Курсовая работа (т): Разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды

Разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды

Введение

Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

На обессоливающей установк№2 теплоэнергоцентрали рабочий раствор аммиака подается в ручном режиме в трубопровод после насосов обессоленной воды.

Аммиак является летучей щелочью, быстро распределяется по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

Для поддержания в питательной воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3.

Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит добиться протекания технологического процесса без нарушения его технологических параметров.

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

−          обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

−          внедрение программно настраиваемых алгоритмов пуска и останова насосов подачи аммиака с заданной скоростью;

−          сокращение затрат на ремонт и замену оборудования связанного с нарушением кислотно-щелочного баланса за счет устранения нарушения параметров технологического процесса;

−          развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления регулированием кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

−          сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

−          произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды подаваемой в котельный цех, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

1. Анализ объекта и обоснование необходимости разработки АСУТП

.1 Описание объекта автоматизации

Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

На ОУ-2 рабочий раствор аммиака подается автоматически в трубопровод ХОбВ после насосов обессоленной воды.

Аммиак является летучей щелочью, быстро распределяется по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

Свободная углекислота связывается с NH3 по следующей реакции:

NH3 + CO2 + H2O _Ò NH4HCO3 (бикарбонат)

NH3 + CO2 + H2O Ò (NH4 )2 CO3 (карбонат)

Когда вода, обработанная аммиаком, попадает в котел бикарбонат и карбонат аммония разлагаются на NH3 , CO2 , переходят из воды в пар и вместе с ним удаляются из котла, не накапливаясь в котловой воде. В перегретом паре и NH3 и СО2 существуют не взаимодействуя между собой. При охлаждении и конденсации пара происходит распределение аммиака и углекислоты между паровой и жидкой фазами.

Аммиак находится в жидкой фазе, в результате чего рН воды повышается. Независимо от того, в какую точку основного цикла начали вводить аммиак, вследствие его летучих свойств по истечении 1-2 часов он распространяется по всему пароводяному тракту. Благодаря этому углекислотная коррозия углеродистых сталей устраняется или скорость ее существенно снижается.

Для поддержания в питательной воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3. Технологическая схема дозирования аммиака представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1- Технологическая схема дозирования аммиака

Из бака крепкого аммиака (БКА) нужное количество, насосом перекачки аммиака(НПА), перекачивается в любой из баков рабочего раствора аммиака (БРРА), затем разбавляется химически обессоленной водой до концентрации 0,1% - 1,0%, перемешивается циркуляционным насосом аммиака (ЦНА) и циркулирует от ОУ-2 до НДА № 1,2,3, находящихся в КТЦ под ПЭН № 12 и НДА № 4 под ПЭН № 15.

В аварийных случаях, раствор аммиака может дозироваться в трубопроводы ХОБВ № 1,2,3, в здании ОУ-2, насосами- дозаторами НДА № 4а или НДА № 5а.

В данный момент времени процесс регулирования кислотно-щелочного баланса воды происходит с непосредственным участием работников химического цеха ТЭЦ. Лаборанты берут пробу воды из отборочных ячеек,производят измерение в воде показателя кислотно-щелочного баланса и по полученным данным принимают решение о пуске-останове насосов дозаторов аммиака.

.2 Варианты совершенствования технологического процесса

Наибольшее влияние на технологический процесс теплоэнергостанции окзывает кислотно-щелочной баланс питательной воды. Не соблюдение установленного регламентом показателя кислотно-щелочного баланса может привести к нарушению технологического процесса, а также к материальным затратам на востановление оборудования.

Кроме того, поддержание показателя кислотно-щелочного баланса связано с расходом аммиака, что является одной из значимых статей затрат для данного производства и потому нуждается в эффективном регулировании.

Таким образом, одним из вариантов совершенствования технологического процесса, рассматриваемым в данном курсовом проекте, является внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды подаваемой в котельный цех теплоэнергоцентрали для дальнейшего производственного процесса.

Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит реализовать регламентированный технологический процесс.

Для выполнения указанной разработки в рамках курсового проекта предлагается:

−          установить в проточную ячейку pH-метр с проточным датчиком с унифицированным выходным сигналом и обеспечить прием данных от него;

−          для защиты датчика от возможного повышения давления, контролируемой среды, установить фильтродросселирующее устройство;

−          произвести включение/выключение насосов дозаторов№1,2,3,4,5 в автоматическом режиме;

−          организовать дистанционное задание оператором уставки по кислотно-щелочному балансу в питательной воде;

−          обеспечить мониторинг и автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону в соответствии с уставкой путем изменения расхода аммиака;

−          реализовать удаленное автоматическое управление запорной арматурой на трубопроводах подачи аммиака;

−          обеспечить мониторинг технологических параметров и управление процессом средствами системы диспетчерского управления и контроля на основе SCADA.

1.3 Техническое задание на разработку АСУТП

.3.1 Цели автоматизации и требования к функциям, выполняемым системой

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

−          обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

−          внедрение программно настраиваемых алгоритмов включения и выключения насосов дозаторов с заданной скоростью;

−          сокращение затрат на ремонт оборудования за счёт устранения нарушения кислотно-щелочного баланса воды;

−          развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления насосами дозаторами аммиака в части регулирования кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Автоматизированная система должна обеспечивать выполнение следующих функций:

−          автоматическую обработку, регистрацию и архивирование поступающих значений технологического параметра кислотно-щелочного баланса воды;

−          автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону на основании заданной оператором процесса уставки или по программному задатчику за счет изменения расхода аммиака регулирующим клапаном с электроприводом;

−          автоматический контроль состояния процесса ‒ предупредительную сигнализацию при отклонении кислотно-щелочного баланса от номинального значения более чем на заданную величину;

−          автоматическое управление запорной арматурой на линии подачи аммиака в соответствии с алгоритмом процесса;

−          дистанционную передачу данных и команд (уставка по кислотно-щелочному балансу; данные команды управления электроприводом регулирующего клапана);

−          представление информации о состоянии технологического процесса (индикация состояния насосов на трубопроводах подачи аммиака) и его параметрах (показатель кислотно-щелочного баланса воды) оператору диспетчерского пункта в удобном для восприятия и анализа виде на цветных графических операторских станциях в виде мнемосхемы процесса, анимации, графиков, гистограмм и др.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

−          сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

−          произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

1.3.2 Требования к параметрам технологического процесса на рассматриваемом участке

Поскольку в курсовом проекте разрабатывается система автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды, основными параметрами являются показатель кислотно-щелочного баланса и скорость вращения двигателя от которой непосредственно зависит подача аммиака. Приведем также значения технологических параметров процесса, не относящиеся к области ответственности проектируемой САР, но важные для протекания процесса.

Параметры технологического процесса по приготовлению и дозированию аммиака в питательный тракт представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Параметры технологического процесса

1.3.3 Требования к технологическому оборудованию рассматриваемого участка

К основному технологическому оборудованию рассматриваемой установки относятся бак рабочего раствора аммиака, насос дозатор аммиака.

Требования к баку рабочего раствора аммиака представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Требования к баку рабочего раствора аммиака

Таблица 1.3 - Требования к насосу дозатору аммиака

.3.4 Требования к средствам измерения и информационным каналам разрабатываемой системы

Основным параметром технологического процесса в рассматриваемой части является кислотно-щелочной баланс питательной воды, который регулируется в пределах до 9,1±0,1.

«АТЛАНТ 2101» является универсальным промышленным прибором для измерения активности ионов водорода pH и окислительно-восстановительных потенциалов в воде и ее растворах, в том числе глубокого обессоливания. АТЛАНТ-2101 применяется для мониторинга водно-химического режима на технологическом оборудовании электростанций и других производств.

Требования к прибору измерителю кислотно-щелочного баланса типа «АТЛАНТ 2101» представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Требования к измерителю кислотно-щелочного баланса