Исследование влияния способов монтажа первичных измерительных преобразователей на качество работы АСУ пароперегревателем энергетического котла
Исследование влияния интегральных характеристик процесса теплопереноса в чувствительных элементах термопар на качество регулирования температуры перегретого пара в переходных режимах работы парогенератора.
Введение ………………………………………………………………………………………………. 11
1 Способы повышения качества работы автоматизированной системы
регулирования температуры перегретого пара ………………………………………… 13
2 Методика параметрического синтеза системы регулирования ……………….. 17
3 Автоматическая система регулирования температуры перегретого пара … 20
4 Определение динамических характеристик термоэлектрических
преобразователей с использованием методов численного моделирования …. 25
5 Расчет переходных процессов автоматической системы регулирования
температуры перегретого пара ……………………………………………………………….. 34
6 Выбор технических средств автоматизированной системы управления
пароперегревателем ………………………………………………………………………………. 39
7 Разработка проектной и конструкторской документации ………………………. 48
8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 59
9 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 83
Заключение …………………………………………………………………………………………… 97
Список использованных источников ………………………………………………………. 99
Приложение А Study on the influence of the method for installation of primary
measuring transducers on the quality of ACS operation with a superheater of a
power boiler …………………………………………………………………………………………. 108
Приложение Б Расчет статических и динамических характеристик
системы ………………………………………………………………………………………………. 121
Приложение В Построение переходных процессов и оценка качества
работы системы …………………………………………………………………………………… 132
Приложение Г Заказная спецификация приборов и средств
автоматизации …………………………………………………………………………………….. 138
Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.004 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.004 Э3 Схема электрическая принципиальная
ФЮРА.421000.004 С4 Схема монтажная
ФЮРА.421000.004 СБ Общий вид щита управления
На сегодняшний день почти все предприятия функционируют с
участием автоматизированных систем управления. Такие системы
необходимы для производства большого объема продукции, облегчения труда
людей и поддержания надежности работы оборудования.
Одними из стратегически важных являются предприятия
энергетического сектора, так как отвечают за жизнеобеспечение жилищно-
коммунального сектора и объектов социальной сферы. Технологические
процессы на ТЭС и других объектах генерации энергии характеризуются, как
правило, высокими значениями параметров, требующих точного контроля и
регулирования. Одним из таких параметров является температура. Измерение
температуры занимает до 50 % от общего числа измерений, это важный
показатель для контроля процессов, анализа как технических, так и
экономических показателей производства, а также для определения
надежности и долговечности работы оборудования при различных условиях.
Температура перегретого пара является одним из технико-
экономических показателей, так как оказывает влияние на КПД. Однако
верхний предел температуры перегретого пара ограничен прочностными
характеристиками материалов, а потому требует поддержания на
определенном уровне [1…3]. Влияние превышения расчетного значения
температуры на надежность работы оборудования [1] обусловлено
возможным изменением в структуре металла, утонением труб, развитием
микротрещин, что приводит к появлению локальных порывов и впоследствии
к отказам оборудования в целом [4, 5].
Требования к надежности связаны с прочностными характеристиками
металла поверхностей нагрева котла. При воздействии высоких температур
(до 600 °С) сталь теряет свою несущую способность, как следствие
наступившей температурной пластичности, происходит потеря прочности и
переход из упругого состояния в упруго-пластичное [6, 7].
Большое влияние на ресурс работы оборудования имеет не только
превышение допустимого значения измеряемой величины, но и
продолжительность работы оборудования в условиях повышенных
температур. Превышение температурой пара расчетных значений в течение
нескольких часов приводит к потере ресурса поверхностей нагрева котла,
эквивалентного нескольким месяцам эксплуатации при нормативных
параметрах. Качественная работа автоматической системы регулирования
обеспечивает надежность работы агрегатов, предотвращает деформацию
металла и порывы, а также способствует увеличению срока службы металла
оборудования.
При измерении температуры перегретого пара на станциях используют
термоэлектрические преобразователи (ТЭП). Для защиты чувствительного
элемента ТЭП и удобства монтажа датчика используют защитные гильзы. Так
как при установке датчика температуры в гильзу, между ними образуются
зазоры, оказывающие влияние на инерционность измерительного канала
температуры, и, как следствие, системы регулирования в целом [8], то для
заполнения защитной гильзы используют буферные материалы,
минимизирующие тепловую инерцию, тем самым увеличивая скорость
реакции системы на изменение температуры. В этом случае интерес
представляет оценка влияния способа установки датчика на характеристики
работы АСР температуры перегретого пара.
Целью работы является исследование влияния инерционности системы
«термоэлектрический преобразователь – защитная гильза» на качество работы
системы регулирования температуры перегретого пара.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1) выполнить анализ опубликованных научных работ по теме
исследования;
2) выполнить численную оценку динамических характеристик ТЭП в
зависимости от способа монтажа датчиков;
3) выполнить расчет параметров настройки регулятора и переходных
процессов в АСР tпп для различных условий монтажа датчиков;
4) разработать комплект проектной и конструкторской документации.
1 Способы повышения качества работы автоматизированной системы
В соответствии с техническим заданием на выполнение выпускной
квалификационной работы выполнено исследование влияния инерционности
системы «термоэлектрический преобразователь – защитная гильза» на
качество работы системы регулирования температуры перегретого пара.
При определении динамических характеристик измерительного канала
температуры определялись значения постоянной времени системы
«термоэлектрический преобразователь – защитная гильза» с использованием
групп моделей теплопереноса в указанной системе. Определено, что на
величину постоянной времени оказывает существенное влияние не только
свойства буферного материала, заполняющего защитную гильзу, но и толщина
кольцевого зазора между внутренней поверхностью гильзы и чувствительным
элементом датчика температуры. В результате работы получены зависимости
постоянной времени от величины зазора и типа заполняющего гильзу
материала для типичных способов установки и размеров чувствительных
элементов датчиков.
В ходе исследования выполнен сравнительный анализ переходных
процессов в рассматриваемой АСР, полученных при использовании
параметров настройки регуляторов с учетом динамических характеристик
фактически применяемой измерительной системы температуры и с учетом
усредненных динамических характеристик, принятых на этапе
параметрического синтеза регулятора.
Результаты расчета переходных процессов в системе на примере АСР
температуры перегретого пара показали, что учет фактических условий
монтажа первичных преобразователей позволяет снизить перерегулирование
в системе в 1,1–2,8 раза, что может минимизировать продолжительность
работы оборудования при повышенной температуре.
Предложенный в работе подход заключается в уточнении модели
объекта и первичных измерительных преобразователей при настройке
регуляторов и может применяться в системах, использующих ПИ–, ПИД– и
другие законы регулирования. Кроме того, описанная методика использования
групп моделей теплопереноса может применяться не только в АСР
температуры перегретого пара, но и других системах, использующих в
качестве входных импульсов сигналы от датчиков температуры.
Для АСУ пароперегревателем выбраны технические средства
автоматизации, разработан комплект проектной и конструкторской
документации, включающий в себя трехуровневую структурную схему,
принципиальную электрическую и монтажную схемы, а также чертеж
щитовой конструкции.
При выполнении раздела «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» были определены
потенциальные потребители, первостепенными являются отрасли энергетики.
При анализе конкурентоспособности можно выделить явное превосходство
разработанного технического решения, относительно устоявшихся на рынке,
благодаря увеличению надежности и продлению срока службы оборудования.
Оценка абсолютной эффективности показала, что окупаемость проекта будет
уже в первый год проведения работ.
В рамках раздела «Социальная ответственность» были определены
вредные и опасные факторы. Согласно требований охраны труда, все эти
факторы строго контролируются и регламентируются. В работе были
предложены мероприятия по снижению воздействий на человека в процессе
работы. Такие как: перерывы при длительной работе за компьютером;
проветривание помещения; использование противошумных вкладышей, касок
и специальных костюмов; выбор режимов работы оборудования и
расположение рабочих мест.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 18–38–
00028.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (1241 отзыв)
5 (91 отзыв)
5 (188 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
