Глава 1. Обоснование необходимости реконструкции, исходные данные
1.1. Описание объекта, обоснование необходимости реконструкции
Рассматриваемая котельная предназначена для централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения административно-бытовых, промышленных зданий и сооружений.
Работа котельной предусматривается круглый год.
Отвод дымовых газов из котла осуществляется по газоходу в индивидуальную дымовую трубу диаметром 400 мм, высотой 31,5 м, а отвод дымовых газов из котлов №1,2 осуществляется по индивидуальным газоходам в общую трубу диаметром 600 мм и высотой 31,5 м.
Циркуляция воды в котлах и тепловых сетях по двухконтурной схеме осуществляется котловыми, сетевыми насосами горячего водоснабжения [22].
Циркуляция воды в первичном (котловом ) контуре осуществляется котловыми насосами с такими параметрами "Р" напора = 4,0 кгс\см2, а "Р" всаса = 1,5 кгс\см2.
Для поддержания температуры теплоносителя перед котлами, не ниже 60 0С, предусмотрена установка перемычки между подающим и обратным трубопроводами, на которой установлен регулирующий клапан открывающийся в автоматическом режиме [30].
Поддержание давления в обратном трубопроводе сетевой воды осуществляется за счет системы подпитки в пределах 0,15 - 0,25МПа. Подпитка тепловых сетей осуществляется водой подготовленной в установках "КОМПЛЕКСОН - 6" [33].
Работа котлов по газовоздушному тракту предусматривается под наддувом. На каждом котле по газовоздушному тракту устанавливается специальное устройство - прессостат, не позволяющее производить запуск котлов при закрытых шиберах на выходе из каждого котла.
Для всех трубопроводов с температурой выше 45 0С предусмотрена тепловая изоляция.
Котельная работает под наблюдением обслуживающего дежурного персонала. Дежурный персонал котельной, в пределах его должностной инструкции, ведет наблюдения за тепловым и температурным режимом котлов, поддержит исправное состояние котельного, насосного, топливного, водоподготовительного оборудования [28].
Теплотехнический контроль по работе оборудования и парогенератора осуществляется при помощи самопишущих и показывающих датчиков, работающих в автоматическом режиме. Приборы непрерывно контролируют процессы, которые протекают в парогенераторной установке, или же подключены к измерительному объекту у обслуживающего персонала или к информационно-вычислительной машине. Приборы по теплотехническому контролю как правило устанавливают внутри панелей, щитов управления для максимального удобства при обслуживании и наблюдении.
Технологическая блокировка в заданной последовательности выполняет ряд операций при запуске и остановке механизма парогенератора, а так же в случае срабатывания технологической защиты. При помощи блокировок можно практически полностью исключить неправильные операции в парогенераторной установке, а также блокировка позволяет отключать в нужной последовательности все оборудования например при аварии или другой внештатной ситуации.
Технологическая сигнализация посылает информацию обслуживающиму персоналу об оборудовании (работает, остановлено и т.п.), информируют о приближении к опасному значению важных параметров, информируют о аварийном состоянии парогенератора и его оборудования. Здесь может применяться как звуковое так и световое оповещение.
Эксплуатация котлов должна обеспечить эффективную и надежную выработку пара в необходимых параметрах и быть безопасна для обслуживающего персонала. Для того чтобы все данные требования выполнялись, эксплуатацию необходимо вести в полном соответствии с правилами, нормами, законоположениями и руководству по эксплуатации, особенно соответствовать «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора» [3], «Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей» [4], «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» [5] и др.
На основании вышесказанного необходимо для каждой котельной установки составить технологические и должностные инструкции которые относятся к обслуживанию и ремонту оборудования, предупреждению и ликвидации аварийных ситуаций технике безопасности, и т.п. Должен быть составлен технический паспорта на каждое оборудование, оперативные, исполнительные и технологические схемы по трубопроводам разного назначения. Обслуживающий персонал в обязательном порядке должен ознакомиться с инструкциями, режимных карт работы котла и указанных материалов. Также должна проводиться регулярная систематическая проверка знаний вех пересичленных параметров [28].
Эксплуатация котлов должна осуществляется согласно производственным заданиям, которые составляются в соответсвии планов и графиков производства пара, топливному и энергитическому расходу для собственных нужд. В обязательном порядке ведутся записи в оперативном журнале, где фиксируются приказы руководителей и записи обслуживающего персонала по работе оборудования, а так же ремонтную книгу, где фиксируется информация о выявленных дефектах и мер по их устранению.
Необходимо вести первичную отчетность состояшщую из суточных ведомостей работы всех агрегатов и записи приборов, а также вторичная отчетность, которая в себя включает консолидированные данные по котлам в определенном периоде. Для каждого котла должен быть присвоен индивидуальный номер номер, и все коммуникации должны быть окрашены в определенный условный цвет, согласно с ГОСТ 14202-69 [1].
Устанавливать котлы в помещении необходимо в полном соответствии с правилами установленными Госгортехнадзорома, и требованиям касаемые санитарно-техническим нормам, технике безопасности, требованиям пожарной безопасности.
1.2. Технологическая схема работы котельной, описание оборудования
Технологическая схема котельной представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Технологическая схема котельной
Подготовка воды
Водоснабжение рассматриваемой котельной осуществляется по двум трубопроводам, один из которых является хозяйственно-противопожарный, а второй питьевой.
В хозяйственно-противопожарный водопровод вода поступает технического качества и используется для восполнения потерь в тепловых сетях и в случае пожара. В рассматриваемой котельной имеется емкость запаса воды.
Для нужд горячего водоснабжения терминала в котельную подается вода питьевого качества.
При снижении уровня воды в баке, автоматически открывается дисковый затвор установленный для заполнения соответствующего бака, а при достижении максимального уровня, затвор закрывается.
Электроснабжение
Потребителями электроэнергии котельной по степени надежности в основном относятся к потребителям 1-й категории, ими являются электродвигатели технологического и сантехнического оборудования, щиты автоматизации, электрическое освещение.
Надежность электроснабжения обеспечивается наличием АВР на стороне 0,4 кВ трансформаторной подстанции для электродвигателей 160 КВт и наличием АВР на распределительном щите 1Щ, расположенном в электрощитовой котельной для других потребителей.
В котельном зале, административно-бытовых помещениях предусмотрено освещение
- рабочее при напряжении 220 В;
- аварийное при напряжении 220 В;
- ремонтное при напряжении 12В.
Управление рабочим и аварийным освещением осуществляется автоматическими выключателями со щитов и выключателями установленными по месту.
Топливоснабжение
Источник основного топливоснабжения – газопровод среднего давления.
Источником резервного топливоснабжения котельной является отдельно стоящая топливная насосная, которая транспортирует жидкое топливо по двухпроводной схеме в котельную и из нее с "Р" = 1,5-2,0кгс\см2
Фактический расход топлива на проектируемую котельную производительностью 5,0 МВт составляет - 570л/ч( 467кг.ч).
Учет сожженного топлива осуществляется расходомером жидкостным с двумя датчиками типа ПТФ020 Ду20 Ру 1,6МПа.
На вводе жидкого топлива в котельную установлен быстродействующий клапан-отсекатель отключающий подачу топлива при:
- повышении ПДК загазованности помещения котельной и угарным газом СО.
- отключении электроэнергии,
В случаях нарушения режимов горения и появления в помещении котельной угарного газа (оксида углерода) его наличие контролируется приборами САКЗ.
Архитектурно – планировочные и конструктивные решения
Котельная представляет собой строительную конструкцию, состоящую из металлического каркаса, обшитого трехслойными «сэндвич – панелями» с несгораемым утеплителем.
Помещение котельной относится к категории Г, II степени огнестойкости с классом конструктивной пожарной опасности СО.
В котельной предусмотрен выход непосредственно наружу. Легко сбрасываемыми конструкциями служат оконные остекления из расчета 0,05 м2 на 1 м3 объема помещения.
Фундамент для дымовой трубы котельной запроектирован в виде монолитной железобетонной трубы, армирование фундамента выполнено двойной сеткой из арматуры, что обеспечивает анкеровку болтов крепления стоек опор дымовой трубы.
Ремонтные помещения отсутствуют, т.к. ремонт оборудования, арматуры, приборов контроля и регулирования проводится на базе специализированной организации, имеющей соответствующую лицензию, с использованием их баз и инвентарных средств.
Котел водогрейный газомазутный КВ-ГМ-10-150 предназначен для нагрева воды систем теплоснабжения до 150°С.
Котел поставляются двумя транспортабельными блоками, имеют одинаковую конструкцию и отличаются лишь глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Ширина между осями труб боковых экранов составляет 2580 мм.
Экраны топочной камеры экранированы котловыми трубами O60х3 ГОСТ 8734-75 бесшовная холоднодеформированная (холоднотянутая). Экранные трубы приварены к коллекторам O219х10ммГОСТ 8734-75 .
Теплопроизводительность котлов КВ-ГМ-10-150 составляет 10 Гкал(11,63 МВт).
Технические характеристики котлоагрегата представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики котлоагрегата [29]
Теплопроизводительность, МВт 11,63
Рабочее давление, МПа 2,5
Температура воды на входе/ выходе в котел, 0С 70/150
Расход воды через котел, т/ч 124
Гидравлическое сопротивление не более, МПа 0,25
Аэродинамическое сопротивление не более, Па 520
Коэффициент избытка воздуха, не более 1,15
Температура дымовых газов на выходе из котла, 0С 145
КПД котла, % 89
Топливо Газ
Продолжение таблицы 1
Площадь поверхностей нагрева, м2
1) Радиационная
2) Конвективная:
73,6
228,7
Расход топлива, м3/ч 1250
1.3. Параметры, подлежащие контролю при работе котельной
Поскольку традиционные средства не обеспечивают автоматизацию режимов пуска и останова, возникла необходимость создания и внедрения систем всережимной автоматизации энергоблоков.
В связи с этим были развернуты работы по созданию и внедрению автоматизированных систем управления (АСУ).
Подсистема функционально-группового управления осуществляет автоматический пуск и останов оборудования, а также управляет им при изменениях режима работы энергоблока. Для этого оборудование энергоблока (парогенераторная и турбинная установки, генератор и общеблочные устройства) разбивается на ряд технологических узлов — функциональных групп [23].
Каждая функциональная группа решает определенную технологическую задачу. Так, например, оборудование мощного газомазутного прямоточного парогенератора может быть разбито на следующие функциональные группы: температура первичного пара, температура вторичного пара, питание водой, пускосбросной узел, газовоздушный тракт, подача топлива.
Функциональная группа объединяет механизмы, запорную и регулирующую арматуру, а также автоматические регуляторы, средства контроля, технологической защиты и сигнализации. Действует функциональная группа автономно, так как она оснащается собственной системой управления, которая условно делится на уровни. Количество уровней — 2, 3 и более. Управляющие воздействия поступают от вышестоящего уровня к нижестоящему, а информация о выполнении команд — от нижестоящего уровня к вышестоящему [12].
Если система управления состоит из трех уровней, то к первому (нижнему) уровню относится управление отдельными исполнительными органами, работающими в режиме включен-отключен, открыто-закрыто и т. п. Сюда относятся электродвигатели собственных нужд, запорные органы и др.
Вторым (более высоким) уровнем является логическое устройство (логический автомат) управления. По заданной программе это устройство управляет группой взаимосвязанных исполнительных органов, автоматически включают резервный механизм при отключении работающего, формирует сигналы отсчета времени и др. При отказе логического устройства подчиненные ему исполнительные механизмы могут управляться дежурным персоналом.
Третьим уровнем является логическое устройства управления функциональной группой. Это логическое устройство формирует команды на нижестоящие уровни управления, осуществляя этапно-шаговый способ выполнения заданной программы.
Устройства функциональной группы осуществляют пуск и останов оборудования по заданной программе. Для некоторых функциональных групп предусматривается программа управления при изменениях режима работы оборудования.
Программа состоит из шагов. Каждый шаг соответствует элементарной технологической операции. Совокупность нескольких шагов образует этап, который охватывает законченную технологическую операцию. При выполнении каждого шага логическое устройство проверяет исходную информацию, в зависимости от которой формируются команды. Шаг состоит из одной или нескольких команд, выполняемых одновременно. Выполнение каждой команды проверяется по сигналу, поступающему в логическое устройство.
Программа, разбитая на шаги, может выполняться как поэтапно, так и непрерывно. При поэтапном выполнении программы разрешение на выполнение каждого этапа дает оператор. Такой порядок выполнения программы называется полуавтоматическим. При непрерывном выполнении программы оператор задает лишь конечную цель и разрешает начало операции. При этом программа выполняется автоматически.
Подсистема технологической защиты предназначена для выполнения операций управления оборудованием при возникновении аварийной ситуации. Действие защиты должно предотвратить развитие аварии, поэтому оно имеет приоритет над всеми видами управления оборудованием. Приоритет обеспечивается устройствами управления первого и второго уровней, которые воспринимают воздействия защит [12].
Подсистема дистанционного управления обеспечивает дежурному персоналу возможность воздействия в необходимых случаях на исполнительные органы. Дистанционное управление отдельными исполнительными органами осуществляется через устройства первого уровня. Дистанционное управление группой механизмов и исполнительных органов выполняется посредством устройств второго уровня.
АСУ в процессе управления производством давно признано одним из важнейших факторов увеличения технико-экономической эффективности производства.
Любая система автоматического регулирования должна быть устойчивой и обеспечивать требуемое качество регулирования.
В общем случае независимо от конструкции автоматический регулятор состоит из следующих основных элементов:
Измерительного устройства, регулирующего прибора, управляющего устройства, исполнительного механизма и регулирующего органа.
Основной частью измерительного устройства является чувствительный элемент, воспринимающий отклонение регулируемого параметра. В измерительном устройстве отклонение регулируемого параметра преобразуется в сигнал, поступающий в регулирующий прибор.
В регулирующем приборе сигнал от измерительного устройства сравнивается с заданием, усиливается. На выходе прибора вырабатывается сигнал, с помощью которого приводится в действие исполнительное устройство, состоящее из исполнительного механизма и регулирующего органа.
Исполнительный механизм предназначен для перемещения регулирующего органа.
Примером регулирующего органа может служить клапан, управляющий поступлением воды в парогенератор.
Регулирующий орган в комплекте с исполнительным механизмом называется исполнительным устройством. Характеристики исполнительных устройств в значительной мере определяют качество регулирования.
1.4. Исходные данные, общие проектные решения
При выборе технических средств автоматизации необходимо учитывать вид и характер технологического процесса, параметры и физико-химические свойства измеряемой среды, точность и быстродействие средств автоматизации.
Средства автоматизации, как правило, должны выбираться из серийно выпускаемых. При этом предпочтительно использовать однотипные и унифицированные средства и системы автоматизации, а также приборы государственной системы промышленных приборов (ГСП).
Количество приборов, аппаратура управления и сигнализации, устанавливаемых на щитах, пультах, должно обеспечивать их необходимый минимум, который определяется удобством эксплуатации, стоимостью и сроком монтажных и наладочных работ.
Автоматизация котла - автоматика горелки осуществляет автоматический розжиг горелки, контроль за состоянием параметров при розжиге и рабочем режиме, автоматическое прекращение подачи топлива и запоминание первопричины аварийной остановки котла при изменении следующих параметров [12]:
- повышение "Р" уходящих газов за котлом; (взрыв в топке)
- погасание факела горелки;
- повышение температуры воды на выходе воды из котла;
- повышение "Р" воды на выходе из котла,
- понижение "Р" воды на выходе из котла,
- повышение температуры топлива.
Аварийное отключение горелки осуществляется с помощью последовательного соединения контактов датчиков - реле температуры и выходных реле минимального и максимального давлений воды.
На горелке предусматривается плавно-двухступенчатое регулирование мощности горелки регулятором мощности.
На котельной предусмотрено автоматическое включение всех групп котловых, сетевых насосов, подпиточных насосов и насосов ГВС при неисправности рабочих насосов.
Для подпиточных насосов предусмотрено автоматическое управление: пуск насоса осуществляется при понижении давления в трубопроводе обратной воды до 0,1МПа и останов при давлении 0,25МПа.
Регулирование температуры воды на входе ее в котлы осуществляется регулятором, работающим в автоматическом и ручном режимах.
Уровни в резервуарах запаса умягченной воды V = 3,0 м3 поддерживается путем открытия соответствующего дискового затвора ЗР-1.
При загазованности котельной, отключение электроэнергии, происходит отсечка подачи топлива электромагнитным клапаном (ЗСК-50) установленным на вводе в котельную. В случае пожара в котельной, при срабатывании противопожарной сигнализации происходит отключение подачи жидкого топлива путем закрытия электрифицированной арматуры (задвижки Ду50) расположенной за пределами помещения котельной.
На щите автоматизации, в операторной имеется световая и звуковая сигнализация [12]:
