ДонНТУ   Портал магистров

Ілюк Іван Богданович

Факультет комп’ютерних информаційних технологій і автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікацій

Спеціальність „Управління в технічних системах“

Дослідження та розробка системи автоматичного управління технологічними елементами системи регенерації турбіни ТЕС

Науковий керівник: к. т. н., доцент Федюн Роман Валерійович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Мета, функції і завдання САУ
• 2. Аналіз існуючих рішень з автоматизації деаераторів
• 3. Принцип роботи системи
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Надійність і економічність теплових електричних станцій (ТЕС) в значній мірі визначається рівнем захисту обладнання і трубопроводів від внутрішньої корозії. Основною причиною корозії є присутність у воді кисню і діоксиду вуглецю, особливо при високих температурах.

У воді конденсатно-живильного тракту турбіни ТЕС можуть бути присутніми різні домішки: газоподібні (кисень, вуглекислота, азот, аміак), тверді (продукти корозії конструкційних матеріалів), природні (хлориди, кремнекислоти та інші).

Газоподібні домішки надходять в основному за рахунок присосів повітря в конденсаторі і в перших ПНД (Підігрівачі низького тиску), що працюють при тисках нижче атмосферного. Продукти корозії надходять у воду в результаті взаємодії конструкційних матеріалів з водним середовищем, утворення оксидів металів і переходу їх у воду. Продукти корозії, а також деякі природні домішки (наприклад, кальцій і магній) випадають в відкладення на теплопередавальних поверхнях, що призводить до зменшення коефіцієнта теплопередачі і виникнення під відкладеннями місцевих, найбільш небезпечних видів корозійних пошкоджень. Це знижує економічність, надійність і безпеку роботи ТЕС. Тому протягом усього часу використання води в якості теплоносія її потрібно постійно піддавати деаерації.

Економічні умови, що змінилися останнім часом, зокрема, різке подорожчання паливно-енергетичних ресурсів і брак коштів для заміни зношеного обладнання, зробили досить актуальною проблему підвищення енергетичної та економічної ефективності технологічних процесів деаерації.

Ефективність деаерації залежить від таких факторів як поверхня деаерації і час контакту фаз, так як процес деаерації газів з холодної води значно сповільнюється через те, що швидкості руху молекул води і газу у воді з пониженням температури зменшуються.

В даний час найбільш результативним шляхом підвищення ефективності роботи електростанцій в умовах уповільненого будівництва нових об'єктів є модернізація обладнання, що виробило свій ресурс. У зв'язку з цим з'являється необхідність в автоматизації обладнання, як основної технології, так і допоміжних процесів.

В результаті оснащення об'єктів і процесів теплових електростанцій системами автоматизації, мікропроцесорними засобами протиаварійної автоматики і релейного захисту досягається істотний економічний ефект за рахунок оптимізації режимів виробництва, передачі, розподілу і споживання енергії, запобігання аварійних ситуацій і мінімізації збитку в разі їх виникнення.

1. Мета, функції і завдання САУ

Мета створюваної системи-підвищення ефективності процесу деаерації живильної води ТЕС за рахунок розробки системи автоматичного управління деаератором, що дозволить підвищити якість розглянутого процесу при одночасній економії ресурсів.

Розроблювана система автоматичного управління деаератором підвищеного тиску ТЕС повинна виконувати наступні функції:
1) функції управління:
- управління тиском в деаераторі;
- управління рівнем в деаераторі;
- управління температурою живильної води в деаераційному Баку;
- управління витратою пари, що подається в деаераційний бак;
- управління витратою пари, що подається в деаераційну колону;
- управління витратою ХОВ, що подається в деаератор.
2) Функція захисту:
- захист від перегріву;
- захист від перевищення тиску;
3) інформаційні функції:
- збір інформації про стан об'єкта управління за сигналами від технологічних датчиків і передача її пристрою управління (контролеру);
- сигналізація про аварійні ситуації;
- зв'язок локального пристрою управління (контролера) з пунктом оператора цеху регенерації ТЕС для обміну технологічною інформацією.

Реалізація поставленої мети і сформульованих функцій можлива при вирішенні розроблюваної САУ наступних завдань:
- постійне отримання інформації про параметри деаератора: температурі живильної води в деаераційному Баку деаератора; витраті пари; рівні живильної води в деаераційному Баку деаератора; тиску в деаераторі; витраті ХОВ, що подається в деаератор;
- реалізація алгоритмів управління тиском, рівнем, температурою і відповідними витратами для визначення керуючих впливів;
- видача обчислених керуючих впливів на об'єкт управління через відповідні виконавчі механізми і регулюючі органи;
- постійна взаємодія розробленої САУ з АСУТП верхнього рівня;
- АСУТП процесом регенерації ТЕС.

2. Аналіз існуючих рішень з автоматизації деаераторів

Система автоматизації атмосферної деаераторної установки міської котельні (Компанія ТОО "стен", місто Алмати) (рис.2.1). Система автоматизації реалізована з використанням обладнання ОВЕН і автоматичному режимі роботи забезпечує:
- контроль рівня води в деаераторі;
- контроль тиску пари в деаераторі;
- контроль температури води в деаераторі;
- автоматична підтримка заданого значення тиску пари в деаераторі;
- автоматична підтримка заданого значення рівня води в деаераторі;
- сигналізація при виниклих аваріях і несправності.

У ручному режимі роботи система автоматизації забезпечує
- контроль рівня води в деаераторі;
- контроль тиску пари в деаераторі;
- контроль температури води в деаераторі;
- Ручне управління виконавчими механізмами;
- сигналізація при виниклих аваріях і несправності.

Щит управління деаератором ART-D (компанія «Артезія») (рис.2.2) здійснює виконання таких функцій:
- регулювання: рівня води в Баку і тиску пари в деаераторі;
- контроль: тиску пари в деаераторі; рівня води в Баку деаераторі; температури води на вході в деаератор;
- сигналізацію: зниження тиску пари в деаераторі; перевищення тиску пари в деаераторі; зниження рівня води в деаераторі;
- підвищення рівня води в деаераторі; відсутності води в баку.

Аналіз існуючих рішень в області автоматизації деаераторів різного типу і призначення виконувався на основі огляду джерел з мережі Інтернет. В результаті аналізу питання автоматизації розглянутого об'єкта встановлені такі особливості.

По-перше, досить багато існуючих систем автоматизації здійснюють автоматичне управління атмосферними або вакуумними деаераторами, а не розглядаються в даній роботі деаераторами підвищеного тиску.

По-друге, в діючих САУ системою регенерації пари ТЕС, одним з технологічних елементів якої є деаератор, відсутні типові, стандартні, Уніфіковані рішення по автоматизації, в тому числі і для елементів системи регенерації – підігрівачів високого і низького тиску, конденсаторів, деаераторів. Ця особливість пов'язана з індивідуальністю технологічних схем існуючих теплових електростанцій і систем деаерації живильної води на них.

По-третє, в існуючих системах автоматизації деаераторів (в тому числі і в розглянутих вище) здійснюється автоматичне регулювання тиску і рівня в деаераторі, а температура живильної води тільки контролюється. Ще одним недоліком існуючих САУ, в тому числі і розглянутих вище, є одноконтурна структура САР тиском і рівнем, що не завжди дозволяє досягти необхідної якості управління деаератором.

Технічна реалізація САУ і АСУТП процесами теплових електростанцій і їх технологічними елементами, як правило, виконана на елементній базі різних виробників.

3. Принцип роботи системи

Регенеративний Підігрів живильної води і основного конденсату є найважливішим методом підвищення ефективності та економічності сучасних теплових електричних станцій (ТЕС). Для регенеративного підігріву використовується гріючий пар, що відпрацював в турбіні. Залежно від початкових параметрів гострого пара і кількості його відборів на регенерацію, підвищення ККД турбіни за рахунок регенеративного підігріву конденсату (живильної води) може становити від 10 до 15%. Таким чином, регенеративний підігрів води зменшує втрати теплової енергії з відпрацьованою парою в конденсаторі турбоустановки [1].

Незважаючи на прийняте поділ, що основний конденсат – це потік конденсату робочої пари від конденсатора до деаератора, а живильна вода – потік конденсату робочої пари від деаератора до котла, надалі для спрощення викладу обидва цих потоку будуть називатися живильною водою.

Згідно типової теплової схеми турбіни ТЕС, в підігрівач низького тиску ПНД-2 подається: живильна вода від попереднього підігрівача ПНД-1, гріючий пар від турбіни і зовнішній конденсат від наступного підігрівача ПНД-3. З розглянутого підігрівача низького тиску ПНД-2 (рис. 1) відводиться нагріта до заданої температури живильна вода (направляється в наступний підігрівач ПНД-3) і конденсат, який за допомогою зливного насоса СН подається на вхід подачі живильної води наступного підігрівача низького тиску ПНД-3 (рис.1).

Підігрівач низького тиску типу ПН-400-26-7-II (рис. 1) складається з наступних основних вузлів: водяної камери 2, трубної системи 4, корпусу 5. До відсіків водяної камери приварені патрубки Б, в входу і виходу живильної води, відповідно.

До циліндричної частини корпусу приварені патрубки входу гріючої пари Г, конденсату 6, входу і виходу 7 пароповітряної суміші, а до еліптичного днища корпусу — патрубок виходу конденсату, який підключається до зливного насоса.

Пар вводиться в корпус через патрубок Г, конденсується на трубах поверхні теплообміну, а деяка частина його спільно з неконденсирующимися газами (повітрям) виводиться через півкільцеву перфоровану трубу 7. Весь конденсат зливається на рівень води в корпусі, знизу через патрубок в днище виводиться з підігрівача. Введення конденсату пари, що гріє від підігрівача низького тиску ПНД-3, як правило, здійснюється через перфоровану трубу 6 в нижню частину корпусу під рівень конденсату (рис.1).

Розглянуті вище особливості підігрівача низького тиску ПНД-2, а також аналіз його технічних параметрів і характеристик дозволили сформувати схему його інформаційних змінних і їх взаємодії, яка наведена на рис.2

1 – трубка; 2 – водяна камера; 3 – трубна дошка; 4 – трубна система; 5 – корпус; 6 – вхід К. Г. П.; 7 – кінцева труба воздухоотсасивающего пристрою; 8 – напрямна перегородка; 9 – опора трубного пучка; 10 – щити, що закривають прохід пара повз трубного пучка; 11 – рамки для заведення трубного пучка в корпус; Г – вхід гріє пара; Б, В – вхід і вихід живильної води < / p>

Основними керованими змінними підігрівача низького тиску ПНД-2 ТЕС, які повністю характеризують процес підігріву живильної води, є (рис.2):
– температура живильної води на виході підігрівача t_ПВ;
– рівень конденсату в підігрівачі h_К.

Для досягнення, підтримки або необхідної зміни керованих змінних в розроблюваної САУ підігрівачем низького тиску ТЕС, згідно рис.2, застосовуються такі керуючі впливу:
– витрата пари, що гріє, що подається в підігрівач g_П;
– витрата конденсату, що відводиться з підігрівача g_К.

Необхідна зміна перерахованих керуючих впливів досягається за рахунок використання виконавчих механізмів з регулюючими органами – керованих клапанів з електроприводами, які встановлені на відповідних подають трубопроводах. Для зміни витрати конденсату, що відводиться з підігрівача, може застосовуватися регулюючий клапан або зливний насос.

Основним обурює впливом, яке робить істотний вплив на температуру живильної води на виході підігрівача t_ПВ є витрата живильної води G_ПВ, який може змінюватися, в досить широких межах, в залежності від поточного навантаження на турбіну. Крім цього обурення, на процес підігріву живильної води і її температуру t_ПВ впливають наступні обурення: температура живильної води на вході в підігрівач t_ПВВ; температура пари, що гріє t_п. Ці збурення не роблять істотного впливу на розглянуту керовану змінну t_ПВ, так як вони змінюються в досить вузькому діапазоні за рахунок їх стабілізації іншими САУ.

Основними збурюючими впливами, які роблять істотний вплив на рівень конденсату в підігрівачі һК є витрата підводиться зовнішнього конденсату G_КВ, витрата пари, що гріє, що подається в підігрівач G_П і витрата живильної води G_ПВ, які змінюються в досить широких межах, в залежності від поточного навантаження на турбіну. Крім цих збурень, на рівень конденсату в підігрівачі h_К впливають наступні збурення: температура живильної води на вході в підігрівач t_ПВВ; температура пари, що гріє t_П, температура конденсату в підігрівачі t_К. Ці збурення не роблять істотного впливу на керовану змінну – рівень конденсату h_К, так як вони змінюються в досить вузькому діапазоні.

Таким чином, з урахуванням проведеного вище аналізу, запропонована укрупнена структурна схема концепції побудови САУ підігрівачем низького тиску системи регенерації ТЕС, яка наведена на малюнку 3.

До стабільності температури живильної води на виході підігрівача низького тиску ПНД-2 пред'являються досить жорсткі вимоги – від цього залежить ефективність подальших етапів регенеративного підігріву живильної води і всієї системи регенерації ТЕС в цілому. Тому САУ температурою живильної води t_ПВ реалізована за каскадною двоконтурною схемою стабілізації вихідної температури води при впливі основного збурення – витрати живильної води G_ПВ (рис .3). Внутрішній контур управління витратою пари, що гріє G_П (рис.3) необхідний для підвищення точності процесу управління. Алгоритм управління в САУ температурою живильної води t_ПВ реалізується двома регуляторами – зовнішнім регулятором температури живильної води РТ і внутрішнім регулятором витрати пари, що гріє РРП (рис.3).

САУ рівнем конденсату һК також реалізована за каскадною двоконтурною схемою стабілізації рівня конденсату h_К при впливі основних збурень – витрати пари, що гріє G_П, витрати зовнішнього конденсату, що підводиться G_КВ, витрати живильної води G_ПВ (рис .3). Внутрішній контур управління витратою конденсату G_до (рис.3) необхідний для підвищення точності та зменшення інерційності процесу управління. Алгоритм управління в розглянутій САУ рівнем конденсату h_К реалізується двома регуляторами –зовнішнім регулятором рівня конденсату РУ і внутрішнім регулятором витрати конденсату РРК (рис.3).

Ефективність вирішення завдань автоматичного управління і досягнення поставлених цілей залежить від обраної структурної схеми САУ. На основі концепції побудови (рис.3) запропонована структурна схема САУ температурою живильної води на виході підігрівача, яка наведена на рис. 4.

Згідно структурної схеми (рис.4), система автоматичного управління температурою живильної води на виході підігрівача складається з наступних елементів: W_ПНД(p) – передавальна функція підігрівача низького тиску; W_РО(p) – передавальна функція регулюючого органу; W_ім(p) – передавальна функція виконавчого механізму; W_РРП(p), W_РТ(p) – передавальна функція регулятора витрати пари, що гріє і регулятора температури живильної води; W_{ДР< / sub>(p), WДТ(p) – передавальна функція датчика витрати пари і датчика температури живильної води на виході підігрівача.}

Для необхідної зміни керуючого впливу – витрати пари, що гріє на вході в підігрівач води G_П(t) до складу САУ входять регулюючий орган W_РО(p) з виконавчим механізмом W_ВМ(p) (рис.4). Контроль поточного стану основних і додаткових керованих змінних здійснюється відповідними технологічними датчиками, які утворюють ланцюги зворотних зв'язків – головної: W_ДТ(p) – датчик температури живильної води і внутрішньої: W_ДР(p) – датчик витрати пари, що гріє (рис.4).

Алгоритм управління підігрівачем живильної води реалізується у вигляді двох регуляторів: W_РРП(p) – внутрішнього регулятора витрати пари і W_РТ(p) – зовнішнього регулятора температури живильної води.

Висновки

Запропонована, обґрунтована і розроблена концепція системи автоматичного управління підігрівачем низького тиску системи регенерації турбіни ТЕС. На підставі виконаного аналізу існуючих принципів побудови систем автоматичного регулювання, їх особливостей, переваг і недоліків було прийнято рішення про використання каскадної структури САУ, як найбільш підходящої для вирішення поставленого завдання автоматизації розглянутого підігрівача системи регенерації по основних каналах управління.

Перелік посилань

1. Шарапов, В.И. Термические деаэраторы / В.И. Шарапов, Д.В. Цюра. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 560 с.

2. Фрог, Б.Н. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов / Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. – М.: Издательство МГУ, 1996. – 680 с.

3. Фрог, Б.Н. Водоподготовка / Б.Н. Фрог, А.Г. Первов – М.: Издательство АСВ, 2015. – 510 с.

4. Буров, В.Д. Тепловые электрические станции / В.Д.Буров, Е.В. Дорохов, Д.П. Елизаров и др. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 466 с.

5. Костюк, А.Г. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник для вузов. / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 488 с.

6. Назмеев, Ю.Г. Теплообменные аппараты ТЭС / Ю.Г. Назмеев, В.М. Лавыгин. – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 260с.

7. Шарапов, В.И. Расчет энергетической эффективности технологий подготовки воды на ТЭЦ: Учебное пособие / В.И. Шарапов, П.Б. Пазушкин, Д.В. Цюра, Е.В. Макарова – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 120 с.

8. Лукас, В.А. Теория автоматического управления. / В.А. Лукас – М.: Недра, 1990. – 416 с.

9. Преобразователи давления измерительные Rosemount 2088, 2090P и 2090F. Руководство по эксплуатации. 00809-0107-4108, Ред. CA, 2016 – 160 c.

10. Преобразователь давления (уровня) Rosemount модели 3051. Руководство по эксплуатации. 00809-0107-4001, Ред. JA, 2015 – 220 с.