Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження, заплановані результати
- 3. Огляд досліджень та розробок
- 4. Поточні результати роботи
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Захист систем теплопостачання та устаткування теплових електростанцій від внутрішньої корозії протягом великого часу залишається однією з найактуальніших проблем сучасної теплоенергетики. Негативними результатами внутрішньої корозії є не тільки зменшення часу експлуатації обладнання теплових мереж, ТЕС і котелень, а й значно знижується потужність джерел тепло- та електроенергії, зростають економічні витрати на відновлення і ремонт устаткування. На даний час термічна деаерація води є основним засобом захисту від внутрішньої корозії котлів, мереж водопостачання і можливість зниження витрат на підсобні процеси і, перш за все, на дегазацію води, може стати основним джерелом для підвищення енергетичної продуктивності теплоенергетичного виробництва.
Час служби теплових мереж, які живляться недеаерованною водою, тобто водою, в якій присутні розчинені гази, в
1. Актуальність теми
Аналіз опублікованих даних показав, що втрати металу від корозії за весь час служби металевого обладнання становить близько 8% від початкової маси. Якщо брати до уваги високий рівень постачання теплоенергетики дорогим металевим обладнанням, то грунтуючись на цей показник можна легко уявити розміри збитку, який завдає корозія обладнанню.
Коррозіне пошкодження металу часто призводить до аварійних зупинок теплоенергетичного обладнання або зниження його потужності. Пошкодження нерідко лімітують вироблення електроенергії та відпуск теплоти споживачам пара з одночасним перепалом палива.
Наявність у системі ПНД (підігрівачі низького тиску) сприяє розвитку корозії, так як температура води після цих підігрівачів зростає на кілька десятків градусів. Відповідно до закону Вант-Гоффа підвищення температури на 10 °С прискорює протікання реакції в 2 рази і більше [1, стор.83]. На рис.1 представлена залежність швидкості корозії сталі від температури води, де 1 — водопровідна вода, 2 — Na-катіонована вода, 3 — хімічно обезсолена вода, 4 — H-Na-катіонована вода. Весь водний тракт піддається корозії при спільній дії кисню і вугільної кислоти. Вплив лужності води на швидкість корозії сталі показано на рис.2., Яке в свою чергу є чинником залежним від температури і тиску в деаераторі.
На ТЕС перед технікою протикорозійного захисту стоїть надзвичайно складне завдання щодо забезпечення безпечної роботи металу при високих значеннях температури і тиску. Конденсатно-поживний тракт сучасних ТЕС включає в себе значну кількість елементів обладнання, здатних піддаватися корозійних руйнувань під дією розчинених у воді кисню і вугільної кислоти.
Змінилися в нині економічні умови, у тому числі і різке зростання цін на паливно-енергетичні ресурси і брак коштів для заміни зношеного обладнання, зробили вельми актуальну проблему підвищення енергетичної та економічної ефективності технологічних процесів деаерації [1].
Неефективність методів регулювання процесів деаерації і нестабільність технологічних параметрів (ТП), недоліки в експлуатації і зустрічаються при проектуванні помилки, що не дозволяють організувати оптимальний режим роботи деаератора, часто призводять до серйозних порушень в роботі всієї установки і значно впливають на ефективність деаерації.
В даний час контроль ТП процесу деаерації не є достатньо досконалим, точним для забезпечення ефективного процесу дегазації. На якість деаерації можуть впливати різні фактори, такі як виникнення недогріву при якому продуктивність деаератора різко падає. Так само енергетична ефективність процесу деаерації дуже залежить від технологій та якості управління роботою деаератора, запобігання нестабільності технологічних параметрів.
Важливими умовами для забезпечення ефективного контролю процесу деаерації є правильна організація необхідних температурних режимів, оснащення деаераційних установок сучасним обладнанням контролю якості деаерації, застосування сучасних технологій управління і прогнозування ТП процесу деаерації.
Основними контрольованими параметрами процесу деаерації є рівень води, яка деаерується
Промислові контролери, як правило, є досить універсальними пристроями, так як вони призначені для вирішення великого кола завдань. У разі застосування одного з них для контролю процесу деаерації, буде задіяна всього лише частина його функціональних можливостей, що говорить про надмірності. Для програмування використовується спеціальна мова програмування Alfa, що значно ускладнює його налагодження та експлуатацію, так як для цього потрібно спеціально навчений персонал.
2. Мета і задачі дослідження, заплановані результати
Для того щоб підвищити енергетичну та економічну ефективність технологій термічної деаерації води необхідно прогнозувати процеси, що протікають в деаераторі, з можливістю подальшої їх оптимізації на основі оперативного контролю. Однак для досягнення певного економічного та енергетичного ефекту не достатньо проводити лише аналіз рівня допустимого вмісту кисню і діоксиду вугля у воді, як граничних значень ефективності обладнання.
Це можна здійснити за рахунок розробки системи контролю технологічних параметрів процесу деаерації та створення умов для її впровадження на ТЕС.
На сьогоднішній день якість води відстежується за допомогою кіслородомерів, для яких регульованими параметрами служать задані кінцеві показники ефективності деаерації: залишкові концентрації розчинених кисню і діоксиду вугля [2]. Похибка вимірювання складає ± (3мкг/дм 3 +4% від вимірюваної величини).
Тому, основною метою роботи є розробка системи контролю технологічних параметрів процесу деаерації, призначеної для контролю якості процесу деаерації, зокрема контролю концентрації кисню у воді. Система повинна мати простоту в експлуатації і налагодженні, надійність, мати необхідні метрологічні характеристики, а також мати малу вагу і габарити, які дозволять впровадити її в існуючу АСУТП (автоматичну систему управління технологічним процесом).
У процесі виконання магістерської роботи повинні бути вирішені наступні завдання:
- Визначити процентний вміст кисню в деаерірованной воді, за допомогою автоматизованої систему контролю технологічних параметрів процесу деаерації;
- Зробити вибір методів вимірювальних перетворень, на базі яких буде реалізований вимірювальний канал системи контролю;
- Розглянути існуючі прототип приладу для контролю якості процесу деаерації;
- Провести аналіз переваг і недоліків цих прототипів, і зробити висновки щодо удосконалення процесів вимірювання та обробки отриманих результатів;
- Розробити структурну схему вимірювального каналу системи контролю технологічних параметрів процесу деаерації;
- Оцінити метрологічні характеристики вимірювального каналу системи контролю;
- Запропонувати конструкцію системи контролю, що має можливість спрощеного налагодження, малу вагу і габарити для впровадження в АСУТП.
- Система для контролю технологічних параметрів в процесі деаерації повинна задовольняти наступним вимогам:
— Допустиме значення температури пари: 210;
— Діапазон вимірювального тиску, МПа: від 0 до 1
— Швидкість вимірювання, мс: 0,5;
— Напруга живлення, В: 5;
— Номінальна частота напруги живлення, Гц 400;
— Діапазон відхилення напруги живлення від номінального,% від −20 до +20;
— Похибка вимірювання тиску,%: 0,8;
— Похибка вимірювання рівня,%: 0,5;
— Похибка вимірювання температури,%: 0,1; - Система контролю технологічних параметрів в процесі деаерації повинна бути технологічною у виготовленні, і містити максимум стандартних і уніфікованих виробів.
Реалізація нових технологій контролю технологічних параметрів процесу деаерації передбачає глибоке і систематичне вивчення технологічного процесу деаерації, складання математичної моделі і алгоритму оптимізації, які дозволили б оцінити ступінь впливу кожного з параметрів, забезпечити повноту і однозначність опису його зв’язків. Головним достоїнством подібних технологій є надійне забезпечення нормативної якості деаерації при максимально можливій енергетичній ефективності реалізованих тепломассобменних процесів, можливість спростити налагодження і експлуатацію системи контролю ТП процесу деаерації.
Пропонована система підвищує якість дослідження процесу деаерації за рахунок більшої за точності у вимірюванні, відповідно зменшує економічні втрати за рахунок якості деаерації.
3. Огляд досліджень та розробок
Однією з провідних світових компаній є HydroGroup. Це зареєстрована торгова марка компанії Hydro-Elektrik GmbH. Вже десятиліття вона виступає в області очищення води та водопостачання.
Що стосується колишніх країн СНД, то результати пошуку систем контролю параметрів процесу деераціі дав такі результати:
На турбінному устаткуванні ТЕС найбільшого поширення набули наступні локальні технічні засоби автоматизації:
— комплекс регулюючих і функціональних блоків на мікроелектронної базі "Каскад-2" (АТВТ, м. Москва);
— агрегатований комплекс електричних засобів регулювання "АКЕСР-2" (ВАТ "ЗЕіМ", м. Чебоксари);
— апаратура регулювання та керування на мікропроцесорній базі "Протар" (АТВТ "МЗТА", м. Москва);
— контролер малоканальні багатофункціональний регулюючий мікропроцесорний Ремиконт Р-130.
Ця апаратура розрахована на вхідні сигнали
Для побудови типових схем АСР рівня в теплообмінниках, тиску пари в деаераторі і тиску пари на ущільнення турбіни застосовується апаратура серії "Каскад-2": регулюючий пристрій РП4-М1.
В якості допоміжних пристроїв у схемах АСР застосовуються відповідні номенклатурі регулюючої апаратури задатчики РЗД-12, ЗД-22, блоки ручного управління БУ22, БРУ-32, БРУ-42.
В якості вимірників рівня застосовуються перетворювачі тиску серії "Метран" (концерн "Метран") типу ДД — перепад тисків: "Метран-45-ДД" з верхніми межами вимірювань параметра
Регулятори тиску пари на ущільнення можуть комплектуватися перетворювачами тиску цього ж типу, а також датчиками тиску МТ100Р (ЗАТ "Манометр") з верхніми межами вимірювань
Результати пошуку досліджень на дану тематику такі:
Проведено фундаментальні дослідження в галузі вдосконалення способів процесу деаерації [3] [4], визначення граничної масообмінного та енергетичної ефективності термічних деаераторів [5], визначення теоретично необхідної витрати випарив термічних деаераторів [6]. Проте в результаті ці дослідження зводяться в основному до проектування нових конструктивних параметрів деаераційної установки. Практично не приділяється уваги можливості дистанційного контролю параметрів, що протікають при цьому технологічному процесі, за допомогою впровадження системи контролю технологічних параметрів процесу деаерації, вимірювання та оцінки якості процесу деаерації.
4. Поточні результати роботи
Для практичної реалізації нових технологій управління необхідне знання динамічних характеристик термічних деаераторів як об’єктів регулювання.
Динамічна характеристика відображає реакцію об’єкта управління в часі на регулюючий вплив. Для деаератора такі характеристики можуть бути представлені динамікою зміни в часі регульованого параметра (залишкової концентрації кисню) при зміні будь-якого регулюючого параметра (витрати випарив або гріючого агента, температури води, що подається на деаерацію або парціального тиску).
Сутність деаерації полягає в процесі встановлення рівноваги між рідкою і парогазовою фазами відповідно до закону Генрі, згідно з яким концентрація розчиненого газу пропорційна парціальному тиску цього газу над поверхнею рідини, а основною умовою видалення газу з води є зниження його парціального тиску над водою.
Закон Генрі справедливий саме для динамічної рівноваги системи. Знаючи концентрацію газу в рідині (концентрацію розчину), користуючись законом Генрі, можна визначити відповідний цієї концентрації рівноважний тиск газу над розчином.
Математичні моделі деаераторів являють собою залежність показників якості деаерації (залишкового вмісту кисню і діоксиду вугля) від основних керованих режимних факторів (витрати Gх.о.в, температури tх.о.в, лужності Щх.о.в вихідної хімічно очищеної води, а також від витрати Gг.а і температури tг.а гріючого агента — перегрітої води) та їх взаємодій. Нижче представлена математична модель процесу деаерації.
де ΔP — різниця між рівноважним тиском газу в рідині і парціальним тиском газу над рідиною; ΔS — поверхня контакту рідини і газу; ΔV — виділилися з рідини гази; ζ — час поділу газової і рідкої фазою.
Одним з ефективних методів деаерації води є термічна деаерація. Вона заснована на тому, що з підвищенням температури води (при постійному тиску) парціальний тиск водяної пари над рідиною збільшується, в інших газів (O2, CO2, NH3) — знижується, внаслідок чого зменшується їх розчинність у воді. Термічна деаерація являє собою дуже складний процес неізотермічної десорбції газу, який супроводжується конденсацією пару на поверхні рідкої фази.
Статика процесу десорбції грунтується на законах рівноваги між рідкою і газовою фазами. Під дерсобціей розуміється процес, при якому відбувається перехід розчиненого газу або одночасно декількох газів з рідини в дотичну з нею газову (парову) середу. До недавнього часу ставилося завдання про видалення з живильної води тільки розчиненого повітря, що містить кисень, звідки і пішла назва процесу — деаерація та апарату — деаератор.
У загальному випадку умови спільного існування фаз визначаються наявністю динамічної рівноваги між ними, підкоряється правилу фаз. Згідно з цим правилом при певних значеннях тиску і температури деякого складу однієї з фаз відповідає певний "рівноважний" складу другої фази. Якщо зміст якого-небудь компонента в газовій фазі вище рівноважного, то він переходить в рідку фазу, і навпаки. Стан динамічної рівноваги між фазами встановлюється при тривалому часу зіткнення фаз.
Розчинність кисню, азоту та вуглекислого газу у воді різна. Менша розчинність двохатомних газів (кисню та азоту) пояснюється тим, що ці гази при контакті з водою перебувають у вельми перегрітому стані. Велика (порівняно з O2 і N2) розчинність вуглекислого газу у воді обумовлюється його хімічним взаємодією з водою з утворенням вугільної кислоти H2CO3.
В умовах деаераційної установки розчини газів можуть вважатися нескінченно розведеними. У цьому випадку перехід того чи іншого компонента з рідкої фази в газову не залежить від наявності в розчині інших компонентів і визначається лише вмістом в розчині даного компонента. Для розчинів газів, критична температура яких нижче температури розчину, внаслідок чого вони можуть конденсуватися при цій температурі, застосуємо закон Рауля: рівноважний парціальний тиск компонента над розчином пропорційно його молярної частці і рідини, тобто
де ρк — тиск насиченої пари чистої речовини при даній температурі;
x — молярна частка компонента.
Якщо ж температура газу при розглянутих умовах вище критичної, то рівновага визначається законом Генрі:
де E — коефіцієнт Генрі, що має розмірність тиску.
При температурах до 100 °С коефіцієнт Генрі для розчинів газів у воді зростає з підвищенням температури, що призводить до зниження розчинності компонента. При температурах вище 100 ° С коефіцієнт Генрі знижується, що призводить до підвищення розчинності двохатомних газів у воді.
При термічній деаерації води повне виділення розчинених у ній газів неможливо. Виділення кожного газу відбувається лише до тих пір, поки його рівноважний парціальний тиск в рідкій фазі перевищує парціальний тиск цього газу над розчином, тобто в паровій фазі. Тому для глибокого деаерації води необхідно використовувати пар з можливо меншим вмістом видаляються з води компонентів повітря.
У деаераторах внаслідок обмеженості поверхні контакту фаз, а відповідно і часу зіткнення води з парою рівноважний стан, як правило, не досягається. До рівноважного стану можна тільки наблизитися шляхом збільшення поверхні зіткнення пари і деаеріруемой води або інтенсифікації масообміну.
Нові норми якості живильної води, встановлені ГОСТ та ПТЕ, передбачають необхідність глибокого видалення з неї поряд з киснем також вільної і "пов’язаної" двоокису кисню.
Неефективність методів регулювання процесів деаерації і нестабільність технологічних параметрів (ТП), недоліки в експлуатації і зустрічаються при проектуванні помилки, що не дозволяють організувати оптимальний режим роботи деаератора, часто призводять до серйозних порушень в роботі всієї установки і значно впливають на ефективність деаерації.
Технічні вимоги до термічних деаератора живильної води котлів визначаються ГОСТ
Не більше 30 мкг/кг — при початковій концентрації кисню, що дорівнює станом насичення — в деаераторах ДСА, ДСС і ДСП до казанів з тиском до 40 кг/см 2 ;
20 мкг/кг — при початковій концентрації кисню не більше 3 мг/кг — в деаераторах ДСА, ДСС і ДСП до казанів з тиском від 40 до 100 кг/см 2 ;
10 мкг/кг — при початковій концентрації кисню не більше 1 мг/кг — в деаераторах ДСП до казанів з тиском більше 100 кг/см 2 ;
Деаератори повинні забезпечувати стійку деаерацію води при роботі в діапазоні
Для деаераторів, призначених для енергетичних блоків, мінімальна продуктивність повинна становити 15% від номінальної; при продуктивності
В даний час контроль ТП процесу деаерації не є достатньо досконалим, точним для забезпечення ефективного процесу дегазації. На якість деаерації можуть впливати різні фактори, такі як виникнення недогріву при якому продуктивність деаератора різко падає. Так само енергетична ефективність процесу деаерації залежить від технологій та якості управління роботою деаератора, запобігання нестабільності технологічний параметрів.
Важливими умовами для забезпечення ефективного контролю процесу деаерації є правильна організація необхідних температурних режимів, оснащення Деаераційно установок сучасним обладнанням контролю якості деаерації, застосування сучасних технологій управління і прогнозування ТП процесу деаерації.
Основними контрольованими параметрами процесу деаерації є рівень деаерованої води
При нагріванні води, що містить розчинені гази, із зростанням температури парціальний тиск водяної пари у вільному просторі над поверхнею води зростає, а парціальний тиск повітря і кисню знижується практично до нуля. Нижче наведена залежність парціального тиску повітря (1), парів води (2) і кисню (3), а також вмісту кисню у воді (4) від температури рис. 3.
На основі експериментальних даних наведених у таблиці 1, була вирішена задача апроксимації результатів експерименту та отримано дві аналітичні залежності, які можна використовувати в подальших розрахунках.
t,°С | 1 | 5 | 9 | 14 | 18 | 30 | 45 | 70 | 90 | 98 |
C, мг/кг | 14,16 | 12,73 | 11,52 | 10,29 | 9,46 | 7,52 | 6,00 | 3,90 | 0,72 | 0,38 |
Визначимо коефіцієнт кореляції для корельованих залежних величин залежності концентрації кисню від температури — для процесу термічної деаерації.
В результаті експерименту були отримані вихідні дані, якими є два вектори вхідної змінної Х — зміна температури і вихідний У — зміна концентрації:
Х = {1, 5, 9, 14, 18, 30, 45, 70, 90, 98}, Y = {14.16, 12.73, 11.52, 10.29, 9.46 7.52, 6.00, 3.90, 0.72, 0.38}
Визначили коефіцієнт кореляції (X, Y):
Його абсолютна величина становить −0,984. Так як коефіцієнт кореляції відмінний від нуля, то величини залежні.
Скориставшись кубічної інтерполяцією отримали:
де Сcsp (t) — інтерполяційна залежність концентрації від температури, t — температура в баку деаератора.
Завдяки одновимірної регресії вихідних даних було виведено дві групи коефіцієнтів двох аналітичних залежностей, які дозволяють записати апроксимуючу функцію в явному вигляді.
Математична модель об’єкта є лише його аналогом, визначеним у рамках прийнятих припущень. Виникає завдання підтвердження найбільш відповідної моделі.
Грунтуючись на критерій Вільяма-Клута для порівняння двох регресійних моделей, була обрана математична модель має вигляд:
Існуючі технології деаерації та управління процесом деаерації прості, однак, у багатьох випадках не досягається бажаний результат деаерації при великих енергетичних витратах. Тому, враховуючи дану математичну модель запропонована система контролю технологічних параметрів процесу деаерації наведена нижче:
Спрощений алгоритм роботи системи контролю технологічних параметрів процесу деаерації показаний на рис.7:
(119 Кб; кількість повторів: 5; кількість кадрів: 300; затримка між кадрами: 0.03 с; зроблено у программі Photoshop)
Висновки
Одним з найважливіших народногосподарських завдань є підвищення економічності та надійності роботи всього комплексу обладнання теплових електростанцій, що працюють на органічному паливі.
Одним з важливих напрямів створення ресурсо- та енергозберігаючих технологій є вдосконалення тепломасообмінних процесів у хімічній, енергетичного ній, нафтової, харчової та інших галузях промисловості. З точки зору економії ресурсів установки деаераторів викликають особливий інтерес через складність процесів, що протікають в них, велику енергоємність і часто змінну потребу промисловості в очищеній воді.
Існуючі технології деаерації та управління процесом деаерації прості, однак, у багатьох випадках не досягається бажаний результат деаерації при великих енергетичних витратах.
Таке рішення може значно спростити контроль за процесом деаерації, участь оператора може звестися до мінімуму, а управління установкою відбуватися автоматично з підтримкою заданих параметрів процесу.
Примітка: при написанні даного реферату робота магістра ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та всі матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.
Перелік посилань
- Комарчев И. Г. Безреагентный метод удаления диоксида углерода из воды // Электрические станции. 1988. № 8. С.
43-45. - Шарапов В. И. О применении кислородомеров при исследовании и эксплуатации теплоэнергетического оборудования // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 5.
- Шарапов В. И., Малинина О. В., Цюра Д.В. О предельной массообменной и энергетической эффективности термических деаэраторов //Энергосбережение и водоподготовка. 2003. № 2. С.
61-64. - Шарапов В.И., Малинина О.В. Определение теоретически необходимого расхода выпара термических деаэраторов // Теплоэнергетика. 2004. № 4. С.
63-66. - Шарапов В.И., Цюра Д.В. Термические деаэраторы. Ульяновск: УлГТУ. 2003. 560 с.
- ГОСТ
16860-88. Термические деаэраторы. М.: Изд-во стандартов. 1989. - Деаэраторы с ТСА // www.fisonic.com.
- Справочно-информационные материалы по применению вакуумных деаэраторов для обработки подпиточной воды систем централизованного теплоснабжения. М.: СПО ОРГРЭС. 1997. 20 с.
- Руководящие указания по проектированию термических деаэрационных установок питательной воды котлов
- Оликер И.И. Термическая деаэрация воды в отопительно — производственных котельных. 1972 г.