Разработка контура регулирования давления смешанного газа на ГСС блока воздухонагревателей

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. РАЗРАБОТКА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.1 Описание технологического процесса и характеристики основного оборудования

1.2 Анализ установленного и проектируемого оборудования на базе программируемого контроллера

1.3 Техническое описание объекта (воздухонагреватель)

1.4 Разработка технологических вопросов. Функции, задачи и структура системы

1.5 Разработка функциональной и принципиальной электрической схем

1.6 Разработка структурной схемы соединений внешних проводок

1.7 Расчет сужающего устройства

1.8 Расчет регулирующего органа и выбор исполнительного механизма

1.9 Расчет САР. Экспериментальное исследование ПИД-регулятора

1.10 Описание схемы электрической принципиальной системы питания

1.11 Описание схемы электрической принципиальной

1.12 Описание функциональной схемы

2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

2.1 Организация работы слесарей КИП и, А на участке ДЦ-2

2.2 Обязанности слесарей КИП и, А на участке ДЦ — 2

2.3 Мероприятия по технике безопасности и противопожарной технике при эксплуатации САР

3.4 Охрана природы

3. ЭКОНОМИКА РАБОТЫ ЦЕХА КИПиА

3.1 Состав КИП и СА воздухонагревателя ДЦ-2

3.2 Расчет нормативной численности работников КИП и, А на участке ДЦ-2

3.3 Расчет стоимости услуг цеха КИП и, А на участке ДЦ-2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ Главным средством технического процесса, без которого невозможны высокие темпы дальнейшего роста производительности труда, является комплексная механизация и автоматизация производства. Многие современные технологические процессы без автоматизации вообще не могут быть реализованы, так как обработка веществ и материалов идет на высоких скоростях, с использованием высоких температур, давлений и новых видов энергий.

Повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства при уменьшении числа занятых в производстве людей и значительного уменьшения доли ручного труда можно достичь путем интенсификации производственных процессов и коренного технического переоснащения промышленных предприятий на базе комплексной автоматизации с широким применением вычислительных машин и робототехнических комплексов.

Непрерывная интенсификация производственных процессов приводит, как правило, к усложнению функций управления. С другой стороны, достижение в области математики, кибернетики, а также быстрое развитие систем автоматизации и вычислительной техники значительно расширяют возможности создания новых высокоэффективных производственных процессов.

Одновременное развитие технологии производства и управления привело к созданию таких производственных процессов и типов оборудования, которые невозможно эксплуатировать в отрыве от систем управления.

Автоматизация технологических процессов в металлургии обеспечивает его интенсификацию, снижение расходов сырья, материалов, улучшения качества продукции, а также повышает культуру производства в целом.

Особенность черной металлургии состоит в том, что для непосредственного обслуживания основных технологических агрегатов требуется сравнительно немногочисленный персонал, поэтому автоматизация доменных и нагревательных печей, прокатных станов обычно не приводит к значительному сокращению рабочей силы, а наоборот вызывает необходимость в дополнительном привлечении высококвалифицированных работников для обслуживания систем контроля и регулирования. Однако улучшение организации и оптимизации технологических процессов полностью компенсируют дополнительные затраты.

На вспомогательных операциях (контроль, маркировка и т. д.) занято много рабочих. Автоматизация этих участков производства позволяет значительно сократить численность производственного персонала.

Максимальный экономический эффект автоматизации может быть получен, когда еще в процессе проектирования металлургического агрегата предусматривается его механизация, и технологический процесс строится с учетом современной техники автоматического регулирования и управления, располагающей мощным арсеналом методов и технических средств для получения высокого качества стабилизации и программного изменения параметров, влияющих на режимы металлургических агрегатов.

1. РАЗРАБОТКА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.1 Описание технологического процесса и характеристики основного оборудования Воздухонагреватели предназначены для нагрева воздуха, необходимого для горения топлива. Температура нагретого воздуха составляет 1300−1320 °С.

Воздухонагреватель представляет собой цилиндрическую башню высотой 50,554 и диаметром 9,948 метров со сферическим куполом и днищем. Внутри рабочее пространство разделено вертикальной стеной на две части: камеру горения и камеру насадки Разделительная стена выкладывается до верхнего уровня цилиндрической части воздухонагревателя. Вверху находится подкупольное пространство.

Рисунок 1.1 — Конструкция воздухонагревателя

1 — днище; 2 — футеровка днища; 3 — колонны; 4 — решетка; 5 — камера насадки; 6 — футеровка камеры горения; 7 — камера горения; 8 -подкупольное пространство; 9 — люки; 10 — кожух; 11 — штуцер газовой горелки; 12 — штуцер холодного дутья; 13 — штуцер дымового клапана; 14 — лазы; 15 — фланцы; 16 — штуцер клапана горячего дутья Объем камеры насадки заполнен огнеупорным кирпичом — насадкой, которая служит для аккумуляции тепла продуктов сгорания газа во время нагрева воздухонагревателя с последующей отдачей его дутью. Насадочный кирпич укладывается таким образом, что образуются вертикальные сквозные каналы по всей высоте насадки — ячейки. В воздухонагревателях применяются несколько типов насадок: насадки с квадратным сечением ячеек, с круглым сечением ячеек, насадки из прямоугольного и фигурного кирпича. В нижней части кладки насадки используется шамотный кирпич, а в верхней, высокотемпературной зоне — высокоглинеземнестый или динасовый кирпич. Насадка находится на поднасадочном устройстве — это несколько чугунных литых решеток с отверстиями. Каждая решетка опирается на чугунную литую колонну, установленную на днище воздухонагревателя.

Газовая горелка служит для подачи в камеру горения воздухонагревателя газа и воздуха, необходимого для сжигания газа. Она устанавливается на рабочей площадке перед камерой горения и соединяется со штуцером воздухонагревателя с одной стороны и с газопроводом с другой.

Горелка состоит из вентилятора, корпуса, патрубка с жалюзийным устройством, регулятора подачи воздуха и электродвигателя. Патрубок корпуса горелки соединен со штуцером воздухонагревателя с помощью отделительного клапана.

Газ поступает в горелку по газопроводу через регулировочно-отделительный клапан дроссельного типа. Воздух для горения подается централизованно от одной вентиляторной станции.

Регулировочно-отделительный клапан служит для отделения горелки от газопровода и регулирования подачи газа в воздухонагреватель. Он устанавливается на газопроводе над газовой горелкой.

Отделительный клапан шиберного типа предназначен для отделения горелки от воздухонагревателя после прекращения его нагрева. Клапан состоит из корпуса, внутри которого встроены водоохлаждаемые кольца, между которыми ходит задвижка.

Задвижка связана с лебедкой с помощью канатной передачи.

Клапан подвергается воздействию высоких температур, поэтому его основные элементы охлаждаются водой.

Клапан холодного дутья шиберного типа предназначен для отделения воздухонагревателя от воздухопровода холодного дутья.

Клапан состоит из стального литого корпуса, стальной задвижки, буфера для смягчения удара задвижки о корпус при закрывании клапана. Клапан горячего дутья шиберного типа служит для отделения воздухонагревателя (ВН) от воздухопровода горячего дутья. Он состоит из корпуса, колец и задвижки, которые охлаждаются водой. Подвод и отвод воды от задвижки осуществляются по стальным трубам, которые служат тягами для задвижки.

Дымовые клапаны предназначены для отделения воздухонагревателя от дымового борова при его дутье. Каждый воздухонагреватель имеет два дымовых клапана. Дымовой клапан состоит из корпуса, который устанавливается на стальной патрубок. Стальной патрубок замурован в отверстии дымового хода.

Между корпусом и патрубком находится охлаждаемое водой седло, которое при отделении воздухонагревателя перекрывается тарелкой.

После окончания его работы на дутье тарелки дымовых клапанов (ДК) под действием давления остаточного воздуха остаются прижатыми к седлам. Перед открыванием ДК выравнивается давление с помощью перепускного клапана, который соединяет поднасадочное пространство с дымовым боровом.

Воздушно-разгрузочный клапан служит для уменьшения или полного прекращения подачи воздуха в доменную печь при ее остановках. Клапан состоит из корпуса, дросселя и патрубка, в котором перемещается поршень.

Температура воздуха, который поступает из ВН в воздухопровод горячего дутья неодинакова в начальный и конечный периоды.

Чтобы обеспечить постоянство температуры дутья, к горячему дутью добавляют холодное, постепенно снижая количество холодного воздуха по мере понижения нагрева насадки. С этой целью воздухопровод холодного дутья соединяется с воздухопроводом горячего дутья смесительным трубопроводом.

Смесительный клапан дроссельного типа служит для регулирования количества холодного воздуха, добавляемого к горячему. Этот клапан работает автоматически. В первый момент работы нагретого ВН на дутье смесительный клапан открыт максимально. По мере охлаждения воздухонагревателя количество добавляемого холодного воздуха уменьшается, и смесительный клапан постепенно закрывается.

Когда смесительный клапан закроется полностью, включается световой или звуковой сигнал, по которому необходимо поставить на дутье очередной нагретый ВН.

Предохранительный (отсекающий) клапан шиберного типа устанавливается между смесительным клапаном и воздухопроводом горячего дутья. Он служит для перекрытия смесительного трубопровода, чтобы предотвратить попадание печных газов в воздухопровод холодного дутья при остановках печи или в случае внезапного падения давления дутья.

Технические характеристики основного оборудования Блок воздухонагревателей состоит из 4 — х аппаратов, общая высота воздухонагревателя (ВН) составляет 50 554 мм. Диаметры по кожуху: цилиндрической части — 9948 мм, купола — 10 920 мм.

Купол имеет независимое опирание. Опора выполнена в виде открытого наружу цилиндрического короба с ребрами жесткости.

Камера горения — чечевицеобразной формы.

Разделительная стенка между камерой горения и насадочной камерой состоит из 3-х окатов толщиною 345, 230 и 230 мм.

Кладка камеры горения выполнена в перевязку с кладкой радиальной стены.

Насадка выложена шестигранными насадочными блоками.

Полное сечение насадки — 42,0 м².

Живое сечение 14,08 м².

Общая высота 40 640 мм.

Удельная поверхность нагрева 32,7 м²/м³.

Поверхность нагрева насадки одного аппарата 56 000 м².

Свободный объем ВН 1300 м³.

Футеровка ВН выполнена в четыре яруса из следующих огнеупоров:

Таблица 1.1

Виды огнеупоров, использующиеся в футеровке ВН

Оборудование Горелка — конструкции ИЗТМ, производительностью 120 м³/ч по воздуху.

Диаметр воздушного сопла — 900 мм.

Диаметр газового сопла, диаметр штуцера горелки и диаметр газопровода у горелки 1300 мм.

Диаметр газового коллектора — 2000 мм.

Диаметр отводов газопровода к горелке — 1300 мм.

Подача воздуха горения — централизованная.

Диаметр отводов воздухопровода к горелке — 1300 мм.

Диаметр воздушного коллектора — 2500 мм.

Количество вентиляторов — 3 шт. в параллельной схеме. Тип вентилятора ВМ-18А.

Производительность одного вентилятора — 60−120 тыс. м³/ч при давлении 1450−1150 мм. в. ст.

Дымовой боров футерован в цилиндрическом металлическом кожухе.

Диаметр по футеровке — 3800 мм.

Сечение — 11,35 м².

Расстояние до дымовой трубы соответственно от оси 1−4 ВН 44 000, 32 000, 20 000, 8000 мм.

Высота дымовой трубы — 80 м.

Диаметр в основании — 5,0 м.

Диаметр в устье 3,5 м.

Подвод холодного дутья производится в поднасадочное пространство со стороны противоположной камере горения.

Диаметр штуцера холодного дутья — 1400 мм.

Диаметр штуцера горячего дутья — 1300 мм.

Диаметр прямого участка воздухопровода горячего дутья по кладке 1794 мм, диаметр кольцевого воздухопровода — 1234 мм.

Каждый ВН имеет свое световое табло со следующими обозначениями:

Перепускной клапан № 10.

Дымовой клапан № 11.

Дымовой клапан № 12.

Отделительный клапан газовой горелки № 13.

Газоотсекающий газовый дроссель № 14.

Газорегулирующий дроссель № 15.

Газовыпускной клапан (свеча) № 16.

Клапан холодного дутья № 18. Перепускной клапан холодного дутья вмонтирован в клапан холодного дутья.

Клапан горячего дутья № 19.

Воздухоотсекающий дроссель № 20.

Регулирующий дроссель воздухогорения № 21.

Воздуховыпускной клапан (свеча) № 22.

Управление механизмами ВН предусмотрено трех видов — индивидуальное, цикличное, автоматическое. Индивидуальное и циклическое управление предусмотрено с поста «Д». Каждый воздухонагреватель может находиться в одном из четырех режимов работы: нагрев, отделение, дутье, тяга.

Подача воздуха горения на ВН На доменной печи № 6 воздух горения на ВН подается тремя вентиляторами М31, М32, М33, из которых два находятся в работе, а один в резерве.

Работа воздухонагревателей Воздухонагреватели работают циклично. Каждый цикл работы начинается с нагрева насадки. В период нагрева воздухонагреватель отделен от воздухопроводов холодного и горячего дутья.

Для постановки воздухонагревателя на нагрев необходимо открыть дымовые клапаны и отделительный клапан газовой горелки. При включении горелки в камеру горения подаются доменный газ или смесь доменного газа с природным и воздух, необходимый для горения. Газ воспламеняется от раскаленных до 900—1000°С стен, и далее процесс горения идет непрерывно. Образующиеся горячие продукты сгорания поднимаются вверх, в подкупольное пространство, и под действием тяги дымовой трубы направляются вниз по каналам насадки. Проходя через насадку, продукты сгорания отдают тепло насадочному кирпичу и нагревают его. Пройдя насадку, продукты сгорания через дымовые отверстия направляются в боров и в дымовую трубу.

За время нагрева в насадке аккумулируется большое количество тепла. По мере нагрева насадки процесс теплопередачи замедляется, и температура уходящих из воздухонагревателя газов постепенно повышается. При достижении температуры дымовых газов на выходе из насадки 400 °C нагрев прекращается. Период нагрева воздухонагревателя продолжается 2—3 ч. При наличии четырех воздухонагревателей три из них одновременно нагреваются, а через четвертый, ранее нагретый воздухонагреватель дутье подается в доменную печь.

После окончания нагрева воздухонагреватель переводится «на дутье». Для этого отключают газ, выключают вентилятор, горелку отделяют от воздухонагревателя. Затем закрывают дымовые клапаны.

После выполнения этих операций открывают наполнительный клапан, и воздух из воздухопровода холодного дутья поступает в воздухонагреватель. Когда давление внутри воздухонагревателя выровняется с давлением воздухопровода, открываются последовательно клапаны холодного и горячего дутья. Холодный воздух поступает в поднасадочное устройство и дальше в каналы насадки. Поднимаясь вверх по каналам, воздух нагревается от насадки. Горячий воздух проходит подкупольное пространство, опускается вниз по камере горения и через штуцер горячего дутья поступает в воздухопровод, а затем в печь. Период дутья длится до тех пор, пока температура воздуха на выходе из воздухонагревателя не понизится до заданной температуры дутья. Обычно период дутья составляет 1—1,5 ч. За 8—10 мин до окончания периода дутья начинается подготовка и постановка на дутье очередного нагретого воздухонагревателя.

После перевода его на режим «дутья» остывший воздухонагреватель отделяют от воздухопроводов и переводят на нагрев. Цикл повторяется.

Кроме обычной работы на дутье или на нагреве, воздухонагреватели используются во время взятия доменной печи на тягу. Доменную печь ставят на тягу при ее остановке, когда под влиянием остаточного давления газов в печи из горна вырывается пламя и мешает производить смену охладительной арматуры. При этом печь подключают к наиболее нагретому воздухонагревателю и газ из горна отсасывают через этот воздухонагреватель в боров и дымовую трубу.

1.2 Анализ установленного и проектируемого оборудования на базе программируемого контроллера Современное промышленное производство характеризуется высокой интенсивностью работы оборудования. Большую группу на промышленных предприятиях, в т. ч. металлургических, составляют устаревшие как морально, так и физически некоторые ПЛК.

К этой группе относятся модели отечественного производства типа Ломиконт или Ремиконт.

К недостаткам установленных контроллеров, например, Ломиконта можно отнести следующее:

1. Выработан ресурс (многие контроллеры используются 15 лет и более);

2. Сложность в программировании и настройки контуров регулирования и непосредственно инициализации переменных;

3. Частые сбои в работе АЦП и ЦИП (по управлению исполнительными механизмами);

4. Низкое быстродействие процессора и как следствие понижение качества регулирования для реализации сложных законов регулирования;

5. Не совместим с современными системами визуализации или требует тщательной доработки;

6. Для резервирования основных контуров регулирования требует значительных затрат на установку промежуточных блоков переключения (количество данных переключателей для такого комплекса, как воздухонагреватель может доходить до нескольких десятков) и соответствующей их обвязке кабелями.

Серия программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum является хорошим решением для задач управления на базе высокопроизводительных совместимых программируемых контроллеров. Контроллеры Quantum поддерживают высокий уровень производительности и надежности, свойственный продукции Modicon:

— высочайшее быстродействие контроллеров на процессорах до 486 серии для увеличения пропускной способности системы;

— интегрирование технологии автоматизации, включая управление перемещением, обмен информацией в ASC11-кодах (американский стандартный код обмена информацией), коммуникации и управление непрерывными процессами, поддерживание нескольких языков программирования;

— резервируемые контроллеры, источники питания и кабели ввода/вывода обеспечивают надежность системы для критических приложений;

— настраиваемые «аварийные» режимы модулей ввода обеспечивают предсказуемую реакцию системы в ответственных приложениях;

— высокие уровни изоляции модулей для защиты от помех при работе в неблагоприятных условиях;

— высокоточный аналоговый ввод/вывод для более точного контроля и управления процессами;

— быстродействующие цепи включения и выключения с обработкой прерываний для повышенной производительности системы;

— возможность горячей замены модулей упрощает техническое обслуживание и повышает техническую готовность системы.

Система на базе Quantum сочетает компактность и прочную промышленную конструкцию, обеспечивая экономичность и надежность установки даже в наиболее сложных промышленных условиях. В то же время системы Quantum просты в установке и конфигурации, имеют широкую область применения, что обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с другими решениями.

Контроллеры являются основной функциональной компонентой большинства современных технологических процессов дискретного типа, обеспечивая синхронизацию разнородного технологического оборудования. Это предъявляет повышенные требования, как при видении технологии доменной печи, так и надежности комплекса воздухонагревателей.

Разработка способов и систем надежного управления режимом нагрева воздухонагревателей с учетом некоторых особенностей, дает возможность обеспечить высокий уровень качества, надежности, управляемости всех исполнительных элементов воздухонагревателя.

В этой связи проблема разработки и применения современных контроллеров нового поколения на базе Modicon, ориентированными на реализацию управления элементами сложного технологического оборудования, является актуальной.

1.3 Техническое описание объекта (воздухонагреватель) Воздухонагреватели (ВН) служат для нагрева воздуха (до 1300−1320?С) и подачи его в доменную печь.

К оборудованию ВН относятся:

— воздухонагреватель;

— газосмесительная станция;

— воздуходувные машины.

Для подачи в воздухонагреватель воздуха для горения служат воздуходувные машины. Две из них работают постоянно, и одна находится в резерве. Возмущающим воздействием для переключения на резерв является превышение температуры подшипников вентилятора свыше 80? С. В трубопроводе воздуха горения поддерживается постоянное давление системой автоматического регулирования так, что на воздухонагреватели поступает заданное количество воздуха с заданным давлением. Давление устанавливается мастером газового хозяйства. Регулирование оптимального расхода воздуха горения на ВН и его давления производится клапаном на всосе одного из включенных в работу вентиляторов. Другой включенный вентилятор работает при частично открытом клапане на всасе (до50?). Клапаны на нагнетании открыты полностью. В случае превышения давления воздуха горения в коллекторе выше значения установленной блокировки произойдет автоматический переход на регулирование расхода воздуха и давления стабилизирующим клапаном.

Подача газа в ВН осуществляется газосмесительной станцией (ГСС). Газосмесительная станция состоит из двух газопроводов доменного газа (ведущего) и природного (ведомого) газов.

Подача доменного газа постоянна, а природного в зависимости от калорийности смешанного газа. Калорийность смешанного газа зависит от количества содержания водорода в нем. В трубопроводе доменного газа поддерживается постоянное давление и регулируется с помощью заслонки. При повышении температуры окружающей среды расход доменного и природного газов увеличивается. Для регулирования этих параметров на трубопроводе доменного газа осуществляется коррекция по температуре, а на трубопроводе природного газа — по температуре и давлению. Давление природного газа задается оператором с ЦПУ.

Воздухонагреватель представляет собой цилиндр со сферическим куполом. Внутри ВН разделен на две части: камеру горения и камеру насадки. Камеры разделены разделительной (радиальной) стеной. Снаружи ВН покрыт кожухом из низколегированной стали.

Выходным продуктом воздухонагревателя является нагретый до заданной температуры воздух. Регулируемыми параметрами являются:

— температура купола;

— соотношение расходов газ — воздух;

— температура горячего дутья.

Регулирование давления смешанного газа производится за счет изменения давления доменного газа. Для этого на трубопроводе доменного газа установлена заслонка. В качестве её привода используется исполнительный механизм типа МЭО 1600. Схемой предусматривается возможность подключения исполнительного резервного механизма.

Схема обеспечивает автоматическое и дистанционное управление дросселем доменного газа. Выбор режима управления осуществляется переключателем БРУ-32−03. При включении дросселя в автоматический режим регулирования, управление им осуществляется через пускатель ПБР-2М от соответствующего канала ККР. Регулирование осуществляется следующим образом: оператор на ПУ с клавиатуры вводит необходимое значение давления смешанного газа, которое поступает на вход регулятора в «Модиконе». На вход регулятора также поступает сигнал 4−20 мА, пропорциональный фактическому значению давления смешанного газа от датчика разности давлений Сапфир 22 МТ-ЕХ. При наличии разбаланса на выходе регулятора появляется сигнал, управляющий исполнительным механизмом. Механизм положения МСП-1 — 4 отслеживает положение дросселя доменного газа и выдает сигнал 4−20 мА в «Модиконе».

Воздухонагреватель имеет следующие режимы работы:

— нагрев;

— отделение;- дутье;- тяга.

Режим нагрева служит для разогрева насадки воздухонагревателя. Оборудование КИП управляет регулирующим клапаном воздуха горения 21 в автоматическом режиме. Если на ЦПУ выбран режим дистанционного управления 21 клапаном, им можно управлять ключом с местного щита управления. Командоаппарат клапана 21 имеет 3 положения:

Таблица 1.2

Положения командоаппарата клапана 21

Постановка на нагрев Постановка на нагрев возможна при следующих условиях:

Таблица 1.3

Условия постановки ВН на нагрев

Контакты всех реле выдаются в элекросхему (контакты реле К598 и К600 включены последовательно).

Постановку на нагрев производит оператор нажатием кнопки на местном щите управления воздухонагревателем. При этом начинает открываться регулирующий газовый клапан (15), и от электриков получают контакты:

15РЗ — включается в начале движения 15 клапана и остается включенным;

2К — включено до выхода 15 клапана на угол зажигания (2−3?). Параллельно контакту 2К включена последовательная цепь н. о. контакт реле 1РВ — н. з. контакт реле РП, не прорисованные в схемах.

Клапан 21 начинает открываться. При расходе воздуха > 20 000 м3/ч и давлении > 70 кгс/м², включается реле расхода воздуха РРВ, и дает разрешение на дальнейшее открытие клапана 15. Если РРВ не включится схема разбирается через 10 сек. (эл. часть).

Клапан 21 открывается на заданный угол, пока не включится реле 311КЛ. клапан 15 открывается до тех пор, пока расход газа не станет равным заданному (вводится с клавиатуры оператора), при этом включится реле заданного угла РЗУ и выдаст контакт в эл. часть.

Режим нагрева После остановки 15 клапана включается выдержка времени (около 5 сек, реализована в Modicon), после чего регулирование происходит в автоматическом режиме. Входными сигналами регулятора служат:

— расход газа;

— расход воздуха;

— температура купола;

— заданная температура купола (вводится с клавиатуры оператора)

— соотношение воздух — газ (вводится с клавиатуры оператора).

Выход регулятора воздействует на клапан 21, отслеживая соотношение воздух — газ. Соотношение рассчитывается как «Расход воздуха/Расход газа», пределы задания соотношения — 0,5−1,5 (ограничения в Modicon), обычно выбирается 0,7−0,9. Заданное соотношение поддерживается до тех пор, пока температура купола не выйдет на заданное значение, после этого включается регулятор температуры, и при дальнейшем увеличении температуры, к заданному соотношению добавляется расход воздуха 200 — 300 м³ на каждый градус превышения от заданной температуры купола.

При температуре купола меньше заданной, имеется возможность корректировки заданного соотношения с помощью экстремального регулятора (по знаку производной температуры купола по времени). Экстремальный регулятор с клавиатуры в режиме «управление воздухонагревателями» и воздействует на клапан 21 в зависимости от знака производной.

Если надо ускорить нагрев, оператор нажимает кнопку на пульту управления ВН, которая через свой н. з. контакт отключает реле РЗУ, и проходит команда в эл. часть на открытие клапана 15.

Снятие с нагрева.

Снятие с нагрева производится либо оператором поворотом ключа на пульту управления (срабатывает реле снятия с нагрева КСН), либо при превышении температуры дымовых газов выше 400? С. Клапан 15 и шибер 14 закрываются. Если клапан 21 находится в положении больше угла тяги (включено реле угла тяги РУТ) — включается реле времени на 12 сек. и происходит продувка воздухом, после чего включается реле окончания продувки РОП, закрывается шибер горелки 13, клапан 21 идет на закрытие до исходного положения, и ВН переходит в режим отделения.

Если РУТ не включено, клапан 21 открывается до включения РУТ и затем уже включается продувка.

Аварийное снятие с нагрева всех ВН, находящихся на нагреве, происходит при следующих неисправностях:

Таблица 1.4

Аварийное снятие ВН с нагрева

*Выход Modicon соединен последовательно с контактом реле 212 В, и включает реле РРВ.

При аварийном снятии с нагрева происходит только отсечка газа. Полного отделения ВН без вмешательства оператора не происходит.

Отделение Режим отделения — промежуточный между другими режимами.

Управление производится с местного щита. Частичное отделение — закрыты шиберы горелки 13, холодного 18 и горячего 19 дутья. При полном отделении закрыты еще и дымовые шибера.

Дутье Высокая степень интенсификации доменного производства невозможна без повышения стабильности доменного процесса во всех его стадиях. В первую очередь это касается постоянства всех параметров дутья, поступающего в печь.

Так, нагрев дутья оказывает существенное влияние на производительность доменных печей и удельный расход кокса.

Если в прошлом максимальная температура дутья ограничивалась требованиями ровного хода доменных печей, то в настоящее время в результате применения комбинированного дутья, повышенного давления газов, офлюсованного агломерата, увеличения его доли в шихте и лучшей подготовки нет ограничений для дальнейшего повышения температуры горячего дутья.

Необходимость нагрева воздуха до 1000−1100С и более способствовала возникновению ряда проблем. Одни проблемы относятся целиком к конструкции воздухонагревательных аппаратов (увеличение поверхности нагрева воздухонагревателей, увеличение мощности газовых горелок, усовершенствование средств теплотехнического контроля и автоматического регулирования теплового режима), другие к подбору режимов, обеспечивающих максимальное использование тепловой мощности воздухонагревателей. Для непрерывного снабжения доменной печи дутьем необходимо минимум два воздухонагревателя. Обычно для одной печи сооружают блок из трех-четырех аппаратов, которые поочередно нагревают дутье. Возможны четыре режима дутья: последовательный, параллельный, попарно — параллельный и смешанный.

Наиболее распространенным режимом работы воздухонагревателей в период дутья является последовательный, когда воздухонагреватели поочередно, один за другим, становятся «на дутье». Возможен смешанный режим, когда сочетаются последовательный и попарно — параллельный режимы. При таком режиме воздухонагреватель часть периода стоит «на дутье» один, постоянство температуры дутья поддерживается смесительным клапаном. Часть периода воздухонагреватели работают в паре, температура дутья стабилизируется за счет перераспределения его между горячим и теплым аппаратами. Также возможен параллельный режим, когда в работе находится два воздухонагревателя, а два на нагреве.

Однако наиболее эффективным режимом нагрева дутья, позволяющим достичь экономически выгодного уровня нагрева, считается попарно-параллельный.

При нем возможно увеличение температуры дутья, если уменьшить долю дутья, которое минует воздухонагреватель.

Чтобы обеспечить это условие, необходимо стабилизировать температуру горячего дутья, смешивая дутье из одного (более нагретого — «горячего») нагревателя и из второго (менее нагретого — «теплого»), который при обычной последовательной работе воздухонагревателей следовало бы оставить на нагрев насадки.

Через «горячий» воздухонагреватель проходит только часть дутья. Остальное дутье проходит через менее нагретый воздухонагреватель. По мере охлаждения нагревателей расход дутья через «горячий» воздухонагреватель увеличивается, а через менее нагретый уменьшается с таким расчетом, чтобы при смешивании двух потоков дутья в доменную печь поступало дутье с постоянной температурой. К тому времени, когда почти все дутье будет нагреваться только в «горячем» нагревателе, менее нагретый нагреватель переводится на нагрев насадки, а нагреватель, который до этого грелся, переводится на нагрев дутья.

Рисунок 2.1 — Изменение температуры дутья на выходе из четырех воздухонагревателей (ТI-TIV) при обычной (А) и попарно-параллельной (Б) работе.

Постановка на дутье Управление производится с местного щита оператора. При постановке ВН на дутье закрываются дымовые шибера, открывается перепускной клапан холодного дутья (находится внутри шибера холодного дутья 18), при достижении разницы давления в ВН и воздуховоде горячего дутья 1000 кгс/м² срабатывает СРД-2, включает реле К404 и выдает разрешение на открытие шибера горячего дутья, затем до конца открывается шибер холодного дутья.

Проверить открытие шиберов визуально. Горячее дутье подается в печь с автоматическим регулированием температуры через смесительный клапан 101 и дросселя диаметром 900 и 500 мм, или без регулирования температуры при закрытом смесительном клапане.

Снятие с дутья При снятии с дутья закрываются шибера горячего 19 и холодного 18 дутья, открывается перепускной дымовой клапан (средний), при достижении разницы давления между ВН и атмосферой 1000 кгс/м², срабатывает СРД-2, затем открываются дымовые шибера, и ВН переходит в режим отделения.

Тяга Режим тяги через ВН включается только в исключительных случаях, т. к. это приводит к переохлаждению ВН.

Постановка на тягу Управление производится с местного щита. От электриков поступает контакт КПТ, включает реле КПТ, клапан 21 открывается на угол тяги, включается реле РУТ, выдается контакт в электрическую часть для открытия шибера горячего дутья (19), после этого имеется возможность управления клапаном 21 дистанционно вплоть до закрытия, минуя реле РИП (чтобы не охладить купол воздухом горения).

В этом режиме шибер холодного дутья (18) закрыт, открыт отделительный клапан горелки (13).

Снятие с тяги Снятие с тяги производится в том же порядке, как и снятие с нагрева.

Реле управления воздухонагревателем расположены на щитах 211, 212 панели 3,4 ПА.

1.4 Разработка технологических вопросов. Функции, задачи и структура системы Структура АСУТП воздухонагревателя представляет собой трехуровневую систему.

Первый уровень управления Первый уровень управления состоит из программируемых приводов, реле, на которые возложено непосредственное управление двигателями механизмов. На этом уровне реализованы важнейшие блокировки, функции электрической защиты двигателей, режимы их работы (разгон, торможение, удержание).

Второй уровень управления Второй уровень управления реализован на базе программируемых контроллеров. На этом уровне реализовано логическое управление механизмами согласно алгоритмам управления, реализованы все необходимые блокировки механизмов относительно их положений. Контроллеры объединены между собой по промышленной сети Modbus +. Сеть используется для обмена информацией между контроллерами и для передачи данных на высший уровень управления. Для уменьшения объема электромонтажных работ, а также снижения затрат на кабельную продукцию, реализована распределенная система управления CompoBus/S, удаленные модули ввода/вывода которой размещаются непосредственно в силовых шкафах.

Третий уровень управления Третий уровень состоит из трех рабочих станций и сервера СКУ ШП и ВН ДП-6. На этом уровне происходит взаимодействие системы управления с операторами, накапливается и обрабатывается архивная и оперативная информация о состоянии оборудования, происходит создание сменных и аварийных отчетов. Рабочие станции объединены между собой по сети Ethernet. Сервер СКУ подключен к общей сети Ethernet АСУТП ДП-6. Дополнительно в пультовых установлены панели оператора NT1… NT3, соединенные с соответствующими контроллерами по интерфейсу RS-422.

Задачи системы:

В режиме нагрева обеспечивать накопление насадками воздухонагревателей такого количества тепла, которого было бы достаточно для нагрева, в режиме дутья получить заданное количество дутья с требуемой температурой.

Обеспечивать накопление указанного выше количества тепла в течение заданного времени при минимальных затратах топлива или за минимальное время при ограничениях по расходам топлива и воздуха.

Обеспечивать защиту купола, верха насадок и нижних строений воздухонагревателей от перегрева. Температура купола и верхних рядов насадок ограничивается стойкостью огнеупоров, а нижних строений — строительной прочностью элементов конструкций, температура дыма не должна превышать 400 °C.

Перечень сигналов, используемых в САР.

Таблица 1.5

Перечень измеряемых аналоговых сигналов

Таблица 1.6

Перечень дискретных сигналов

Таблица 1.7

Перечень управляющих воздействий

Таблица 1.8

Перечень параметров предупредительной сигнализации

Таблица 1.9

Перечень параметров аварийной сигнализации

1.5 Разработка функциональной и принципиальной электрической схем Выбор комплекса технических средств Одним из главных элементов АСУТП является техническое обеспечение (КТС), которое обеспечивает ее функционирование и выполнение всех функций, которые система призвана выполнять. В своем составе автоматизированная система управления содержит вычислительное управление устройством передачи данных, вторичные приборы, датчики и т. д. В состав данной АСУТП входит следующий КТС:

Датчик Сапфир 22МТ-Ех. Предназначен для непрерывного пропорционального преобразования значения избыточного давления, разрежения и разности давлений жидкостей и газов в унифицированный токовый выходной сигнал.

Датчик имеет исполнение по взрывозащите:

— взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь"ia», с уровнем взрывозащиты «особовзрывобезопасный» (О), соответствуют ГОСТ 2278.5−78; маркировка взрывозащиты «OExiaIICT5 X» по ГОСТ 12.2.20−76 (знак «Х» указывает на возможность применения датчика в комплекте с блоком БПС-90 или от искробезопасных входов блоков других типов, имеющих вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь «ia»); категория и группа смеси IIСТ5 по ГОСТ 12.1.011−76;

— взрывозащищенное с видом взрывозащиты «специальный и взрывонепроницаемая оболочка» (sd), и уровнем взрывозащиты «взрывобезопасный» (I); соответствуют ГОСТ 22 782.3−77, ГОСТ 22 782.6−81; маркировка взрывозащиты «IExsdIIBt5» по ГОСТ 12.2.020−76; категория и группа взрывоопасной смеси IIВТ5 по ГОСТ 12.1.011−76;

— невзрывозащищенное.

Датчик взрывозащищенный предназначен для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.

По устойчивости к климатическим воздействиям датчик имеет следующие исполнения по ГОСТ 15 150–69:

— У2* - для работы при температуре от минус 30 до 50^оС;

— У2*** - для работы при температуре от минус 30 до 80^оС;

— УХЛ3.1** и ТЗ* - для работы при температуре от 5 до 50^оС;

— УХЛ3.1** и ТЗ*** - для работы при температуре от минус 10 до 80^оС;

Относительная влажность окружающего воздуха — 95% при 35^оС.

Технические данные:

— взрывозащищенное исполнение с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь"ia»: выходной сигнал 4−20; 20−4 мА, двухпроводная линия связи, сопротивление нагрузки определяется барьером защиты и (или) блоком питания;

— взрывозащищенное исполнение с видом взрывозащиты «специальный и взрывонепроницаемая оболочка»: выходной сигнал 4−20; 20−4 мА, двухи четырехпроводная линия связи;

— невзрывозащищенное исполнение: выходной сигнал 0−5; 5−0 мА, четырехпроводная линия связи.

Блоки БПС-90П. Блоки с входными искробезопасными электрическими цепями уровня «ia», работающие с преобразователями Сапфир-22-Ех или Сапфир-22-Ех-М (в дальнейшем — Сапфир-22-Ех), имеют маркировку взрывозащиты «ExiallC в комплекте Сапфир-22-Ех», соответствуют ГОСТ 22 782.5−78 и предназначены для установки вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок.

Блоки обеспечивают питание преобразователей Сапфир-22-Ех и преобразование выходного сигнала 4−20 mA преобразователя Сапфир-22-Ех в выходные сигналы 0−5, 0−20 и 4−20 mA.

Блоки имеют устройство для сигнализации отклонения выходного сигнала от двух заданных предельных значений параметра (сигнальное устройство).

Преобразователи Сапфир-22-Ех, работающие с блоками БПС-90, имеют маркировку взрывозащиты «OExiaIICT6 в комплекте БПС-90», соответствуют ГОСТ 22 782.5−78, ГОСТ 22 782.-81 и могут устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно главе 7.3 ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Блоки БПС-90 П имеют пропорциональную (линейную) номинальную статическую характеристику преобразования и работающие с преобразователями Сапфир-22-Ех всех моделей, обеспечивая линейную зависимость между измеряемым параметром (давлением, разностью давлений, уровнем) и выходным сигналом блока;

По устойчивости к климатическим воздействиям блоки соответствуют исполнениям по ГОСТ 15 150– — 69:

УХЛЗ* для работы при температуре окружающего воздуха от минус 20 до плюс 60^оС и относительной влажности до 98% при 25^оС;

ТВЗ** для работы при температуре окружающего воздуха от 1 до 50^оС и относительной влажности до 98% при 35^оС;

Степень защиты блоков оболочкой — IP20 по ГОСТ 14 254–80.

Технические данные:

— пределы изменения входного сигнала постоянного тока 4−20 мА;

— входное сопротивление (220 2) Ом;

— пределы изменения выходного сигнала постоянного тока 0−5, 0−20 и 4−20 мА;

— максимальное нагрузочное сопротивление 2,5 кОм для выходного сигнала 0−5 мА и 1кОм — для выходных сигналов 0−20 и 4−20 мА;

— напряжение холостого хода на искробезопасном входе не более 24 В;

— ток короткого замыкания на искробезопасном входе не более 120 мА при сопротивлении ограничительного резистора 200 Ом;

— напряжение на искробезопасном входе не менее 15,4 В при входном сигнале 20 мА;

— питание блоков осуществляется от сети переменного тока напряжением (220+22) или (240+24) В, частотой (501) или (601) Гц;

— потребляемая мощность не более 12 В;

— масса блока не более 4,0 кг;

— изменение выходного сигнала при изменении температуры окружающего воздуха от (232)^оС до любой температуры в пределах от минус 20 до плюс 60^оС не превышает 0,8 от предела основной допускаемой погрешности на каждые 10^оС;

— блоки виброустойчивы при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 5 до 25 Гц с амплитудой смещения 0,1 мм;

— блоки выдерживают воздействие постоянных магнитных полей и переменных магнитных полей сетевой частоты с напряженностью до 400А/м;

— средний срок службы не мене 12 лет.

БРУ-32−03. Блок рассчитан на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) и предназначены для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положений цепей управления.

По устойчивости к воздействию климатических факторов внешней среды блоки имеют следующие исполнения: УХЛ 4.2 и 04.1.

Блоки обладают следующими функциональными возможностями:

— ручное или дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно;

— кнопочное управление интегрирующими исполнительными устройствами;

— световая индикация режимов управления, выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом;

— определение положения регулирующего органа.

Коммутационная способность контактов реле и кнопок управления: ток до 0,25 А при напряжении до 34 V постоянного или 220 V переменного тока при активной нагрузке.

Входные сигналы стрелочного индикатора блоков, пределы их изменения, входные сопротивления приведены в табл. 2.9.

Электрическое питание блоков должно осуществляться переменным однофазным током с напряжением 24 V при отклонении от минус 10 до плюс 10% и частотой 50 Hz; электрическое питание блоков возможно от пускателей, имеющих источники двухполупериодного выпрямленного напряжения со средним значением 24 V при токе 100 mA; потребляемая мощность не превышает 2,5 VА; параметры питания каждого из индикаторов — напряжение постоянного тока 24V, ток не более 10 mA; cредний срок службы до списания — 10 лет; масса БРУ-32−03 0,7 kg.

Таблица 1.10

Входные сигналы стрелочного индикатора блоков, пределы изменения, входные сопротивления

ПБР-2М. Предназначен для бесконтактного управления механизмами типа МЭО.

Технические характеристики ПБР-2М: питание переменным током напряжением 220 В и частотой 50Гц ± 1Гц, максимальный коммутируемый ток 2А, потребляемый ток 100 мА, входной сигнал постоянного тока 244 В, входное сопротивление 750 ± 100 Ом, температура окружающей среды 5−50С, влажность 80%.

МЭО-1600. Механизм исполнительный электрический однооборотый постоянной скорости МЭО-1600 предназначен для перемещения регулирующих органов в системах АР в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

Технические характеристики: момент на валу 1600 Нм; время от 0 до 20 оборотов — 100 секунд; угол поворота 45−240; напряжение 220/380 В.

МСП-1−4. Механизм сигнализации положения МСП — 1 предназначен для комплектации регулирующей арматуры со встроенным приводом.

По устойчивости к климатическим воздействиям механизм соответствует исполнению У категории размещения 2 или Т категории размещения 2 и предназначен для работы в следующих условиях:

— температура окружающего воздуха от минус 30 до плюс 60^оС;

— нижнее значение предельной температуры минус 40^оС;

— относительная влажность воздуха до 98% при температуре 35^оС;

— вибрация с частотой от 5 до 120 Hz с амплитудой до 0, 25 mm;

— наличие пыли и брызг воды;

— постоянное и переменное с частотой 50 Hz магнитное поле с напряженностью до 400 А/m.

Механизм исполнения Т категории размещения 2 устойчив к воздействию плесневых грибов.

Механизм не предназначен для работы в средах, содержащих агрессивные пары, газы и вещества, вызывающие разрушение покрытий, изоляций и материалов, и во взрывоопасных средах.

Технические данные: электрическое питание механизма — однофазная сеть переменного тока с номинальным напряжением 220 или 240V с частотой (501) Hz или 240V счастотой (601,2) Hz; допустимое отклонение напряжения питания от номинального в пределах от минус 15 до плюс 10%; входной сигнал — вращение вала в диапазоне 0,63 оборота (полный ход входного вала); значению полного хода входного вала 0,63 оборота, соответствует поворот профильного кулачка токового датчика механизма на 225 (работа на профиле 0−225^о); предусмотрена возможность уменьшения полного хода входного вала в 2,5 раза (работа на профиле 0 — 90); выходной сигнал — сигнал постоянного тока 0 — плюс 5 mА при сопротивлении нагрузки до 2,5 к или 0 — плюс 20 mА или плюс 4 — плюс 20 mА при сопротивлении нагрузки до 1 к; мощность, потребляемая механизмом, не более 9 VA; норма средней наработки на отказ 10 000 h; cредний срок службы 10 лет; масса не более 3,8 kg.

Газоанализатор ЕН1000. Газоанализатор предназначен для непрерывного измерения массовой концентрации оксида углерода (СО) в воздухе рабочей зоны производственных помещений и выдачи сигналов при превышении СО в воздухе рабочей зоны установленных пороговых значений в целях обеспечения безопасной работы персонала.

Газоанализатор предназначен для использования:

— во взрывобезопасных зонах производственных помещений;

— во взрывоопасных зонах производственных помещений класса 1 по ГОСТ Р 51 330.0−99 (класс В1-а по классификации ПУЭ, гл. 7.3), где возможно образование взрывоопасных газовых смесей категории IIC, группы Т3.

Массовая концентрация взвешенных твердых частиц в воздухе контроллируемой зоны производственного помещения должна быть не более 5 г/м³.