ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Автоматика и телекоммуникации» Контрольная работа по дисциплине «Введение в специальность» Выполнил: студент группы СУА-18з Волоченко В.П. Принял: профессор кафедры УТО Козликов С.Ф. Донецк - 2020 2 1 ОПИСАНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ДЕАЭРАТОРОВ Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (О2, СО2) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультразвуковой. Три последних способа недостаточно освоены, и в котельных с паровыми и водогрейными котлами наибольшее распространение получил термический способ. При термическом способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды. Принцип действия термических деаэраторов основан на том, что абсолютное давление над жидкостью – это сумма парциальных давлений газов и пара. Если увеличить парциальное давление пара так, что при одновременном удалении выпара (это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора), то, как следствие, получим суммарное парциальное давление газов. Тогда по закону Генри (равновесная массовая концентрация газов в растворе пропорционально парциальному давлению в газовой среде над раствором) т.е растворенные газы отсутствуют. Увеличения парциального давления пара в свою очередь можно добиться увеличением температуры воды до температуры насыщения при данном давлении. По назначению деаэраторы делят: на деаэраторы питательной воды паровых котлов; деаэраторы добавочной воды и обратного конденсата внешних потребителей; деаэраторы подпиточной воды тепловой сети. По давлению греющего пара деаэраторы бывают повышенного давления (0,6-0,8 МПа) (Д); атмосферные (0,12 МПа) (ДА) и вакуумные (7,5-50 кПа) (ДВ). 3 По способу нагрева деаэрированной воды: смесительного типа (со смешением греющего пара с обогреваемой водой); деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным подогревом воды отборным паром. На рисунке 1 приведена технологическая схема атмосферного деаэратора смешивающего типа. Рисунок 1 – Атмосферный деаэратор смешивающего типа 1 – бак (аккумулятор), 2 – выпуск питательной воды из бака, 3 – водоуказательное стекло, 4 – манометр, 5, 6 и 12 – тарелки, 7 – спуск воды в дренажный бак, 8 – автоматический регулятор подачи химически очищенной воды, 9 – охладитель пара, 10 – выпуск пара в атмосферу, 11 и 15 – трубы, 13 – деаэраторная колона, 14 – парораспределитель, 16 – впуск воды в гидравлический затвор, 17 – гидравлический затвор, 18 – выпуск лишней воды из гидравлического затвора Деаэратор (рис.1) состоит из бака 1 и колонки 13, внутри которой установлен ряд распределительных тарелок 5, 6 и 12. Питательная вода 4 (конденсат) от насосов поступает в верхнюю часть деаэратора на распределительную тарелку 12; по другому трубопроводу через регулятор 8 на тарелку 12 подводится в качестве добавки химически очищенная вода; с тарелки питательная вода отдельными и равномерными струйками распределяется по всей окружности деаэраторной колонки и стекает вниз последовательно через ряд расположенных одна под другой промежуточных тарелок 5 и 6 с мелкими отверстиями. Пар для подогрева воды вводится в деаэратор по трубе 15 и парораспределитель 14 снизу под водяную завесу, образующуюся при стекании воды с тарелки на тарелку, и, расходясь во все стороны, поднимается вверх, навстречу питательной воде, нагревая ее. При этой температуре воздух выделяется из воды и вместе с остатком несконденсировавшегося пара уходит через вестовую трубу 11, расположенную в верхней части деаэрациопной головки, непосредственно в атмосферу или охладитель пара 9. Освобожденная от кислорода и подогретая вода выливается в сборный бак 1, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котлов. Во избежание значительного повышения давления в деаэраторе на нем устанавливают два гидрозатвора, а также гидравлический затвор 17 на случай образования в нем разрежения. При превышении давления может произойти взрыв деаэратора, а при разрежении атмосферное давление может смять его. Деаэратор снабжают водоуказательным стеклом 3 с тремя кранами - паровым, водяным и продувочным, регулятором уровня воды в баке, регулятором давления и необходимой измерительной аппаратурой. Для надежной работы питательных насосов деаэратор устанавливают на высоте не менее 7 м над насосом. Схема включения атмосферных деаэраторов определяется проектной организацией в зависимости от условий назначения и возможностей объекта, на котором они устанавливаются. На рисунке 2 приведена рекомендуемая схема включения и обвязки арматурой деаэрационной установки серии ДА. Химически очищенная вода 1 через охладитель выпара 2 и регулирующий клапан 4 подается в деаэрационную колонку 6. Сюда же направляется поток основного конденсата 7 с температурой ниже рабочей температуры деаэратора. 5 Рисунок 2 – Принципиальная схема включения атмосферной деаэрационной установки 1 - подвод химочищенной воды; 2 - охладитель выпара; 3, 5 - выхлоп в атмосферу; 4 - клапан pегулировки уровня, 6 - колонка; 7 - подвод основного конденсата; 8 предохранительное устройство; 9 - деаэрационный бак; 10 - подвод деаэрированной воды; 11 - манометр; 12 - клапан регулировки давления; 13 подвод горячего пара; 14 - отвод деаэрированной воды; 15 - охладитель проб воды; 16 - указатель уровня; 17- дренаж; 18 -мановакууметр. Деаэрационная колонка устанавливается у одного из торцов деаэраторного бака 9. Отвод деаэрированной воды 14 осуществляется из противоположного торца бака с целью обеспечения максимального времени выдержки воды в баке. Весь пар подводится по трубе 13 через регулирующий клапан давления 12 в торец бака, противоположный колонке, с целью обеспечения хорошей вентиляции парового объема от выделяющихся из воды газов. Горячие конденсаты (чистые) подаются в деаэраторный бак по трубе 10. Отвод выпара из установки 6 осуществляется через охладитель выпара 2 и трубы 3 или непосредственно в атмосферу по трубе 5. Для защиты деаэратора от аварийного повышения давления и уровня устанавливается самозаливающее комбинированное предохранительное устройство 8. Периодическая проверка качества деаэрированной воды на содержание кислорода и свободной углекислоты производится с помощью теплообменника для охлаждения проб воды 15. При деаэрации из 1 тонны воды обычно удаляется 6-7 граммов растворенных газов. Опытным путем установлено, что при эксплуатации атмосферных деаэраторов максимальное количество выпара не должно быть более 22 кг на тонну. Исходя из этого, выбирают сечение отводящего трубопровода и охладитель выпара. Оптимальным можно считать такой способ работы деаэратора, при котором автоматически обеспечиваются требуемые эксплуатационные параметры и в деаэрационной колонке, и в барботажном баке при минимально необходимом количестве выпара. Основные факторы, влияющие на качество работы деаэратора: расход химочищенной воды и его стабильность; температура химочищенной воды; давление в деаэраторе; расход пара в деаэрационную колонку; расход пара на барботаж в баке; уровень воды в баке. Основная цель автоматики деаэратора — стабилизация состояния насыщения и уровня воды в баке. Некачественное выполнение этой работы приведет к нестабильной работе котла и коррозии его труб. Атмосферный деаэратор как объект управления имеет две основные регулируемые величины: давление пара в баке и уровень воды в нём. Регулирующим воздействием для стабилизации давления является расход греющего пара, а для уровня — расход добавочной химически очищенной воды. 7 Возмущением для давления пара в баке являются расход и давление греющего пара, температура и расход поступающей воды. На уровень воды в баке влияют расход пара и питательной воды. В системе автоматизации измеряются: давление пара в деаэраторе, уровень воды в баке деаэратора, температура воды на входе, температура воды в баке деаэратора. 8 2 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АТМОСФЕРНЫМ ДЕАЭРАТОРОМ На базе одноканального ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ10 разработан щит управления деаэратором ЩАД-Е (рис.3), обеспечивающий надежный контроль и регулирование параметров технологических процессов, а также выполняющий функции защиты оборудования и сигнализации при возникновении аварийных ситуаций. Система работает по трём контурам: поддержание уровня воды; контроль температуры воды; контроль давления в деаэраторе. Светозвуковая сигнализация со срабатыванием защиты включается при возникновении следующих ситуаций: достигнут минимальный уровень воды; достигнут максимальный уровень воды; низкое давление в деаэраторе; высокое давление воды перед охладителем испарения; ручной аварийный останов деаэратора. Входные аналоговые сигналы: температура воды измеряется датчиками 100М, 100П, Pt100 и поступает в виде унифицированных сигналов 4…20 мА, 0…20 мА, 0…5 мА; 0…1 В; уровень воды: 4…20 мА, 0…20 мА, 0…5 мА; 0…1 В; давление в деаэраторе: 4…20 мА, 0…20 мА, 0…5 мА; 0…1 В. Входные дискретные сигналы (напряжение коммутации сухих контактов 24 В DC или 220 В AC): минимальный уровень воды – сухой контакт; максимальный уровень воды – сухой контакт; минимальное давление в деаэраторе – сухой контакт; максимальное давление перед охладителем испарения – сухой контакт. 9 Рисунок 3 – Схема автоматизации деаэратора ЩАД-Е Теплотерм Выходные сигналы управления (напряжение питания клапанов 24 В DC или 220 В AC): управление клапаном подачи воды (контур уровня): 0…10 В, 4…20 мА, регулирование больше / меньше; управление клапаном подачи пара (контур температуры): 0…10 В, 4…20 мА, регулирование больше / меньше; управление клапаном подачи пара (контур давления) 0…10 В, 4…20 мА, регулирования больше / меньше; Выходные дискретные сигналы: авария деаэратора – сухой контакт. Комплект средств управления деаэратором АД-01 (КБ «АГАВА») предназначен для управления атмосферным деаэратором (рис.4) и обеспечивает: регулирование уровня воды в деаэраторе (автоматическое, дистанционное); регулирование температуры воды (АД-01.1) или давления пара (АД-01.2) в деаэраторе (автоматическое, дистанционное); сигнализацию о повышении / понижении уровня воды в деаэраторе; 10 сигнализацию о повышении / понижении температуры воды (или давления пара) в деаэраторе; непрерывную проверку исправности датчиков и сигнализацию о неисправности измерительных цепей; индикацию: уровня воды в деаэраторе; температуры воды (АД-01.1) или давления пара (АД-01.2) в деаэраторе; температуры воды на входе в деаэратор (опция); работы исполнительных механизмов; регистрацию уровня воды и температуры воды (АД-01.1) или давления пара (АД-01.2) в деаэраторе; регистрацию событий при работе контроллера в журнале; вывод на встроенное табло информации о состоянии объекта; настройку «под объект» при помощи встроенного меню; проверку работоспособности всех датчиков и исполнительных механизмов при проведении пусконаладочных работ; выдачу данных на ПК по интерфейсу RS-485 или Ethernet (опция); обновление версии программного обеспечения контролера деаэратора. Рисунок 4 – Щит автоматизации и контроллер комплекта управления деаэратором АД-01 11 Комплект средств управления деаэратором АД-01 выпускается в двух вариантах исполнения: АД-01.1 – осуществляется регулирование и индикация температуры воды; АД-01.2 – осуществляется регулирование и индикация давления пара. Комплект средств управления деаэратором АД-01 состоит из: шкафа КИП и А, в котором установлены: контроллер управления деаэратором АГАВА АД-01; блоки питания; тумблеры переключения управления ручное / автомат (для исполнительного механизма типа МЭО); тумблеры ручного управления больше / меньше (для исполнительного механизма типа МЭО); клеммные соединители для подключения внешних цепей и автоматический выключатель питания; датчика уровня воды в деаэраторе; датчика давления пара в деаэраторе (АД-01.2); термопреобразователя температуры воды в деаэраторе (АД-01.1); термопреобразователя температуры воды на входе в деаэратор (опция). Щит управления деаэратором ART-D (Компания «Артезия») (рис.5) осуществляет выполнение следующих функций: - регулирование: уровня воды в баке и давления пара в деаэраторе; - контроль: давления пара в деаэраторе; уровня воды в баке деаэраторе; температуры воды на входе в деаэратор; - сигнализацию: снижения давления пара в деаэраторе; превышения давления пара в деаэраторе; снижения уровня воды в деаэраторе; повышения уровня воды в деаэраторе; отсутствия воды в баке. 12 Рисунок 5 – Щит управления деаэратором ART-D
