Автоматизація процесів у котельних установках
Автоматизація виробничих процесів створює певнітехніко-економічні переваги у всіх галузях сучасного господарства України.
Впершу чергу змінюється характер і умови праці на виробництві. Скорочуються домінімуму трудові затрати, понижується психологічне навантаження працівника, найого долю залишаються лише функції по перенастроювані автоматичних систем нанові режими та участь в ремонтно-налагоджувальних роботах. Зменшується числообслуговуючого персоналу і затрати на його утримання.
Важливепитання автоматизації – встановлення її раціонального рівня та об’єму, якийповинен бути економічно обґрунтований, і визначення методів та засобівавтоматизації.
Впровадженняавтоматизації приносить значний економічний ефект за рахунок заощадженняенергетичних ресурсів, збільшення виробничих потужностей, підвищення якостіпродукції.
Головнимелементом в структурі систем теплопостачання являється споживач, на задоволенняпотреб якого і направлене функціонування систем теплозабезпечення.
Основниминапрямками автоматизації систем теплопостачання є забезпечення: теплового тасанітарно-гігієнічного комфорту споживача; підтримання заданих гідравлічнихрежимів у різних ділянках системи, які включають захист від аварійних ситуацій;економію палива, тепла і електричної енергії; ефективності, надійності таякості роботи основного обладнання системи.
Системитеплопостачання являються найбільшими споживачами палива в народномугосподарстві України. Кожного року на теплопостачання витрачаються тисячі тонпалива. У зв’язку з цим здійснюються міроприємства, які дозволять економитиенергоносії. В основу цих міроприємств входять питання оптимізації процесуспалювання палива, покрашення ізоляції теплотрас, своєчасне подання інформаціїпро вихід з ладу ділянок теплотрас, мінімізація втрат тепла на теплообміннихстанціях, зменшення перегріву приміщень, які опалюються. Всі вище перерахованіпитання можливо впровадити при використанні сучасних систем автоматичногорегулювання, вимірювання та захисту.
Важливоюособливістю систем теплопостачання являється велика їх довжина, що потребуєвикористання систем телемеханіки та диспетчеризації. Сучасний рівеньдиспетчеризації неможливо уявити без широкого застосування мережі потужноїобчислювальної техніки, у яку надходила б не тільки оперативна інформація, алей інформація про хід процесу за певний проміжок часу.
Необізнаністьз можливостями автоматизації інженера-теплотехніка, як замовника системи, вбільшості випадків є причиною складання некоректного або нераціональногозавдання на розробку систем автоматизації.
Втаких випадках навіть висококваліфікованими розробниками систем автоматизаціїстворюються недосконалі, неоптимальні, а часом і морально застарілі системиавтоматизації. При значних матеріальних і фінансових затратах замовник неотримує належного економічного ефекту.
Створення оптимальної системи автоматизаціївідбувається тільки при тісній взаємодії та взаємопорозумінні замовника тарозробника і передбачає не пряме впровадження методів та засобів автоматики втой чи інший процес та механізм, а їх тонке переплітання, в окремих випадках зізаміною традиційних технологій та пошуком нових методів та засобівавтоматизації.
З метою автоматизації технологічних процесів,що відбуваються в котельних установках, на виробничому підприємстві «ТЕПЛОЕНЕРГО»(м. Полтава) застосовується автоматичний блок керування технологічними процесамиБАУ-ТП-1 «Альфа», який адаптується до виконання поставленої задачі не змінюючипри цьому електричної схеми і конструкції самого пристрою.
Цей блокпризначений для автоматичного керування тепловою установкою, що працює нагазоподібному або рідкому паливі.
Комплекторієнтований на парові (продуктивністю до 2,5 т/год) і водогрійні (потужністюдо 3,15 МВт) котли, пальники хлібопекарських печей, печей випалу і сушильнихкамер, пристрою розпалювання пальників великих промислових установок.
Керуючим блокомкомплекту є блок керування «Альфа». Блок являє собою мікроконтролер, що можелегко адаптуватися для виконання будь-якої задачі в режимі реального часу. Незмінюючи електричної схеми і конструкції пристрою, змінивши лише керуючупрограму, можна одержати новий алгоритм керування технологічним процесом.
Блок,призначений для керування процесами розпалювання і регулюваннятеплопродуктивності газових або рідинних пальників, забезпечує керуванняоб’єктом у повній відповідності з нормативними вимогами в обсягах, необхіднихдля найбільш ефективної і безпечної експлуатації устаткування. Забезпечуютьсяавтоматичне розпалювання, автоматичне регулювання з підтримкою необхіднихспіввідношень, у тому числі регулювання співвідношення «газ-повітря» поположенню або по тиску, контроль параметрів з аварійним відключенням у випадкувідхилень параметрів за встановлені межі.
Ублоці прийняті спеціальні міри, що забезпечують високу завадозахищеністьфункціонування в умовах промислових перешкод.
Блокдозволяє здійснювати самоконтроль справності, а також змінювати тимчасові,температурні уставки, робити інвертування входів і ін.
Блокможе виконувати наступні сервісні функції:
1)некомерційний розрахунок витрати газу, води (при наявності в системілічильників газу, води з вимірювальною частиною) – м3 і м3/год;
2)розрахунок теплопродуктивності – Гкал і Гкал/год;
3)питома витрата газу – м3/Гкал;
4)розрахунок ККД котла;
5)ведення журналу аварій: запам’ятовування аварійної ситуації з записом дати ічасу;
6)підтримка потужності котла в залежності від днів тижня і часу доби;
7)підтримка температури води в системі в залежності від температури зовнішньогоповітря.
Зв’язокна великі відстані здійснюється через модеми і телефонну лінію. При цьому накомп’ютер диспетчерського пункту з періодичністю встановлюваною диспетчеромпередається інформація про стан об’єкта, температур, тисків, витрат і т.д. Принаявності аварійної ситуації на об’єкті, блоки передають інформацію пронаявність аварії, найменування аварії, на якому блоці відбулася аварія.
Вентиляторстворює розрідження в герметичній камері згорання. Потім подається команда назапалювання пальника з допомогою подачі напруги через трансформатор запалюванняТр1 на електрод запалювання. В якості трансформатора запалювання можевикористовуватися, наприклад, індукційний трансформатор ИВН-ТР, який служитьдля запалювання палива між електродом і корпусом установки (зовнішній вигляднаведено на рис. 2).
Контрольполум’я пальника здійснюється за допомогою сигналізуючого фотодавача BS, який увипадку зникання полум’я або його передчасної появи видає дискретний абоаналоговий сигнал на блок керування, який в свою чергу подає команду нааварійне відключення котлоагрегату за допомогою перекривання клапана-відсікача,який припиняє подачу газу.
Такожнаявність чи відсутність полум’я можна контролювати, вимірявши температурувихідних газів (термометр опору ТС (Р6)).
Взалежності від температури води на вході в котел (вимірюється з допомогоюдавача температури ТЕ(Р11)) визначається співвідношення суміші «газ-повітря»,яке необхідно подати в камеру згорання, щоб забезпечити необхідну потужністьпальника для отримання необхідної температури на виході з котла. Співвідношеннясуміші «газ-повітря» підтримується за рахунок спеціальних регулюючих засувок,які регулюють витрату повітря та газу і приводиться в дію з допомогою двигунаМ, який в свою чергу отримує команди від блоку керування на основі даних віддавачів температури та внаслідок обробки алгоритмів, закладених умікроконтролер.
Такожаварійні відключення передбачені при:
– зниженнітиску газу перед клапаном-відсікачем (контролюється за допомогою давача-релеPSA(Р4));
– підвищеннятиску газа перед пальником, підвищенння тиску газу в топці котла (РІ(3)),
– підвищеннятемператури води на виході з котла (давачі температури ТЕ (Р1, Р7)),
– зниженнятиску повітря після регулюючої заслонки (манометр РІ(Р2) та електроконтактнийманометр PSA(Р8)),
– зниженнята підвищення тиску води на виході з котла (електроконтактний манометр PSA),
– порушеннятяги в димоході (тягонапоромір РІ(5)).
Давачіє невід’ємними елементами сучасного опалювального устаткування. Давач – цевимірювальний перетворювач, за допомогою якого можливо одержати інформацію пропроцеси, що відбуваються. Знання принципу роботи всіх давачів украй необхіднодля роботи сервісного інженера, оскільки практично будь-яка діагностика котлапочинається саме з перевірки стану і роботи цих елементів.
Давачі– це «нервові закінчення» сучасного котла, що забезпечують узгоджену роботурізних вузлів і складних механізмів опалювального устаткування. Крім цього,давачі допомагають електроніці котла вчасно розпізнати і запобігти аварійнимситуаціям для безпечної експлуатації устаткування. Завдяки давачам електронікакотла одержує необхідну інформацію для керування роботою устаткування іконтролю над усіма процесами, що відбуваються в цей час. Функціонально давачіможна розділити на три групи: запобіжні, вимірювальні і давачі режиму роботи.Розглянемо докладніше особливості кожної з цих груп.Запобіжні давачі.
Стежатьза тим, щоб вчасно відключити котел у випадках:
– перегрівутеплообмінника;
– поганоїтяги в димоході;
– низькоготиску в системі опалення;
– порушенняв системі димовидалення в турбокотлах;
– зниканнячи передчасна поява полум’я пальника.
Томузазначені давачі називають ще і давачами безпеки. До них можна віднести:термостати диму і перегріву, пресостат і реле тиску.
Відбуваютьсязахисні відключення за наступним алгоритмом. Відповідний регулятор по сигналупро зміну відповідного параметра з’єднує напірну імпульсну магістраль зіскидною магістраллю, призводячи тим самим до відсічки газу. Дзвінок Н інформуєоператора про відключення котла звуковим сигналом.
Термостати(рис. 3) працюють за принципом бітермічної пластини. При нагріваннітермостата вище заданої температури, його контакти розмикаються, що і єсигналом для електроніки. Датчик тиску в системі опалення (рис. 4) тежподає сигнал системі за допомогою розмикання своїх контактів. При зниженнітиску нижче рівня 0,5 бар, контакти реле розмикаються, і плата керування блокуєроботу котла для запобігання аварії. Давач тиску може мати нижню і верхнюграницю спрацьовування. Верхня границя необхідна для вимикання автоматичногопідживлення котла.
Релетиску, а також термостати диму і перегріву працюють за принципом: «нормальнозамкнуті»,тобто в нормальному режимі роботи контакти замкнуті. Пресостат (абодиференціальне реле тиску диму, далі ДРД) контролює роботу вентилятора котла,процес димовидалення.
Крімцього, пресостат дає дозвіл на роботу пальника. Цей давач являє собою плоскийкорпус, внутрішній об’єм якого розділений чуттєвою мембраною, до якоїприєднаний трьохконтактний мікроперемикач.
/>
Рис. 1.Пресостат (дифиренційне реле тиску диму ДРД)
Укорпусі пресостата на мембрану впливає, з одного боку, атмосферний тискповітря, а з іншого боку – тиск димових газів, що викидаються вентилятором. Такимчином, поєднуються два імпульси тиску (негативний і позитивний). Під часнормальної роботи пальника працює вентилятор, що створює тиск, впливаючи прицьому на мембрану, що переміщаючи, змінює стан мікроперемикача знормально-розімкнутого у стан нормально-замкнутого.
Уразі зникання або передчасної появи полум’я пальника команду на відключенняподає давач ФДА-03.
/>
Рис. 2.Пристрій контролю наявності полум’я ФДА-03
ФДА-03перетворюєвипромінювання ультрафіолетового спектра полум’я в аналоговий сигнал (4–20) мА.На давачі застосований напівпровідниковий світлоприймач, що працює в діапазоніультрафіолетового спектра, що дозволяє домогтися селективного контролю полум’яна багатогорілочних котлах, зустрічних пальниках. Термін служби в 10–30 разіввище чим в інфрачервоних світлоприймачів. Працює разом із контролерами.Вимірювальні давачі.
Доних відносяться давачі NTC (Negative Tempereche Sensor), що призначені длявимірювання температури теплоносія в контурах котла (рис. 7).
Принципроботи цих датчиків наступний: при зміні температури теплоносія міняєтьсятемпература датчика, при цьому його електричний опір назад пропорційний. Припідвищенні температури знижується опір, і навпаки, при зниженні температуриопір збільшується.
/>
Рис. 3. Занурювальний давачтемператури NTC
Повеличині опору мікропроцесор визначає температуру.
ДавачіNTC бувають двох видів: занурювальні (рис. 7), що безпосередньоконтактують з теплоносієм, і накладні, що кріпляться на мідну трубку (мал. 8).У занурювальних давачів інерційність менше, ніж у накладних, але вони більшепіддаються агресивному середовищу, що несприятливо впливає на їхнюпрацездатність.
/>
Рис. 4. Накладний давач температуриNTCДавачі режиму роботи котла
Цедавачі протоку, що встановлюються в двоконтурних котлах для визначення графікароботи в режимах опалення або постачання гарячої води.
Зазначені давачі можуть бути різної конструкції: герконові реле, давачі Холла,мікроперемикач на триходовому клапані. Розглянемо принцип роботи герконовогореле. Усередині цього реле знаходиться поплавець з магнітного матеріалу, щопіднімається нагору під впливом тиску потоку холодної води (більш 2,5 л/хв)або динамічному тиску (0,25 бар) і впливає своїм магнітним полем на геркон(мал. 9), що установлений зовні вузла. Контакти геркона замикаються. Прирозімкнутих контактах котел працює в режимі опалення, а при замкнутих – урежимі постачання гарячої води.
/>
Рис. 5.Герконове реле
Принципроботи мікроперемикача на триходовому клапані схожий із принципом роботигерконового реле. Контакти мікроперемикача замикаються під час пересуванняштока триходового клапана при протоці води в режимі постачання гапячої води.
Удеяких котлах як давачі потоку використовується турбінка, до якої підключенийдатчик Холла. За допомогою такого давача можна не тільки визначати наявністьпотоку, але і його величину, тобто швидкість обертання турбінки. Цей давачпрацює так: при обертанні магніту, що знаходиться в турбінці, виникає обертовемагнітне поле. Датчик Холла під впливом цього поля генерує електричні імпульси,що зчитуються електронною платою котла. По частоті цих імпульсів обчислюєтьсяшвидкість потоку води.
Плановевимкнення котла проводять за рахунок перекривання кранів перед регуляторомвитрати газу і пальником.
Література
1. Мухин О.А. – Автоматизациясистем теплогазоснабжения и вентиляции. – Мн.: «Высшая школа», 1986. – 304 с.
2. Мухин В. С, Саков И.А. Приборыконтроля и средства автоматики тепловых процессов. – Учебное пособие для СПТУ. –М.: Высш. шк., 1988. – 256 с.