Меню
Бесплатно
Регистрация
Главная  /  Шторы и жалюзи  /  Автоматизация котельных установок: описание, устройство и схема. Модернизация действующей котельной: проект автоматизации и диспетчеризации котельного оборудования

Автоматизация котельных установок: описание, устройство и схема. Модернизация действующей котельной: проект автоматизации и диспетчеризации котельного оборудования


Введение

В нашей стране действуют десятки тысяч различных по оснащению и назначению котельных. Большое распространение получило строительство котельных работающих на газовом топливе. Т.к. транспортировка и подготовка газа проще, технологический процесс сжигания газа менее сложен, чем других видов топлива, при сжигании газа менее страдает экология.

Отопительные и отопительно-производственные котельные занимают одно из ведущих мест среди потребителей топливных ресурсов, расходуя до 50% добываемого в стране топлива. В настоящее время в городах и поселках насчитывается более 120 тыс. котельных, среди которых более 100 тыс. работают на газовом топливе и мазуте.

В настоящее время уровень автоматизации технологических установок на котельных остается низким. Котельные в основном эксплуатируются с обслуживающим персоналом непосредственно вмешивающимся в управление технологическим процессом. Применяемые средства автоматизации и приборы в основном прямого воздействия без использования технологического контроллера.

Техническая эксплуатация отопительно-производственных котельных связана с трудоемкими и утомительными для ручного обслуживания процессами. Нарушения нормального хода технологических процессов на котельных могут вызвать аварии отопительных систем и тяжелые последствия. Поэтому непременным условием эксплуатации котельных является автоматизация основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающая сохранение материального и энергетического баланса установки при оптимальном КПД, минимальном загрязнении окружающей среды, минимальных потребностях топливно-энергетических ресурсов, безопасной работе при любых нагрузках.

Совершенствование приборов и методов измерения позволяет получать более точные результаты измерений, в частности уменьшить погрешность измерения расхода газа, что позволяет потребителю экономить большие финансовые средства. При автоматизации и управлении технологическими объектами широко используют микропроцессорные средства контроля и управления.

1. Описание технологического процесса котельной на комплексном пункте сбора

1.1 Общие понятия о котельной

Устройства, служащие для получения водяного пара заданных параметров, называют котельными установками.

По назначению котельные установки делятся на энергетические, производственные и отопительно-производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар для привода турбин. В производственных пар вырабатывается для разных технологических нужд, а в отопительно-производственных для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных и жилых зданий. Котельные установки состоят из котлоагрегата и вспомогательного оборудования. В свою очередь котлоагрегат состоит из котла, топочного устройства, водяного экономайзера, пароперегревателя, воздухоподогревателя, арматуры, гарнитуры, каркаса и обмуровки. Рабочим телом котлоагрегата является вода.

Вспомогательное оборудование котельной установки, куда относятся питательные насосы, тягодутьевые установки, паропроводы и др. оборудование, предназначено для подачи воды, топлива и воздуха в котлоагрегат, а также для удаления золы, дымовых газов, и шлака. Кроме того, к вспомогательному оборудованию относятся приборы, аппараты, устройства для контроля и автоматического регулирования режима работы котлоагрегата.

В зависимости от производительности котлоагрегаты делятся на котлы малой мощности, которые могут вырабатывать пар до 5.5 кг/с (19.8 т/ч); котлы средней мощности, вырабатывающие пар до 30 кг/с (108 т/ч), и котлы большой мощности производительностью до 1000 кг/с (3600 т/ч).

Паровые котлы ДЕ предназначены для выработки перегретого пара или насыщенного, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Непосредственно в котельной стоят котлы типа ДЕ 6,5-14-ГМ.

Котлоагрегаты данного типа работают на газо-мазутном топливе.

1.2 Описание технологического процесса

Технологический процесс котельной установки представляет собой совокупность двух процессов:

Подготовка воды;

Получение пара.

Исходная вода с температурой 10-15°С поступает на вход блока насосов БН-1, состоящий из центробежных секционных насосов ЦНС 38-132, которые создают необходимое давление 0,5 МПа воды на выходе. Вода с насосов поступает в теплообменник ТО-1, используемый для подогрева воды дымовыми газами при температуре 150°С. Вода нагревается до температуры 45°С. После подогрева вода подается в фильтр ХВО.

Ионитный натрий-катионитовый фильтр ХВО представляет собой металлический цилиндрический сосуд, заполненный практически нерастворимым в воде материалом (катионитом), способным вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями. Через распределительное устройство, расположенное в верхней части фильтра, вода фильтруется через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы кальция и магния, обуславливающие ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионов натрия. Когда обменная способность натрий-катионита в процессе фильтрования через него жесткой воды истощается, натрий-катионит подвергается регенерации вытеснением из него ранее поглощенных ионов кальция и магния 6-8%-ным раствором поваренной соли. Для приготовления этого раствора применяется солерастворитель. Таким образом, в фильтре происходит обменная ионная реакция, в результате которой концентрация растворенных в воде катионов жесткости снижается (вода умягчается), что предотвращает образование накипи. Отвод умягченной воды из фильтра осуществляется через дренажное устройство, расположенное в нижней части корпуса.

Пройдя фильтр ХВО, умягченная вода дополнительно подогревается в теплообменнике ТО-2 до температуры 60°С и поступает в деаэратор атмосферного давления ДА-5/4, производительностью 5 т/ч. Деаэрацией называется удаление из питательной и подпиточной воды растворенных в ней газов (кислорода О2, двуокиси углерода СО2), вызывающих коррозию питательных трубопроводов, поверхностей нагрева котлов и систем теплоснабжения. Количество воды, поступающей в деаэратор, регулируется клапаном. Питательная вода из деаэратора с давлением 0,12 МПа поступает в блок насосов БН-2, которые подымают давление воды до 1,5 - 2,0 МПа (15...20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Этот блок состоит из трех центробежных насосов (два рабочих, один резервный), управляемых электродвигателями. Насосы имеют три основные характеристики: подача (количество воды, перекачиваемой в единицу времени, м3/ч); напор (максимальное давление, создаваемое насосом, м вод. ст.) и допустимая температура воды на входе воды в насос. Для питания парового котла с давлением пара 1,4 МПа (14кгс/см2) используется насос типа ЦНСГ-38-176. Это центробежный насос секционный для горячей воды с подачей 38 м3/ч, создающий напор 176 м вод. ст. и имеющий допустимую температуру воды на всасе 105 °С. Блок насосов БН-2 обеспечивает подачу воды в паровой котел.

Получение пара из воды слагается из трех процессов:

Подогрева воды до температуры кипения;

Кипение воды, когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар;

Перегрев пара до заданной температуры (при наличии пароперегревателя).

Тепло, необходимое для получения пара, выделяется при сгорании топлива в топочной камере. Передача тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного, конвективного и теплопроводности.

Подогрев воды происходит в экономайзере, парообразование в экранах, перегрев пара - в пароперегревателях.

Каждый из этих конструктивных элементов котлоагрегата участвует в превращении теплоты сгорания топлива в тепловую энергию водяного пара. Теплообмен во всех этих элементах происходит при высоких температурах стенок поверхностей нагрева, находящихся одновременно и под воздействием давления воды или пара. Отсюда и особые требования к поддержанию температуры металла стенок труб в пределах допустимых величин по условиям прочности. Это достигается путем создания устойчивого движения воды и пара внутри трубной системы котлоагрегата за счет разности удельных весов данных компонентов.

Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление выше давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода проходит через экономайзер, подогреваясь до температуры 140°С. Барабан котла служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось, экранные трубы представляет поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла - опускные трубы - нижние коллекторы - экранные трубы - барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).

Дымовые газы (продукты сгорания) из топки отсасываются дымососом и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором подается воздух.

Таким образом, в топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается водяной пар. Образовавшийся пар расходуется на собственные нужды (подогрев воды в деаэраторе). Другая часть пара поступает на нужды производства, оставшаяся часть поступает к пароводяным теплообменникам для подогрева воды системы отопления .

1.3 Состав и описание объекта автоматизации

1.3.1 Котел паровой газо-мазутный

Газомазутные паровые вертикальные водотрубные котлы типа ДЕ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды, отопление и горячее водоснабжение. Котлы этого типа выпускаются на номинальную паропроизводительность 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч при рабочем давлении 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см2).

Конструктивной особенностью таких котлов является размещение топочной камеры сбоку конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. При этом в максимальной степени использована унификация деталей и сборочных единиц, применяемых в котлах типов ДКВР и ДЕ.

Техническая характеристика котлов ДЕ-6,5-14ГМ представлена в таблице 1.1 .

Таблица 1.1 - Техническая характеристика котла

Наименование параметра

измерения

Величина

Паропроизводительность

Рабочее избыточное давление

Температура насыщенного пара

Температура перегретого пара

Поверхность радиационная нагрева

Поверхность конвективная нагрева

КПД при сжигании:

Температура питательной воды, не ниже

Температура дымовых газов за экономайзером:

На мазуте

Габариты котла:

1.3.2 Деаэратор (ДА-5/4)

Деаэраторы атмосферного давления типа ДА производительностью 5,15,25,25,50 и 100 т/ч применяются для дегазации питательной и подпиточной воды в котельных с паровыми котлами.

На данной котельной установке используется деаэратор типа ДА-5/4. Деаэратор состоит из деаэраторного бака, деаэрационной колонки и гидрозатвора. Деаэраторный бак представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и патрубками входа и выхода рабочей среды, трубопроводов для подключения и арматуры. На баке размещена деаэрационная колонка КДА-15, которая представляет собой цилиндрическую обечайку с эллиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство - гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и уровня воды в баке.

В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации: первая - струйная, вторая - барботажная. В деаэраторе ДА-5/4 первая ступень дегазации находится в деаэрационной колонке, вторая - в деаэраторном баке.

Основные технологические параметры деаэратора представлены в таблице 1.2 .

Таблица 1.2 - Основные технологические параметры деаэратора

Наименование параметра

измерения

Величина

Номинальная производительность

Рабочее давление

Температура деаэрированной воды

Средний подогрев воды в деаэраторе

Полезная емкость деаэраторного бака

Габариты деаэратора:

1.3.3 Экономайзер (ЭБ1-330И)

Экономайзеры чугунные блочные предназначены для нагревания питательной воды в паровых и водогрейных стационарных котлах с рабочим давлением до 2,4 МПа.

Применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы по сравнению со стальными экономайзерами. Использование паровой (П) или газоимульсионной (И) очистки позволяет постоянно иметь чистые поверхности нагрева, а значит экономить топливо при минимальном обслуживании и полном исключении ручного труда.

Основные технологические параметры экономайзера представлены в таблице 1.3 .

Таблица 1.3 - Основные технологические параметры экономайзера

Наименование параметра

измерения

Величина

Площадь поверхности нагрева

Количество колонок

Длина труб

Гидравлическое сопротивление

Температура воды на входе (минимальная)

Температура воды на выходе (минимальная)

Аэродинамическое сопротивление

Габаритные размеры:

Количество труб

1.3.4 Дутьевой вентилятор (ВДН-9-1500)

Центробежные дутьевые вентиляторы одностороннего всасывания типа ВДН предназначены для подачи воздуха в топки паровых котлов.

Максимально допустимая температура перемещаемой среды на входе в вентиляторы +200°С, температуре окружающего воздуха не ниже -30°С и не выше +40°С. Вентиляторы рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе (вне помещения под навесом) в условиях умеренного климата. Такими вентиляторами комплектуются котлы с уравновешенной тягой паропроизводительностью 1..25 т/ч.

Техническая характеристика дутьевого вентилятора ВДН-9-1500 представлена в таблице 1.4 .

Таблица 1.4 - Техническая характеристика дутьевого вентилятора

1.3.5 Вытяжной вентилятор (ВДН-11,2-1500)

В качестве дымососов на газомазутных котлах применяются вентиляторы типа ВДН-11,2-1500. Они предназначены для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов, рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе в условиях умеренного климата.

Запуск разрешается при температуре в улитке не ниже -30°С. Максимальная температура газов на входе в дымососы не должна превышать +200°С.

Техническая характеристика вытяжного вентилятора ВДН-11,2-1500 представлена в таблице 1.5 .

Таблица 1.5 - Техническая характеристика вытяжного вентилятора

1.4 Функции системы управления

1.4.1 Основные функции при управлении котлом ДЕ-6,5/14-ГМ

АСУТП котлов предназначена для выполнения всех функций управления котлом, как в автономном режиме, так и в составе АСУТП котельной.

Основные функции системы:

Пуск, штатный и аварийный останов котла;

Автоматическое регулирование технологических параметров и поддержание заданной мощности котла;

Логическое управление технологическим оборудованием в соответствии с запрограммированными алгоритмами;

Реализация защит и блокировок в соответствии с нормативными документами на водогрейные и паровые котлы;

Передача значений контролируемых параметров на АРМ оператора;

Прием и исполнение команд дистанционного управления от АРМ оператора и местного пульта управления;

Диагностика состояния технических средств системы.

1.4.2 Функции отображения, регистрации и сигнализации

а) визуализация:

измерение и отображение в цифровой форме технологических параметров (в виде отдельных величин или в виде группы взаимосвязанных величин) по требованию оператора;

вывод основных технологических параметров и состояний оборудования на мнемосхемы;

обнаружение и оперативное отображение отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленный промежуток времени;

реализация диалога с оператором.

б) регистрация:

1) обнаружение, регистрация, сигнализация отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленные пределы;

2) формирование графиков изменения основных технологических параметров;

3) обнаружение и регистрация аварий.

в) автоматическое управление:

1) на основе полученных данных о технологическом процессе, осуществляется управление исполнительными механизмами по определенному алгоритму;

2) регулирование заданных технологических параметров.

г) формирование и печать отчетно-учетных документов по запросу оператора.

2. Автоматизация технологического процесса

2.1 Структура АСУ ТП

Нижний уровень включает в себя датчики давления, исполнительные механизмы, термометры сопротивления, блоки питания, а также средства дистанционного управления исполнительными механизмами с клапанами и задвижками, позволяющие оператору при необходимости вести технологический процесс в ручном (аварийном) режиме работы.

Средний уровень системы управления разработан на базе технологического микропроцессорного управляющего контроллера SLC-5/04 фирмы "ALLEN-BRADLEY" и выполняет следующие основные функции:

Cбор и обработку аналоговых измерений;

Cбор и обработку цифровых сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования;

Контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих аварийных или предупредительных сигналов;

Выдача управляющих воздействий на различные механизмы;

Обмен информацией со вторым уровнем управления;

Автоматическое регулирование.

Верхний уровень системы управления реализован на базе ПЭВМ промышленного исполнения и выполняет следующие функции:

Выполняет обработку полученной информации, формирует базы данных замеров, ведет предысторию событий и аварий;

Обеспечивает непрерывный круглосуточный обмен информацией с контроллером;

Формирует и архивирует массивы информации по заданным параметрам;

Отображает полученную информацию в виде таблиц или на мнемосхемах с возможностью показа, как полного перечня параметров, так и параметров по конкретной технологической подсистеме;

Отображает графики изменения физических величин в виде кривых; Обеспечивает формирование и печать отчетно-учетных документов.

2.2 Объекты и объемы автоматизации котельной установки

Объёмы автоматизации котельной установки определяются из условия обеспечения её работы без оперативного персонала, с формированием аварийных сигналов оповещения и аварийного останова котла при возникновении аварийной ситуации и пожаре.

На данной котельной установке комплексного сборного пункта предусматривается технологическая и аварийная сигнализации.

Технологическая сигнализация служит для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении параметров от нормы. В качестве звукового сигнала - звонок. Звуковой сигнал снимается дежурным персоналом, а световой (световые табло размещены на щитах контроля и управления) горит до устранения нарушения.

Аварийная сигнализация служит для оповещения оператора об аварийном состоянии электродвигателей основного оборудования. В качестве звукового сигнала принимается ревун, а аварийная световая сигнализация осуществляется красной лампочкой, расположенной над ключом управления электроприводом.

Защита котлоагрегата при возникновении аварийных режимов является одной из основных задач автоматизации котельных установок. Аварийные режимы возникают чаще всего в результате неправильных действий постоянного обслуживающего персонала, преимущественно при пуске котлоагрегата. Схема защиты обеспечивает реализацию заданной последовательности операций при растопке котла и автоматическое прекращение подачи топлива при возникновении аварийных режимов.

Растопка котла осуществляется следующим образом:

а) растопка котельной установки выполняется двумя рабочими с регистрацией в "Журнале газоопасных работ, выполняемых без наряда-допуска";

б) пуск в работу котельной установки без включения приборов защиты и контроля запрещается;

в) растопка котла производится при слабом огне, уменьшенной тяге

г) (-0,1-(-0,15) МПа), закрытой паровой задвижке и открытом вентиле. Нагрузка должна составлять 10 - 15% номинальной производительности котла. Запорную арматуру на газопроводе перед горелкой разрешается открывать только после включения запального устройства или поднесении к ней горящего запальника;

д) при растопке котла необходимо обеспечить равномерный прогрев его частей и заранее включить устройство для подогрева воды в нижнем барабане через вентиль;

е) перед розжигом газовых горелок необходимо произвести в течении 10-15 минут вентиляцию топки котла, путем включения дымососа и вентилятора котла. Аппараты дымососа и вентилятора должны быть в открытом положении. После вентиляции необходимо убедиться в отсутствии в топке взрывоопасной газо-воздушной смеси, путем отбора проб газоанализатором с обязательной регистрацией результатов анализа проб и номера газоанализатора в "Журнале газоопасных работ выполняемых без наряда-допуска". После чего можно приступать к розжигу газовой горелки;

ж) если при розжиге горелки или в процессе регулирования произошел проскок или погасание пламени, подача газа на горелку и запальное устройство должна быть немедленно прекращена. К повторному розжигу разрешается приступать после вентиляции газоходов в течение 10-15 мин, а также устранения причин неполадок;

з) когда из открытого воздушника котла пойдет пар, необходимо закрыть воздушник и дренаж;

и) при давлении пара 0,05-0,1 МПа производится продувка водоуказательных приборов и сильфонной трубки манометра, а также проверка продувочных линий на ощупь (линия должна быть холодной). При продувке водоуказательных стекол:

1) открыть продувочный кран за счет этого продувается стекло;

2) закрыть водяной кран - продувается паровая труба и стекло;

3) открыть водяной кран, закрыть паровой кран и открыть продувочный кран - продувается водяная труба;

4) открыть паровой кран и закрыть продувочный - проверяется уровень воды в стекле.

После продувки уровень в стекле должен быстро повышаться и затем колебаться слегка. Если уровень в стекле повышается медленно, то следует снова продуть водяной кран;

к) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла.

Перед включением котла в работу должны быть проверены:

1) исправность действия предохранительных клапанов путем их принудительного открытия (они должны быть отрегулированы на начало открытия; контрольный на 1,32 МПа, рабочий на 1,33 МПа) водоуказательных приборов, манометра продувки, питательных устройств, кратковременным включением;

2) проверка и включение автоматики безопасности, сигнализаторов и аппаратуры автоматического управления котлом;

3) проверка показания сниженных указательных уровней воды по указателям уровня воды прямого действия;

4) запрещается включение котла в работу при неисправной арматуре, приборов КИПиА, автоматике безопасности, систем блокировки и сигнализации;

5) включение котла в паропровод осуществляется медленным открытием задвижки после тщательного прогрева и продувки паропровода через дренаж;

6) перед включением котла в общий паропровод необходимо произвести его периодическую продувку. Периодическая продувка котла производится последовательно с передней части нижнего барабана, задней части нижнего барабана и бокового коллектора. При периодической продувке сначала открываются ближний, а затем дальний вентиль от котла, прекращение продувки происходит в обратном порядке;

7) при включении котла в работающий общий паропровод давление в нем должно быть равно или несколько ниже (0,05 МПа) давления в паропроводе. Если при включении в паропроводе будут возникать толчки и гидроудары, то включение следует приостановить и увеличить дренирование;

8) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла;

9) время начала растопки, и ее окончание, должны быть записаны в сменном журнале.

Схема защиты позволяет решать задачи:

Контроль за правильным выполнением предпусковых операций;

Включение тягодутьевых устройств, заполнение котла водой и т.д.;

Контроль за нормальным состоянием параметров;

Дистанционный розжиг запальника со щита управления;

Автоматическое прекращение подачи газа к запальникам после кратковременной совместной работы запальника и основной горелки, если факелы запальника и горелки имеют общий прибор контроля.

Паровые котлы независимо от давления и паропроизводительности при сжигании газообразного и жидкого топлива должны быть оборудованы устройствами прекращающими подачу топлива к горелкам в случае:

Понижения или повышения давления газообразного топлива перед горелками;

Понижения давления жидкого топлива перед горелками;

Понижения или повышения уровня воды в барабане;

Уменьшения разряжения в топке;

Повышения давления пара (только при работе котельных без постоянного обслуживающего персонала);

Понижения давления воздуха перед горелками (для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха);

Погасания факела горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

Неисправности цепей защиты, включая исчезновение напряжения.

Система автоматического регулирования котла включает в себя четыре регулятора и делится на две части:

Регулятор уровня воды в барабане котла;

Регуляторы процесса горения.

Процессом горения управляют три регулятора: соотношения "топливо-воздух" и разрежения в топке, давления пара.

Регулирование процесса горения -- это процесс связанного регулирования, т. к. изменение нагрузки котла влечет изменение расхода топлива, воздуха и отсасываемых продуктов сгорания. Данная система регулирования должна реагировать на внутренние и внешние возмущения. К внутренним относятся возмущения, связанные с изменением подачи топлива, износом регулирующих органов, а к внешним относятся возмущения, связанные с расходом пара с котла и другие.

В отопительных и отопительно-производственных котельных, работающих на газе, находят применение комплексные системы автоматики, каждая из которых в зависимости от назначения и мощности котельной, давления газа, вида и параметров теплоносителя имеет свою специфику и область применения.

Основные требования к автоматизации отопительных котельных предусматривают обеспечение безопасной их эксплуатации и рациональное регулирование расхода топлива.

Показатели совершенства применяемых систем автоматизации является их самоконтроль, т.е. подача сигнала об аварийном выключении котельной или одного из котлов и автоматическая фиксация причины, вызвавшей аварийное отключение.

Некоторые из серийно выпускаемых систем автоматики позволяют осуществлять полуавтоматический пуск и останов котлоагрегатов, работающих на газовом и жидком топливе. Одна из особенностей систем автоматизации газифицированных котельных является полный контроль за безопасностью работы оборудования и агрегатов. Система специальных защитных блокировок должна обеспечить отключение подачи топлива при:

Нарушении нормальной последовательности пусковых операций;

Отключении дутьевых вентиляторов;

Нарушении тяги в топке котла;

Понижении (повышении) давления газа ниже (выше) допустимого придела;

Погасании факела;

Понижении уровня воды в котле;

и в других случаях отклонения параметров работы котлоагрегатов от нормы.

Поэтому современные системы автоматизации состоят из оборудования и приборов, обеспечивающих комплексное регулирования режима и безопасность их работы. Для диспетчеризации котельных необходима высокая степень надежности работы исполнительных органов и датчиков систем автоматики. В ряде случаев ограничиваются применением в котельных автоматики "минимум" предназначенной для контроля лишь основных параметров (частичная автоматизация).

К выпускаемым и вновь разрабатываемым системам автоматизации отопительных котельных предъявляется ряд технологических требований:

Блочность, т. е возможность лёгкой замены вышедшего из строя блока;

Агрегатность, т. е. возможность набора любой схемы из ограниченного числа унифицированных элементов.

Наличие устройств, позволяющих осуществлять телеуправление автоматизированными установками по минимальному количеству каналов связи минимальная инерционность и быстрейшее возвращение к норме при любом возможном разбалансе системы.

Полная автоматизация работы вспомогательного оборудования:

регулирование давления в обратном коллекторе (подпитка теплосети), давления в головке-деаэратора, уровня воды в баке-аккумуляторе деаэратора и др.

2.2.1 Контур регулирования давления пара в барабане котла

Назначение - удерживать постоянной заданную величину давления пара в пределах точности регулирования путем изменения подачи топлива при колебаниях расхода пара с котла от 20 до 120% его мощности.

Нижний предел (20%) определяется началом диапазона регулирования горелок, которыми регулируются котлы ДЕ. Верхний предел (120%) определяется тем, что кратковременно разрешается перегрузка котла.

Импульс по давлению пара для регулятора поступает из барабана котла. В данной ситуации регулятор стремится поддерживать постоянным давление пара в барабане; он также участвует и в регулировании общей нагрузки котельной.

2.2.2 Контур регулирования соотношения "газ-воздух"

Назначение - поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла.

Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого, строятся и схемы автоматического регулирования: "давление топлива - давление воздуха"; "расход пара -- расход (давление) воздуха"; "положение РО топлива -- расход (давление) воздуха" и "количество кислорода 02 в уходящих газах -- количество воздуха".

Оптимальное количество воздуха будет выдерживаться, когда измеряется не только расход топлива, но и его качественные показатели: состав, температура, влажность и т.д. Наиболее точно это учитывается САР подачи воздуха, удерживающей избыток (1,0-1,5%) кислорода 02 в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения "топливо -- воздух".

Измерение количества топлива заключается в измерении давления непосредственно на газовой горелке при постоянном сечении их выходных отверстий. Такой метод измерения предусматривает и режимная карта котла.

Количество воздуха, подаваемого в топку, обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед котлом. Если на воздуховоде к котлам нет ручных заслонок, т. к. горелка одна, то можно измерять количество воздуха по величине давления в общем воздуховоде к котлам. В противном случае если прикрыть ручные заслонки на горелках, то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет, что как бы свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора, хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.

2.2.3 Контур регулирования разрежения

Назначение - полное удаление продуктов сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.

Избыточное давление в топке приводит к выбиванию газов и пламени из топки в помещение котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха, снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.

На регулятор разрежения возлагается задача поддержания постоянного с высокой точностью. Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том, что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Для топок котлов типа ДЕ место отбора разрежения располагается с фронта котла в верхней части топки над горелкой.

Основное требование к регулятору - максимально возможное быстродействие, так как топка как объект регулирования разрежения практически безинерционна.

При увеличении количества воздуха, подаваемого в топку, разрежение в топке уменьшится, одновременно снижается поступление воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.

Из сказанного следует, что регулятор не должен иметь остаточной неравномерности и может быть простым по закону регулирования. Как правило, для котлов типа ДЕ ставят интегральный одноимпульсный регулятор разрежения.

2.2.4 Контур регулирования уровня в барабане котла

Назначение - поддерживать уровень воды в барабане постоянным с точностью 5 мм при изменении расхода пара с котла от 10 до 120%.

Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном состоянии участок питания котла характеризуется равенством между количеством поступающей воды и расходом пара с котла. Если это условие выдерживается, то уровень воды будет неизменным. Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды, расхода пара, теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать 20 - 30 мм, так как в случае отказа регулятора достаточно 3 - 4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя; перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара, к забросу воды в паропровод, гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.

В то же время барабанный котел обладает рядом свойств, затрудняющих поддержание уровня в переходных режимах. При нанесении возмущения процесс изменения уровня характеризуется запаздыванием, "набуханием" и отсутствием самовыравнивания. В барабане котла регулируется уровень смеси пара и воды (эмульсии), удельный вес которой меньше удельного веса воды. Поэтому в котлах типа ДЕ, работающих на газе и мазуте, в случае резкого изменения нагрузки происходит изменение уровня в ту же сторону, в чем и заключается явление - "набухания". Иначе говоря, при повышении нагрузки увеличивается количество пара в экранных трубках, поэтому увеличивается и количество воды, вытесненной паром в барабан котла, что приводит к повышению уровня. "Набухание" тем больше, чем сильнее экранирован котел и меньше давление пара.

"Набухание" вредно сказывается на процессе регулирования. Так, при сбросе нагрузки подачу воды следует уменьшить, но уровень при этом понижается, и регулятор воздействует на увеличение подачи воды. К тому же поступление порции воды, имеющей низкую температуру, приводит к дополнительному снижению уровня. Первоначальное изменение уровня в сторону, противоположную знаку возмущения, приводит к запаздыванию регулирования.

Таким образом, задача регулирования уровня из-за отсутствия самовыравнивания, наличия "набухания" и запаздывания значительно усложняется.

Для котлов ДЕ производительностью до 25 т/ч и давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) практически применяется одноимпульсный изодромный регулятор питания водой барабана котла.

Питательная вода из деаэратора с давлением 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) подается на питательный насос, который подымает давление воды до 1,5..2,0 МПа (15..20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Затем вода через регулирующий орган поступаёт в экономайзер где она нагревается до температуры на 20..30°С меньше, чем температура котловой воды. Оттуда питательная вода поступает в барабан котла.

Для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении основных технологических параметров от нормы предусматривается технологическая светозвуковая сигнализация. Схема технологической сигнализации котельной разделяется, как правило, на схемы сигнализации котлоагрегатов и вспомогательного оборудования котельной. В котельных с постоянным обслуживающим персоналом должна предусматриваться сигнализация:

Остановка котла (при срабатывании защиты);

Причины срабатывания защиты;

Понижения температуры и давления жидкого топлива в общем трубопроводе к котлам;

Понижения или повышения давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

Понижения давления воды в питательной магистрали;

Повышения или понижения уровня в баках (деаэраторных, аккумуляторных систем горячего водоснабжения, конденсатных, питательной воды, хранения жидкого топлива и др.), а также понижения уровня в баках промывочной воды;

Повышения температуры в баках хранения жидких присадок;

Неисправность оборудования установок для снабжения котельных жидким топливом (при их эксплуатации без постоянного обслуживающего персонала);

Повышения температуры подшипников электродвигателей при требовании завода-изготовителя;

Понижения величины рН в обрабатываемой воде (в схемах водоподготовки с подкислением);

Повышения давления (ухудшения вакуума) в деаэраторе;

Повышения или понижения давления газа.

Схема автоматизации котельной представлена в приложении А.

2.3 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Основным критерием при выборе современного датчика является его интеллектуальность. Под этим термином понимается не просто наличие в датчике микропроцессора, а программируемая многофункциональность датчика, модульность его построения, наличие в нем интерфейсов к типовым цифровым полевым сетям.

В функции современного интеллектуального датчика обычно входят:

Хранение архива измеренных значений;

Первичная обработка измеренных значений, контроль их выхода за заданные границы;

Преобразование измерений в заданные технические единицы с коррекцией по влияющим на точность измерения факторам;

Самодиагностика и тестирование с выдачей сообщений оператору о наименовании обнаруженной неисправности датчика;

Дистанционная, с пульта оператора настройка шкалы датчика, установка его нуля и градуировка.

Для измерения температуры воды используем датчик ТСПУ Метран-276.

Термопреобразователь ТСПУ Метран-276 предназначен для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионно-стойким.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей .

Технические характеристики и параметры датчика ТСПУ Метран-276 приведены в таблице Г.1 в приложении Г.

Для измерения температуры дымовых газов используем датчик ТСП Метран-206.

Термопреобразователь ТСП Метран-206 предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры .

Технические характеристики и параметры датчика ТСП Метран-206.приведены в таблице Г.2 в приложении Г.

Для измерения температуры подшипников насосов используем преобразователь ТСП Метран-246 .

Технические характеристики и параметры датчика Метран-246 приведены в таблице Г.3 в приложении Г.

Для измерения температуры подшипников вентиляторов выберем преобразователь ТСМ Метран-243.

Назначение: для измерения температуры малогабаритных подшипников и поверхности твердых тел .

Технические характеристики и параметры датчика ТСМ Метран-243 приведены в таблице Г.4 в приложении Г.

Для контролирования кавитации потока воды после насосов используем датчик ДМ - 2005 - Сг - 1Ех.

Манометры, показывающие сигнализирующие ДМ - 2005 - Сг - 1Ех предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления различных сред и управлений внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства прямого действия.

Приборы являются взрывозащищёнными с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" .

Технические характеристики и параметры датчика ДМ - 2005 - Сг - 1Ех приведены в таблице Г.5 в приложении Г.

Для измерения давления газа используем Метран-100-ДИ.

Метран-100-ДИ-предназначен для преобразования избыточного давления в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи в системах автоматического контроля, регулирования и управления.

В датчиках измеряемое избыточное давление воздействует на мембрану и преобразуется в усилие на жестком центре, которое через шток передается на рычаг тезопреобразователя. На измерительной мембране размещены тензорезисторы. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезисторов и разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал .

Технические характеристики и параметры датчика Метран-100-ДИ приведены в таблице Г.6 в приложении Г.

Метран-100-ДД предназначен для измерения разности давлений, а также для измерения уровня расхода в комплекте с ДКС (диафрагма каменная стандартная).

Мембраны приварены по наружному контуру к основанию и соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага преобразователя с помощью тяги. Воздействие измеряемой разности давлений вызывает прогиб мембран, изгиб мембраны тензопреобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный преобразователь .

Технические характеристики и параметры датчики Метран-100-ДД приведены в таблице Г.7 в приложении Г.

Сигнализатор загазованности СТМ-30 предназначен для непрерывного контроля взрывоопасных концентраций в воздухе помещения и открытых пространств горючих газов, паров и их смесей.

Принцип действия сигнализатора термохимический основанный на изменении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика.

Используется мостовая схема измерения, подается напряжение питания и выходное напряжение .

Технические характеристики и параметры датчика СТМ-30 приведены в таблице Г.8 в приложении Г.

УЗС-207 (АД-102И - акустический датчик) - предназначен для контроля одного или 2-х предельных уровней в различных технологических сосудах или резервуарах.

Принцип работы акустического датчика (АД) основан на определении времени прохождения ультразвукового сигнала через рабочий зазор датчика .

Технические характеристики и параметры приведены датчика УЗС-207 в таблице Г.9 в приложении Г.

Для контроля наличия пламени используется датчик фотоэлектрический ФД - 1 ТУ1-586-0019-92. Датчик предназначен для преобразования пульсации световой энергии факела пламени в изменения сопротивления датчика и применяется в схемах защиты и сигнализации при погасании факела в топках котлов.

Технические характеристики и параметры приведены датчика ФД - 1 в таблице Г.10 в приложении Г.

Индукционный расходомер марки ЭРИС-ВТ применяют для определения расхода подтоварной воды (с различных установок ДНС, УПН), речной, озерной воды на водозаборных и водонапорных станциях.

Принцип работы основан на возникновении электродвижущей силы в датчике жидкости, которая пересекает магнитное поле .

Технические характеристики и параметры датчика ЭРИС-ВТ приведены в таблице Г.11 в приложении Г.

Для измерения разрежения в барабане котла используется многопредельный измеритель давления/разрежения АДР-0.25.2.

Измерители давления многопредельные с цифровой и линейной дискретной индикацией величины давления предназначены для: непрерывного измерения значения абсолютного и избыточного давления воздуха, природных и других газов, неагрессивных к материалам контактирующих деталей (кремний, сталь); формирования дискретных выходных сигналов при достижении давлением заданных уровней (уставок).

Технические характеристики и параметры приведены датчика АДР-0.25.2 в таблице Г.12 в приложении Г.

Счетчик вихревой газовый СВГ. М предназначен для оперативного и коммерческого учета природного газа. Счетчик состоит:

Датчик расхода (ДРГ. М);

Датчик избыточного давления;

Датчик температуры.

Принцип работы: тело находящиеся на пути обтекающих его струй изменяет давление потока до тела обтекания и после него, в результате происходит срыв вихрей. Образование вихрей происходит, поочередно получается дорожка Кармана .

Технические характеристики и параметры датчика СВГ. М приведены в таблице Г.13 в приложении Г.

Для измерения объёма пара, а также количества тепловой энергии, переносимой паром, используется счётчик пара вихревой СВП - 2500.

Счётчик пара состоит из датчика расхода газа (пара) вихревого ДРГ.М, датчика расхода конденсата, датчиков температуры, давления с электрическим выходным сигналом 0-5 мА или 4-20 мА, блока контроля теплоты микропроцессорного БКТ.М.

Измеряемая среда - насыщенный или перегретый пар с температурой 100-250 0 С. Датчик расхода преобразует объём проходящего пара при рабочем давлении в последовательность электрических импульсов ценой каждого 1 10 -3 или 0,1 10 -3 м 3 /имп в зависимости от типоразмера.

Датчик расхода может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С.

Технические характеристики и параметры датчика СВП - 2500 приведены в таблице Г.14 в приложении Г.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные (МЭО) постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Механизмы состоят из следующих основных узлов: электропривода, редуктора, штуцерного ввода, блока сигнализации положения.

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа.

Электрическое питание механизмов осуществляется трехфазным током напряжением: 220/380, или 240/415В с частотой 50Гц, или 220/380В с частотой 60Гц.

Электрическое питание выносного блока БП - 10 осуществляется от 220В с частотой 60Гц, допустимое отклонение напряжения питания от -15 до +10%, частоты питания ±2% .

Для питания всех преобразователей используем блок питания, Метра-602.

Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220В в стабилизированное напряжение 24 или 36В и питания датчиков с унифицированным выходным сигналом:

Датчиков давления серии Метран и др.;

Датчиков температуры серии Метран-270, Метран-270МП, Метран-280 и др.

Блок питания Метран-602 состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты.

Схема электронной защиты предназначена для защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке.

Технические характеристики и параметры датчика Метра-602. приведены в таблице Г.15 в приложении Г.

3. Программируемый логический контроллер в системе автоматизации

3.1 Выбор контроллера

3.1.1 Обзор рынка контроллеров

При выборе контроллера произведем сравнительный анализ нескольких видов программируемых логических контроллеров и на основе данного анализа произведем выбор контроллера наиболее подходящий условиям поставленной задачи. В настоящее время, множество фирм, как зарубежных, так и российских занимается разработками в области создания программируемых логических контроллеров, для их же применения в различных отраслях промышленности. Рассмотрим несколько видов программируемых логических контроллеров:

а) контроллер серии SLC-500 фирмы "Allen-Bradley" (США). Контроллер SLC-500 - широко используются во всем мире.

1) популярное решение для расширяемых приложений автоматизации;

2) экономичные и легкие в использовании процессоры с большими возможностями;

3) исключительная надежность, подтвержденная в сотнях тысяч приложений;

4) расширенная система команд, включающая косвенную адресацию, широкие математические возможности и вычисление выражений.

Основные характеристики SLC-500:

1) контроллеры с фиксированной конфигурацией на 20, 30 или 40 входов-выходов;

2) быстрый обмен сообщениями по сети, связь с другими сетями, а также связь между модулями в шасси;

3) модульная конструкция ввода-вывода, памяти и интерфейсов связи обеспечивает перестройку и расширение контроллера. При конфигурации контроллера определяется необходимое количество входов-выходов, требуемый объём памяти и тип сети связи. В последствии при необходимости расширения возможностей контроллера можно добавить в него входы-выходы, память или интерфейсы связи;

4) аппаратура контроллера разработана для эксплуатации в тяжёлых промышленных условиях, для противостояния вибрациям, повышенной температуре и электромагнитным помехам;

5) компактная конструкция контроллера позволяет устанавливать его в ограниченном пространстве;

6) удалённый доступ к контроллеру возможен посредством соединения с ним по сетям Ethernet, ControlNet, DeviceNet, DH+, DH-485;

7) удалённый доступ к модулям ввода-вывода, расположенным в другом месте может быть осуществлён посредством связи по сетям ControlNet, DeviceNet и Remote I/O.

Подобные документы

    Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.
    Разработка системы автоматического регулирования давления рецикла водорода в буферной ёмкости Е-4 установки по производству водорода

    Описание установки как объекта автоматизации, варианты совершенствования технологического процесса. Расчет и выбор элементов комплекса технических средств. Расчет системы автоматического управления. Разработка прикладного программного обеспечения.

    дипломная работа , добавлен 24.11.2014

    Назначение и технологическая схема установки предварительного сброса воды (УПСВ). Функции и структура автоматизированной системы управления УПСВ, разработка ее уровней и выбор оборудования. Расчет надежности и технико-экономической эффективности системы.

    дипломная работа , добавлен 29.09.2013

    Элементы рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Схема конструкции парового котла. Описание схемы автоматизации объекта, монтажа и наладки системы автоматического регулирования. Расчет чувствительности системы управления подачей пара.

    дипломная работа , добавлен 03.09.2013

    Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.

    курсовая работа , добавлен 05.12.2012

    Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.

    курсовая работа , добавлен 19.06.2012

    Характеристика котла для производства перегретого пара. Функции регулятора уровня воды в барабане парового котла. Разработка технической структуры системы автоматизированного управления и функциональной схемы регулятора. Организация безударных переходов.

    курсовая работа , добавлен 21.12.2011

    Характеристика объекта управления (барабана котла), устройства и работы системы автоматического регулирования, ее функциональной схемы. Анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Оценка качества управления по переходным функциям.

Для регулирования и оптимизации функционирования котловых агрегатов технические средства стали применяться еще на начальных этапах автоматизации промышленности и производства. Сегодняшний уровень развития этого направления позволяет значительно повысить рентабельность и надежность котельного оборудования, обеспечить безопасность и интеллектуализацию труда обслуживающего персонала.

Задачи и цели

Современные системы автоматизации котельных способны гарантировать безаварийную и эффективную эксплуатацию оборудования без непосредственного вмешательства оператора. Функции человека сводятся к онлайн-мониторингу работоспособности и параметров всего комплекса устройств. Автоматизация котельных решает следующие задачи:

Объект автоматизации

Как объект регулирования является сложной динамической системой со множеством взаимосвязанных входных и выходных параметров. Автоматизация котельных осложняется тем, что в паровых агрегатах очень велики скорости протекания технологических процессов. К основным регулируемым величинам относят:

  • расход и давление теплоносителя (воды или пара);
  • разряжение в топке;
  • уровень в питательном резервуаре;
  • в последние годы повышенные экологические требования предъявляются к качеству приготавливаемой топливной смеси и, как следствие, к температуре и составу продуктов дымоудаления.

Уровни автоматизации

Степень автоматизации задается при проектировании котельной или при капитальном ремонте/замене оборудования. Может лежать в диапазоне от ручного регулирования по показаниям контрольно-измерительных приборов до полностью автоматического управления по погодозависимым алгоритмам. Уровень автоматизации в первую очередь определяется назначением, мощностью и функциональными особенностями эксплуатации оборудования.

Современная автоматизация работы котельной подразумевает комплексный подход - подсистемы контроля и регулирования отдельных технологических процессов объединяются в единую сеть с функционально-групповым управлением.

Общая структура

Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.

Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.

Современный рынок широко представлен как отдельными приборами и устройствами, так и комплектами автоматики отечественного и импортного производства для паровых и водогрейных котлов. К средствам автоматизации относят:

  • оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
  • специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
  • (электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
  • панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
  • шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.

При выборе управления и контроля наиболее пристальное внимание следует уделить автоматике безопасности, исключающей возникновение нештатных и аварийных ситуаций.

Подсистемы и функции

Любая котельной включает в себя подсистемы контроля, регулирования и защиты. Регулирование осуществляется путем поддержания оптимального режима горения заданием разряжения в топке, расхода первичного воздуха и параметров теплоносителя (температуры, давления, расхода). Подсистема контроля выводит фактические данные о функционировании оборудования на человеко-машинный интерфейс. Приборы защиты гарантируют предотвращение аварийных ситуаций при нарушении нормальных условий эксплуатации, подачу светового, звукового сигнала или останов котлоагрегатов с фиксацией причины (на графическом табло, мнемосхеме, щите).

Коммуникационные протоколы

Автоматизация на базе микроконтроллеров сводит к минимуму использование в функциональной схеме релейных коммутаций и контрольных электролиний. Для связи верхнего и нижнего уровней АСУ, передачи информации между датчиками и контроллерами, для трансляции команд на исполнительные устройства используют промышленную сеть с определенным интерфейсом и протоколом передачи данных. Наибольшее распространение получили стандарты Modbus и Profibus. Они совместимы с основной массой оборудования, используемого для автоматизации объектов теплоснабжения. Отличаются высокими показателями достоверности передачи информации, простыми и понятными принципами функционирования.

Энергосберегающие и социальные эффекты автоматизации

Автоматизация котельных полностью исключает возможность аварий с разрушением капитальных строений, гибелью обслуживающего персонала. АСУ способна круглосуточно обеспечить нормальное функционирование оборудования, свести к минимуму влияние человеческого фактора.

В свете непрерывного роста цен на топливные ресурсы не последнее значение имеет и энергосберегающий эффект автоматизации. Экономия природного газа, достигающая до 25 % за отопительный сезон, обеспечивается:

  • оптимальным соотношением "газ/воздух" в топливной смеси на всех режимах работы котельной, коррекцией по уровню содержания кислорода в продуктах сгорания;
  • возможностью индивидуальной настройки не только котлов, но и ;
  • регулированием не только по температуре и давлению теплоносителя на входе и выходе котлов, но и с учетом параметров окружающей среды (погодозависимые технологии).

Кроме того, автоматика позволяет реализовать энергоэффективный алгоритм отопления нежилых помещений или зданий, не используемых в выходные и праздничные дни.

Компания «Центромонтажавтоматика» (г. Смоленск) в кратчайшие сроки построила новую газовую котельную в поселке Катынь Смоленского района и автоматизировала ее с применением оборудования ОВЕН.

Обрушение крыши котельной накануне отопительного сезона с полной утратой оборудования - явление из разряда катастрофических. Последствия такого события несложно представить. Однако специалисты компании «Центромонтажавтоматика» с многолетним опытом строительства и автоматизации котельных не только успешно справились с подобной задачей, но и в самые кратчайшие сроки.

В поселке Катынь Смоленского района в августе 2012 года произош-ла серьезная авария - обрушилась крыша местной котельной, которая отапливала весь жилой фонд поселка, включая детский сад и больницу. В ре-зультате обрушения оборудование ко-тельной было полностью выведено из строя - все системы, котлы, механизмы погребены под завалами.

В экстренном порядке админист-рацией района при участии губерна-тора Смоленской области было приня-то решение о срочном строительстве новой газовой котельной мощностью 4 МВт. Главное - это успеть возвести новую котельную до наступления хо-лодов. Для выполнения заказа была выбрана компания «Центромонтажавтоматика», специалисты которой имеют огромный опыт строительства подобных объектов с нуля.

В кратчайшие сроки была отстрое-на новая котельная и ведена в дейст-вие в октябре того же года. Котельная обеспечивает отопление и горячее во-доснабжение поселка. В своем составе котельная имеет:

  • четыре водогрейных котла мощно-стью 1 МВт каждый, оборудованных газовыми горелками;
  • два повысительных, восемь котло-вых, четыре рециркуляционных кот-ловых насоса;
  • два циркуляционных насоса контура отопления и два - в контуре ГВС.

Для регулирования температуры ГВС и отопления используются два трехходовых регулирующих клапана, а также два клапана подпитки. Тепло-носитель циркулирует по внутреннему (котловому) и внешним контурам ото-пления и ГВС. Создана система автоматизации, которая работает без постоянного при-сутствия обслуживающего персонала.

Автоматизация водогрейного котла

Автоматизированную систему щита ЩАК1.1 образуют средства ОВЕН:Для управления водогрейными котлами были изготовлены и установ-лены четыре щита ЩАК1.1 - по одно-му на каждый котел (рис. 1). Система управления реализована на базе программируемых логических контрол-леров ОВЕН ПЛК100. Остальное обо-рудование (насосы, регулирующие и подпиточные клапаны, клапан-отсе-катель газа) управляется с отдельно-го щита управления общекотельнымоборудованием. Основу управления составляет программируемый логиче-ский контроллер ПЛК110-220.60.Р-М.

  • программируемый логический контроллер ПЛК100-224.Р-М;
  • модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.2А;
  • панель оператора ИП320;
  • блок питания БП15Б-Д2-24;
  • датчики температуры дТС035 (8 шт).

В обычном режиме при запуске котла оператору достаточно нажать кнопку ПУСК. Если система диагно-стирует отсутствие аварий, то вы-полняется поэтапное включение вентиляции топки котла, опрессовка газовых клапанов, розжиг, прогрев и переход в режим поддержания за-данной температуры воды на выходекотла. Рециркуляционный насос обес-печивает поддержку минимально до-пустимой температуры воды на входе котла. В случае нештатной ситуации работа котла блокируется с одновре-менным выведением на экран панели ИП320 очередности аварий. Также па-нель ИП320 используется для задания различных уставок и режимов работы котла.

Щиты автоматизации водогрейных котлов ЩАК1.1 выполняют следующие функции:

  • управление газовыми горелками по сигналу датчика температуры (дТС035) на выходе котла;
  • управление насосом рециркуляции по сигналу датчика температуры (дТС035) на входе котла;
  • прогрев котла при первоначальном пуске;
  • блокировка работы котла при ава-рийно высокой температуре воды, низком и высоком давлении воды на выходе, высоком давлении в топке котла, низком и высоком давлении газа в горелке;
  • блокировка работы котла при от-сутствии протока воды, пропадании питающего напряжения, при пожаре и загазованности;
  • ведение журнала аварий котла;
  • фильтрация срабатывания дискрет-ных датчиков;
  • задержка срабатывания датчика разрежения в топке для исключения пульсаций при розжиге котла;
  • выдача аварийных сигналов котла на общекотельный щит автоматики.

Система управления общекотельным оборудованием

В состав щита общекотельного вхо-дит следующее оборудования ОВЕН:

  • модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.8А;
  • датчики типа дТС035 (3 шт.) - из-мерители температуры прямого и обратного теплоносителя системы отопления и ГВС;
  • датчик дТС125 - измеритель темпе-ратуры наружного воздуха.

Щит автоматики является цент-ральным звеном в управлении котель-ной. Система генерирует сигналы на включение котлов, насосов, а также регулирование температуры теплоносителя. Для правильной автономной ра-боты котельной на панели операто-ра ИП320 щита управления обще-котельным оборудованием задается ряд параметров, таких как: роли ос-новных, резервных и блокируемых насосов, количество запускаемых котлов, отопительный график, устав-ки дневных и ночных температур, коэффициенты ПИД-регуляторов, а также различные временные уставки (периоды ротации, задержки сраба-тывания и т.п.).

Все аварийные ситуации фикси-руются на панели оператора в по-рядке их появления и посредством GSM-контроллера передаются в виде голосовых и SMS-сообщений на теле-фоны диспетчеров. Также на щите ав-томатики управления общекотельным оборудованием предусмотрен ручной режим работы.

Щит управления общекотельным оборудованием обеспечивает выпол-нение следующих функций:

  • поддержание заданной температу-ры отопительного контура и ГВС по ПИД-закону регулирования;
  • вычисление текущей уставки ото-пительного контура по показаниям датчика температуры наружного воздуха в соответствии с отопитель-ным графиком;
  • защита системы отопления от пре-вышения температуры обратного теплоносителя;
  • автоматическое переключение на ночной/дневной режим работы си-стемы отопления;
  • автоматическое управление насоса-ми (основной/резервный) с исполь-зованием функции ротации;
  • управление клапанами подпитки;
  • запрет запуска котлов при отклю-ченных котловых насосах;
  • управление клапаном-отсекателем газа на вводе газа;
  • светозвуковая индикация аварий-ных параметров котельной, вклю-чая такие критичные сигналы, как загазованность СН4, СО2, пожар с выдачей соответствующих блоки-ровок;
  • диагностика состояния оборудова-ния щита и датчиков температуры;
  • запоминание очередности аварий оборудования котельной;
  • выдача аварийных сигналов на пульт диспетчера посредством GSM-связи в виде голосовых и SMS- сообщений.

Результат автоматизации

Благодаря слаженным действиям специалистов проектных групп, отде-ла снабжения, монтажных участков, а также имеющийся многолетний опыт работы в строительстве котель-ных позволили уже в октябре 2012 года (начаты работы были в сентя-бре) подать первое тепло в дома жителей поселка Катынь. При этом, несмотря на сжатые сроки, удалось создать полнофункциональную сов-ременную отопительную систему. Приборы ОВЕН позволили без каких- либо проблем реализовать все функ-ции управления котельной.

Модернизация котельной: проект автоматизации и диспетчеризации

Наша компания выполнила модернизацию действующей газовой котельной для ресторана в Московской области. Результатом работы стал проект оснащения котельного оборудования ресторана системой автоматики. То есть на объекте уже было смонтировано оборудование (котлы, горелки, трубы, смесительные узлы и т. д.), которое даже было запущено, но все работало с большими проблемами, так как система автоматики не была реализована в полном объеме. Заказчик обратился в нашу сервисную службу с просьбой продумать и наладить систему автоматики. Мы подготовили проектное решение, на основе которого планируется оснащение котельной автоматикой для надежного управления.

Котельная уже смонтирована сторонней организацией и расположена в отдельном здании котельной.


Источник теплоснабжения - два напольных газовых котла “Viessmann”

В качестве источника теплоснабжения предусмотрено два напольных газовых котла Vitoplex 100 PV1-250 фирмы “Viessmann” с горелками WG30/1-N исполнение ZM-LN фирмы “Weishaupt”.

Номинальная тепловая мощность котельной: 500 кВт.

Мощность котлов подобрана с учетом теплоснабжения ресторана.

Отведение продуктов сгорания предусмотрено от котлов через отдельные теплоизолированные дымоходы.

Для распределения теплоносителя используется польная распределительная гребенка. Для подключения контуров предусмотрено использование насосно-смесительных групп с насосным оборудованием фирмы “Grundfos”. Гребенки, насосное оборудование, запорная и контрольно-измерительная арматура располагаются в котельной.

Заполнять систему теплоснабжения рекомендуется подготовленной водой, т.е. водой, прошедшей водоподготовку. Водоподготовка состоит в обессоливании воды до уровня менее 10 мкСм/см. Оборудование системы водоподготовки для системы теплоснабжения в данном проекте не разрабатывалось и предполагается использование мобильных (переносных) систем очистки.

Подпитка системы теплоснабжения осуществляется вручную при снижении давления теплоносителя в системе (контролируется визуально по показанию манометра). В качестве регулирующей арматуры предусмотрено использование оборудования фирмы-производителя “Danfoss”.

В проекте предусмотрена установка оборудования докотловой водоподготовки.

Параметры теплоносителя системы теплоснабжения: +80/+60 °С.

Электропитание всего инженерного оборудования котельной реализовать от отдельного электрического щита, подключенного к ИБП. Щит расположить в помещении котельной.

Автоматизация и диспетчеризация тепломеханического решения котельной

В качестве устройства управления работой каждого котла предусмотрено применение комплектной системы автоматики фирмы “Viessmann” типа Vitotronic 100 TYP GC1B с погодозависимой автоматикой. Общее управление котлами и двумя контурами теплоснабжения реализуется автоматикой фирмы “Viessmann” типа Vitotronic 300-К TYP MW1B.


Требования к установке датчика температуры наружного воздуха

Датчик температуры наружного воздуха необходимо установить так, чтобы исключалось постороннее влияние на измерения температуры. Датчик должен располагаться на северной стороне здания, на высоте не более 2,5 метра от уровня земли.


Запрещается его размещение над окнами, дверями и вентиляционными отверстиями, под навесами и балконами, а также под крышей.


Функции автоматики котельной

В системе автоматики реализованы следующие функции:

  • автоматическое определение и адаптация отопительных кривых, т.е. система автоматически определяет отопительную кривую, исходя из небольшого числа исходных данных и результатов измерения (данные также можно ввести вручную). Благодаря этой функции система управления в соединении с дистанционным управлением в контрольном помещении приводит отопительную кривую в соответствие с теплотехнической характеристикой здания;
  • автоматическое переключение режимов лето/зима, т. е. система автоматически переключает летний режим на зимний и, наоборот, в соответствии с имеющимися отопительными контурами (может быть отдельно сконфигурировано для каждого контура);
  • экономичное управление циркуляционными насосами, т. е. управление циркуляционными насосами происходит через собственные временные каналы, при этом насосы включаются несколько раз в час и работают по 3 минуты. Это происходит только в том случае, если отопительные контуры или собственная программа работы по таймеру работает в дневном режиме. Такой режим поддерживает комфортные условия и экономит энергию, которая бесполезно расходуется при постоянно работающем циркуляционном насосе. Такой принцип управления обеспечивает постоянное наличие горячей воды в точках водорасбора;
  • оптимизация включения и выключения. Оптимизация включения означает, что к заданному моменту времени уже должна быть достигнута комнатная температура, т. е. система автоматики рассчитывает время, когда должно включиться отопление, с учетом комнатной и наружной температуры. В результате достигается комфортная температура и реализуется экономия энергии. Оптимизация выключения возможна при наличии дистанционного управления в контрольном помещении и позволяет отключать отопление без ущерба комфорту;
  • автоматическое распознание комплектации, т. е. система автоматически распознает, какие модули установлены и сама настраивается в соответствии с установленной комплектацией;
  • интеллектуальное управление мощностью на установке с несколькими котлами при малых скачках заданных параметров. Эта функция гарантирует полностью модулированный диапазон мощности каскада котлов, минимизацию выбросов вредных веществ и экономичный режим эксплуатации;
  • интеллектуальное управление мощностью на установке с несколькими котлами при больших скачках заданных параметров. Эта функция гарантирует полностью модулированный диапазон мощности каскада котлов, минимизацию выбросов вредных веществ и экономичный режим эксплуатации.


Реализовано удаленное управление котельной

Для реализации удаленного управления автоматикой котельной предусмотрен телекоммуникационный интерфейс Vitocom 100 Тип LAN1 фирмы “Viessmann”. С помощью данного модуля можно реализовать следующие функции:

  • Настройка режимов работы, заданных значений и временных программ максимум для 3-х отопительных контуров одной отопительной установки. Опрос информации об установке.
  • Отображение сообщений.
  • Переадресация сообщений по электронной почте на персональный компьютер, смартфон (необходима функция программы-клиента электронной почты).
  • Переадресация сообщений по SMS на мобильный телефон, смартфон или факсимильный аппарат (через платный интернет-сервис «Управление неисправностями Vitodata 100»).
  • Доступ ко всем отопительным контурам котельной установки.
  • Настройка режимов работы, заданных значений, временных программ и кривых отопления.

Оповещение о работе котельной с помощью GSM модуля

Предусмотрена возможность установки системы внешнего оповещения о работе оборудования котельной с помощью GSM модуля.

Мониторинг работы котельной производится с использованием контроллера с GSM модулем, который должен быть подключен к оператору сотовой связи (далее GSM контроллер), который принимает и обрабатывает сигналы от реле и датчиков, контролирующих основные параметры котла, котельной и связанных с ней систем и обеспечивает контроль:

  • наличия напряжения в электрической сети (линия до ИБП);
  • времени работы котельной от ИБП;
  • минимального давления воды в системе теплоснабжения;
  • максимального давления воды в системе теплоснабжения;
  • давления газа после крана на опуске;
  • протечки в помещении котельной;
  • давления холодной воды на вводе в дом;
  • резерва или срабатывания системы безопасности котельной;
  • температуры поверхности подающей линии системы теплоснабжения (+15 °С);
  • температуры воздуха в помещении водоподготовки (+5 °С).



Предупреждающие SMS-сообщения об аварийных ситуациях и критических параметрах систем

На основе сигналов от реле и датчиков GSM контроллер генерирует и отправляет SMS-сообщения (при наличии карточки сотового оператора), предупреждающие сообщения о критических параметрах систем, обеспечивающих работу котла и котельной.

SMS-сообщения в аварийных ситуациях генерируются автоматически. Так же возможен запрос, с подключенных к контроллеру телефонных номеров, состояния котельной и параметров температуры. Для каждой ситуации и для каждого события в процессе эксплуатации котельного оборудования предусмотрено конкретное SMS-сообщение, которое поясняет, что происходит в системе обеспечения работы котельной.

! Заказчику на заметку
Варианты тревожных SMS-сообщений, генерация сообщений в случае устранения аварий и ошибок, SMS-запросы и другие особенности работы системы предупреждения представлены в нашей статье «Система мониторинга работоспособности котельной с уведомлением по GSM каналу ».

GSM антенну модуля следует разместить в зоне наилучшего приема сигнала GSM и так, чтобы сигнал GSM сети не был ослаблен металлом. Расстояние до любой металлической поверхности должно быть не менее 5 см.

При наличии GSM модуля котельной необходимо регулярно проверять работоспособность модуля, т. е. необходимо отправлять на его номер СМС сообщения в формате: «А?». Периодичность запросов текущего состояния GSM модуля и подключенного к нему оборудования определяется управляющим, эксплуатирующим данное оборудование на объекте (ограничений на количество запросов нет).

Перед монтажом основного оборудования необходимо согласовать с пуско-наладочной организацией трассу прокладки кабель-каналов в котельной под линии автоматики и обеспечить необходимые отступы от стен, трубопроводов и коллекторов в местах их прохождения.

Требуется котельная? Сформируем ТЗ

Мы готовы сформировать техническое задание для разработки котельной. Для этого требуется заполнить

Безопасная эксплуатация котельных установок и эффективное управление процессом диспетчеризации достигается за счет автоматизации систем и современных информационных технологий. Усовершенствование старых котельных или их замена новыми позволяет ликвидировать проблему вышедшей из строя системы и реконструировать устаревшую автоматику.

Возможности системы автоматизации котельных

Она обеспечивает:

  • автоматическое регулирование параметров теплоносителей;
  • пуск, остановку, управление и регулирование мощности;
  • включение резервного котла, если рабочий остановится;
  • автоматическое управление работой насосных устройств;
  • питание котловых контуров;
  • выполнение энергосберегающих алгоритмов котельной;
  • аварийное срабатывание сигнализации и передачу сигналов на верхний уровень.

Автоматизация котельных установок на базе оборудования завода «МЗТА» – это залог качественного и оперативного обслуживания. Это предупреждение о возникновении аварийных ситуаций, сокращение времени на поиск и устранение аварии.

Сократить энергозатраты, время простоя оборудования, расходы на ремонтные работы, увеличить срок эксплуатации и обеспечить оптимальный режим работы – можно, благодаря автоматизированным системам.

Функции системы диспетчеризации котельной

Усовершенствовать тепловые котельные можно путем внедрения системы диспетчеризации. Она позволяет в удаленном режиме получать данные и управлять работой котельной. С ее помощью становится возможным управление технологическим процессом в режиме реального времени, ведение журнала тревог и регистрация действий пользователей системы.

Следовательно, диспетчеризация повышает качество и скорость обслуживания котельной, позволяет своевременно реагировать на аварийные ситуации, сокращать износ оборудования и повышать производительность труда сотрудников.

Управлять автоматизированной котельной можно из центрального диспетчерского пункта. Это дает возможность сократить количество обслуживающего персонала.

Закажите разработку проекта автоматизации холодильных установок и диспетчеризации у наших специалистов.