Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В теперішній час вода широко використовується в різних галузях промисловості як теплоносій, в тому числі і в тепловій енергетиці, але вона не може застосовуватися в теплоенергетичних установках без попередньої обробки, оскільки сучасні теплові електростанції (ТЕС) в енергетичному циклі використовують воду високої якості. Устаткування сучасних ТЕС експлуатується при високих теплових навантаженнях, що вимагає жорсткого обмеження товщини відкладень на поверхнях нагріву за умовами температурного режиму їх металу протягом робочої кампанії. Такі відкладення утворюються з домішок, що надходять в цикли електростанції, в тому числі і з додатковою водою, тому забезпечення високої якості водних теплоносіїв ТЕС є найважливішим завданням. Використання водного теплоносія високої якості спрощує також вирішення завдань отримання чистого пара, мінімізації швидкостей корозії конструктивних матеріалів котлів, турбін і устаткування конденсатно-живильного тракту.

При експлуатації теплосилового обладнання можуть відбутися небажані різні явища, які пов'язані з якістю води і пари. Перше явище призводить до виділення з води твердих речовин (відкладень), які осідають здебільшого на поверхні металу котла, турбіни, підігрівачів. Друге явище призводить до виділення зважених часток (шламу), які з плином часу можуть утворювати відкладення на поверхні розділу. Вода і пар при взаємодії з елементами конструкцій можуть частково розчиняти їх, а потім осаджувати продукти корозії. Крім того, існують хімічні з'єднання і гази, що містяться у воді в мікроконцентраціях і що надходять в контур ТЕС з водою первинного заповнення, а також у результаті внутріконтурного процеса корозії. Найбільш поширеними з них є розчинені у воді хлориди натрію і калію, сульфати і карбонати кальцію, магнію, кремнієва кислота, іони заліза, кисень, мастила, нафтопродукти та інші.

Таким чином, якість обробки води на ТЕС тісним чином пов'язана з надійністю і економічністю експлуатації сучасного високоінтенсивного котлотурбінного обладнання, з безпекою енергетичних установок.

1. Актуальність теми

Проблема автоматизації процесів хімічної очистки води на теплових електричних станціях (ТЕС) є актуальною внаслідок наступних обставин :

  1. Технологічний процес хімічної підготовки води в суттєвою мірою є визначальним для ефективної роботи основного устаткування теплоелектроцентралі (ТЕЦ) і тепломереж , що, зокрема, свідчить про високі соціальні значимості даного технологічного процесу. Якість хімічної підготовки води є одним з найбільш значущих чинників, безпосередньо формують основні характеристики систем електро– і теплопостачання населення і промислових підприємств.

  2. Обладнання підживлення тепломережі вельми громіздко, розосереджено на великій площі хімічного цеху і частково за його межами, що ускладнює організацію ефективного управління процесом вручну.

  3. Технологічний процес хімічної підготовки води відноситься до класу дискретно-безперервних процесів, а при великій протяжності транспортних потоків прийняття оперативних рішень без автоматизованого та раціонального розподілу інформації скрутно.

  4. Наявність потоків, що містять агресивні компоненти, вимагає безперервного контролю стану запірно-регулюючої арматури та трубопроводів.

Дана робота є актуальною, оскільки хімічне водоочищення широко використовуються на практиці, що стосується енергетичної промисловості, не тільки в ТЕС, а й в АЕС і, звичайно, оснащені відповідною автоматикою. На деяких ТЕС така система автоматичного регулювання (САР) відсутня, хоча процес хімічного очищення води проводиться, видає продукцію, але управляється вручну, операторами. Тому й виникла необхідність спроектувати і ввести в експлуатацію САР хімічного очищення води.

2. Аналіз об'єкта автоматизації

2.1 Технологічна схема об'єкта

Хімічне водоочищення – складний процес, який представляє сукупність наступних процесів: підігріву вихідної води; освітлювання, отриманої води; механічне очищення, яке здійснюється за допомогою механічних фільтрів; хімічне очищення, яке представляє собою іонний обмін; процес деаерації (позбавлення від молекул повітря). Саме послідовність цих процесів в умовах автоматизації представлена на рисунку 1 .

Рисунок 1 – Технологічна схема процесу хімводоочищення
(анімація: 5 кадрів, інтервал 500мс, 96 кілобайтів)

На рисунку 1 позначені: 1 – регулятор продуктивності установки (витрати сирої води); 2, 4 – регулюючі клапани; 3 – підігрівач сирої води; 5 – регулятор температури; 6 – освітлювач; 7 – накопичувальний бак; 8 – насос; 9 – механічний фільтр; 10 – знесолюючих установка; 11 – фільтри хімічного пом'якшення; 12, 14 – деаератори (установки для видалення кисню); 13, 15 – поживний і підживлюючий насоси.

2.2 Принцип роботи системи

Вода подається на власні потреби ТЕС, в тому числі для приготування додаткової води на химводоочистку. Одним з основних факторів, що сприяє підвищенню ефективності процесів осадження, є підігрів води. Вихідна вода надходить у пароподогревателі, куди подається і пар. Оскільки температура, до якої необхідно нагріти вихідну воду задана (30ºС), то надходження пара буде здійснюватися при постійному тиску, а нагрів відбуватиметься за рахунок зміни витрати пара. На виході з пароподогревателя отримуємо воду із заданою температурою, яка надходить в освітлювач, де і відбувається початковий етап очищення води.

Початковий етап очищення води – передочистка – необхідний для поліпшення техніко-економічних показників подальших етапів очищення води, а також тому, що за відсутності попередньої очистки застосування багатьох методів на наступних ступенях очищення зустрічає значні труднощі.

Наявність різних домішок в початковій воді є причиною приготування води для підживлення та заповнення контурів в кілька стадій. Спочатку з води віддаляються грубодисперсні і колоїдні частинки методом осадження, до якого відносять процеси коагуляції та вапнування, що проводяться в освітлювачі.

Вихідна вода надходить через розподільчий пристрій в воздухоотделітель, звідти по відвідної лінії через регулюючий сопло направляється в змішувальну частину нижнього конуса освітлювача. Сюди ж подається вапняне молоко і розчин коагулянту. Перемішування води і реагентів забезпечується за рахунок тангенціального підведення води в конічну частину корпусу. Регулює сопло дозволяє міняти швидкість надходження води в змішувальну частину корпусу. У міру підйому оброблюваної води в освітлювачі обертальний рух гаситься завдяки наявності вертикальних заспокійливих перегородок і змішувальної решітки. У результаті взаємодії введених реагентів з оброблюваної водою виділяється осад (шлам). Оброблена вода, пройшовши верхню розподільну решітку, через збірний короб виводиться з освітлювача в проміжний бак. Виділившийся в шламонакопичувачі осад частково ущільнюється і дренується за допомогою продувочной води. Продування шламоуплотнітеля здійснюється безперервно. Пісок, що накопичується в конусі днища освітлювача, періодично видаляється через дренаж освітлювача.

Після введення в природну воду певної дози коагулянту спочатку відбувається помутніння води, потім з плином часу утворюються пухкі видимі оком пластівці, що осідають вниз і захоплюють за собою грубодисперсні домішки. При цьому спостерігається збільшення прозорості початкової води.

В якості коагулянту використовується закисное сірчанокисле залізо (залізний купорос). Обробка води гашеним вапном, гидрооксидом кальцію, називається вапнуванням. Основне призначення вапнування – зниження бикарбонатной лужності води. Одночасно з цим зменшуються жорсткість, солевміст, концентрації грубодісперстних домішок, сполук заліза та кремнієвої кислоти. Підвищення рН води з метою зниження бикарбонатной лужності проводиться гашеним вапном, яке подається у воду у вигляді суспензії (вапняного молока).

Таким чином , як видно з процесу освітлення, стає очевидним, що необхідно регулювати кількість води, яка подається в освітлювач, кількість коагулята і кількість лугу. За технологією освітлювання спочатку необхідно у воду, завантажену в освітлювач, подавати розчин лугу і через хвилин 5 подавати розчин коагулянту. Основним завданням у освітлювачі є отримання заданого pH-параметра.

Пройшовши освітлювач, вода надходить в проміжний бак, основним завданням якого є регулювання продуктивності системи. Це здійснюється за рахунок зміни рівня води в баку освітленої води. Таким чином, на цьому етапі необхідно підтримувати заданий рівень води в баку.

З проміжних баків (БОВ) пом'якшена вода насосами подається для подальшого очищення на механічні фільтри. Освітлення води при пропуску через механічні фільтри відбувається в результаті прилипання до частинок зернисто завантаженного фільтра грубодисперсних домішок вихідної води під дією молекулярних сил тяжіння. Інтенсивність прилипання тим більше, чим менше агресивна стійкість частинок. Остання знижується в результаті попередньої обробки води коагулянтом. Утворені при цьому пластівці легко прилипають до зернистого завантаження, і досягається високий ефект освітлення при порівняно великій швидкості фільтрування. В теперешній час механічні фільтри завантажують титанової крихтою.

Вода, що пройшла передочистку, практично не містить в собі грубодісперстних домішок в значній мірі звільнена від колоїдних. Таким чином, отримана вода повинна характеризуватися наступними параметрами:

3. Задачі та цілі дослідження

Виходячи зі сказаного вище, для постановки загальной задачі необхідно застосувати декомпозицію системи на три підсистеми, оскільки рішення задачі хімічної водоочистки не вирішується дослідженням, контролем та управлінням одного процесу. Таким чином, явно виділяються 3 підсистеми:

  1. Підігрівач води;
  2. Освітлювач;
  3. Накопичувальний бак.

Ясно, що завданням управління підігрівача є розробка системи автоматичного моніторингу за нагріванням вихідної води, яка надходить в теплообмінник. Необхідно забезпечувати нагрівання води до оптимального рівня, значення якого для розглянутого технологічного процесу, визначеного на основі проведених досліджень і досвіді експлуатації теплообмінника в процесі хімічної водоочистки і становить 30ºС.

Завданням управління освітлювача є розробка системи стабілізації pH-параметра, який оцінюється на виході з освітлювача. Оптимальне значення має відповідати 10,0 для розглянутого процесу, що було визначено в результаті дослідження.

Завданням управління витратою вихідної води, буде підтримка води в проміжному баку на необхідному рівні з можливим відхиленням 20 – 30 % від діапазону, що буде характеризувати продуктивність системи.

Виходячи з перерахованих вище задач, ясно, що мета управління процесом предочистки взагалі полягає в тому, щоб забезпечити її належну продуктивність при необхідної температури води і значенням pH-параметра. Досягнення цієї мети може здійснюватися вручну, напівавтоматично або автоматично. У кожному разі, головною задачею управління є отримання необхідної продуктивності, а підлеглою задачею є досягнення необхідної температури на виході з підігрівача і pH-параметра на виході з освітлювача.

Відповідно до поставленої в проекті мети слід автоматизувати процес підтримки необхідної температури на виході з пароподогревателя, pH-параметра на виході з освітлювача і витрати води в пароподогреватель, на що впливатиме рівень води в проміжному баку.

Метою даної роботи є підвищення продуктивності хімводоочищення та поліпшення показників якості отриманої води за рахунок впровадження нової системи автоматизованого управління.

4. Проектування системи автоматичного керування

4.1 Огляд і аналіз відомих рішень

У даному розділі проведемо дослідження вже існуючих автоматизованих об'єктів, розглянемо їх будову з точки зору технологічних пристроїв, а так само виявимо недоліки і переваги. Управління технологічними процесам хімічного очищення води Новогорьковський ТЕС здійснюється АСУ ТП на базі мікропроцесорної техніки Siemens. Контролер SIMATIC 417-4H є старшим в лінійці дубльованих контролерів SIEMENS, тобто володіє максимальними ресурсами (обчислювальною потужністю, пам'яттю та інші). Зокрема, робоча пам'ять контролера останній версії FirmWare становить 30 Мб. Проте програмна підтримка операційної системи контролера помітно відстає, наприклад, у вказаному контролері зберігається обмеження в 8191 блоків даних. Звичний сервіс, що забезпечує налагоджувальні симуляції входів/виходів і покрокове відображення процесів промивання і регенерації блоків фільтрів ХВО, вивів проект за обмеження по DB. Довелося частково жертвувати зручністю і реконструювати програму, щоб уміститися в рамки обмежень процесора. Таким чином, при фактичному використанні менш 10% робочої пам'яті контролера допустима кількість блоків даних вже виявляється вичерпаною.

Характеристики системи автоматизації:

Нижній рівень:

Розглянута автоматизована система має низку переваг, але головним недоліком є, те що вона розрахована на більші розміри, ніж вимагає система, яка нами розробляється. В системі застосовується ПЛК Siemens, що накладає значні матеріальні розтрати.

4.2 Обгрунтування прийнятого напрямку

Для досягнення поставленої мети необхідно спроектувати систему автоматизації, яка буде отримувати всю необхідну інформацію про параметри системи, які характеризують і впливають на її роботу.

Основною задачею САУ – підвищення продуктивності за рахунок зміни рівня води в проміжному баку. Другорядними завданнями є підігрів води до заданого значення температури і підтримка значення pH-параметра при непостійному водоспоживання.

Вимірювання поточного значення температури проводиться за допомогою датчиків температури, значення pH-параметра – за допомогою pH-метра, значення витрати – за допомогою витратоміра. Обробка даних та видача сигналів управління на вентилі буде проводитися за допомогою програмованого логічного контролера (ПЛК).

Аналогічно будуть контролюватися рівень конденсату в пароподогревателі; температура пара, вихідної води та води в освітлювачі; витрата води та хімічних реагентів, а також тиск в баках. Для цього будуть встановлені наступні вимірювальні датчики: