Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Химводоочистка является распространенным объектом, автоматизация которого позволяет значительно повысить эффективность производства и удобство работы персонала. При этом, с точки зрения автоматизации, химводоочистка (в дальнейшем ХВО) имеет специфические особенности, влияющие на эффективность применения средств автоматизации, распространенных в энергетике.

Таким образом, качество обработки воды на ТЭС тесным образом связано с надежностью и экономичностью эксплуатации современного высокоинтенсивного котлотурбинного оборудования, с безопасностью ядерных энергетических установок.

1. Актуальность темы

Технологический процесс химической подготовки воды в существенной степени является определяющим для эффективной работы основного оборудования теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и теплосетей, что, в частности, свидетельствует о высокой социальной значимости данного технологического процесса. Качество химической подготовки воды является одним из наиболее значимых факторов, непосредственно формирующих основные характеристики систем электро- и теплоснабжения населения и промышленных предприятий [1].

Оборудование подпитки теплосети весьма громоздко, рассредоточено на большой площади химического цеха и частично за его пределами, что затрудняет организацию эффективного управления процессом вручную.

Технологический процесс химической подготовки воды относится к классу дискретно-непрерывных процессов, а при большой протяженности транспортных потоков принятие оперативных решений без автоматизированного и рационального распределения информации затруднительно [2, 3].

Наличие потоков, содержащих агрессивные компоненты, требует непрерывного контроля состояния запорно-регулирующей арматуры и трубопроводов.

Данная работа является актуальной, так как химическая водоочистка широко используются на практике, что касается энергетической промышленности то, не только в ТЭС, но и в АЭС и, естественно, оснащены соответствующей автоматикой. На некоторых ТЭС такая система автоматического регулирования (САР) отсутствует, хотя процесс химической очистки воды проводится, выдает продукцию, но управляется вручную, операторами. Поэтому и возникла необходимость спроектировать и ввести в эксплуатацию САР химической очистки воды.

2. Анализ объекта автоматизации

2.1 Технологическая схема объекта

Система химической очистки воды состоит из нескольких взаимосвязанных процессов. Первым процессом является подогрев питательной воды. На этой стадии происходит нагрев исходной воды паром с коллектора собственных нужд ТЭС на подогревателе сырой воды (ПСВ) до температуры 30 ± 10 °С. Исходная вода поступает в пароподогреватель, куда подается и пар. На выходе из пароподогревателя получаем воду с заданной температурой, которая поступает в осветлитель, где и происходит этап очистки воды [4, 5]. Технологическая схема объекта представлена на рисунке 1.

Технологическая схема процесса химической очистки воды

Рисунок 1 – Технологическая схема процесса химической очистки воды
(анимация: 22 кадра, интервал 500 мс, 6 циклов, 39,4 килобайт)

Исходя из всего вышеприведенного, можно выделить два контура управления САУ:

Взаимосвязь между входными и выходными параметрами представлена на рисунке 2.

Взаимосвязь между входными и выходными параметрами

Рисунок 2 – Взаимосвязь между входными и выходными параметрами

2.2 Принцип работы системы

На данный момент поддержание рH параметра осуществляется следующим образом. Первый контур, а именно стабилизация pH‑параметра в осветительном баке, является основным. Осветление воды состоит из двух процессов: известкования и коагуляции. Целью процесса коагуляции совмещенного с известкованием является получение на выходе воды с заданными показателями качества, значение рH которой будет соответствовать необходимому. Параметр рH необходимо поддерживать в диапазоне значений 10,1–10,2. Температура подогретой воды будет являться возмущением для данного процесса. Регулятор соотношения позволяет управлять, контролировать и изменять уровень рH. Изначально в осветлителе находится вода, нагретая до определенной температуры. Первым веществом подается кислота, расход которой определяется экспериментальным методом и колеблется в пределах от 0,25–0,75 мг‑экв/л. Далее, в зависимости от расхода кислоты, будет определен расход щелочи. Расход кислоты (Fкис) является ведущим потоком, а расход щелочи (Fщел) – ведомым. Тогда основной технологической целью процессов коагуляции и известкования является получение очищенной воды с pH = 10,2, а целью управления будет стабилизация значения рH на выходе установки для процесса осветления воды [9].

3. Проектирование системы автоматического управления

3.1 Обзор существующих решений по автоматизации процесса химической очистки воды

В данном разделе проведем исследование уже существующих автоматизированных объектов, рассмотрим их устройство с точки зрения технологических устройств, а так же выявим недостатки и преимущества.

Харьковская ТЭЦ-5 является мощным производителем подпиточной воды для теплофикационной системы г. Харькова. Химический цех обеспечивает наивысшее качество подготовки подпиточной сетевой воды, с которой могут конкурировать далеко не все предприятия.

Химическая водоочистка состоит из трех осветлителей общей проектной производительностью 700 м3/час для приготовления осветленной воды, используемой в дальнейшем процессе приготовления воды на трех установках [8, 10]:

  1. Установке питания испарителей производительностью 160 м3/час, предназначенной для восполнения потерь пара на блоках. Установка работает по схеме: известкование и коагуляция в осветлителях, осветление на механических фильтрах, двухступенчатое Na‑катионирование.
  2. Установке питания теплосети производительностью 400 м3/час, предназначенной для выработки подпиточной умягченной воды для теплосети г. Харькова. Установка работает по схеме: известкование и коагуляция в осветителях, осветление на механических фильтрах, одноступенчатое Na‑катионирование.
  3. Резервной обессоливающей установке производительностью 50 м3/час, предназначенной для компенсации потерь пара и конденсата на блоках. Установка работает по следующей схеме: известкование и коагуляция в осветлителях, осветление на механических фильтрах, трехступенчатое химическое обессоливание.

В состав оборудования химводоочистки входит установка очистки замасленных, замазученных стоков, которая обеспечивает очистку загрязненной нефтепродуктами сточной воды, работающая по схеме отстаивания в баках-отстойниках, разделения и отстоя в нефтеловушках и дальнейшего осветления на механических фильтрах, согласно нормативных показателей.

3.2 Обоснование принятого направления

Для достижения поставленной цели необходимо спроектировать систему автоматизации, которая будет получать всю необходимую информацию о параметрах системы, которые характеризуют и влияют на ее работу [7].

Основная задача САУ – повышение производительности за счет изменения уровня воды в промежуточном баке. Второстепенными задачами являются – подогрев воды до заданного значения температуры и поддержание значение pH-параметра при непостоянном водопотреблении.

Измерение текущего значения температуры производится при помощи датчиков температуры, значение pH‑параметра – при помощи pH‑метра, значения расхода – при помощи расходометра. Обработка данных и выдача сигналов управления на вентили будет производиться при помощи программируемого логического контроллера (ПЛК).

Для устранения аварийной ситуации при превышении максимального уровня воды в промежуточном баке минимального уровня, требуется включить/отключить насос. При выходе pH за допустимый предел необходимо перекрыть/открыть соответствующие вентили. При выходе температуры за допустимое значение необходимо перекрыть/открыть соответствующие вентили.

Таким образом, вышесказанное позволяет разработать схему автоматического управления процессов химической очистки воды, представленную на рисунке 3.

Автоматическое управление химической очистки воды

Рисунок 3 – Автоматическое управление химической очистки воды

ЭП – электрический привод, ДР – датчик расхода воды, ДТ1 – датчик температуры воды начальной, ДТ2 – датчик температуры воды конечной, ДД – датчик давления пара, ДРЩ – датчик расхода щелочи, ДpH – датчик pH‑параметра, ПСВ – подогреватель сырой воды, БУ – блок управления.

3.3 Функциональная схема системы управления

Функциональная схема системы автоматического управления процессом химической очистки воды

Рисунок 4 – Функциональная схема системы автоматического управления процессом химической очистки воды

Принцип работы.

САУ теплообменом. Вода подается в пароподогреватель, датчик расхода воды (1–2) регулирует количество воды. Датчик температуры (1–1) измеряет температуру исходной воды, после чего подается пар (1–3) и регулируется датчиком давления (1–4). Датчик температуры на выходе из пароподогревателя (1–5) измеряет температуру нагретой воды.

САУ стабилизации pH‑параметра в осветительном баке. После осветления подается кислота (2–2), а затем подается щелочь (2–1), расход щелочи регулирует датчик (2–3). На выходе из осветлителя стоит датчик измерения концентрации содержания pH в воде (2–4).

4. Задачи и цели исследования

Цель работы – повышение эффективности процесса химической очистки воды ТЭС за счет разработки системы автоматического управления, которая позволит повысить качество очистки, продлить срок службы оборудования ТЭС и повысить надежность элементов ТЭС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Осуществить выбор элементов САУ.
  2. Разработать функциональную схему САУ.
  3. Получить математическую модель процесса химической очистки воды.
  4. С использованием математической модели выполнить теоретический синтез требуемых алгоритмов управления.
  5. Оценить эффективность предложенных алгоритмов управления путем математического моделирования.

Выводы

В ходе выполнения работы была спроектирована САУ процесса химической очистки воды ТЭС. САУ эффективно решает поставленные перед ней задачи, за счёт чего достигается поставленная перед системой цель – поддержание на заданном уровне температуры воды, pH‑параметра и расхода воды.

Проведен осмотр существующих систем автоматического управления химической очистки воды. Анализ систем химической очистки крупных ТЭС показал, что разработанная система эффективнее и дешевле в создании, чем использование уже готовых вариантов от лидирующих компаний.

Были разработаны структурные схемы подогрева воды и регулирование pH‑параметра. Разработаны математические модели объекта управления и всей САУ. Моделирование системы выполнено в пакете программного обеспечения Matlab и Simulink.

Разработана схема автоматического управления химической очистки воды, на основе которой были выбраны технические средства для реализации сформулированных функций контроля и управления. Разработана функциональная схема управления химической очистки воды.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Лукас В. А. Теория управления техническими системами. Учебный курс для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2002. – 675 с.
  2. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. – М.: Лаборатория Базовых знаний. – 2002 – 832 с.
  3. Федюн Р В., Попов В. А., Найденова Т. В. Принципы построения динамической модели процесса биохимической водоочистки. Наукові праці ДонНТУ. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. Випуск 20 (158). – Донецк, ДВНЗ ДонНТУ, 2010. – с. 30–37.
  4. Федюн Р. В., Найдьонова Т. В., Юрченко Р. В. Математична модель технологічного процесу біохімічного водоочищення. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. Випуск – 22 (200) – Донецьк, ДонНТУ, 2012. – с. 48–55.
  5. Федюн Р. В., Попов В. О., Бунєєв В. О. Автоматичне управління гідравлічними параметрами системи водопостачання. Наукові праці ДонНТУ. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, Випуск 14 (129). – Донецк, ДонНТУ, 2008. – с. 54–63.
  6. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З. Процессы и аппараты химической технологии – 2 издание, дополн. – М.: Госхимиздат, 1962. – 846 с.
  7. Рыбалев А. Н. Автоматическое управление энергетическими установками А. Д. Качан. – Благовещенск, 2007 – 94 с.
  8. Иванова Г. В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств: Методическое пособие/СПбГТИ(ТУ). – СПб., 2003 – 140 с.
  9. Федюн Р. В., Попов В. О., Бунєєв В. О. Автоматичне управління гідравлічними параметрами системи водопостачання. Наукові праці ДонНТУ. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, Випуск 14 (129). – Донецк, ДонНТУ, 2008. – с. 54–63.
  10. Ефимов В. Т., Молчанов В. И., Ефимов А. В. Методы расчетов в автоматизации химико-технологических и теплоэнергетических процессов: Учебное пособие. Харьков, 1998.