Проект модернизации системы управления котельной при переводе на природный газ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Российской Федерации

Курганский государственный университет

Кафедра автоматизации производственных процессов

проект модернизации системы управления котельной при переводе на природный газ

дипломный проект

расчетно-пояснительная записка

Студент группы МСЗ-6127 /Акименко Ю.Б./

Направление Автоматизация и управление (550200)

Специальность Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении) (210200)

Руководитель

Доцент, канд. техн. наук /Латышев В.А./

Консультанты:

Доцент, канд. техн. наук / Таранов А.С. /

Доцент, канд. техн. наук / Левашов С.П./

/ /

/ /

Заведующий кафедрой

Доцент, канд. техн. наук /Кузнецов В.П./

Курган 2003г.

А н н о т а ц и я

В данной работе представлен проект модернизации системы управления паровой котельной малой производительности, производящей пар для технологических нужд. Проект состоит из 7 разделов расчётно-пояснительной записки и графической части. В РПЗ приведены: обоснование модернизации системы управления котельной при переводе на природный газ; проектирование, конструирование и моделирование технических средств; информационное и программное обеспечение системы управления; технологическое обеспечение автоматизируемого процесса; эксплуатационная документация. Выполнены расчёты технико-экономических показателей проекта, а также освещён раздел безопасности и экологичности объекта управления. В графической части представлены чертежи и схемы, отражающие разработки, приведённые в РПЗ.

Дипломный проект содержит из 11 страниц расчётно-пояснительной записки, 14 таблиц, 14 рисунков и 12 листов графической части.

Содержание

Аннотация . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Обоснование модернизации системы управления котельной при переводе на природный газ . . . . . 7

   1. Устройство и работа котельной . . . . . . . . . . . 7

   2. Обоснование путей модернизации СУ котельной при переводе на природный газ на основе литературного обзора . . . . . . 10

   3. Функционально-алгоритмические признаки базовой СУ . . . 14

   4. ФСА базовой СУ котельной . . . . . . . . . . . 16

   5. Техническое задание на проект . . . . . . . . . . 24

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств . . . . . . . . . . . . 26

   1. Расчёт газопровода котельной при переводе на природный газ . 26

      1. Проектные решения по газоснабжению и составление пневматической схемы . . . . . . . . . . . . 26

      2. Расчёт динамических потерь давления газа . . . . . . . 28

   2. Системный анализ модернизируемой СУ на основе методов декомпозиции . . . . . . . . . . . . . . . 32

   3. Декомпозиционная схема формирования структуры СУ . . . . 34

   4. Разработка структурной схемы СУ и выбор управляющего устройства 40

   5. Проектирование функциональной схема СУ . . . . . . . 43

   6. Разработка подсистемы регулирования уровня воды в барабане . . 46

      1. Определение математической модели объекта регулирования уровня 46

      2. Выбор способа регулирования. . . . . . . . . . . 50

      3. Моделирование переходных процессов на ПВЭМ . . . . . 51

   7. Разработка подсистемы логического управления . . . . . . 52

   8. Проектирование пульта оператора . . . . . . . . . . 54

3. Информационное и программное обеспечение системы управления. . . . . . . . . . . . . . . . . 56

   1. Информационное обеспечение СУ . . . . . . . . . . 56

   2. Разработка алгоритмов управления . . . . . . . . . . 58

   3. Структура программного обеспечения . . . . . . . . . 64

   4. Разработка блок-схемы управляющей программы . . . . . . 67

4. Технологическое обеспечение автоматизируемого процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

   1. Порядок розжига котла . . . . . . . . . . . . . 69

   2. Регулирование технологических параметров . . . . . . . 70

   3. Останов котла . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5. Эксплуатационная документация . . . . . . . . 74

5.1 Инструкция программиста . . . . . . . . . . . . 74

5.2 Инструкция оператора котельной . . . . . . . . . . 79

1. Функционально-стоимостный и экономический анализ проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

   1. ФСА модернизируемого варианта СУ . . . . . . . . . 82

   2. Расчёт окупаемости и экономическая оценка проекта . . . . . 86

2. Безопасность и экологичность проекта . . . . . . 89

   1. Безопасность труда при работе паровой котельной . . . . . 89

      1. Расчёт потребного воздухообмена . . . . . . . . . 93

   2. Воздействие котельной на окружающую среду. . . . . . . 95

      1. Расчёт валового выброса вредных веществ в атмосферу при работе котельной . . . . . . . . . . . . . . . . 96

      2. Методы снижения содержания вредных вещетв в подуктах сгорания при сжигании топлива . . . . . . . . . . . . . 98

   3. Безопасность жизнедеятельности при чрезвычайных ситуациях . .100

      1. Общая характеристика опасности. . . . . . . . . .100

      2. Расчёт аварийной вентиляции. . . . . . . . . . . 102

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Список использованных источников . . . . . . . . 106

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

В в е д е н и е

По уровню автоматизации теплоэнергетика должна занимать одно из ведущих мест среди отраслей промышленности, т.к. теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом в любой момент времени выработка тепловой энергии должна соответствовать потреблению (нагрузке). Поэтому современные котельные являются высокоавтоматизированными установками /2/.

Автоматизация котельных – одно из основных направлений повышения их коэффициента полезного действия, снижения удельного расхода топлива, обеспечения безаварийности работы. Она даёт значительные преимущества:

1) обеспечивает уменьшение обслуживающего персонала, т.е. повышает производительность его труда;

2) приводит к изменению характера и облегчению труда персонала;

3) увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара;

4) повышает безопасность труда и надёжность работы оборудования /6/.

Эффективность внедрения средств автоматизации в значительной мере зависит от качества настройки автоматических регуляторов. В настоящее время теорией автоматического регулирования разработан ряд инженерных методов наладки автоматизированных систем, определению оптимальных параметров посвящено большое количество книг. Однако, эти эффективные методы определения оптимальных параметров настойки ситем автоматического регулирования в повседневной практике используются недостаточно. Часто эксплутационный персонал и даже наладчики специализированный организаций подбирают параметры настройки регуляторов опытным путём, или только с учётом статических характеристик элементов системы автоматического регулирования, что не обеспечивает работу системы в переходных режимах.

Со снижением себестоимости микропроцессоров, обусловленном совершенствованием технологии изготивления интегральных схем, появляется возможность их использования для автоматизации котельных.

Автоматизация котельной включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировку и сигнализацию. Автоматическое регулирование обеспечивает нормальный ход непрерывно протекающих процессов в котле и системе водоподготовки /11/.

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать котёл, а также переключать и регулировать его механизмы на расстоянии с пульта управления, где сосредоточены устройства управления. Технологический контроль за работой котла и оборудования осуществляется с помощью показывающих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в котле.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования. В котельной применяют световую и звуковую сигнализацию.

Развитие производства показывает, что котельные были, есть и будут, а системы автоматического регулирования в них необходимо совершенствовать с развитием науки и техники.

Настоящий дипломный проект разрабатывается с целью модернизации системы управления котельной малой производительности при переводе на природный газ средствами, отвечающими современному уровню развития технических средств автоматизации производственных процессов. Для реализации этого проекта необходимо решить следующие задачи:

1. всесторонне проанализировать базовую систему управления;

2. спроектировать технические средства реализации проекта;

3. наполнить систему управления информационным, программным и технологическим обеспечением;

4. разработать эксплуатационную документацию;

5. провести экономический анализ проекта;

6) оценить проект с точки зрения безопасности и экологичности.

З а к л ю ч е н и е

В данной работе был представлен проект модернизации системы управления паровой котельной малой производительности, производящей пар для технологических нужд. В процессе выполнения проекта достигнуты следующие результаты:

1. в разделе обоснование модернизации системы управления котельной при переводе на природный газ описаны устройство и работа котельной, приведены: обоснование путей модернизации СУ котельной на основе литературного обзора, функционально-алгоритмические признаки и функционально-стоимостный анализ базовой СУ котельной, разработано техническое задание на проект модернизации СУ;

2. в разделе проектирование, конструирование и моделирование технических средств приведены: проектные решения по газоснабжению и расчёт динамических потерь давления газа, системный анализ модернизируемой СУ на основе методов декомпозиции; разработаны: структурная и функциональная схемы СУ, подсистемы регулирования уровня воды в барабане и логического управления; спроектирован пульт оператора котла;

3. в разделе информационное и программное обеспечение системы управления освещены информационное обеспечение и структура программного обеспечения СУ; разработаны алгоритмы управления и блок-схема управляющей программы;

4. в разделе технологическое обеспечение автоматизируемого процесса описана технология розжига, останова котла и регулирования технологических параметров;

5. в разделе Эксплуатационная документация составлены инструкции программиста и оператора котла;

6. в разделе функционально-стоимостный и экономический анализ проекта выполнен расчёт технико-экономических показателей;

7. в разделе безопасность и экологичность проекта отражены охрана труда и воздействие на окружающую среду при работе котельной, а также безопасность жизнедеятельности при чрезвычайных ситуациях, произведёны расчёты потребного воздухообмена, валового выброса вредных веществ в атмосферу и аварийной вентиляции.

По результатам выполнения проекта можно сделать следующие выводы.

Модернизируемая СУ котельной:

1. с программируемым контроллером УПУ-ТП-2М в качестве управляющего устройства по своим техническим свойствам и показателям соответствует уровню и потребностям современной теплоэнергетики и отвечает техническому заданию;

2. увеличивает точность регулирования технологических параметров непрерывно протекающих процессов;

3. обеспечивает дистанционное управление, технологические контроль, блокировку и защиту, а также рабочую, предупредительную и аварийную сигнализации;

4. повышает безопасность и производительность труда обслуживающего персонала;

5. при использовании природного газа в качестве топлива заметно снижает количество вредных выбросов в атмосферу и улучшает экологическую обстановку;

6. при внедрении в производство окупится примерно через 2,5 года.

Список использованных источников

1. Баранов П.А. Обслуживание котлоагрегатов. – Тула: Приокское книжное изд-во, 1988. – 184с.

2. Беляев Г.Б. Технические средства автоматизации в теплоэнергетике. – М.: Стройиздат, 1982. – 173с.

3. Вентиляция и отопление цехов машиностроительных предприятий /М.И.Гришин, О.Н.Тимофеева, Е.М.Эльтерман и др. – М: Машиностроение, 1991. – 264с.

4. Борщов Д.Я. Защита окружающей среды при эксплуатации котлов малой мощности. – М: Стройиздат, 1987. – 153с.

5. Вергазов В.С. Устройство и эксплуатация котлов: вопросы и ответы: Справочник. – Стройиздат, 1991. – 246с.

6. Волков М.А., Волков В.А. Эксплуатация газифицированных котельных. – М: Стройиздат, 1990. – 256с.

7. Гаджиев Р.А. Охрана труда в тепловом хозяйстве промышленных предприятий: Уч. пособие для техникумов. – М: Энергия, 1980. – 223с.

8. Гидравлика, гидромашины, гидропневмоприводы, гидропневмо-автоматика. Методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 120500, 210200/ Зуев А.А., Попов Г.А. – Курган, 2000. – 56с.

9. Гольцман В.А. Приборы контроля и средств автоматики тепловых процессов. – М: Высш. школа, 1980. – 255с.

10. Деев Л.В. Котельные установки и их обслуживание. – М: Высш. школа, 1990. – 239с.

11. Клюев А.С. и др. Наладка систем автоматического регулирования барабанных паровых котлов. – М: Энергоатомиздат, 1985. – 280с.

12. Клюев А.С. и др. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справ. пособие – 2 изд. – М: Энергоатомиздат, 1989. – 368с.

13. Котёл паровой ДКВР-10. Техническое описание.

14. Кузьменко Д.Я. Регулирование и автоматизация паровых котлов. – М: Энергия, 1978. – 160с.

15. Лохматов В.М. Автоматизация промышленных котельных. – Л: Энергия, 1970. – 208с.

16. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчётным путём). – М: ГНИИАТ, 1991.

17. Методические указания к выполнению дипломного проекта для студентов специальности 210200/ Кузнецов В.П. – Курган, 2001. – 50с.

18. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу гидравлики, гидропневмопривода и гидропневмоавтоматики. Для студентов специальностей 12.01, 12.02, 21.03/Зуев А.А.,Попов Г.А. – Курган, 1993.-32с.

19. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов специальности 210200/ Таранов А.С. – Курган, 1998.

20. НПБ – 105 – 95.

21. Охрана окружающей среды: Учеб. пособие для студентов вузов /Под ред. Белова С.В. – М: Высш. школа, 1983. – 264с.

22. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов /Госгортехнадзор – М: Энергоатомиздат, 1989. – 176с.

23. Преобразователь измерительный Метран-43. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

24. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие /А.С. Клюев – 2 изд. – М: Энергоатомиздат, 1990. – 464с.

25. Пухов А.С. Синтез решений при создании автоматизированных технологических объектов: Учебное пособие – Курган: КГУ, 2000.– 121с.

26. Справочник по котельным установкам малой производительности /Роддатс К.Ф. – М: Энергоатомиздат,1989. – 488с.

27. Средства защиты в машиностроении: Расчёт и проектирование: Справочник. Под. ред. С.В. Белого. – М: Машиностроение, 1989. – 368с.

28. Столпнер Е.Б., Паюшева З.Ф. Справочное пособие для персонала газифицированных котельных. – Л: Недра, 1990. – 397с.

29. СНиП 58-87. Нормы проектирования. Электростанции тепловые.

30. СНиП 2.04.05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

31. Торговников Б.М. Проектирование промышленной вентиляции: Справочник. – М: Высш. школа, 1983. – 273с.

32. Устройство программного управления технологическими процессами УПУ-ТП-2М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

33. Файерштейн Л.М. Справочник по автоматизации котельных. – М: 1985. – 362с.

34. www.elmeh.ru

35. www.metran.ru