Автоматизация технологических процессов газифицированного объекта

Газифицированные котельные, тепловые электростанции, промышленные цеха и зерносушилки представляют собой сложные объекты, управление которыми требует обязательной автоматизации. Времена, когда оператор разжигал горелку ручным запальником и регулировал интенсивность пламени по показывающим приборам, давно ушли в прошлое. Безопасность и экономичность процессов достигается за счет автоматики, исключающей влияние человеческого фактора.

Функции автоматики

Автоматизация предполагает, что управление каким-либо объектом (процессом) происходит без непосредственного участия человека. Она позволяет вести технологические процессы на оптимальных режимах, не допускать аварий и инцидентов.

Рис.1 Функции автоматики

Автоматические устройства выполняют управление процессами, в том числе обеспечивают (рис.1):

• контроль;

• сигнализацию;

• защиту;

• регулирование.

Функции управления включают в себя автоматический пуск и останов отдельных газоиспользующих установок или всего оборудования, основного и вспомогательного, входящего в состав газифицированного объекта. Автоматизация газовой котельной охватывает широкий спектр процессов, включая управление котлами с газогорелочными устройствами, системами безопасности, насосами, водоподготовительными установками, вентиляцией и дымоудалением.

Контроль

Контрольно-измерительные приборы и датчики позволяют следить за различными показателями процессов, происходящих в газоиспользующих установках. У котлов контролируется давление газа и воздуха газогорелочного устройства, величина тяги, наличие факела, температура нагрева и проток воды, давление пара, уровень воды в барабане и другие параметры. Полученную информацию обслуживающий персонал может увидеть, наблюдая за показывающими приборами: манометрами, тягонапоромерами, термометрами (рис.2), уровнемерными стеклами и др.

Рис. 2 Биметаллический термометр

Эти данные могут быть отображены на пультах оператора (диспетчера) либо сохранены на различных носителях.

Сигнализация

Автоматическая сигнализация предназначена для передачи командных, информационных и контрольных сигналов оператору или диспетчеру. Например, она обеспечивает подачу звукового и светового сигнала при достижении предупредительного либо аварийного значения контролируемого параметра.

Сигнализация оповещает операторов котельной при повышении давления или температуры, выходе из строя насосов или критическом повышении или понижении уровня воды в барабане парового котла и т.д. Современные системы предоставляют информацию на удаленные пункты управления. Сообщения о критических показателях работы котельной могут приходить SMS-сообщением.

Рис.3 Световая сигнализация

Сигнализация бывает звуковая и световая. Звук должен быть слышен на фоне шума, сопровождающего работу котельного оборудования. Световой сигнал должен быть в 2 раза ярче окружающего фона (рис.3). Для аварийных ситуаций рекомендуется использовать в качестве сигнала мигающий свет.

Защита

Автоматическая защита служит для отключения подачи газа при возникновении аварийных ситуаций. Автоматика безопасности останавливает котел в случае аварии, а также при нарушении нормальной работы котла вследствие неисправности. При остановке котла закрывается клапан (или клапаны) на газопроводе, подающем газ к горелкам котла. Автоматическая защита, контроль и сигнализация обычно сопутствуют друг другу – сначала дается сигнал о существенном отклонении контролируемого параметра от заданного значения, а затем, когда отклонение превысит допустимый уровень, прекращается процесс горения и выдается соответствующий сигнал. Блокировка обеспечивает невозможность пуска газа или включения агрегата при нарушении персоналом требований безопасности.

Основные параметры парового котла: наличие факела, давление газа или воздуха горелки, давление пара, верхний и нижний уровни воды в барабане, контролируется датчиком. У водогрейного котла датчики следят за процессом горения, а также за другими параметрами теплоносителя: температурой нагрева и протоком воды через котел.

Рис.4 Структурная схема автоматики безопасности

При достижении предаварийного состояния датчик подает сигнал на блок управления, который включает световую и звуковую сигнализацию (рис.4). Если контролируемый параметр не возвращается к рабочим значениям, то при дальнейшем ухудшении ситуации блок управления размыкает электрическую цепь предохранительного запорного клапана (ПЗК), который прекращает подачу газа (рис.5).

Рис.5 ПЗК перед горелками ГМГ котла ДКВР 10/13

При необходимости обеспечивается временная задержка. Она предупреждает частые отключения оборудования при кратковременных изменениях параметров работы, прежде всего естественной тяги. Для некоторых параметров (например, погасание факела) задержка времени отсутствует. В этом случае сразу включается сигнализация и происходит размыкание цепи ПЗК.

Рис.6 Водоуказательные стекла на барабане парового котла Е9/1

Для безопасной и надежной работы парового котла важно точное поддержание уровня воды в барабане. Контроль осуществляется двумя водоуказательными стеклами по верхнему и нижнему уровням (рис.6). Подача питательной воды в барабан должна соответствовать выработке пара. Если ее мало, уровень жидкости снижается. Такая ситуация называется «упуском воды». Он может иметь самые серьезные последствия, вплоть до взрыва котла. Так как часть барабана и кипятильных труб перестают охлаждаться, возникает локальный перегрев металла. Если в это время подать питательную воду, то в результате температурных перенапряжений могут произойти разрывы стенок труб, коллекторов, барабанов. Для ликвидации опасности производят аварийную остановку котла, его отключают от паропровода и питательного трубопровода и медленно охлаждают при остановленном дымососе и вентиляторе.

Повышение уровня воды выше верхнего допустимого называется «перепиткой котла». Она грозит забросом воды в паропровод, гидроударами в паропроводе и его разрушением. Под угрозой находится и оборудование, в которое поступает пар.

Если уровень воды превысил допустимый, но ещё определяется по водоуказательному стеклу, воду можно слить, открыв продувочную линию. Прекратить питание котла водой и снизить его нагрузку котла. Если уровень воды не снижается – произвести аварийную остановку котла и закрыть главный парозапорный вентиль.

Регулирование

Автоматическое регулирование позволяет поддерживать заданные режимы работы оборудования без участия человека. Регулирование подачи воздуха, газа и изменение тяги в зависимости от нагрузки котла обеспечивает автоматизацию процесса горения. Это позволяет экономить топливо, увеличить коэффициент полезного действия котлов, облегчить работу обслуживающего персонала. Подача газа на горение в водогрейных котлах регулируется в соответствии с температурой нагрева воды, которую необходимо обеспечить в подающем патрубке на выходе из котла.

Для паровых котлов определяющим является давление вырабатываемого пара. Подача газа к горелкам парового котла регулируется так, чтобы сохранялось соответствие между выработкой и потреблением пара. В этом случае давление пара на выходе из котла будет постоянным. Изменяя подачу газа на горение, меняют производительность котла в соответствии с потребностью в паре.

Рис.7 Структурная схема автоматики регулирования

Принципиальная схема автоматического регулирования параметров котла представлена на рисунке 7. Датчик воспринимает изменение регулируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. В блоке управления величина этого сигнала сравнивается с заданной. При отклонении регулируемого параметра от установленного значения блок управления принимает меры к восстановлению заданного значения. Для этого подается команда на исполнительный механизм, управляющий регулирующим органом, который изменяет подачу газа, воздуха, воды.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь