Автоматизированная система управления процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной электростанции

Цель работы – оценка эффективности утилизации тепла отходящих от дизельной электростанции дымовых газов для подогрева сетевой воды, идущей к потребителю и разработка автоматизированной системы управления тепловым модулем на базе микропроцессорных средств автоматизации.
Объектом автоматизации является тепловой модуль дизельной электростанции блок-контейнерного исполнения.
В процессе выполнения работы был проведен анализ существующих методов утилизации тепла дымовых газов, выполнялись экспериментальные исследования, анализ объекта автоматизации, составление структурной схемы АСУ, разработаны функциональная схема, электрическая принципиальная схема соединений, общий вид щита АСУ, составлена заказная спецификация, разработано информационное, программное, математическое обеспечение, SCADA.

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
1 Системы утилизации тепла. Аналитический обзор……………………………………………………………………… 14
1.1 Анализ существующих систем утилизации тепла на водном транспорте …………………………… 14
1.2 Анализ систем утилизации тепла блок-контейнерного исполнения …………………………………… 17
1.3 Анализ тепловых модулей и теплообменных аппаратов ……………………………………………………. 20
1.4 Анализ теплотехнических характеристик оребренных поверхностей в теплообменниках ….. 24
2 Научно-исследовательская работа ……………………………………………………………………………………………… 28
2.1 Экспериментальный стенд……………………………………………………………………………………………….. 29
2.2 Проведение экспериментов ……………………………………………………………………………………………… 31
2.3 Результаты экспериментов ………………………………………………………………………………………………. 33
3 Разработка структуры АСУ ……………………………………………………………………………………………………….. 38
3.1 Формулирование технических требований АСУ ………………………………………………………………. 38
3.2 Разработка структуры комплекса технических средств …………………………………………………….. 42
4 Проектирование функциональной схемы АСУ …………………………………………………………………………… 44
5 Выбор технических средств АСУ ………………………………………………………………………………………………. 48
5.1 Выбор датчика для измерения температуры теплоносителя………………………………………………. 49
5.2 Выбор датчика для измерения расхода теплоносителя ……………………………………………………… 51
5.3 Выбор датчика для измерения давления жидких сред……………………………………………………….. 53
5.4 Выбор датчика для измерения давления продуктов сгорания ……………………………………………. 55
5.5 Выбор регулирующего устройства …………………………………………………………………………………… 56
5.6 Выбор исполнительного механизма …………………………………………………………………………………. 57
5.7 Выбор блока управления …………………………………………………………………………………………………. 58
5.8 Выбор циркуляционного насоса ………………………………………………………………………………………. 59
5.9 Выбор блока ручного управления …………………………………………………………………………………….. 60
5.10 Выбор технических средств индикации измеренных параметров …………………………………….. 61
5.11 Выбор автоматизированного рабочего места ………………………………………………………………….. 62
6 Перечень входных и выходных сигналов …………………………………………………………………………………… 64
7 Проектирование принципиальной схемы АСУ …………………………………………………………………………… 68
8 Проектирование монтажной схемы АСУ ……………………………………………………………………………………. 71
8.1 Выбор проводов, кабелей и защитных труб ……………………………………………………………………… 73
9 Проектирование щита автоматизации ………………………………………………………………………………………… 75
10 Расчет параметров настройки регулятора …………………………………………………………………………………. 77
10.1 Идентификация объекта управления ………………………………………………………………………………. 77
10.2 Расчет параметров настройки регулятора ……………………………………………………………………….. 80
11 Разработка математического, программного и информационного обеспечений …………………………. 87
11.1 Математическое обеспечение АСУ ………………………………………………………………………………… 87
11.2 Программное обеспечение АСУ …………………………………………………………………………………….. 88
11.3 Информационное обеспечение АСУ ………………………………………………………………………………. 89
12 Разработка SCADA-системы …………………………………………………………………………………………………… 91
13 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………………………… 93
13.1 Технико-экономическое обоснование НИР …………………………………………………………………….. 94
13.2 Планирование комплекса работ НИР ……………………………………………………………………………… 97
13.3 Бюджет научно-исследовательской работы …………………………………………………………………… 101
13.4 Определение ресурсной и финансовой эффективности исследования ……………………………. 105
Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» ……… 109
14 Социальная ответственность ………………………………………………………………………………………………….. 111
14.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………………………………… 112
14.2 Анализ вредных и опасных факторов……………………………………………………………………………. 114
14.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………… 121
14.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………… 122
Заключение по разделу «Социальная ответственность» ………………………………………………………………. 125
Заключение ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 127
Приложение А Systems of Heat Utilization: Analytical Review………………………………………………… 133
Приложение Б Заказная спецификация приборов и средств автоматизации ………………………….. 145
Приложение В Листинг программы автоматизированной системы управления тепловым модулем
системы утилизации тепла от ДЭС ………………………………………………………………………………………. 148
Приложение Г Мнемосхема автоматизированной системы управления тепловым модулем
системы утилизации тепла от ДЭС ………………………………………………………………………………………. 151

Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.010 С1 Схема структурная
ФЮРА.421000.010 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.010 Э3 Схема принципиальная электрическая
ФЮРА.421000.010 ВО Общий вид щита автоматизации
ФЮРА.421000.010 С4 Схема монтажная внешних электрических и трубных проводок

В ходе магистерской диссертации выполнено экспериментальное
исследование по диагностике протекания процессов взаимодействия воздушного
потока и мелко распылённой воды, а также разработана автоматизированная
система управления процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной
электростанции.
Перед проведением исследований, был выполнен анализ существующих
систем и способов утилизации тепла дымовых газов и способов снижения
температуры выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания дизельного
топлива. Для научного исследования был сконструирован экспериментальный
стенд и разработаны методики снижения температуры газового потока. На
основе полученных результатов, были найдены оптимальные параметры
распыла мелкодисперсного потока воды.
Для реализации на производстве автоматизированной системы управления
процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной электростанции, были
разработаны функциональная и структурная схема технологического процесса,
составлена заказная спецификация приборов и средств автоматизации,
спроектированы принципиальная электрическая схема щита автоматизации,
чертеж общего вида щита автоматизации, перечень элементов щита
автоматизации и спецификация его оборудования, монтажная схема
электрических и трубных проводок.
Разработано математическое, информационное и программное
обеспечение автоматизированной системы управления утилизацией тепла
дымовых газов. Для отображения технологического процесса на
автоматизированном рабочем месте оператора выполнена мнемосхема в
программной среде Simple SCADA. Для работы системы в автоматическом
режиме был написан программный код, загружаемый с помощью программного
обеспечения Codesys 2.3 в программируемый логический контроллер. Составлен
перечень входных и выходных сигналов вводимого оборудования системы.
Автоматизированная система управления утилизацией тепла дымовых
газов соответствует сформулированным к ней требованиям и осуществляет
выполнение технологического процесса в автоматическом, ручном и
дистанционном режиме. Достоинствами такой системы является трехуровневый
принцип организации, сокращение участия оператора в процессе, оснащение
современными средствами автоматизации и оборудованием.
В разделе «Социальная ответственность» выявлены и описаны вредные и
опасные факторы, возникающие на производстве, а также описаны возможные
ЧС и меры по их предупреждению и оповещению.
В разделе «Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
осуществлено планирование работ на выполнения научного исследования,
рассчитан бюджет затрат на научно-исследовательскую работу, расчитана
стоимость оборудования, закупаемого при реализации проекта, а также
определена финансовая эффективность проекта, срок окупаемости составил 1
год и 6 месяцев при использовании автоматизированной системы управления
утилизацией тепла дымовых газов 3 000 часов в год.