ДонНТУ Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В условиях развития современных технологий и увеличения потребления энергии, важно обеспечить безопасность и эффективность работы теплоэлектростанций (ТЭС). Одним из важных аспектов контроля работы ТЭС является поддержание оптимального водно-химического режима в системах парообразования и охлаждения. Один из факторов, влияющих на водно химический режим является содержание в технологической воде растворенного кислорода. Эффективность водно-химического режима среди множества показателей ведется по скорости коррозии пароводяного и конденсатно питательного трактов и интенсивности эрозии конструкционных материалов, вызванных окислительными процессами с участием растворенного кислорода [1]

Актуальность разработки электронного прибора для измерения концентрации растворенного в воде кислорода для контроля водно химического режима ТЭС (важность для теплоэнергетики вопросов контроля концентрации растворенного в воде кислорода ведет к актуальности совершенствования методов и средств измерения концентрации растворенного в воде кислорода).

В современном мире устойчивое развитие и сохранение окружающей среды являются одними из наиболее важных и актуальных вопросов. Экологические проблемы, связанные с промышленным загрязнением, оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды, а также на здоровье человека и жизнедеятельность экосистем. В связи с этим, все больше внимания уделяется контролю и снижению вредных выбросов и сточных вод от различных промышленных предприятий, включая тепловые электростанции (ТЭС)[2]

Один из ключевых параметров, которые необходимо контролировать для обеспечения надежной и эффективной работы ТЭС, а также для снижения негативного воздействия на окружающую среду, является концентрация растворенного кислорода в воде, используемой в технологических процессах. Наличие повышенной концентрации кислорода может вызвать коррозию оборудования, что, в свою очередь, приводит к снижению надежности и срока службы, а также к увеличению эксплуатационных затрат. Кроме того, нарушение водно-химического режима может привести к серьезным авариям на энергетических объектах, что представляет угрозу для экологии и безопасности населения.

В последнее время существующие методы измерения концентрации растворенного кислорода становятся менее эффективными и требуют замены на более современные и точные, которые предлагает ряд преимуществ, таких как высокая точность, стабильность, меньшая зависимость от температуры и давления, а также снижение затрат на обслуживание по сравнению с традиционными методами. Однако, несмотря на наличие коммерчески доступных приборов, существует потребность в разработке электронного прибора измерения концентрации растворенного кислорода, адаптированного под специфику ТЭС и обеспечивающего высокую точность, надежность и экономическую эффективность.

Существующие приборы для измерения концентрации растворенного кислорода на основе метода LDO могут быть дорогими, сложными в обслуживании или не полностью соответствовать требованиям ТЭС. В этой связи, актуальность данной работы заключается в разработке электронного прибора измерения концентрации растворенного кислорода, который будет оптимизирован для использования на ТЭС, обладать высокой точностью и стабильностью работы, а также предоставлять возможность легкой интеграции в системы автоматического контроля и управления водно-химическим режимом.

Разработка такого прибора позволит не только повысить качество контроля и надежность работы ТЭС, но и снизить эксплуатационные и обслуживающие затраты, что сделает его привлекательным для широкого круга потребителей в энергетической отрасли. Более того, успешное внедрение разработанного прибора может способствовать снижению негативного воздействия ТЭС на окружающую среду и улучшению экологической ситуации в целом [3].

Разработка и внедрение такого прибора может стать основой для дальнейшего сотрудничества между научно-исследовательскими организациями, производителями оборудования и операторами тепловых электростанций. Кроме того, успешная реализация проекта позволит на практике продемонстрировать преимущества использования новейших методов и технологий для решения актуальных экологических проблем и повышения эффективности работы энергетических предприятий.

В долгосрочной перспективе, разработанный электронный прибор измерения концентрации растворенного кислорода может стать основой для создания комплексных систем контроля и управления водно-химическим режимом, включая автоматизированные системы диагностики, прогнозирования и оптимизации работы тепловых электростанций. Это позволит не только повысить уровень безопасности и надежности ТЭС, но и оптимизировать процессы эксплуатации и технического обслуживания, что в целом способствует повышению конкурентоспособности энергетической отрасли [2].

1. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель данной бакалаврской дипломной работы заключается в разработке электронного прибора измерения концентрации растворенного кислорода в воде для контроля водно-химического режима на тепловых электростанциях на основе метода LDO.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1) Изучить теоретические основы измерения концентрации растворенного кислорода и принципы работы метода LDO, а также его преимущества и недостатки по сравнению с другими методами.

2) Проанализировать существующие приборы и системы контроля концентрации растворенного кислорода на рынке, их особенности, применение и ограничения в контексте тепловых электростанций.

3) Разработать конструкцию и схему электронного блока прибора, учитывая требования к точности, надежности, удобству эксплуатации и интеграции в системы автоматического контроля и управления ТЭС.

4) Создать программное обеспечение для управления измерительным прибором, обработки полученных данных, а также для взаимодействия с другими системами контроля и управления на ТЭС.

Выполнение данных задач позволит разработать электронный прибор измерения концентрации растворенного кислорода, который будет отвечать требованиям по точности, надежности и экономичности, а также способствовать повышению экологической безопасности и эффективности работы тепловых электростанций.

Объектом исследования в данной бакалаврской дипломной работе является процесс контроля водно-химического режима на тепловых электростанциях (ТЭС), включая измерение и анализ концентрации растворенного кислорода в воде. Объект исследования связан с ключевыми аспектами, такими как обеспечение безопасности, надежности и экологической чистоты работы ТЭС, а также с оптимизацией эксплуатационных затрат [3].

Предметом исследования является разработка электронного прибора измерения концентрации растворенного кислорода методом, который должен обеспечивать высокую точность, надежность, удобство эксплуатации и интеграцию в системы автоматического контроля и управления ТЭС.

Рассмотрение объекта и предмета исследования включает следующие аспекты приведенные ниже.

Изучение теоретических основ водно-химического режима на ТЭС, его влияние на безопасность, надежность, экологичность и экономичность работы энергетических предприятий.

Анализ основных факторов, влияющих на концентрацию растворенного кислорода в воде, и их связь с коррозией оборудования, снижением срока службы и увеличением эксплуатационных затрат.

Исследование существующих методов измерения концентрации растворенного кислорода, их преимуществ и недостатков, а также актуальность применения метода LDO в контексте тепловых электростанций.

Разработка конструкции и схемотехники электронного прибора измерения концентрации растворенного кислорода, учитывая специфику ТЭС и требования к точности, надежности, эксплуатации и интеграции.

Создание программного обеспечения для управления измерительным прибором, обработки полученных данных и взаимодействия с другими системами контроля и управления на ТЭС.

Для контроля концентрации растворенного в воде кислорода необходим электронный прибор, который бы обеспечивал точные измерения данного параметра. В данном контексте, целью проекта является разработка электронного прибора измерения концентрации растворенного в воде кислорода для контроля водно-химического режима ТЭС.

Данный проект имеет большое практическое значение, поскольку позволит эффективно контролировать водно-химический режим в системе охлаждения ТЭС, что в свою очередь повысит надежность и безопасность работы энергетических объектов.

Для разработки электронного прибора измерения концентрации растворенного в воде кислорода необходимо определить требования к прибору, провести анализ существующих решений на рынке, выбрать наиболее подходящие компоненты и спроектировать схему устройства. Также необходимо провести испытания прототипа прибора и проверить его работоспособность [4].

Для измерения концентрации кислорода в воде можно использовать различные методы, такие как оптические, электрохимические и др. В зависимости от требований к точности, скорости измерений и стоимости, выбирается наиболее подходящий метод.

После разработки электронного прибора, его можно использовать не только для контроля водно-химического режима в системе охлаждения ТЭС, но и в других областях, где необходимо контролировать концентрацию кислорода в воде, например, в бассейнах, аквариумах и др.

В целом, проект по разработке электронного прибора измерения концентрации растворенного в воде кислорода имеет большое практическое значение и позволит повысить надежность и эффективность работы ТЭС и других объектов, где необходим контроль концентрации кислорода в воде.

2. Теориетические основы измерения концентрации растворенного кислорода

2.1 Технологии снижения концентрации растворенного кислорода в технологической воде

Концентрация растворенного кислорода в технологической воде играет важную роль на различных стадиях процесса водо-паро подготовки. На каждой из них необходимо контролировать уровень кислорода, чтобы предотвратить его негативное влияние на оборудование и материалы.

Дэаэрация питательной воды. Присутствие кислорода, углекислоты и других газов в питательной воде и паре крайне нежелательно, так как они способствуют коррозии конструкционных материалов. Углекислота, хотя и не вызывает коррозии напрямую, активизирует этот процесс, ускоряя его развитие. Наличие кислорода в воде способствует электрохимической коррозии, ускоряя повреждение металлов. В некоторых случаях, при специфических условиях, кислород может замедлять коррозионные процессы, но в целом его присутствие всегда нежелательно [5].

2.2 Важность контроля концентрации растворенного кислорода

Контроль концентрации растворенного кислорода в воде является одним из ключевых аспектов водно-химического режима на тепловых электростанциях. Этот контроль имеет решающее значение для обеспечения безопасности, надежности, эффективности и экологичности работы энергетических предприятий. Рассмотрим очень и очень подробно причины, по которым контроль концентрации растворенного кислорода имеет такое высокое значение.

Во-первых, наличие растворенного кислорода в воде способствует коррозии металлических элементов оборудования, таких как трубы, котлы, теплообменники и насосы. Коррозия может привести к преждевременному износу и повреждению оборудования, что в свою очередь снижает эффективность работы ТЭС, увеличивает риск аварий и вредит окружающей среде. Контролируя концентрацию растворенного кислорода, можно определить оптимальные параметры воды, которые снижают коррозию и продлевают срок службы оборудования.

Подход к унификации синтеза автоматов Мура

Рис. 1.1 - Технологический цикл воднохимического режима ТЭЦ и контроль кислорода

Во-вторых, растворенный кислород в воде может вызывать окислительно восстановительные процессы, которые усиливают образование накипи и отложений на поверхностях теплообменников и трубопроводов. Эти отложения снижают теплообмен и пропускную способность системы, что приводит к увеличению расхода энергии и затрат на эксплуатацию. Своевременный контроль концентрации растворенного кислорода позволяет предотвратить образование накипи и отложений, обеспечивая стабильную и эффективную работу ТЭС.[6]

В-третьих, контроль концентрации растворенного кислорода является важным инструментом для мониторинга состояния систем водоподготовки и водоочистки на ТЭС. Определение концентрации кислорода позволяет своевременно выявить неисправности и нарушения в работе оборудования, что способствует своевременному проведению ремонтных профилактических работ, а также оптимизации процессов водоподготовки и водоочистки. Таким образом, контроль концентрации растворенного кислорода способствует поддержанию высокого качества воды, необходимого для надежной работы ТЭС [7-8].

В-четвертых, контроль концентрации растворенного кислорода помогает обеспечить соблюдение экологических норм и стандартов, установленных законодательством и нормативными документами. Экологические требования к выбросам и сточным водам ТЭС предусматривают определенные предельно допустимые концентрации растворенного кислорода. Регулярный контроль позволяет своевременно выявлять и устранять нарушения, предотвращая негативное воздействие на окружающую среду и снижая риск штрафов и санкций со стороны контролирующих органов [9].

В-пятых, разработка и внедрение современных методов и приборов для контроля концентрации растворенного кислорода, позволяет повысить точность и надежность измерений, упростить процесс контроля и снизить затраты на обслуживание и эксплуатацию. Использование передовых технологий в области контроля водно-химического режима способствует повышению конкурентоспособности и эффективности ТЭС на рынке энергетики.[10]

Контроль концентрации растворенного кислорода в воде на ТЭС имеет много аспектов и важное значение для обеспечения надежной и эффективной работы энергетических предприятий. Он позволяет снизить коррозию оборудования, предотвратить образование накипи и отложений, поддерживать высокое качество воды, соблюдать экологические нормы и стандарты, а также стимулировать применение современных методов и технологий в области водно химического режима.

Выводы

В условиях современных технологий и роста потребления энергии обеспечение безопасности и эффективности работы теплоэлектростанций (ТЭС) является важной задачей. Одним из ключевых факторов, влияющих на работу ТЭС, является поддержание оптимального водно-химического режима в системах парообразования и охлаждения. В частности, концентрация растворенного кислорода в технологической воде влияет на коррозионные процессы в оборудовании, что может привести к снижению надежности и сроку службы устройств, а также увеличить эксплуатационные затраты. Поэтому контроль концентрации растворенного кислорода имеет решающее значение для поддержания нормального функционирования ТЭС и предотвращения аварийных ситуаций.

Разработка электронного прибора для измерения концентрации растворенного кислорода в воде становится актуальной, так как современные методы измерений становятся менее эффективными. Новые технологии, такие как метод LDO, предоставляют ряд преимуществ, включая высокую точность и стабильность измерений, меньшую зависимость от температуры и давления, а также снижение затрат на обслуживание. Это делает возможным создание приборов, которые могут эффективно решать задачи, стоящие перед ТЭС.

Применение таких приборов не только обеспечит более точный контроль водно-химического режима, но и снизит эксплуатационные расходы, повысит экологическую безопасность и надежность работы ТЭС. Успешная реализация такого прибора может стать основой для создания более комплексных систем контроля и управления водно-химическим режимом на ТЭС, что в свою очередь повысит конкурентоспособность энергетической отрасли.

В перспективе данное оборудование может быть использовано для создания более автоматизированных систем диагностики, прогнозирования и оптимизации работы ТЭС, что улучшит безопасность и эффективность работы энергетических объектов. Это также способствует снижению воздействия ТЭС на окружающую среду, что актуально в условиях глобальных экологических проблем.

Список источников

  1. Berg, G. W., McHenry, J. R. The use of oxygen microsensors for profiling biofilms // Journal of Microbiological Methods. – 1997. – Vol. 30, No. 2. – P. 165–176.
  2. Chong, V. C., Wong, C. K. The effects of temperature on the performance of an oxygen electrode for measuring dissolved oxygen in seawater // Journal of Aquatic Science. – 1997. – Vol. 1. – P. 43–49.
  3. Colman, B., Johnson, J. Oxygen dynamics in microbial mats and their implications for the ecology and evolution of oxygenic photosynthesis // Frontiers in Microbiology. – 2012. – Vol. 3. – P. 1–13.
  4. De Beer, D., Glud, R. N., Epping, E., Kuhl, M. A fast responding CO2 microelectrode for profiling concentration and flux in benthic boundary layers // Marine Chemistry. – 1997. – Vol. 57, No. 1–2. – P. 167–177.
  5. Epping, E. H. G., Jorgensen, B. B. Microsensor studies of photosynthesis and respiration in mats of purple sulfur bacteria: Oscillation of gas fluxes and the role of vertical mixing // Limnology and Oceanography. – 1996. – Vol. 41, No. 8. – P. 1743–1753.
  6. Glud, R. N., Kuhl, M. A microsensor study of oxygen uptake and photosynthesis in Chlorella- and Nitzschia-dominated benthic communities // Aquatic Microbial Ecology. – 1999. – Vol. 18, No. 3. – P. 247–255.
  7. Glud, R. N., Ramsing, N. B., Gundersen, J. K., Klimant, I. Planar optodes for the determination of O2 and pH gradients in microbial mats // Applied and Environmental Microbiology. – 1997. – Vol. 63, No. 10. – P. 4078–4087.
  8. Jiang, H., Wang, J., Li, F., Li, G. Development of a temperature-compensated dissolved oxygen sensor based on phase detection // Sensors. – 2011. – Vol. 11, No. 9. – P. 8638–8649.
  9. Jorgensen, B. B. A manual for microsensor measurements of ammonium, nitrate, and nitrite in aquatic sediments. – Ghent : Interuniversity Institute for Biotechnology (UIB), Ghent University, 1996.
  10. Koo, T. Y., Park, Y. C. A novel dissolved oxygen sensor with temperature compensation based on thermal conductivity // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2006. – Vol. 119, No. 2. – P. 431–437.