Автоматизированное управление технологическими процессами функциональной группой перегрева пара пылеугольного барабанного парогенера

3 ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ  УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

 

Имеются три основные категории систем автоматизации [3,с.56]:

1) локальные системы автоматического контроля, регулирования и управления (ЛСАКРиУ);

2) централизованные системы автоматического контроля, регулирования и управления (ЦСАКРиУ);

3) автоматизированные системы управления  технологическими процессами (АСУ  ТП).

К ЛСАКРиУ, первой категории систем автоматизации, относят многочисленные локальные (местные) средства контроля и автоматизации (ЛСКиА), функционирующие без участия человека. Эти системы находят широкое, применение на хорошо изученных «простых» объектах автоматизации с числом измеряемых величии, не превышающих десятка, например, для котельных установок малой мощности, кондиционеров, холодильных агрегатов и других объектов. ЛСАКРиУ также являются нижним иерархическим уровнем АСУ ТП и осуществляют функции измерения, контроля и регулирования основных технологических параметров, характеризующих состояние технологического процесса.

Тенденция создания агрегатов большой мощности, проявляющаяся во многих отраслях народного хозяйства, сопровождается возрастанием требований к качеству ведения процесса. Следствием этих требований является необходимость наращивания числа контролируемых и регулируемых величии, влекущих за собой увеличение щитов автоматизации и вместе с ними определенные трудности для оператора по восприятию информации для качественного ведения процесса. Это противоречие устраняют посредством создания систем автоматизации второй категории — ЦСАКРиУ.

В ЦСАКРиУ, в отличие от ЛСАКРиУ, существенно увеличиваются степени автоматизации и централизации контроля и управления технологическими объектами, а также автоматизируются операции сравнения фактического состояния этих объектов с заданным и выдачи результатов такого сравнения оператору.

Выпускаемые в настоящее время средства централизованного  контроля и автоматизации (СЦКиА) позволяют создавать также ЦСАКРиУ на основе принципов АСУ ТП. Такими ЦСАКРиУ дополнительно реализуются новые функции, а именно: функции по вычислению комплексных показателей эффективности работы отдельных агрегатов и технико-экономических показателей всего технологического процесса, вычислению на этой основе оптимальных управляющих воздействий и реализации этих воздействий или в виде уставок локальных регуляторов, или в виде непосредственного воздействия на исполнительные устройства, или вручную оператором, управляющим технологическим процессом.

Как показывает практика использования  ЦСАКРиУ, для многих случаев управления технологическими объектами функций, реализуемых ЦСАКРиУ, оказывается недостаточно.

Непрерывное появление новых высокоинтенсивных  технологий, агрегатов и линий большой единичной мощности, отличающихся: сложностью управления, связанной с проведением процессов при критических значениях основных физико-химических параметров;               строгим соблюдением режимов пуска и останова; своевременной локализацией различных нарушений процессов — выдвигает повышенные требования к качеству управления объектами, в том числе к необходимости реализации управления на основе использования новых функций.

К таким функциям следует отнести  повышение уровня контроля качества путем не только увеличения числа  контролируемых величин, но и осуществления более точного и комплексного контроля, включая контроль сырья и промежуточных продуктов. Весьма важной функцией является оптимальное управление объектами на основе их математических моделей. Значительная стоимость и длительные сроки разработки таких моделей окупаются экономией за счет уменьшения потерь от неоптимального управления.

Приведенные повышенные требования к качеству управления, а также наличие прогресса  в области теории и техники  управления создали предпосылки  к использованию в отраслях народного хозяйства систем автоматизации третьей категории — АСУ ТП. В этих системах объединяются решения задач контроля и регулирования технологических процессов, выбора оптимальных режимов и алгоритмов управления.

Для данного  парогенератора используем систему  автоматизации третьей категории — АСУ ТП. Эта категория автоматизации является наиболее современной и применимой, за счет своей универсальности обеспечивает решение задач контроля и управления технологических процессов и параметров работы котлоагрегата наиболее эффективно. Применение АСУ ТП позволяет при понижении или повышении уровня в барабане регулировать на выходе из системы управления характеристику, которая обеспечивает оптимальную и надежную работу котла.

 

4 ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ  ПОДСИСТЕМ АСУТП

4.1 Контроль основных  параметров

Работа  котлоагрегата характеризуется стационарным режимом, который в свою очередь характеризуется постоянством во времени давления, температур, уровней, расходов и других показателей работы котлоагрегата. В работе котлоагрегата могут возникать различные нарушения стационарного режима. В этом случае материальный и энергетический баланс нарушается в результате различных внешних и внутренних воздействий. Так показателем материальною баланса является поддержание уровня в барабане, а показателем энергетического баланса - давление пара в котле.

С целью получения информации о  ходе технологического процесса предусматривается:

- индивидуальный  контроль минимального числа  наиболее важных технологических  параметров с помощью постоянно включенных показывающих или регистрирующих приборов;

- избирательный  контроль, а также множественный   контроль (контроль по вызову  на аналоговых и цифровых приборах, графическая регистрация на аналоговых приборов и т. п.).

Разрабатываемая автоматическая система предназначена  для поддержания заданного значения уровня воды в барабане котла. А задачей АСР является поддержание как минимум пяти регулирующих параметров: давление пара в котле, уровень воды в барабане, температуру перегретого пара за котлом, к.п.д. котлоагрегата и разряжение в топочной камере. Все эти параметры тесно связаны между собой и регулируются воздействием на подачу топлива, воздуха и на удаление продуктов сгорания.

   Наиболее  важным для АСР питания   является контроль уровня воды  в барабане котла. Существуют  два вида контроля: «постоянно»  и «по требованию». «Постоянно»:  подключаются датчики измеряемого  параметра к аналоговому или  к цифровому показывающему прибору  на одну точку измерения. «По  требованию»: подключается датчик  к прибору любого вида, при  помощи любого переключателя  [11, с.4].

4.2 Технологическая сигнализация

Технологическая сигнализация служит для оповещения оперативного персонала о недопустимых отклонениях режима работы или неисправности основного и вспомогательного оборудования, аппаратуры и приборов.

В качестве дополнительной информации предусматривается  световая и звуковая сигнализация технологических параметров, вышедших за пределы установленных значений, а также сигнализация состояния регулирующих и запорных органов и оборудования. Световая сигнализация является одной из форм множественного контроля и осуществляется на световых табло встроенных в мнемосхемы объекта, которая располагается на оперативном контуре блочного щита управления. Сигнализация для разрабатываемой АСР питания  включает автоматическую подачу светового электросигнала, формирующимся непосредственно датчиком, локальным аналого-дискретным преобразователем или ИВК при достижении ниже или выше его номинальной величины с использованием любого вида световой индикации.

Помимо  световой и звуковой сигнализации есть и ложная сигнализация, которая срабатывает при неточной или не достоверной сигнализации.

4.3 Определение достоверности  информации

С целью определения достоверности  функционирования информационных подсистем  предусматривается дополнительный контроль численных значений технологических  параметров. Проверка осуществляется сравнением с показателями дублирующих измерительных систем и приборов или со значениями параметров, полученными на основе косвенных вычислений с помощью информационно вычислительного комплекса.

4.4 Регистрация аварийных  положений

С целью  опыта эксплуатации ТЭС, выявления  экономического ущерба от аварий и  предупреждения ошибочных действий оперативного персонала предусматривается регистрация событий и технологических параметров в аварийных (предаварийных) режимах работы энергооборудования. В случае необходимости персоналу предоставляется информация для анализа причин возникновения и характера развития аварий. Для этого в памяти УВК хранится информация о событиях и значениях параметров в течении определенного времени Т от последнего опроса. В каждом новом цикле обновления данных стирается информация, вышедшая за пределы интервала Т, и вместо нее заносятся вновь полученные сведения. При этом обеспечивается регистрация: событий, численных значений важнейших технологических параметров, последовательности и времени срабатывания технологических защит, а также положений всех контролируемых регулирующих запорных органов на момент аварии.       

Для АСР питания  регистрация заключается в автоматической записи мгновенного значения параметра, его усреднение за заданный интервал времени, его отклонение от заданных значений. Хранение полученных параметров производится на  диаграммах аналоговых приборов или блоков.

4.5 Расчет технико-экономических  показателей

Расчет  технико-экономических показателей  осуществляется с целью сопоставления  достигнутых показателей качества с заданными критериями управления. Расчеты ведутся в темпе с технологическим процессом на основе непрерывной информации о технологических параметрах.

Вычисление  технико-экономических показателей  осуществляется в соответствии с  интервалом существующих форм отчетности: смена, сутки, месяц или год.

5 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ  ПОДСИСТЕМЫ АСУ ТП

5.1. Защита оборудования  от аварий

Основным  режимом работы ТЭС является режим  нормальной эксплуатации, при котором  управление основными агрегатами блока  осуществляется системой автоматичекого регулирования [3, с.248]. В процессе эксплуатации могут иметь место такие случаи, когда нормальная работа блока или некоторых его агрегатов нарушается. В зависимости от возникшего нарушения должны быть произведены переключения в тепловой схеме, включение резервного оборудования, отключение отдельных агрегатов и другие операции, предусматривающие повреждения оборудования. Возникает необходимость выполнения целого ряда операций по управлению оборудованием  с помощью автоматических устройств, действующих при нарушении режима работы или возникающих неисправностей технологического оборудования. Автоматическое управление в таких режимах осуществляется устройствами технологических защит и блокировок. По результатам воздействия на оборудование технологические защиты могут быть разделены на защиты, производящие останов агрегатов, защиты снижающие нагрузку соответствующих агрегатов, препятствующие возникновению аварийного режима. Устройства защит и блокировок включает в себя источники дискретной информации – сигнальные контакты приборов и датчиков, блокконтакты, контакты конечных выключателей и релейную логическую систему. При поступлении соответствующей информации от датчиков в реленую систему последняя выполняет заранее заданные логические операции и реализует требуемую программу управления оборудованием. Одним из наиболее важных требований к устройствам технологических защит и блокировок является обеспечение надежного действия при аварийных ситуациях. При этом надежность устройств определяется как числом отказов в своевременном срабатывании, так и количеством ложных срабатываний.     

Защита  вступает в действие в том случае, когда возможности автоматического  или дистанционного управления не действуют, а оператор не способен вовремя среагировать.

Примером  тепловых защит являются предохранительные  клапаны, действующие по принципу регуляторов давления прямого действия. Однако большинство современных защитных устройств, представляющих собой системы непрямого действия, включающие отдельные, связанные между собой элементы: датчики, снабженные электрическими контактами; усилительные устройства; промежуточные реле; устройства пуска и останова исполнительных механизмов.

Локальные защиты предотвращают развитие аварий без останова основных агрегатов.

Автоматические  защиты барабанных парогенераторов  включает в себя: защиты от повышения давления пара; защиты по уровню в барабане; защиты от потускнения и погасания факела; защиты от повышения и понижения температур перегрева первичного пара.

Рассмотрим  принцип действия защиты по уровню в барабане. Поскольку упуск уровня и перепитка в барабане относятся к самым тяжелым авариям на ТЭС, каждый парогенератор оснащен системой автоматической защиты от повышения или понижения уровня.

Понижение уровня на 100 - 120 мм ниже установленного предела вызывает останов парогенератора. Защита от превышения уровня сверх установки как правило имеет два предела срабатывания. При достижении перепитки до 100 мм происходит открытие запорных задвижек на линии аварийного слива воды из барабана. А при достижении перепитки уровня второй предельной отметки до 120 – 150 мм действие защитных устройств должно привести к останову парогенератора в той же последовательности, что и при упуске уровня.

В общих случаях сигнал на останов  парогенератора от одного из датчиков уровнемеров вызывает действие защиты лишь при наличии подтверждающего  сигнала от второго датчика. Вследствие, этого контакты датчиков в электрических  цепях первичных отключающих  реле соединяются по схеме «два из двух». Останов дутьевого вентилятора и отключение системы подачи топлива в топку по линиям блокировочных связей должны вызывать закрытие главной паровой задвижки. Далее предотвращение доступа пара в парогенератор из общей магистрали с одновременным открытием продувки пароперегревателя и закрытием запорного клапана на линии впрыска собственного конденсата и питательного запорного клапана для предотвращения доступа воды в пароохладитель и в парогенератор.

5.2 Статическая и динамическая  оптимизация систем управления

С целью достижения заданных критериев управления предусматривается  контроль и управление режимами работы оборудования [1,с.126].

Поддержание КПД брутто по котлу вблизи оптимального значения осуществляется путем сравнения  его текущего и расчетного значений.