Отчет о производственной практике (научно-исследовательской работе) в ао «суэнко»

Проблема исследования. Техническая эксплуатация котельных «малой энергетики» оказывается достаточно трудоемким процессом, так как для ее модернизации необходимо автоматизировать основные технологические процессы.
Необходимость автоматизации непосредственно связана с тем, что в процессе работы котельной нужно обеспечить энергетический и материальный баланс установки при оптимальном КПД, минимальных затратах на потребление топливно-энергетических ресурсов, наименьшем загрязнении окружающей среды, что, в свою очередь, будет способствовать экономичной и безопасной работе указанной установки при любых нагрузках.
Объект исследования является котельная №10 АО «СУЭНКО»
Гипотеза исследования – повышение эффективности системы автоматизации может быть достигнуто применением современных систем автоматизации и контроля.
Цель производственной практики (научно-исследовательская) заключается в автоматизации технологических процессов котельно №10 АО «СУЭНКО»
Задачами исследования являются:

• 
  анализ водогрейного котла как объекта управления;
  
• 
  изучение существующей АСУ;
  
• 
  проведение обзора источников по теме индивидуального задания;
  
• 
  разработка структурной схем системы автоматизации котла и выбор технических средств;
  
• 
  разработка и описание функциональной схемы;
  
• 
  описание результатов автоматизации.
  

Практическая значимость
С целью повышения эффективности работы котла будет рассматриваться вопрос о замене управляющего устройства АГАВА-6432.30 на более функциональный, надёжный и современный промышленный контроллер, на базе которого возможно построение интегрированной АСУ всего предприятия, реализующей дистанционное управления.

1. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ (ИЗ).

1.1 Анализ водогрейного котла КВГ-2,5-95 как объекта автоматизации

В котельной № 10 АО «СУЭНКО» используются водогрейные котлы КВГ-2,5-95 предназначен для получения горячей воды с температурой 95°С, которая может быть использована в системах отопления и вентиляции, а также горячего водоснабжения на объектах промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и в аграрном секторе.
Технические характеристики котла представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Технические характеристики и оборудование котла КВГ-2,5-95

Параметры	Значения
Тип котла	Водогрейный
Вид топлива	Газ
Номинальная теплопроизводительность, МВт	2,5
Номинальный расход воды через котел, т/ч, не менее	86
Недогрев воды для кипения на выходе из котла, С, не менее	36
Температурный график воды, °С Температура воды на входе, °С Температура воды на выходе, °С	70-95 70 95
Температура уходящих газов, °С	160-170
Гидравлическое сопротивление, МПа (кгс/см2), не более	0,25 (2,5)
Давление воды на входе в котел, МПа (кгс/см2)	0,5 (5)
Давление воды за котлом, МПа (кгс/см2)	0,25 (2,5)
Сопротивление газовоздушного тракта, Па	686
Расчетный КПД, %	92,4
Масса котла, т	5,3
Габариты компоновки, ЬхВхН, м	1,2 х 4,6 х 2,2
Батарейный циклон БЦ-15 (с рециркуляцией)	1 шт.
Дымосос ДН-9 х 1500; (Ндв=15 кВт)	1 шт.
Вентилятор ВР 120-28 № 6,3 х 3000; (Ыдв=11 кВт)	1 шт.

Котел КВ-Г-2,5-95 может использоваться для контейнерных установок типа УВТ-5, для установки во вновь спроектированных котельных, либо в существующих котельных при замене отработавших свой ресурс паровых или водогрейных котлов [1].

Расчетный вид топлива - природный газ, теплота сгорания которого равна 36118 кДж/кг.
Котел (рисунок 1.1) имеет призматическую форму с горизонтальной компоновкой топки 1 и конвективной части 2. На фронтовой стенки установлена горелка 3, в хвостовой части котла имеется металлический короб 4 для отвода дымовых газов из котла. Котел имеет тепловую изоляцию и листовую обшивку. Топочная камера также призматической формы имеет в плане размеры 960x1700 мм и высоту 1840мм.

Рис. 1.1 — Габаритные и присоединительные размеры КВГ-2,5-95

Фронтовая стена не экранирована и выполнена из термобетона и огнеупорного кирпича; задняя стена топки условно проходит через первый ряд конвективной части котла 2. Остальные стены экранированы газоплотными экраном. За топкой 1 (по ходу газов) размещена конвективная поверхность нагрева 2, которая начинается на расстоянии 1700 мм от начала топки. Длина конвективной части составляет 1340 мм.

Экраны и указанная поверхность составляют трубную часть котла.
Трубная часть котла состоит из двух рам (рисунок 1.1) - фронтовой 5 и задней 6, а также двух боковых 7, потолочной 8 и подводного 9 экранов.
Рамы представляют собой прямоугольные сварные коллектора, выполненные из трубы диаметром 108x7 мм из стали 20.
Для удобства крепления обшивки и других деталей к указанным трубам приварены рамы, выполненные из уголка № 63.
С целью организации движения среды в экранах на вертикальных участках и в углах коллекторов вварены соответствующие перегородки с отверстиями. Отверстия необходимы для ускорения вытеснения воздуха при заполнении котла водой и для обеспечения более полного удаления воды из экранов при дренировании котла.
Для создания газоплотности между экранными трубами вварены проставки 11 из полосы 3x32 мм (сталь 20). Образованная таким образом коробчатая конструкция обладает достаточной жесткостью и устойчивостью.
Для более эффективного использования тепла и сокращения габаритов в котле имеется конвективная часть 2, расположенная за топкой 1.
Конвективная часть 2 образована горизонтальными секциями, которые состоят из трех ширм 12 и трубы бокового экрана 7. Каждая ширма состоит из пяти змеевиков 13. Трубы змеевиков приварены перпендикулярно к трубам бокового экрана.
Змеевики выполнены из труб, диаметром 28x4 мм из стали 20. Для организации протока воды через ширмы в экранных трубах установлены шайбы. В верхней и нижней части шайбы имеется два отверстия для вытеснения воздуха и ускорения дренирования. Змеевики ширм скреплены прутками и полосой.
Схема движения воды в котле КВ-Г-2,5-95 представлена на рисунке 1.2.

Рис. 1.2 - Схема движения воды в водогрейном котле КВГ-2,5-95

Для упрощения изображения и ясности понимания движения воды по поверхностям котла на схеме условно показаны разрывы в местах установки перегородок в коллекторах и шайб в трубах боковых экранов.

От входа в котел и до выхода из него вода проходит шестью ходами по поверхностям нагрева. Первые два хода вода совершает по левому боковому экрану. В фронтовых коллекторах происходит переброс воды в третий ход по подовому экрану, в котором вода движется от фронтового к заднему коллектору. После переброса вода совершает два хода четвертый и пятый по правому боковому экрану и затем поступает в верхний задний коллектор потолочного экрана. Из этого коллектора вода совершает шестой ход и подается в фронтовой выходной коллектор, на котором установлен штуцер для отвода горячей воды из котла.
Для уменьшения неравномерности скоростей воды и разности температур в сопрягаемых экранах каждый ход выполнен из одиннадцати труб.
Для подключения (отключения) котла к трубопроводам обратной и прямой сетевой воды, а также для дренирования на котле предусмотрена установка арматуры. На верхнем коллекторе фронтовой рамы на входе и выходе установлены фланцевые вентили Ду-100. Дренирование котла производится через два вентиля Ду 25, установленные на патрубках нижних коллекторов фронтовой и задней рамы. Для выпуска воздуха при заполнении котла водой на верхнем коллекторе задней рамы установлен вентиль воздушника Ду-10.
На фронтовой стене топки котла установлена газовая вихревая горелка типа ГГ-2, предназначенная для сжигания природного газа.
На всасывающем патрубке вентилятора устанавливается регулятор расхода воздуха с воздушными заслонками с приводом от исполнительного механизма типа МЭО.
Основное преимущество водогрейного котла КВ-Г-2,5-95: относительно высокая скорость воды до 1 м/сек, при этом «поверхностное кипение» воды сведено к минимуму, что делает котел более устойчивым к образованию накипи.

1.2 Параметры процесса и способы их регулирования

Существующая система автоматического управления и защиты (АСУ) обеспечивает ручной или программный запуск горелки, проверку герметичности отсечных клапанов, плавное регулирование теплопроизводительности в зависимости от температуры воды на выходе из котла и температуры наружного воздуха, а также аварийную остановку котла в случаях:

• 
  погасания основного факела;
  
• 
  повышения или понижения давления топлива перед горелкой;
  
• 
  понижения давления воздуха перед горелкой;
  
• 
  повышения температуры воды на выходе из котла;
  
• 
  повышения или понижения давления воды на выходе из котла;
  
• 
  неисправности цепей защиты;
  
• 
  повышения давления (взрыва) в топке;
  
• 
  отключения электроэнергии.
  

Необходимо предусматривать пропорциональное регулирование подачи объема воздуха и удаления дымовых газов в зависимости от изменения количества сжигаемого топлива при текущей тепловой нагрузке котельного агрегата.
Контролю подлежат следующие параметры работы:

• 
  разрежение в топочном пространстве для котельного агрегата с уравновешенной тягой, Па;
  
• 
  давление газового тракта за последней хвостовой поверхностью нагрева котла, работающего под наддувом;
  
• 
  наличие и значение самотяги в дымовой трубе, Па;
  
• 
  давление воздуха после вентилятора и перед горелками, до и после воздухонагревателя, Па;
  
• 
  разрежение, развиваемое дымососом, Па;
  
• 
  температура воздуха до и после воздухоподогревателя, °С;
  
• 
  температура газов по газовому тракту и уходящих газов, °С;
  
• 
  степень открытия регулирующих направляющих аппаратов тягодутьевого механизма (ТДМ), %;
  
• 
  неполадки в системе управления ТДМ.
  

Существующая система автоматизации КВ-Г-2,5-95 включает следующие системы автоматики:

• 
  САУ соотношением топливо-воздух;
  
• 
  САУ температурой воды на выходе;
  
• 
  САУ управления насосом подачи воды.
  

Повторного автоматического запуска котла при исчезновении аварийной ситуации не происходит. Повторный пуск после выявления причины аварии производится обслуживающим персоналом.
В системе автоматики предусмотрена звуковая и световая сигнализация.
Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:

• 
  процесс горения топлива в топке;
  
• 
  процесс теплообмена между продуктами сгорания и водой.
  

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.
В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается нагретая до заданной температуры вода (95 ± 1)°С.
Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы нагревания воды и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.
Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива.
Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м³, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.
В котёл подаётся питательная вода с начальной температурой 70°С, которая нагревается до 95°С.
Регулятор нагрузки котла получает импульс по температуре воды за котлом и воздействует на изменение подачи топлива к котлу (рисунок 1.3).

0В - температура котельной воды; Р - регулятор нагрузки; Зд - задатчик; ИМ - исполнительный механизм; РО - регулировочный орган
Рис. 1.3 - Принципиальная схема регулирования температуры котловой воды водогрейного котла КВГ-2,5-95
Регулятор соотношения топлива и воздуха включается по схеме топливо - воздух и получает два импульса: по расходу топлива и давлению воздуха. Регулятор нагрузки воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора для подачи воздуха с целью интенсификации процесса горения и сжигания топлива.
Технологический процесс нагрева воды в котле КВГ-2,5-95 обеспечивается основными САР:

• 
  горения и нагрузки (регулирования давления и расхода воды и топлива);
  
• 
  нагрева воды (температура воды на выходе).
  

В таблице 1.2 представлены контролируемые и регулируемые параметры котлоагрегата [2].
Таблица 1.2
Перечень контролируемых и регулируемых параметров КВ-Г-2,5-95

Наименование Параметра	Ном. значение	Диапазон изменения
Расход топлива, м3/ч	3300	3350-3250
Давление воды, МПа	0,5	0,45 - 0,55
Температура воды за котлом, °С	95	94- 96
Расход воды, т/ч	86	85-87

Расход воды является переменной величиной, а ее температура и температуру поддерживают вблизи постоянных значений в пределах допустимых отклонений, что обусловлено требованиями заданного режима работы.

1.3 Обоснование необходимости модернизации системы автоматизации котельной №10

Существующая АСУ котлом КВ-Г-2,5-95 реализована под управлением контроллера АГАВА 6432.30.
Для осуществления функций регулирования, управления, измерения и контроля в существующей системе управления используются:

• 
  ПЛК АГАВА;
  
• 
  измерители ПИД - регуляторы типа ТРМ210-Н.УР;
  
• 
  панель оператора АГАВА;
  
• 
  блоки управления симисторами и тиристорами БУСТ2.
  

На первом этапе проектирования новой системы управления будет рассматриваться вопрос о замене управляющего устройства ПЛК АГАВА на более функциональный, высоконадёжный и современный промышленный контроллер Simatic S7 -400 фирмы Siemens (Германия).
Основные задачи, которые ставились перед модернизацией АСУ с использованием современных программных и технических средств автоматизации, следующие:

• 
  повышение качества ведения технологического процесса;
  
• 
  повышение надёжности функционирования оборудования линии покраски металла;
  
• 
  повышение безопасности эксплуатации, поскольку в предлагаемом контроллере встроена функция самодиагностики и диагностики всех устройств, подключенных к нему.
  

При выборе устройств автоматизации должны учитываться не только такие факторы, как функциональность, производительность, совместимость, наращиваемость, ресурс, надёжность, стоимость, но и соответствие требованиям технической, пожарной и экологической безопасности объектов предприятия.
Управление водогрейным котлом КВ-Г-2,5-95 должно осуществляться в двух режимах: «местный» (в случае аварийной ситуации контроллер отключается) или «дистанционный» (режим «дистанционный» задается с АРМ оператора).
Модернизированная АСУ ТП будет иметь распределённую трёхуровневую архитектуру.
Модернизация нижнего уровня управления должна проводится путем замены вышедших из строя датчики и исполнительных механизмов на новые более современного типа.
Преимущества предлагаемого решения:

• 
  повышение качества и оперативности обслуживания технологического оборудования;
  
• 
  обеспечение надежности, предупреждение аварийных ситуаций, сокращение времени поиска, локализации и ликвидации аварий;
  
• 
  оптимизация потребления энергоносителей, сокращение энергозатрат и ресурсосбережение;
  
• 
  обеспечение оптимального режима работы оборудования;
  
• 
  сокращение времени простоя оборудования;
  
• 
  увеличение сроков эксплуатации и ресурса оборудования;
  
• 
  уменьшение расходов на ремонт оборудования;
  
• 
  возможность постепенного «наращивания» систем за счет растущей сети объектов.