Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Хімводоочищення є поширеним об’єктом, автоматизація якого дозволяє значно підвищити ефективність виробництва та зручність роботи персоналу. При цьому, з точки зору автоматизації, хімводоочищення (надалі ХВО) має специфічні особливості, що впливають на ефективність застосування засобів автоматизації, поширених в енергетиці.

Таким чином, якість обробки води на ТЕС тісно пов’язане з надійністю і економічністю експлуатації сучасного високоінтенсивного котлотурбінного обладнання, з безпекою ядерних енергетичних установок.

1. Актуальність теми

Технологічний процес хімічної підготовки води в істотному ступені є визначальним для ефективної роботи основного устаткування теплоелектроцентралі (ТЕЦ) і тепломереж, що, зокрема, свідчить про високу соціальну значущість даного технологічного процесу. Якість хімічної підготовки води є одним з найбільш значущих чинників, безпосередньо формують основні характеристики систем електро- та теплопостачання населення і промислових підприємств [1].

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

Технологічний процес хімічної підготовки води відноситься до класу дискретно-безперервних процесів, а при великій протяжності транспортних потоків прийняття оперативних рішень без автоматизованого і раціонального розподілу інформації важко [2, 3].

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

Дана робота є актуальною, так як хімічна водоочищення широко використовуються на практиці, що стосується енергетичної промисловості то, не тільки в ТЕС, але і в АЕС і, природно, 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 і виникла необхідність спроектувати і ввести в експлуатацію САР хімічної очистки води.

2. Аналіз об’єкта автоматизації

2.1 Технологічна схема об’єкта

Система хімічної очистки води складається з декількох взаємопов’язаних процесів. Першим процесом є підігрів живильної води. На цій стадії відбувається нагрів вихідної води паром з колектора власних потреб ТЕС на підігрівачі сирої води (ПСВ) до температури 30 ± 10 °С. Вихідна вода надходить в пароподогреватель, куди подається і пар. На виході з паропідігрівача отримуємо воду із заданою температурою, яка надходить в освітлювач, де і відбувається етап очищення води [4, 5].

На основі з усього вище наведеного, можна виділити два контури управління САУ:

Взаємозв’язок между вхіднімі та віхіднімі параметрами представлено на рисунку 1.

Взаємозв'язок між вхідними та вихідними параметрами

Рисунок 1 – Взаємозв’язок між вхідними та вихідними параметрами

2.2 Принцип роботи системи

На даний момент підтримка рН‑параметра здійснюється наступним чином. Перший контур, а саме стабілізація pH‑параметра в освітлювальному баку, є основним. Освітлення води складається з двох процесів: вапнування і коагуляції. Метою процесу коагуляції поєднаного з вапнуванням є отримання на виході води із заданими показниками якості, значення рН якої буде відповідати необхідному. Параметр рH необхідно підтримувати в діапазоні значень 10,1–0,2. Температура підігрітої води буде обуренням для даного процесу. Регулятор співвідношення дозволяє управляти, контролювати і змінювати рівень рН. Спочатку в освітлювачі знаходиться вода, нагріта до певної температури. Першим речовиною подається кислота, витрата якої визначається експериментальним методом і коливається в межах від 0,25–0,75 мг‑екв/л. Далі, в залежності від витрати кислоти, буде визначено витрата лугу. Витрата кислоти (Fкис) є провідним потоком, а витрата лугу (Fлуг) – веденим. Тоді основною технологічною метою процесів коагуляції та вапнування є отримання очищеної води з pH = 10,2, а метою управління буде стабілізація значення рН на виході установки для процесу освітлення води [9].

3. Проектування системи автоматичного управління

3.1 Огляд існуючих рішень з автоматизації процесу хімічної очистки води

В даному розділі проведемо дослідження вже існуючих автоматизованих об’єктів, розглянемо їх пристрій з точки зору технологічних пристроїв, а так само виявимо недоліки і переваги.

Харківська ТЕС-5 є потужним виробником підживлювальної води для теплофікаційної системи м. Харкова. Хімічний цех забезпечує найвищу якість підготовки підживлювальної мережної води, з якої можуть конкурувати далеко не всі підприємства.

Хімічне водоочищення складається з трьох освітлювачів загальною проектною продуктивністю 700 м3/год для приготування освітленої води, яка використовується в подальшому процесі приготування води на трьох установках [8, 10]:

  1. Настанови харчування випарників продуктивністю 160 м3/год, призначеної для заповнення втрат пара на блоках. Установка працює за схемою: вапнування та коагуляція в освітлювачах, освітлення на механічних фільтрах, двоступенева Na‑катіонірованіе.
  2. Настанови харчування тепломережі продуктивністю 400 м3/год, призначеної для вироблення подпиточной пом'якшеної води для тепломережі м. Харкова. Установка працює за схемою: вапнування та коагуляція в освітлювачах, освітлення на механічних фільтрах, одноступенчатое Na‑катіонірованіе.
  3. Резервної знесолювальної установці продуктивністю 50 м3/год, призначеної для компенсації втрат пари і конденсату на блоках. Установка працює за наступною схемою: вапнування та коагуляція в освітлювачах, освітлення на механічних фільтрах, триступеневе хімічне знесолення.

До складу устаткування хімводоочищення входить установка очищення засмальцьованих, замазученних стоків, яка забезпечує очищення забрудненої нафтопродуктами стічної води, що працює за схемою відстоювання в баках-відстійниках, поділу та відстою в нефтеловушках і подальшого освітлення на механічних фільтрах, згідно нормативних показників.

3.2 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 [7].

Основне завдання САУ – підвищення продуктивності за рахунок зміни рівня води в проміжному баку. Другорядними завданнями є – підігрів води до заданого значення температури і підтримку значення pH‑параметра при мінливому водоспоживання.

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

Для усунення аварійної ситуації при перевищенні максимального рівня води в проміжному баку мінімального рівня, потрібно включити/відключити насос. При виході pH за допустиму межу необхідно перекрити/відкрити відповідні вентилі. При виході температури за допустиме значення необхідно перекрити/відкрити відповідні вентилі.

Таким чином, вищесказане дозволяє розробити схему автоматичного управління процесів хімічної очистки води, представлену на рисункy 2.

Автоматичне управління хімічної очистки води

Рисунок 2 – Автоматичне управління хімічної очистки води

ЕП – електричний привід, ДР – датчик витрати води, ДТ1 – датчик температури води початкової, ДТ2 – датчик температури води кінцевої, ДД – датчик тиску пара, ДРЩ – датчик витрати лугу, ДpH – датчик pH‑параметра, ПСВ – підігрівач сирої води, БУ – блок управління.

3.3 Функціональна схема системи управління

Функціональна схема системи автоматичного управління процесом хімічної очистки води

Рисунок 3 – Функціональна схема системи автоматичного управління процесом хімічної очистки води

Принцип роботи.

САУ теплообміном. Вода подається в пароподогреватель, датчик витрати води (1–2) регулює кількість води. Датчик температури (1–1) вимірює температуру вихідної води, після чого подається пар (1–3) і регулюється датчиком тиску (1–4). Датчик температури на виході з паропідігрівача (1–5) вимірює температуру нагрітої води.

САУ стабілізації pH‑параметра в освітлювальному баку. Після висвітлення подається кислота (2–2), а потім подається луг (2–1), витрата лугу регулює датчик (2–3). На виході з освітлювача варто датчик вимірювання концентрації змісту pH у воді (2–4).

4. Завдання і цілі дослідження

Мета роботи – підвищення ефективності процесу хімічної очистки води ТЕС за рахунок розробки системи автоматичного управління, яка дозволить підвищити якість очищення, продовжити термін служби обладнання ТЕС і підвищити надійність елементів ТЕС.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

  1. Здійснити вибір елементів САУ.
  2. Розробити функціональну схему САУ.
  3. Отримати математичну модель процесу хімічної очистки води.
  4. З використанням математичної моделі виконати теоретичний синтез необхідних алгоритмів управління.
  5. Оцінити ефективність запропонованих алгоритмів управління шляхом математичного моделювання.

Висновки

В ході виконання роботи була спроектована САУ процесу хімічної очистки води ТЕС. САУ ефективно вирішує поставлені перед нею завдання, за рахунок чого досягається поставлена перед системою мета – підтримка на заданому рівні температури води, pH‑параметра і витрати води.

Проведено огляд існуючих систем автоматичного управління хімічної очистки води. Аналіз систем хімічного очищення великих ТЕС показав, що розроблена система ефективніше і дешевше в створенні, ніж використання вже готових варіантів від лідируючих компаній.

Були розроблені структурні схеми підігріву води і регулювання pH‑параметра. Розроблено математичні моделі об'єкта управління і всієї САУ. Моделювання системи виконано в пакеті програмного забезпечення Matlab і Simulink.

Розроблено схему автоматичного управління хімічної очистки води, на основі якої були обрані технічні засоби для реалізації сформульованих функцій контролю і управління. Розроблено функціональну схему управління хімічної очистки води.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2017 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  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.