Автоматизация регулирования температуры воды в водонагревательном котле бытовой котельной

СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация
Введение
1 Описание технологического процесса
2 Разработка системы оптимального управления паровым котлом
2.1 Разработка математической модели процесса парообразования
2.2 Формулировка задачи оптимального управления
3 Описание схемы автоматизации
3.1 Обоснование точек контроля, регистрации, регулирования и сигнализации
3.2 Обоснование выбранной системы (систем) средств автоматизации
3.3 Описание локальных контуров регулирования
4 Обоснование контура регулирования, подлежащего расчету
5 Проведение эксперимента
5.1 Подготовка и проведение эксперимента
5.2 Снятие кривой разгона по основному каналу
5.3 Снятие кривой разгона по внутреннему каналу
5.4 Снятие кривой разгона по каналу возмущения
6 Обработка экспериментальных данных
6.1 Обработка кривой разгона основного канала
6.2 Обработка кривой разгона внутреннего канала
6.3 Обработка кривой разгона внешнего возмущения
7 Расчет схемы регулирования
7.1 Расчет одноконтурной системы регулирования
7.2 Расчет каскадной системы регулирования
7.2.1 Расчет внутреннего контура
7.3 Расчет комбинированной системы регулирования
8 Моделирование рассчитанной системы регулирования
8.1 Переходные процессы в одноконтурной системе регулирования
8.2 Переходные процессы во внутреннем контуре каскадной системы регулирования
8.3 Переходные процессы в каскадной системе регулирования
8.4 Переходные процессы по возмущению в комбинированной системе регулирования без компенсирующего устройства и с компенсирующим устройством
9 Анализ качества переходных процессов и выбор системы регулирования
10 Реализация рассчитанной системы регулирования
10.1 Описание рассчитанной системы управления
10.2 Программная реализация каскадно-комбинированной САР
10.3 Описание схемы сигнализации и блокировок
11 Монтаж средств автоматизации
12 Расчет регулирующего органа поз. 29в на подаче питательной воды в котел
13 Разработка системы плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды
13.1 Постановка проблемы
13.2 Способ решения проблемы
13.3 Имитационное моделирование на основе сетей Петри
14 Надежность средств автоматики
15 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
15.1 Охрана труда в РФ
15.2 Свойства используемых и получаемых веществ
15.3 Классификация производства
15.4 Мероприятия по технике безопасности
15.5 Санитарно-технические мероприятия
15.6 Пожарная безопасность
15.7 Расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13
16 Экономическая часть
16.1 Анализ рыночных перспектив и производственных возможностей ОАО «Гефест»
16.2 Анализ действующего производства
16.3 Расчет производственной мощности на БКПРУ-3 ОАО «Гефест»
16.3.1 Расчет производственной мощности производства пара
16.3.2 Расчет производственной мощности флотационной обогатительной фабрики
16.4 Экономические расчеты и обоснования по проекту
16.4.1 Расчет капитальных вложений
16.4.2 Расчет общей потребности в капитальных вложениях
на реализацию проекта
16.5 Расчет численности персонала и расходов на оплату труда
16.5.1 Расчет нормы времени на обслуживание приборов и средств автоматизации
16.5.2 Расчет годового фонда оплаты труда котлотурбинного цеха
16.6 Расчет калькуляции себестоимости пара
16.7 Сравнительный анализ себестоимости пара
16.8 Анализ и оценка изменения себестоимости производства пара по технико-экономическим факторам
16.9 Расчёт себестоимости производства хлористого калия
16.10 Расчет основных экономических показателей производства
16.10.1 Ценовая политика предприятия
16.10.2 Расчет значения «Точки безубыточности»
16.10.3 Расчет финансово-экономических показателей
16.11 Расчет эффективности инвестиционного проекта
Заключение
Список литературы

Физические:
Повышенная температура поверхностей оборудования и воздуха рабочей зоны. К ним относятся: оборудование, находящееся в работе под высоким давлением, высокой температуре (трубопроводы пара и горячей воды), t воздуха рабочей зоны в летний период в районе пароперегревателей котлов доходит до + 50°С.
Повышенный уровень шума до 80 дБ и вибрации до 11,2 мм/с на рабочем месте от вращающихся механизмов и дросселирования через арматуру перегретого пара.
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны. Применение в качестве источника тепла попутного газа, проведение ремонтно-строительных работ может привести к образованию в воздухе рабочей зоны асбоцементной пыли, стеклянных и минеральных волокон, окислов азота, серы и т.п.
Химические:
Опасные вещества.
Таблица 15.1
Наименование вещества Пределы воспламеняемости горючих газов в воздухе, % по объему Склонность к самовоспламенению Токсичность Средства индивидуальной защиты Водород 4 – 75 Да Не токсичен --  Метан 5 – 15 Да Не токсичен Противогазы, ПШ-2, самоспасатели СПИ-20, ПДУ-3 Окись
углерода 12,5 – 75 Да Токсичен Противогаз СО, самоспасатели СПИ-20, ПДУ-3 Психофизиологические:
Физические перегрузки.
Нервно-психические перегрузки.
Данный вид вредных факторов возникает в связи с необходимостью постоянного контроля за работающим оборудованием, возможностью возникновения аварийной ситуации, непрерывностью производства.
При производстве тепловой энергии не выделяется вредных веществ в количестве, которое вызывает за собой необходимость постоянного ношения средств защиты органов дыхания.
Безопасная работа установки зависит от квалификации обслуживающего персонала, соблюдения требований и правил безопасного ведения технологического процесса, пожарной и газовой безопасности, электробезопасности, правильной технологической эксплуатации оборудования и коммуникаций, соблюдение норм технологического режима. К работе допускаются лица прошедшие инструктаж по охране труда, теоретическое и практическое обучение по безопасным методам работы, сдавшие экзамен на допуск к самостоятельной работе.
Работы ведутся при исправном оборудовании, строго выдерживаются параметры технологической карты, соблюдаются все инструкции, имеющиеся на каждом рабочем месте. Постоянно вести контроль над состоянием всех систем сигнализации, приборов контроля и автоматики.
Пожароопасность установки заключается:
в наличии высоких температур;
в наличии горючего природного газа.
Наиболее опасными местами в котельной БКПРУ-3 являются помещения топки и трубные магистрали.
15.3 Классификация производства
По степени пожароопасности помещения производства парокотельного цеха относятся к категории «Г».
Производственное здание паровой котельной входит в состав производства калийных солей, которое относится к классу II - санитарно-защитная зона определена в 500 м.
По Степени огнестойкости здания, сооружения относится ко II классу.
Основные неблагоприятные санитарно-гигиенические факторы производственной среды и их действие на организм человека.
Метеорологические условия производственной среды (температура, влажность, скорость движения воздуха) оказывают значительное влияние на протекание жизненных процессов в организме человека и являются важной характеристикой гигиенических условий труда. Высокая температура и высокая влажность приводят к тепловым ударам и судорожной болезни. Низкие температуры особенно при интенсивном движении воздуха, вызывают переохлаждение организма. Систематическое воздействие холода может привести к постоянному ознобу, обморожению, хроническим простудным заболеваниям.
Оптимальные показатели температуры воздуха распространяются на всю рабочую зону, допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для всех рабочих мест. В холодный период года колеблется от 16 до 24 0С, в теплый – от 18 до 25 °С. Оптимальная влажность воздуха 40 – 60 % устанавливается. Допустимая влажность воздуха устанавливается в зависимости от периода года и видов выполняемых работ. Оптимальная скорость движения воздуха от 0,1 до 0,4 м/с, зависит от периода и категории выполняемых работ.
Для гигиенической оценки воздуха производственных помещений большое значение имеет его электрическое состояние. Под влиянием ряда ионизирующих факторов воздух насыщается ионами положительной и отрицательной полярности. Отрицательные ионы нормализуют артериальное давление, обмен веществ, повышают устойчивость организма к недостатку кислорода, охлаждению. Положительные – оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека.
Шум. Действие шума зависит от силы, частоты, продолжительности и регулярности звука. При длительном воздействии шума поражаются органы слуха и нервной системы. Высокочастотные шумы переносятся организмом человека тяжелее, чем низкочастотные. Наибольший допустимый уровень шума – 80Дб. Способы защиты от шума: гашение в источнике, шумоизоляция и шумопоглащение, средства индивидуальной защиты.
Вибрация. Вибрации высокой интенсивности при продолжительном воздействии на организм человека вызывают изменения нервной и сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, желудочно-кишечного тракта, органов равновесия и др. Особую опасность вибрация представляет для центральной нервной системы, головного и спинного мозга.
По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрацию. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается через руки человека.
По временной характеристике различается: постоянная и не постоянная вибрация. Норма локальной вибрации меньше 109 – 115дБ.
Производственная пыль. Тонкодисперсные частицы твердых веществ, образующиеся при различных производственных процессах (дроблении, размоле, просеивании, транспортировке, расфасовке и т.д.) и свободные длительное время находится во взвешенном состоянии в воздухе, являются производственной пылью. Вредное воздействие пыли на организм зависит от дисперсности, массы, растворимости, электрозаряженности, твердости и формы пылинок. заболевание легких, связанное с воздействием на них производственной пыли, носят название пневмокониозов.
Способы защиты от пыли: замена технологического процесса, орошение, вентиляция, вытяжка, местные укрытия и средства индивидуальной защиты.
15.4 Мероприятия по технике безопасности
К обслуживанию установок, работающих под давлением, допускаются лица, достигшие 18 лет и имеющие соответствующее квалификационное удостоверение.
Котельные помещения строят из несгораемых материалов, без чердачных перекрытий. Фронт всех котлов должен быть расположен по прямой линии и обращен к окнам котельной. Расстояние от фронта котла до противоположной стены должно быть не менее 3 м, ширина проходов между котлами, а также между котлом и стенами здания — не менее 1 м.
В котельных с площадью пола до 200 м2 разрешается устраивать один выход, а при большей площади должно быть два выхода.
Котельные должны иметь достаточное естественное и искусственное освещение. Для электрических ламп, находящихся на высоте до 2,5 м, напряжение в осветительной сети не должно превышать 36 В.
Запрещается хранение в котельной легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Все проходы в котельном помещении и все выходы наружу должны быть свободными.
В котельной должен быть телефон или сигнальное устройство для экстренного вызова администрации. Паровые котлы с давлением свыше 0,7 кгс/см2 могут быть пущены в эксплуатацию только после разрешения органа Госгортехнадзора. Установка котлов, регистрируемых в органах Госгортехнадзора, в жилых, общественных и бытовых зданиях, а также в примыкающих к ним помещениях не разрешается.
После регистрации парового котла инспектор котлонадзора производит техническое освидетельствование и результаты записывает в специальный паспорт, где указывается срок следующего освидетельствования и наибольшее допустимое рабочее давление.
Для обеспечения безопасных условий эксплуатации котлы (сосуды) должны быть оборудованы приборами для измерения давления и температуры, предохранительными устройствами, запорной арматурой и указателями уровня жидкости.
Для отключения парового котла от потребителей пара используют парозапорные вентили и задвижки. С целью контроля уровня воды в паровом котле применяются водоуказательные приборы (водоуказательные стекла и контрольные краны), а также контрольные пробки.
В случае пожара в котельной необходимо немедленно вызвать пожарную команду и одновременно принять меры к его тушению. После устранения аварии или пожара производят запись в вахтенном журнале. О каждой аварии и каждом несчастном случае при обслуживании котлов уведомляют инспектора котлонадзора, который занимается их расследованием.
Мероприятия по технике безопасности при производстве строительно-монтажных работ на действующих предприятиях разрабатывают и утверждают заказчик и подрядчик на основе требований СНиП Ш-А П-85.
Устройство и обслуживание котельных установок должны соответствовать Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, Правилам взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии, Правилам взрывобезопасности при использовании мазута в котельных установках и Правилам безопасности в газовом хозяйстве.
Предохранительные и взрывные клапаны котла (пароводяного тракта, топки и газоходов) должны иметь отводы для удаления пароводяной смеси и взрывных газов при срабатывании клапанов за пределы рабочего помещения в места, безопасные для обслуживающего персонала, или должны быть ограждены отбойными щитами со стороны возможного нахождения людей.
Запрещается заклинивать предохранительные клапаны работающих котлов или увеличивать нажатие на тарелки клапанов путем увеличены массы груза или каким-либо другим способом. Грузы рычажных предохранительных клапанов должны быть застопорены и запломбированы так, чтобы исключалась возможность их самопроизвольного перемещения.
К форсункам котла должен быть обеспечен свободный, удобный доступ для обслуживания и ремонта. Во избежание ожогов при обратном ударе пламени на отверстиях для установки форсунок должны быть экраны, а вентили, регулирующие подачу топлива и воздуха к форсункам, или их приводы должны располагаться в стороне от отверстий.
Запрещается во время обхода открывать люки, лазы на котле, за исключением кратковременного открытия смотровых лючков и гляделок при условии нахождения сбоку от них.
Запрещается зажигать топливо в топках при открытых лазах и гляделках. Смотровые лючки для постоянного наблюдения за факелом должны быть закрыты стеклом. У котлов, работающих под наддувом, должны быть предусмотрены устройства, предотвращающие разрыв стекол. Персонал, производящий осмотр, должен надевать защитные очки.
Перед растопкой котла на нем должны быть прекращены все ремонтные работы, а весь персонал, не имеющий отношения к растопке, выведен начальником смены цеха (блока). На соседних котлах должны быть прекращены все ремонтные работы, выполняемые вне топок и газоходов на сторонах, обращенных к растапливаемому котлу или находящихся в пределах прямой видимости от него (фронтовая и задняя стены, потолочные перекрытия). Работы на котле возобновляются по указанию дежурного персонала.
При продувке нижних точек котлов сначала следует открывать полностью первый по ходу продуваемой среды вентиль, затем постепенно второй. По окончании продувки надо сначала закрыть второй по ходу вентиль, затем первый.
При внезапном прекращении подачи газа в котельную отключающие устройства на вводе газопровода в котельную и у котлов должны быть перекрыты, а продувочные свечи на отключенном газопроводе открыты.
Запрещается стоять против открытых гляделок, смотровых или шуровочных люков при осмотре или выполнении шуровочных работ.
Перед проведением импульсной (термоволновой) и других механизированных видов очистки поверхностей нагрева котла и регенеративных воздухоподогревателей персонал должен быть удален из зоны расположения очищаемых элементов котла. Осмотры и ремонт в этой зоне в период очистки запрещаются.
При выполнении работ внутри топки в ней одновременно должно находиться не менее 2 чел.
Персонал, работающий в топке и на конвективных поверхностях нагрева котлов, сжигающих мазут, должен знать о вредности образующихся отложений и обмывочных вод и пользоваться при работе респираторами, кислото- и щелочестойкими перчатками и рукавицами.
Запрещается использовать для влезания в топку или конвективную шахту котла лаз, через который проходят сварочные кабели, газоподводящие рукава или провода осветительной сети.
Электрические сборки, распределительные устройства, щиты, должны запираться на замок, для исключения поражения людей электротоком. Так же на дверях должны быть написаны предупреждающие знаки и надписи: «Высокое напряжение», «Опасно для жизни», «Стой, Высокое напряжение»
При выполнении ремонтных работ эл. оборудования должны быть выполнены технические и организационные мероприятия согласно межотраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок, которые были введены с 1 июля 2001г.
Корпуса электродвигателей: насосы, вентиляторы, компрессоры, привода задвижек, металлические корпуса кнопочных постов, пультов управления должны быть заземлены. Заземляющий контур должен быть видимый и изготовлен из стали, должен быть покрашен в черный цвет.
Вращающаяся части оборудования (соединительные муфты) должны быть защищены кожухами от случайного прикосновения и захвата.
Для предохранения головы от повреждения, вызываемого падением случайных предметов, используют защитные фибровые каски.
15.5 Санитарно-технические мероприятия
Технологический процесс и применяемое оборудование в цехе учитывают требования действующего санитарного законодательства и в частности: нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли, CO2 в воздухе, СO2, СO, O2 в отходящих газах, нормы естественного и искусственного освещения, допустимые параметры шума и вибрации, а также максимальную механизацию для уменьшения физических усилий, предупреждения утомления рабочих.
Санитарные правила и гигиенические требования к технологическому процессу и производственному оборудованию направлены на максимальное, возможное на современной стадии технологического процесса, устранения производственных вредностей или их воздействия на работающих в целях оздоровления условий труда в целом, повышения санитарной культуры производства.
Основными направлениями в организации технологического процесса, удовлетворяющими требованиям гигиены и охраны труда, промышленной санитарии и техники безопасности является:
комплексная механизация и автоматизация производственных операций (в возможных случаях) при дистанционном управлении ими;
непрерывность производственного процесса;
герметизация оборудования и аппаратуры;
теплоизоляция оборудования с большим тепловыделением;
автоматизация сигнализации хода процесса в отдельных операциях.
Электрическое освещение производственных помещений выполнено согласно норм:
освещенность рабочего места оператора не менее 400 люкс;
освещенность лестничных клеток не менее 10 люкс;
в помещении щитов приборов не менее 200 люкс.
Отопительные системы цеха обеспечивают температуру в зимний период не менее +16…+18 0С.
В цехе оборудованы гардеробные, душевые, туалетные, производится механизированная стирка и ремонт спецодежды за счет предприятия.
Бытовые помещения. Нормами определён состав бытовых помещений в зависимости от степени токсичности и особых требований к чистоте производственных помещений.
В состав бытовых помещений предусмотрены гардеробные блоки, помещение для стирки, уборные, места для курения. Гардеробный блок объединяет гардеробную, душевую и умывальное помещение. Число мест для хранения одежды в гардеробной принимается равным числу работающих. Хранение уличной и домашней одежды и спецодежды отдельное. Число душевых сеток и умывальников: 3 человека на 1 душевую сетку и 15 человек на 1 умывальник.
Так же следует соблюдать правила личной гигиены, т.е. не хранить одежду на рабочем месте, не одеваться и не раздеваться на рабочем месте, не принимать пищу на рабочем месте и т.д.
К индивидуальным средствам защиты относятся выдаваемые работающим согласно отраслевым нормам:
спецодежда (костюм брезентовый или х/б, для наружных работ зимой – куртка ватная, костюм ватный), по ГОСТ 12.4.016-83(01); ГОСТ 12.4.100-80(02).
обувь (сапоги резиновые, ботинки кожаные, для наружных работ зимой – валенки, бурки), по ГОСТ 12.4.103-83(02).
СИЗ работающих (противогаз «В», диэлектрические перчатки, калоши, респиратор, рукавицы брезентовые или х/б, предохранительные пояса, противошумные наушники), по ГОСТ 12.1.009-76, ГОСТ 12.4.041-01(с попр. 02); ГОСТ 12.4.119-82, ГОСТ 12.4.107-82(02).
Каждый рабочий должен быть одет в хорошо подогнанную и исправную спецодежду. Стирка спецодежды производится в прачечной комбината.
15.6 Пожарная безопасность
Ответственность за соблюдение и выполнение требований и правил пожарной безопасности в цехе возлагается на начальника цеха. Ответственность за непринятие надлежащих мер по соблюдению противопожарного режима и за неисправность противопожарного оборудования в каждой смене возлагается на старшего машиниста.
Рабочие и ИТР цеха проходят инструктаж по правилам пожарной безопасности при приеме на работу.
Лица, ответственные за пожарную безопасность обязаны:
знать и выполнять правила противопожарного режима и осуществлять постоянное наблюдение за их выполнением всеми работниками цеха;
знать степень огнестойкости и взрывоопасности производства и употребляемых для них материалов;
знать количество средств пожаротушения, место их расположения;
знать назначение противопожарных средств, уметь с ними обращаться, правильно их применять.
Расположение противопожарных средств:
а) места расположения противопожарных средств определяют совместно представитель пожарной охраны и администрация цеха;
б) в цехе применяются следующие средства пожаротушения:
песок, ящики с песком, устанавливаемые на всех рабочих местах: около слесарной мастерской; около центрального входе и т.д.
пожарные краны расположены: около каждого котла; около центрального входа;
огнетушители ОХП-10, ОПУ-5, ОУ-2 установлены из расчета 1 шт. на 300 м2 – всего 30 шт.
Тушение пожаров, участие персонала в тушении пожаров:
Старший мастер и технологический персонал смены, прибывшие на место пожара выполняют следующие операции:
а) в первую очередь нужно устранить причину пожара, не допускать поступления в очаг пожара свежих горючих веществ;
б) организовать тушение пожара первичными средствами пожаротушения;
в) сообщить о случившемся:
аварийно-спасательной службе;
диспетчеру РУ;
здравпункт;
администрации цеха.
г) эвакуировать из помещения лиц, не занятых тушением пожара или ведением технологического процесса;
д) принять решение о дальнейшей работе технологического оборудования.
15.7 Расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13
Воспользуемся методом определения требуемой безопасной площади разгерметизации, который изложен в правилах пожарной безопасности.
Настоящий метод предназначен для определения безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений. Такая площадь сбросного сечения предохранительного устройства, вскрытие которой в процессе сгорания смеси внутри оборудования или помещения позволяет сохранить последние от разрушения или деформации, в которых обращаются горючие газы, жидкости или пыли, способные создавать с воздухом взрывоопасные смеси, сгорающие ламинарно или турбулентно во фронтальном режиме.
Сущность метода
Безопасную площадь разгерметизации определяют по расчетным формулам на основе данных о параметрах оборудования, показателях пожаровзрывоопасности горючих смесей, условиях возникновения и развития процесса.
Метод устанавливает зависимость безопасной площади разгерметизации от объема оборудования или помещения и максимально допустимого давления внутри него, давления и температуры технологической среды, термодинамических и термокинетических параметров горючей смеси, условий истечения, степени турбулентности.
Основный исходные данные:
V – объем барабана котла, 4,9м3;
Ризб.макс – максимальное избыточное давление в барабане котла, не допустимое в эксплуатационном режиме 1,6 МПа.
Тпара – температура пара внутри барабана котла 195 °С.
Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями
Безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями определяют по следующим безразмерным критериальным соотношениям:
, (1)
для сосудов, рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва 1 <( 2 (при одновременном выполнении условия pm > 2р') в знаменателе формулы (1) сомножитель ( — 1) отсутствует, и
, (2)
для сосудов, выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений
2 < <
В формулах (1) и (2) приняты следующие обозначения (индексы i, е, т относятся соответственно к начальным параметрам, параметрам горючей смеси, характеристикам горения в замкнутом сосуде, максимальным допустимым значениям):
( — фактор турбулентности, представляющий собой в соответствии с принципом Гуи-Михельсона отношение действительной поверхности фронта пара в аппарате к поверхности сферы, находящиеся в данный момент времени внутри сосуда.
— относительное максимально допустимое давление в сосуде, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению, где:
рm — абсолютное максимально допустимое давление внутри сосуда, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению. МПа;
рi — абсолютное начальное давление пара в аппарате, при котором происходит нормальное парообразование, Па;
— относительное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде, где:
рe — абсолютное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси рi, МПа;
Еi — коэффициент расширения продуктов сгорания смеси;
Комплекс подобия W представляет собой с точностью до постоянного множителя произведение двух отношений — эффективной площади разгерметизации к внутренней поверхности сферического сосуда равного объема и скорости звука в исходной смеси к начальной нормальной скорости пламени:
, (3)
где — число «пи»;
( — коэффициент расхода при истечении свежей смеси и (или) продуктов сгорания через устройство взрыворазрежения (предохранительная мембрана, клапан, разгерметизатор и т.п.);
F — площадь разгерметизации (сбросного сечения), м2;
V — максимальный внутренний объем сосуда, в котором возможно образование горючей газопаровой смеси, м3;
R — универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж / (кмоль ( К);
— температура горючей смеси, в нашем случае пара, К;
Mi — молекулярная масса горючей смеси, кг/кмоль;
— нормальная скорость распространения пара при начальных значениях давления и температуры пароводяной смеси, м/с.
Рассчитаем нормальную скорость распространения пара:
где — известное значение нормальной скорости при давлении р0 и температуре Т0;
п и т — соответственно барический и температурный показатели.
В диапазоне давлений от 0,04 до 1,00 МПа и температур от 293 до 500 К для стехиометрических смесей метана, пропана, гсксана, гептана, ацетона, изопропанола и бензола с воздухом барический показатель с ростом давления и температуры свежей смеси увеличивается и находится в диапазоне от 3,1 до 0,6. При значениях давления и температуры, близких к атмосферным, барический и температурный показатели для горючих паровоздушных смесей могут быть приняты в первом приближении соответственно равными п = -0,5 и т = 2,0.
Выражение для комплекса подобия W в соответствии с (3) и определенными значениями и Мi может быть записано в виде
,
где F— площадь разгерметизации, м2.
Следовательно, критериальное соотношение (Т.2) относительно F можно записать в виде
м2.
Предположим, что ( = 4 при ( = 0,8 . При этом минимальная площадь разгерметизации F = 0,01 м2
Из форумулы расчета площади вычислим минимальный диаметр проходного отверстия:
F=πr2
r=(F/π)0.5= (0,01/3,14)0,5=0,051м
Диаметр составляет минимум 100мм.
В соответствии с этими расчетами, подберем предохранительный клапан минимального диаметра 100мм. СППК4Р-100-16.

Рисунок 15.1 - Предохранительный клапан СППК. Внешний вид
СППК - сбросные пружинные предохранительные клапаны предназначены для защиты различного промышленного оборудования от недопустимого превышения установленного давления. СППК применяюбтся в промышленных резервуарах, водогрейных и других котлах, технических емкостях и трубопроводах для автоматического сброса рабочей среды в атмосферу (газ, пар) или отводящий трубопровод (жидкость). После снижения давления до нужного предела предохранительный клапан прекращает сброс. Расчет пропускной способности производится по ГОСТ 12.2.085.
Предохранительные клапаны СППК изготавливаются из стали марок 20Л, 20ГЛ, 12Х18Н9ТЛ, 12Х18Н12М3ТЛ с фланцевым соединением, с переключающим устройством ПУ для принудительного открытия либо без него. Предохранительные сбросные клапаны предназначены для жидкой и газообразной, химической или нефтяной рабочих сред, герметичность соответствует ТУ 3742-004-07533604-95.
Сбросной клапан СППК4Р-16:
Рисунок 15.2 - Клапан сбросной СППК в разрезе
1 — золотник; 2 — пружина; 3 — опорная шайба; 4 — винт; 5 — рычаг
16 Экономическая часть
16.1 Анализ рыночных перспектив и производственных возможностей ОАО «Гефест»
ОАО "Гефест" и, в частности БКПРУ-3, выпускающее 95% KCl - это крупное промышленное предприятие по производству калийных удобрений, предлагающее свою продукцию, как на российском рынке, так и на международном рынке калийных удобрений.
На внутренний рынок ОАО “Гефест” поставляет мелкозернистый хлорид калия. Мелкозернистый хлорид калия кроме ОАО “Гефест” (58%) на внутреннем рынке предлагает ОАО ”Сильвинит”(42%). Количество продукции, предлагаемое этими предприятиями, схематично изображено на рис. 16.1.
Рисунок 16.1 – Процентное соотношение объемов продукции, предлагаемое на внутреннем рынке
После развала внутреннего рынка минеральных удобрений в начале 90–х годов их производство на российских предприятиях, в том числе в ОАО “Гефест”, в основном определялось конъюнктурой международного рынка и курсом рубля относительно доллара.
Учитывая ограниченную платежеспособность внутреннего рынка, до 90% вырабатываемой на предприятиях агрохимической продукции направляется на экспорт. Поэтому сегодня финансовое благополучие отрасли определяется, прежде всего, её внешнеэкономической деятельностью.
На внешний рынок ОАО “Гефест” поставляет свою продукцию через совместное белорусское предприятие «Белорусская калийная компания» Белорусская калийная компания (БКК) - является мировым лидером по экспортным продажам калийных удобрений. Почти 90% продукции «Уралкалия» направляется на экспорт, преимущественно в Китай, Бразилию, Юго-Восточную Азию и Индию – наиболее перспективные и активно развивающиеся калийные рынки, где компания имеет лидирующие позиции. Продажи «Уралкалия» в России занимают около 10% от общего объема выпускаемой продукции. Продукция «Уралкалия» также реализуется в странах Европы, Африки, на Ближнем Востоке, в США.
16.2 Анализ действующего производства
В настоящее время достижение высоких темпов интенсификации технологических процессов, повышение качества выпускаемой продукции, экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов, повышение надежности работы технологического оборудования, защита окружающей среды и защита важных технико-экономических показателей работы производства невозможны без создания и совершенствования автоматизированных систем контроля и управления. Необходима разработка и внедрение новых экономико-математических методов и средств вычислительной, в том числе и микропроцессорной техники.
Экономическая эффективность систем автоматизации во многом зависит от качества и надежности используемых средств контроля и управления.
Рисунок 16.2 – Принципиальная схема производства КCl на БКПРУ-3
16.2.1 Технико-экономическое обоснование процесса парообразования
ТЭО – процесс выбора наилучшего и экономически целесообразного варианта решения по автоматизации объекта.
По содержанию ТЭО – это система аналитических исследований, технико-экономических расчетов, моделирования. В процессе их выполнения определяются цели автоматизации, критерии эффективности принимаемых решений, технологические параметры, функции управления, контроль и управление, которых подлежит автоматизации. Выбираются системы управления (регулирования), технические средства и их реализация, определение социально-экономические последствия автоматизации – совокупность «затрат и приобретений», т.е. положительных и отрицательных результатов автоматизации, и величина ее экономического эффекта.
Наибольшее внимание уделяется экономическому обоснованию объекта. При этом делается попытка (систематизации методологии) выявления потенциалов. Возможностей производства по улучшению экономических и технико-экономических показателей в результате внедрения АСУТП (повышения уровня автоматизации).
Рисунок 16.3 – Блок-схема дефектной стадии
Входные параметры: попутный газ и питательная вода.
Выходные параметры: пар и отходы.
Образование пара происходит под действием сгорания попутного газа и обогрева этим теплом питательной воды, подаваемой в котел.
Таблица 16.1
Оценка фактических и желаемых результатов
Способ замера Ед. изм. Величина показателя По нормативам расхода фактические за год 1кв. 2кв. 3кв. 4кв. Норма расхода газа при одноконтурной схеме регулирования т 0,170 0,170 0,171 0,1695 0,170 0,1695 Норма расхода газа при каскадно-комбинированной схеме регулирования т 0,169 0,169 0,169 0,169 0,169 0,169 Введение каскадно-комбинированной схемы регулирования позволяет снизить расход газа на 0,001т.
Рисунок 16.4 – Оценка желаемых и фактических результатов
Таблица 16.2
Технико-экономическое обоснование решений дипломного проекта
Основные недостатки существующей схемы производства (аппаратурного оформления) Характер влияния этих недостатков на технико-экономические, экономические и социальные показатели производства Технически возможные варианты ликвидации недостатков Выбранный вариант и его влияние на технико-экономические показатели производства 1 2 3 4 1.Для достижения заданных параметров пара требуемый расход газа составляет 0,17т.
2. При изменении щелочности воды, происходят скачки уровня воды в барабане котла, что приводит к дополнительным расходам газа. 1. Требуется дополнительный расход газа для подогрева питательной воды.
2. Увеличение расхода газа не влечет за собой увеличение паропроизводитель-ности. 1.Внедрение каскадно-комбинированнойго контура АСР управления уровнем воды в барабане котла повышает точность регулирования и снижение расхода газа.
2. Плавное переключение уменьшает амплитуду скачков уровня воды и снижение расхода газа. Внедрение каскадно-комбинированной системы автоматического регулирования и плавного переключения фильтров на базе микропроцессорного контроллера SIMATIC S7-300.
Эффект: Снижение нормы расхода газа с 0,17т до 0,169 т и расхода воды с 0,27т 0,265т

В ОАО «Гефест» планомерно и целенаправленно проводится политика на снижение себестоимости продукции, при поддержании ее качества. Одним из путей этого является более полная автоматизация производства. Разрабатываются новые линии по увеличению объема сбыта продукции, как на зарубежных рынках, так и на внутреннем рынке СНГ.
16.3 Расчет производственной мощности на БКПРУ-3 ОАО «Гефест»
Производственная мощность – это максимальный выпуск продукции за определенный период времени, при заданных номенклатуре и ассортименте с учетом наилучшего использования ресурсов, имеющихся на предприятии.
16.3.1 Расчет производственной мощности производства пара
Основным оборудованием котлотурбинного цеха являются паровой котел, которых в цехе установлено 4 единицы. Часовая паспортная производительность, которых равна 20 т/час.
Процесс производства пара является непрерывным, поэтому производственную мощность следует рассчитывать по следующей формуле:
где: n – количество паровых котлов- 4 шт;
q – производительность пара – 20 т/час;
Тэф – эффективный фонд времени работы котла.
При непрерывном производстве:
Тэф = Ткал– Тппр – Тнто
где: Ткал – календарный фонд времени, 365∙24 = 8760 часа;
Тппр – время планово-предупредительных ремонтов;
Тнто – время неизбежных технологических остановок за год 0 часов.
Время планово-предупредительных ремонтов рассчитывается на основании ремонтных нормативов на текущие и капитальные ремонты, которые состоят из времени межремонтного пробега и времени нахождения оборудования в этом ремонте.
Ремонтный норматив на капитальный ремонт:
(час/час)
tк- время нахождения в кап.ремонте;
Ремонтный норматив на текущий ремонт: (час/час)
tт- время нахождения в тек.ремонте.
Определяется количество ремонтов за один ремонтный цикл:
ТрцК- время межремонтного пробега кап.ремонта;
ТрцТ-время межремонтного пробега текущего ремонта
.
За один ремонтный цикл осуществляется 1 капитальный ремонт, т.е. Nкап=1. Определяем количество текущих ремонтов: Nтек= Nрем - Nкап= 3,89 – 1 = 2,89 ремонтов.
Составляем ремонтную формулу: 1K+NтекТ1=1К+2,89Т
Определяем длительность ремонтного цикла ( Др.ц):
(года)
Определяем время простоя оборудования в ППР за ремонтный цикл на основе ремонтной формулы:
где tк и tТ – время нахождения оборудования соответственно в капитальном и текущем ремонте.
Определяем время простоя в ППР за год:
Определяем эффективный фонд времени:
ТЭФ = ТКАЛ– ТППР – ТНТО=8760-265,39-0= 8494,61 часов
Определяем производственную мощность:
М1 = 8494,6 ∙ 4 ∙ 20 = 679552 тонн пара/год
16.3.2 Расчет производственной мощности флотационной обогатительной фабрики
Для расчёта производственной мощности обогатительной фабрики по 100% K2O в «Технологическом регламенте производства хлористого калия на обогатительной фабрике БКПРУ-3» приводится следующая формула:
где: q – производительность единицы оборудования в час;
n – количество оборудования;
Тэф – годовой фонд рабочего времени для главного корпуса обогатительной фабрики, час;
MKCl – массовая доля KCl в руде;
Е – товарное извлечение хлористого калия в готовый продукт (с учётом потерь в процессе сушки готового продукта);
k – переводной коэффициент 100% KCl в 100% K2O.
Нагрузка по руде для главного корпуса обогатительной фабрики составляет q = 68 тонн/час.
При непрерывном производстве Тэф определяется по формуле:
Т эф = Т кал - Т ППР;
где Ткал – календарный фонд времени (365*24=8760 часов);
Тппр – время простоя оборудования в ремонте.
Время ППР рассчитываем по ремонтным нормативам на капитальный и текущий ремонт, которые состоят из времени пробега и времени нахождения оборудования в ремонте:
(час/час)
tк- время нахождения в кап.ремонте;
Ремонтный норматив на текущий ремонт: (час/час)
tт- время нахождения в тек.ремонте.
Определяется количество ремонтов за один ремонтный цикл:
ТрцК- время межремонтного пробега кап.ремонта;
ТрцТ-время межремонтного пробега текущего ремонта
.
За один ремонтный цикл осуществляется один капита