Автоматизация котельной

расхода газа,  автоматический отсекатель на линий сброса природного газа в атмосферу и вспомогательные блокировочные клапаны.  Подача природного газа к пилотным горелкам осуществляется по отдельному отводу от коллектора, на котором установлен регулятор давления природного газа и вспомогательные блокировочные клапаны.

Закрытие основного блокировочного клапана и вспомогательных клапанов на линиях подачи природного газа к основным и пилотным горелкам осуществляется при:

минимальном и максимальном давлении природного газа, поступающего в топку котла;

1. минимальном и максимальном уровне в барабане котла;
2. погасании племени основной или пилотной горелки топки котла;
3. минимальном расходе воздуха, поступающего в топку котла;
4. максимальном давлении в камере сгорания парового котла.

При максимальном давлении природного газа, поступающего в топку котла, или минимальном давлении воздуха, поступающего на сгорание, автоматически открывается отсекатель на линии сброса природного газа в атмосферу.

При работе котла осуществляется взаимосвязанное регулирование расхода воздуха, природного газа, поступающих на горение в топку котла, давления пара в котле, с корректировкой по расходу пара, вырабатываемого в котле. Регулирование происходит за счет изменения подачи природного газа и воздуха в топку котла.

Поддержание оптимального водно-химического режима, обеспечивающего необходимое качество пара при различном качестве питательной воды, осуществляется изменением степени открытия регулирующего вентиля непрерывной продувки верхнего барабана котла.

Для обеспечения без накипного режима в водный объем котла предусмотрена подача раствора фосфатов. Во всасывающий коллектор питательных насосов на выходе из деаэратора подается раствор гидразина, ликвидирующий проскоки кислорода и этим ослабляющий накипеобразование.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Характеристика  технологического оборудования  производства перегретого водяного  пара

Котёл:

Вертикально-водотрубный, герметизированного типа, изготовлен из углеродистой стали. Производительность – 130 т/час. Давление 37-42 кгс/см². Температура пара - 400 °С. Вид топлива – природный газ. Основные габариты: 12900×6300мм; H=13900мм; V=55м³.

Деаэратор:

Представляет собой ёмкость  диаметром – 3000мм, длиной – 9000мм, объёмом  – 54 м³. Максимальная производительность – 160 т/час. Рабочее давление – 2,5-4 кгс/см². Температура 120 – 150 °С.

Вентилятор с  электродвигателем и паровой  турбиной:

Производительность – 145000 нм³/час. Напор – 750 мм в. ст. Мощность – 550 л.с.

Резервуар непрерывной  продувки:

Ёмкость диаметром – 1000 мм, высотой – 2500 мм, объёмом – 2,3 м³. Рабочее давление – 2,5 кгс/см². Температура 120 – 150 °С.

Резервуар периодической  продувки:

Ёмкость диаметром – 1300 мм, высотой – 3000 мм, объёмом – 4,25 м³. Рабочее давление – атмосферное. Температура 100 °С.

Сепаратор топливного газа:

Ёмкость диаметром – 1000 мм, высотой – 3000 мм, объёмом – 2,6 м³. Рабочее давление - 5 кгс/см². Температура 25 - 30 °С.

Теплообменник непрерывной  продувки:

Горизонтальный. Производительность – 372400 ккал/час. Охлаждение продувочной воды со 138 °С до 40 °С. Нагрев деминерализованной воды

с 30 °С до 32,5 °С. Основные габариты: 4200×600мм; H=1000мм.

Центробежный  насос подачи питательной воды в котёл:

Производительность – 166 м³/час. Напор – 582 мм в. ст. Давление нагнетания  57 – 65 кгс/см². Температура нагнетания 120 – 150 °С.

 

 

 

 

 

1.6. Анализ существующей  схемы автоматизации

 

Существующая система  автоматизации, разработанная более четверти века назад, на данное время не обеспечивает качественное регулирование вследствие ее износа. С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей котлов, сложности производства, применение такой системы автоматизации может привести к множеству аварийных ситуаций, возникающих при пуске котла, увеличению производственных травм.

Существующая система  автоматического управления реализована  на локальных одноконтурных системах регулирования. В качестве регулирующих устройств используются итальянские пневматические клапаны. АСУТП реализована на отечественных системах, функции АСУТП только информационные.

Приборы используют различную  градуировку шкал, и она не всегда даёт достаточную информацию, что  затрудняет работу оперативного персонала.

Существующая система  блокировок и защит достаточно эффективна, но приводит к немедленному останову и невозможности быстрого пуска.

Используется большое  количество ручного дистанционного управления.

Проблемы возникают с  устаревшими вторичными приборами КИП:

- низкие метрологические характеристики;

- истекший срок службы;

- пропадание несущего информационного сигнала;

- механический износ подвижных частей.

Существующая система  автоматизации не реализует функции  верхних уровней управления, слабо  используется многосвязное управление, что приводит к большому участию  оперативного персонала, склонному  к субъективным ошибкам. Не используются компенсации возмущений на входах и  выходах объектов регулирования.

Некоторые параметры контроля и регулирования, выбраны таким  образом, что не всегда обеспечивается качественное управление процессом. Это, прежде всего, объясняется недостаточным  уровнем технических средств  и построением системы управления на базе релейных схем.

Вследствие частых отказов  и нестабильной работы оборудования в последнее время часто возникает  потеря важных технологических и  технико-экономических показателей, снизилась надёжность системы управления, что в конечном итоге может  привести к несчастным случаям и авариям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Комплекс технических  средств АСУТП

2.1 Обоснование выбора комплекса технических средств

Современные системы в  химической промышленности, как правило, являются сложными системами. В сфере  промышленного производства в настоящее  время практический интерес представляют как локальные системы контроля, регулирования и управления, так  и автоматизированные системы управления технологическими процессами – АСУТП [2].

В дипломном проекте разработана структура комплекса технических средств автоматизации, структура КТС АСУТП представлена в виде плаката. Разработана трехуровневая структура КТС АСУТП, учитывающая специфику производства, а именно:

- производство не является пожаровзрывоопасным;

-производство не относится к вредным и не несёт за собой вред здоровью людей, обслуживающих данное производство;

- производство требует  при аварийном останове выполнения  алгоритма аварийного останова  участка, в частности, сброса природного газа в атмосферу.

Структура КТС АСУТП представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Описание схемы КТС АСУТП

 

Разберем подробнее структуру  КТС АСУТП. На нижнем уровне полевое оборудование, а именно датчики аналоговые с выходными сигналами на выходе 4-20мА в обычном исполнение, в качестве регулирующих органов выбраны клапаны отсечные и регулирующее-отсечные «ЛГ Автоматика» с электроприводом. На среднем уровне контроллер МФК 1500 фирмы TECON. На верхнем уровне инженерная станция и станция оператора-технолога на базе ПЭВМ. Средний и верхний уровень связаны между собой посредством цеховой Ethernet.

В данном проекте правильный выбор датчиков обеспечивает качественный сбор информации  о текущем технологическом процессе, повышение качества и снижение  себестоимости выпускаемой продукции. Также оказывает влияние простота обслуживания, легкость монтажа и демонтажа, надежность и точность результатов.

Рассмотрим используемые в данном проекте датчики.

Измерение давления:

В качестве измерительных  приборов давления (0,005÷10 МПа) выбраны датчики измерения давления Метран 150CGR с выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА.

Измерение температуры:

Для измерения температуры  (0÷500 °C) использованы датчики ТСПУ Метран-276 с платиновым чувствительным элементом и выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА.

Измерение уровня:

Для измерения уровня (0÷2500 мм. в. ст.) в деаэраторе и верхнем барабане парового котла подходит датчик измерения уровня Метран 150 CD2   с выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА.

Измерение концентрации:

Для измерения концентрации О₂ (0 ÷ 21 об. %) в дымовых газах выбран  стационарный многокомпонентный газоанализатор промышленных выбросов АНКАТ-410-2 с выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА.

Измерение расхода:

Для измерения расхода (87 ÷ 43550 л/ч) используем отечественный датчик измерения расхода кориолисовый Метран 360 F300S с выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА.

Контроль  пламени горелок:

Для   контроля за пламенем основных и пилотных горелок выбран блок контроля пламени, преобразующий сигнал датчика ФД в дискретный сигнал при погасании пламени горелочного устройства БКП ФД.

 Все измерительные приборы имеют унифицированный выходной токовый сигнал 4÷20 мА, который непосредственно заводится в контроллер МФК 1500 для обработки показаний. Ввиду того, что производство не является пожаровзрывоопасным, все датчики выполнены в обычном исполнении.

Для данного технологического процесса предусмотрено три вида клапанов, а именно регулирующих, отсечных и регулирующе-отсечных.

Были применены малогабаритные (D_y  до 200 мм) клапаны производства «ЛГ автоматика» серий КМРО (клапаны малогабаритные регулирующее-отсечные), КМР (клапаны малогабаритные регулирующие)  и КМО (клапаны малогабаритные отсечные). Для вышеперечисленных клапанов научно-производственной фирмы "ЛГ автоматика" установлены электроприводы МЭПК 6300. Для запуска и остановки работы используются пускатели бесконтактные реверсивные ПБР-2М.01. Для запуска и остановки работы центробежного насоса используется электромагнитный открытый реверсивный пускатель ПМЛ 2501.

 

2.3. Контроллер МФК 1500

2.3.1. Общие сведения

 

      На российском  рынке широко распространены  контроллеры отечественного и  зарубежного производства. Они отличаются  различными исполнениями корпусов, количеством каналов ввода-вывода  информации, ценой, а также программным  обеспечением, необходимым для работы  контроллера.

      В представленном  проекте был выбран контроллер  МФК 1500 отечественного производителя, так как он отвечает всем требованиям данного технологического процесса, современен, прост в использовании, а его обслуживание обходится дешевле, поскольку завод изготовитель находится на территории России [4].

Многофункциональный программируемый  контроллер МФК1500 предназначен:

• для построения информационных систем объема от 100 до 1000 измерительных каналов в одном контроллере;

• для построения управляющих  и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего уровня сложности;

• для построения систем блокировок и противоаварийной защиты.

Контроллер может использоваться как в системах автономного управления, так и в составе распределенных АСУ ТП.

Конструкция контроллера основана на трех типоразмерах низкопрофильного шасси на 4, 8 и 16 посадочных мест для сменных модулей центрального процессора и УСО.

 

 

 

 

Рис. 2 Внешний вид контроллера МФК 1500

2.3.2 Основные особенности контроллера

 

• Возможность полного или частичного резервирования ресурсов контроллера, в том числе резервирование модулей ЦП, дублирование и резервирование модулей УСО в составе одного контроллера;

• Построение контроллера, в состав которого входят от одного до шестнадцати шасси; содержащего от одного до 63 модулей УСО с максимальным количеством 2016 дискретных входов или 1008 аналоговых входов);

• «Горячая» замена модулей;

•   Система «plug & play» модулей;

•  Отключение выходов в системах резервирования   и при   отказе модуля;

• Инициативный ввод сигналов и инициативные сообщения от модулей;

• Гарантированное время доставки инициативных сообщений любого модуля;

•  Развитая система диагностики;

•  Постоянный контроль и квитирование выполнения команд;

•  Дублированная системная шина;

•  Дублированная система питания контроллера;

•  Дублированные интерфейсы Ethernet 10/100 BASE-T;