Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха №38 АВИСМА филиал ОАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА»

На процесс нагрева  воды в аппарате погружного горения  действуют следующие возмущения:

1. разряжение в АПГ, так как влияет на температуру парогазовой смеси над поверхностью воды;
2. начальная температура холодной воды поступающей в аппарат погружного горения, т.к. она не поддается регулированию;

3. температура окружающей среды она не поддается регулированию и влияет на температуру воды в АПГ через стенку (температуру окружающей среды не будем учитывать, так как она не сильно влияет на температуру внутри аппарата погружного горения).

Для автоматического  регулирования температуры на выходе из аппарата погружного горения выбираем систему, состоящую из следующих контуров:

1. корректирующего контура регулирования по температуре;
2. стабилизирующего контура регулирования расхода природного газа (температура в АПГ непосредственно зависит от расхода природного газа, с увеличением расхода увеличивается температура- прямая зависимость);

 

4. Обоснование и выбор точек и параметров контроля технологического процесса

4.1. Обоснование точек  контроля температуры

Температура природного газа до и после ГРУ (поз. 1-1, 2-1 ) подлежит контролю. Расход природного газа является хозрасчетным параметром. Для точного измерения расхода природного газа необходимо знать его температуру. Газы при разной температуре имеют разный объем в большей степени, чем другие среды. Поправка осуществляется с помощью ПВЭМ.

Температура в известигасительным аппарате (поз. 3-1) подлежит контролю, так  как явления «самоторможения» в процессе гашения извести указывает на необходимость проведения данного процесса при постоянной температуре реакционной смеси. Температура поддерживается в интервале 50-70ºС.

Температура пара (поз. 4-1), поступающего в подогреватели пароводяные для нагрева воды, должна контролироваться  в диапазоне от 130 до 150 ˚С для осуществления нагрева воды до нужной температуры.

Температура отходящих газов (поз. 5-1), должна контролироваться  в диапазоне от 60 до 90 ˚С.

Температура горячей  воды на выходе из аппарата погружного горения (поз. 6-1) необходимо контролировать, так как является качественным показателем процесса. Температура горячей воды должна быть в диапазоне 60±10 ˚С.

Температура технологической  воды (поз. 7-1), поступающей в аппарат  погружного горения и в подогреватели  пароводяные  необходимо контролировать в диапазоне от 5 до 25 ˚С.

Температура горячей  воды на выходе из пароводяных  подогревателей (поз. 8-1, 9-1) необходимо контролировать, так как является качественным показателем процесса. Температура горячей воды должна быть в диапазоне 60±10 ˚С.

4.2. Обоснование точек контроля расхода

Расход природного газа  до и после ГРУ (поз. 10-1, 11-1) подлежит контролю, так как является хозрасчетным параметром 200-500 .

Расход воздуха (поз. 12-1) необходимо контролировать в диапазоне  от 2000 до 5000 . Это необходимо для нормального горения природного газа и поддержания соотношения «газ-воздух» 1:10.

Расход пара (поз. 13-2), поступающего в  подогреватели пароводяные 

3-7 , так как является хозрасчетной величиной.

Расход горячей воды на входе в аппарат известигасителный (поз. 14-1, 15-1) 35 .

Расход воды (поз. 16-1), поступающей на подогреватели пароводяные  и на аппарат АПГ контролируется в диапазоне от 40 до 120 .

Расход известкового молока (поз. 17-1, 18-1, 19-1), для учета поглотительного сорбента поступающего по газоочисткам и на очистные сооружения.

 

4.3. Обоснование точек контроля давления

Давление природного газа до и после ГРУ (поз. 20-1, 21-1) подлежит контролю для введения поправки на значение общего расхода природного газа. Значение давления газа в газопроводах влияет на точность измерения расхода газа. Расход природного газа – хозрасчетный параметр. Необходимо обеспечить точность его измерения.

Давление пара (поз. 22-1) контролируется в диапазоне от 3 до 4 для введения поправки на значение общего расхода пара, поступающего в подогреватели пароводяные.

Давление природного газа перед горелками Г1 и Г2 (поз. 23-1, 24-1) контролируется для правильной работы горелок, а также для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

Вакуумметрическое давление (поз. 25-1)  в аппарате погружного горения  должно быть не менее -0,04 , а также контролируется для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

Давление известкового молока (поз. 26-1, 27-1, 28-1) в циркуляционном трубопроводе на входе в участок контролируется в диапазоне от 3 до 7 для контроля и сигнализации циркуляции известкового молока на сливе в цилиндрические резервуары ЦР1...ЦР4.

Давление технологической воды на входе в участок (поз. 29-1) контролируется в диапазоне от 3 до 4 .

Давление сжатого воздуха  перед погружными  горелками Г1 (поз. 30-1) и Г2 (поз. 31-1) контролируется в интервале от 5 до 20 для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

4.4. Обоснование точек контроля уровня

Уровень в бункерах (поз. 32-1, 33-1, 34-1), должен не превышать 3,5 м  чтобы избежать пересыпания известкового камня из бункеров Б1…3.

Уровень известкового молока в цилиндрических резервуарах (поз. 35-1, 36-1, 37-1, 38-1) контролируется в диапазоне  от 0,5 до 5 м чтобы избежать перелива известкового молока и чтобы избежать работу насосов качающих известковое молоко в холостом режиме.

Уровень известкового молока в промежуточных баках (поз. 39-1, 40-1) контролируется в диапазоне от 0,5 до 3 м, для того чтобы избежать перелива известкового молока.

Уровень в нагревательных отсеках (поз. 41-1, 42-1) контролируется в  диапазоне от 500 – 600 мм для предотвращения перелива нагреваемой воды из отсеков.

4.5. Обоснование точек контроля наличия пламени

Контроль наличия пламени  на горелках Г1 (поз. 43-1) и Г2 (поз. 44-1) необходим для нормальной работы аппарата погружного горения и для отсечки природного газа при погасании пламени.

 

5. Обоснование и выбор контуров регулирования, типа регуляторов

Автоматическое регулирование расхода нагретой воды, поступающей из аппарата погружного горения в аппарат известигасительный (поз. 14-4). Это нужно для поддержания расхода нагретой воды на отметке 35 т/ч, для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т.е. без «самоторможения».

Автоматическое регулирование расхода нагретой воды, поступающей из пароводяного подогревателя в аппарат известигасительный (поз. 15-4). Это нужно для поддержания расхода нагретой воды на отметке 35 т/ч, для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т.е. без «самоторможения».

 Система автоматического регулирования соотношения «газ – воздух» (поз. 11-4), предназначена для поддержания соотношения расходов газа и воздуха, поступающих в горелку Г1 и Г2, в заданной пропорции. На одну объемную часть газа приходится десять частей воздуха, соотношение 1:10. регулирование соотношения осуществляется по воздуху. Регулирование осуществляется с помощью ПИ-регулятора, поворотной заслонки и исполнительного механизма МЭО.

Автоматическое регулирование  температуры горячей воды  поступающей  из пароводяных подогревателей ПП1 (поз. 8-3) и ПП2 (поз. 9-3) в аппарат известигасительный осуществляется изменением расхода пара для поддержания температуры в интервале от 50˚С до 70˚С. Это необходимо т.к. растворимость Са(ОН)₂ в воде с повышением температуры снижается.

Автоматическое регулирование температуры горячей воды  поступающей из аппарата погружного горения АПГ (поз. 6-3)  в аппарат известигасительный осуществляется изменением объемного расхода природного газа  для поддержания температуры в интервале от 50˚С до 70˚С. Это необходимо т.к. растворимость Са(ОН)₂ в воде с повышением температуры снижается.

Автоматическое регулирование  уровня в аппарате погружного горения (поз. 41-3) необходимо для поддержания  уровня в диапазоне от 500 до  600 мм и для предотвращения перелива воды из нагревательных отсеков.

 

6. Обоснование параметров подлежащих сигнализации и блокировке

Схема сигнализации и  отсечки природного газа на аппарат  погружного горения необходима для предупреждения отрыва пламени и правильной работы горелок Г1 и Г2 и предотвращения взрывов газо-воздушной смеси в аппарате погружного горения т.е. для обеспечения безопасности.. Срабатывание происходит при достижении уставок давления природного газа (поз. 23-1, 24-1) Р_прир.г.< 5,0 кПа, > 12,0 кПа, давления сжатого воздуха перед погружной горелкой Г1 и Г2 (поз. 30-1, 31-1) Р_{воздуха}< 5,0 кПа, вакуумметрического давления после аппарата погружного горения (поз. 25-1)   Р_{после АПГ} < 0,04 кПа и погасании пламени горелок (поз. 43-1, 44-1).

Схема сигнализации предельных уровней в цилиндрических резервуарах (поз. 35-1, 36-1, 37-1, 38-1) L< 0,5 м и L> 5,0 м и в промежуточных баках (поз. 39-1, 40-1) L< 0,5 м и L> 3,0 м необходима для предотвращения перелива известкового молока из емкостей (сработка уставок по максимальному уровню) и для предотвращения неправильной работы песковых насосов.

 Схема сигнализации предельных  уровней в накопительных бункерах (поз. 32-1, 33-1, 34-1) предназначена для  предотвращения пересыпа извести.  Сигнализация срабатывает при  достижении уровня L=3,5 м.

Сигнализация температуры в  аппарате известигасительном (поз. 3-1) необходима для оптимального процесса гашения извести в аппарате известигасительном. Сработка по верхнему пределу более 70˚С, а по нижнему пределу 50˚С.

Сигнализация наличия циркуляции известкового молока в циркуляционном трубопроводе (поз. 26-1, 27-1, 28-1) сигнализирует о прекращении стока известкового молока в цилиндрические резервуары.

Схема сигнализации уровней в аппарате погружного горения (поз. 41-1, 42-1) сигнализирующая  о превышении уровня в нагревательных отсеках

L >600 мм.

 

7. Проведение активного эксперимента. Получение динамических характеристик

 

Целью проведения эксперимента является нахождение передаточных функций основного и внутреннего каналов математической модели объекта исследования (аппарат погружного горения) по полученным кривым разгона. Для каждого канала в отдельности ставятся эксперименты, смысл которых заключается в нанесении управляющего воздействия на вход канала, и при помощи контрольно-измерительной аппаратуры регистрируются изменения выходной величины канала во времени (т.е. кривые разгона).

Рисунок №1 Структурная схема эксперимента

 – передаточная функция основного канала;

 – передаточная функция внутреннего канала;

Для расчёта системы  снимем следующие кривые разгона  переходных процессов:

1. изменение положения регулирующего органа на трубопроводе природного газа – температура воды на выходе из АПГ ;
2. изменение положения регулирующего органа на трубопроводе природного газа – расход природного газа .

Перед проведением эксперимента все регуляторы установим в положение «ручное». Проконтролируем, чтобы все параметры объекта находились в установившемся состоянии. В период проведения эксперимента будем засекать время с момента подачи возмущения до момента изменения реагирующего параметра (время чистого запаздывания). В течение эксперимента снимаем значения изменяющегося параметра через равные интервалы времени до тех пор, пока он не установится.

Снятие первой кривой разгона. Изменим положение регулирующего  органа на трубопроводе природного газа – открыв на 5%. Температура воды до проведения эксперимента составляла 65˚С, а после возмущения 71˚С. Время  эксперимента сек. Запаздывание сек.

Координаты динамической характеристики по основному каналу

Таблица № 2

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Время , с	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
Температура воды на выходе из АПГ, ˚С	65	65,49	66,54	67,34	68,1	68,7	69,2	69,63	69,9	70,14	70,34	70,49	70,6
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Время , с	650	700	750	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200
Температура воды на выходе из АПГ, ˚С	70,69	70,75	70,82	70,89	70,90	70,91	70,93	70,95	70,95	70,98	70,98	71