Автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса питательной воды теплоэнергоцентрали

Введение

Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

    На обессоливающей установк№2 теплоэнергоцентрали рабочий раствор аммиака подается в ручном режиме в трубопровод после  насосов обессоленной воды.

    Аммиак является  летучей щелочью, быстро распределяется  по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

         Для поддержания в питательной  воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3.

         Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит добиться протекания технологического процесса без нарушения его технологических параметров.

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

• обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

• внедрение программно настраиваемых алгоритмов пуска и останова насосов подачи аммиака с заданной скоростью;

• сокращение затрат на ремонт и замену оборудования связанного с нарушением кислотно-щелочного баланса за счет устранения нарушения параметров технологического процесса;

• развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления регулированием кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

• сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

• произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды подаваемой в котельный цех, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

 

1 Анализ объекта  и обоснование необходимости

разработки АСУТП

1.1 Описание  объекта автоматизации

 

    Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

    На ОУ-2 рабочий  раствор аммиака подается автоматически  в трубопровод ХОбВ после  насосов обессоленной воды.

    Аммиак является  летучей щелочью, быстро распределяется  по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

              Свободная углекислота связывается  с NH3  по следующей реакции:

 

                          NH3 + CO2  +  H2O _Ò NH4HCO3  (бикарбонат)

                          2NH3 +  CO2  +  H2O Ò (NH4 )2 CO3  (карбонат)

 

    Когда вода, обработанная аммиаком, попадает в котел бикарбонат и карбонат аммония разлагаются на NH3 , CO2 , переходят из воды в пар и вместе с ним удаляются из котла, не накапливаясь в котловой воде. В перегретом паре и NH3   и   СО2   существуют не взаимодействуя между собой. При охлаждении  и конденсации пара  происходит распределение аммиака и углекислоты между паровой и жидкой фазами.

         Аммиак находится в жидкой  фазе, в результате чего рН воды повышается. Независимо от того, в какую точку основного цикла начали вводить аммиак, вследствие его летучих свойств по истечении 1-2 часов он распространяется по всему пароводяному тракту. Благодаря этому углекислотная коррозия углеродистых сталей устраняется или скорость ее существенно снижается.

         Для поддержания  в питательной воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3. Технологическая схема дозирования аммиака представлена на рисунке 1.2.

             

Рисунок 1.1-  Технологическая схема дозирования аммиака

      Из бака крепкого аммиака (БКА) нужное количество, насосом перекачки аммиака(НПА), перекачивается в любой из баков рабочего раствора аммиака (БРРА), затем  разбавляется химически обессоленной водой до концентрации 0,1% - 1,0%, перемешивается циркуляционным насосом аммиака (ЦНА) и циркулирует от ОУ-2  до НДА  № 1,2,3,  находящихся  в КТЦ под  ПЭН  № 12 и НДА  № 4 под ПЭН  № 15.

        В  аварийных случаях,  раствор аммиака  может дозироваться в трубопроводы  ХОБВ  № 1,2,3, в здании ОУ-2, насосами- дозаторами НДА  № 4а или НДА  № 5а.

       В данный момент времени процесс регулирования кислотно-щелочного баланса воды происходит с непосредственным участием работников химического цеха ТЭЦ. Лаборанты берут пробу воды из отборочных ячеек,производят измерение в воде показателя кислотно-щелочного баланса и по полученным данным принимают решение о пуске-останове насосов дозаторов аммиака.

1.2 Варианты совершенствования  технологического процесса

       Наибольшее влияние на технологический процесс теплоэнергостанции окзывает кислотно-щелочной баланс питательной воды. Не соблюдение установленного регламентом показателя кислотно-щелочного баланса может привести к нарушению технологического процесса, а также к материальным затратам на востановление оборудования.

Кроме того, поддержание показателя кислотно-щелочного баланса связано с расходом аммиака, что является одной из значимых статей затрат для данного производства и потому нуждается в эффективном регулировании.

Таким образом, одним из вариантов совершенствования  технологического процесса, рассматриваемым в данном курсовом проекте, является внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды подаваемой в котельный цех теплоэнергоцентрали для дальнейшего производственного процесса.

Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит реализовать регламентированный технологический процесс.

Для выполнения указанной разработки в рамках курсового проекта предлагается:

• установить в проточную ячейку pH-метр с проточным датчиком с унифицированным выходным сигналом и обеспечить прием данных от него;

• для защиты датчика от возможного повышения давления, контролируемой среды, установить фильтродросселирующее устройство;

• произвести включение/выключение насосов дозаторов№1,2,3,4,5 в автоматическом режиме;

• организовать дистанционное задание оператором уставки по кислотно-щелочному балансу в питательной воде;

• обеспечить мониторинг и автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону в соответствии с уставкой путем изменения расхода аммиака;

• реализовать удаленное автоматическое управление запорной арматурой на трубопроводах подачи аммиака;

• обеспечить мониторинг технологических параметров и управление процессом средствами системы диспетчерского управления и контроля на основе SCADA.

 

1.3 Техническое  задание на разработку АСУТП

1.3.1 Цели автоматизации и требования  к функциям, выполняемым

системой

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

• обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

• внедрение программно настраиваемых алгоритмов включения и выключения насосов дозаторов с заданной скоростью;

• сокращение затрат на ремонт оборудования за счёт устранения нарушения кислотно-щелочного баланса воды;

• развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления насосами дозаторами аммиака в части регулирования кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Автоматизированная система должна обеспечивать выполнение следующих функций:

• автоматическую обработку, регистрацию и архивирование поступающих значений технологического параметра кислотно-щелочного баланса воды;

• автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону на основании заданной оператором процесса уставки или по программному задатчику за счет изменения расхода аммиака регулирующим клапаном с электроприводом;

• автоматический контроль состояния процесса ‒ предупредительную сигнализацию при отклонении кислотно-щелочного баланса от номинального значения более чем на заданную величину;

• автоматическое управление запорной арматурой на линии подачи аммиака в соответствии с алгоритмом процесса;

• дистанционную передачу данных и команд (уставка по кислотно-щелочному балансу; данные команды управления электроприводом регулирующего клапана);

• представление информации о состоянии технологического процесса (индикация состояния насосов на трубопроводах подачи аммиака) и его параметрах (показатель кислотно-щелочного баланса воды) оператору диспетчерского пункта в удобном для восприятия и анализа виде на цветных графических операторских станциях в виде мнемосхемы процесса, анимации, графиков, гистограмм и др.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

• сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

• произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

 

1.3.2 Требования к параметрам технологического  процесса на

рассматриваемом участке

Поскольку в курсовом проекте разрабатывается система автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды, основными параметрами являются показатель кислотно-щелочного баланса и скорость вращения двигателя от которой непосредственно зависит подача аммиака. Приведем также значения технологических параметров процесса, не относящиеся к области ответственности проектируемой САР, но важные для протекания процесса.

Параметры технологического процесса по приготовлению и дозированию аммиака в питательный тракт представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры технологического процесса

Характеристика	Значение
Частота вращения, об/мин - циркуляционного насоса аммиака	2900
Мощность привода, кВт - циркуляционного насоса аммиака	7,5
Производительность, м3/час - циркуляционного насоса аммиака	20
Напор, м.в.ст. - циркуляционного насоса аммиака	30
Производительность, л/час - насос дозатор аммиака	1000