по таблице коэффициентов расхода, например, для диафрагмы с угловым отбором перепада давления, определяют соответствующее значение d_y при определенном числе Рейнольдса обычно при (Re=1000000) после постановки d_y в управление расхода находят, а во втором приближении. Расчёт продолжают до тех пор, пока d₂₀ не будет отличаться более чем на 0,1% .

2. Определение диаметра d₂₀ отверстие сужающего устройства при свободном выборе предельного перепада давление Др_пр. Выбирает так, чтобы относительная площадь устройства m была невелика. При средних скоростях потоков измерительных трубопроводах 10-25м/с значения m должны соответствовать перепадом давления, лежащем в пределах 0,016-0,063 МПа.

Применение сужающего устройства с относительной m 0,35 связью следующими преимуществами уменьшается средняя квадратическая относительная погрешность при большей области измерения измеряемых расходов потока и влияние шероховатости измерительных трубопроводов до 300 мм; сокращается длина прямых измерительных установок трубопровода.

3 Определение перепада давления Др, создаваемого диафрагмой, соплом, соплом Вентури или трубой при определённом расходе потока для выбора необходимого манометра

4.Определения расхода потока по измеряемому перепаду давления на сужающем устройстве определяемого типа при известных конструктивных параметрах сужающего устройства измерительного трубопровода с учётом физико-химических показаний потока.

Исходные данные:

вещество – вода

абсолютное давление Р=3,5 кгс/см²

внутренний диаметр трубы Д_тр=50 мм

максимальный объемный расход Q_0max=20м³/ч

минимальный объемный расход Q_0min=10м³/ч

допустимая норма давления Р_n=1 кгс/см²

имеющийся прямой участок трубы перед диафрагмой

Температура t=10⁰С

Расчет:

Из таблицы определяются необходимые для расчета плотность и динамическая вязкость с=999,7 кг/м3, м=1,3077 .

Выбирается сужающее устройство – диафрагма.

Выбирается тип дифманометра – мембранный.

Определяется

максимальный массовый расход.

=20 · 999,7=19994 кг/ч

Из стандартного ряда чисел по максимальному расходу выбирается число большее заданного на 20-25% и принимается за максимальный расход при расчете

=25000 кг/ч

По одной из формул вычисляется число Рейнольдса, соответствующее максимальному расходу

Из графика определяется для каких модулей диафрагмы выполняется условие Re_min>Re_гр.

Из графика видно, что условие Re_min>Re_гр выполняется при m<0,31.

Определяется число mб для трех соседних ДР_H взятых из стандартного ряда чисел по одной из формул.

,

где  - кг/ч

Д_тр – мм, ДР_H– кгс/см2, с – кг/м2.

Расчет значений для различных перепадов давлений

 Таблица 2

ДРH, кгс/м2	6300	10000	16000
mб	0,344	0,253	0,200014
б	0,76	0,672	0,653
m	0,48	0,375	0,31
l1/Дтр	31	21	22,5
PH/ДP	48,5	60	66,5
Pn, кгс/м2	3055,5	6000	10640

Для вычисления значений mб по графику определяются величины m и б и заносятся в таблицу.

По значениям m из графика потеря давления от установки диафрагмы и заносятся в таблицу. Из расчетной таблицы видно, что наиболее целесообразным является период давления на дифманометре ДР_H=6300 кгс/м2, т.к. при этом располагаемый прямой участок трубопровода больше требуемого, потеря давления меньше допустимой и модуль близок к оптимальному.

Вычисляется диаметр отверстия диафрагмы:

Проводится проверка расчета по формуле:

Относительная погрешность при измерении расхода будет

Расчет выполнен верно, т.к. д=2,6% и это не превышает допустимые 5%.

Расчет регулирующего клапана

Исполнительный механизм должен отвечать требованиям, выявленным при анализе принятого закона регулирования или управления системы, а также требованиям, определяющим совместную работу с выбранным регулирующим органам, т.е. должен удовлетворять требованиям заданных динамических и статических характеристик исполнительного устройства. Выбор исполнительного механизма производится на стадии проектирования системы регулирования в соответствии с конкретными условиями его работы. При этом исполнительный механизм должен:

1) обеспечивать необходимую скорость регулирования, определяемую динамикой системы;

2) обеспечивать линейную ходовую характеристику (статическую), т.е. постоянство коэффициента передачи по мощности во всем диапазоне изменения регулируемой величины, при этом ИМ не будет искажать выбранного закона регулирования;

3) сохранять равенство между перемещением выходного элемента и рабочим ходом затвора регулирующего органа. Если это равенство не выполняется, необходимо подобрать механическую связь между исполнительным механизмом и регулирующим органом. При этом коэффициент передачи связи должен быть учтен (как и всякого звена, входящего в систему автоматического регулирования).

При выборе исполнительных механизмов, кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:

1)   желательно, чтобы виды энергии, создающей перестановочное усилие, и энергии командного сигнала от регулирующего блока системы были идентичны; в противном случае следует предусмотреть наличие соответствующих преобразователей;

2)   ИМ должны применяться с учетом окружающих условий и иметь соответствующее исполнение ( пыле-, брызго, - взрывозащищенное );

3)   ИМ должны отвечать требованиям по энергетическим, эксплуатационным и экономическим показателям, а также требованиям надежности, предъявляемым в зависимости от степени ответственности регулируемой величины;

4) наименее важным фактором при выборе исполнительного механизма является его масса и габаритные размеры, однако в отдельных случаях эти показатели также следует учитывать, если этого требует специфика его применения.

Цель расчета: определение условной пропускаемой способности ; определение диаметра условного прохода Д_у; выбор конкретного клапана.

Исходные данные:

вещество – вода

температура – 10⁰С

внутренний диаметр трубы Д_тр=50 мм

максимальный объемный расход Q_0max=20м³/ч

минимальный объемный расход Q_0min=10м³/ч

давление в начале участка трубы, на котором стоит регулирующий клапан P_H=3,5кгс/см2

давление в конце участка трубы P_К=2 кгс/см2

длина трубы L=20 м

Z=0, два вентиля, трубопровод прямой горизонтальный.

Расчет:

Находятся недостающие для расчета данные: плотность и динамическая вязкость: с=999,7 кг/м³; м=1,3077 сПз. Составляется схема трубопровода, на котором стоит регулирующий клапан

Рис.1 Отрезок трубопровода с регулирующим клапаном

Определяется число Рейнольдса (характеризует отношение сил инерции и сил вязкости) для максимального и минимального расходов

Определяется коэффициент трения для максимального и минимального расходов.

Определяются средние скорости потока для максимального и минимального расходов.

Определяются потери на трение при максимальном и минимальном расходах:

Определяются потери на местные сопротивления, для этого находятся коэффициенты сопротивления

о_вх - коэффициент сопротивления входа в трубу 0,5

о_вых - коэффициент сопротивления выхода 1

о_вент - коэффициент сопротивления вентиля 5

 

 

Определяются суммарные потери на трение и местные сопротивления

Определяется перепад давления на регулирующий орган при max и min расходах:

Определяется max и min пропускная способность регулирующего органа с учетом коэффициента запаса

Выбираются стандартные значения Д_у и .

Д_у=50 мм =63 м³/ч

Вычисляется число Re_max для Д_у.

.

По числу Re_maxнаходится поправка на вязкость Ш.

Ш=1.

Определяется пропускная способность с учетом влияния вязкости.

Определяется относительное положение затвора регулирующего органа при max и min расходах.

Клапан выбран верно, так как n_max<0,9; n_min>0,1.

Выбирается конкретный тип клапана, учитывая, что рабочее вещество (вода) – жидкость не агрессивная, t=10⁰C, выбираем клапан типа 25_ч32ННС.

Расчет устойчивости автоматического регулятора.

Для обеспечения нормального технологического режима производства пара высокого давления необходимо поддерживать постоянство температуры, при которой происходит нагрев воды. Это возможно осуществить изменением подачи пара, который предварительно проходит через барабан котла и затем поступает в змеевик топки.

В результате эксперимента получена кривая разгона барабана котла по каналу пар-температура.

Необходимо определить передаточную функцию объекта по каналу пар-температура, найти расширенную частотную характеристику и рассчитать оптимальную настройку ПИ-регулятора, построив переходный процесс в системе регулирования.

Рис. 2 Переходная характеристика регулирования расхода пара.

Ответ. В соответствие с методикой, изложенной выше, определяем передаточную функцию объекта. Предварительные расчеты дали следующие значения коэффициентов:

F,=10,36; a=E;

F,=34; a=F;

F,=5,l; a,=F.

Так как кривая разгона и её первая производная при t=0 равны нулю, то выбираем передаточную функцию с учётом транспортного запаздывания следующего вида:

Так как коэффициент усиления K объекта равен отношению выходной величины а и входной X в установившемся режиме, то

Транспортное запаздывание определяем из кривой разгона:

Пренебрегая коэффициентом F₃=5,l ввиду его малого влияния, получаем передаточную функцию объекта более простого вида:

Построенная по этой передаточной функции кривая разгона хорошо совпадает с экспериментальной кривой разгона. По передаточной функции объекта заменой с на ico определяем его амплитудно-фазовую характеристику по формуле:

Результаты расчета приведены в таблице:

Амплитудно-фазовая характеристика объекта

Таблица 3

щ	А(щ)	ц(щ)	щ	А(щ)	ц (щ)
мин-1	°С/(m/ч)	град	мин-1	°С/(m/ч)	град
0,06	13,65	40°33'	0,36	2,91	163°15'
0,12	11,02	70°59'	0,48	1,61	185°06'
0,18	7,80	108°32'	0,60	1,14	202°36'
0,24	5,52	131°28'	0,72	0,81	217°36'

Исходя из этих данных мы видим, что регулятор устойчив.