Повышение эффективности работы энергетического комплекса (на примере Волховского алюминиевого завода)

ВВЕДЕНИЕ

Уровень развития производства в любой стране зависит от состояния основных отраслей промышленности, в первую очередь электроэнергетической, т.к. энергообеспечение технологических процессов производства определяет уровень механизации, автоматизации и других ускоряющих факторов производства. Электроэнергетика России, имея общую мощность электростанций 210 млн. МВт и развитую систему линий электропередач, в настоящее время достаточно надёжно обеспечивает народное хозяйство электрической и тепловой энергией. Устойчивая работа во многом объясняется тем, что в отрасли за долгие годы был создан значительный научно-технический потенциал, благодаря которому электроэнергетика обходилась исключительно отечественными технологиями и разработками оборудования, независимо от иностранных фирм. Более того, российские специалисты с успехом помогали сооружать электростанции во многих зарубежных странах.

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и быт людей. Основное достоинство электрической энергии — относительная простота производства, передачи, дробления и преобразования.

Развитие электроэнергетики постоянно сопровождалось научно-техническими достижениями. Так основные параметры и единичная мощность основного генерирующего оборудования и линий электропередач, используемых в отрасли, находятся на уровне развитых стран мира. Уникальная, крупнейшая в мире. Единая энергетическая система охватывает практически всю территорию России и имеет многочисленные связи с системами соседних стран.

Повышению эффективности работы энергетического комплекса страны во многом должна способствовать политика энергосбережения.

Помимо новых технологий производства электроэнергии, в этот комплекс задач входят снижение затрат электроэнергии на транспортировку в электросетях, и, самое главное, разработки энергосберегающих установок у потребителей всех отраслей народного хозяйства и в быту.

Сохраняет особое значение качество энергетического оборудования. Энергетики заинтересованы в кардинальном улучшении всех потребительских качеств: экономичности, надёжности, безопасности, увеличении межремонтного цикла, уменьшении затрат на ремонт и техническое обслуживание, повышении уровня оснащённости средствами автоматизации, контроля и диагностики.

Отечественная электроэнергетика, несмотря на ряд проблем, пока ещё обеспечивает народное хозяйство и население теплом и электроэнергией, а также сохранила свой строительный потенциал, уникальные коллективы высококвалифицированных специалистов. Во многом благодаря этому в 1993;1994 г. с участием капитала РАО введены и работают энергоблоки на Нижевартовской ГРЭС — 800 МВт, Псковской ГРЭС — 215 МВт и ряд других. Включены в единую сеть линии электропередачи напряжением 500 кВ Приморская ГРЭС — Чугуевск (292 км) и Иркутск — Забайкальск (145 км); ВЛ напряжением 330 кВ Псковская ГРЭС — Новосокольники (143 км).

Сейчас в РАО ЕЭС России разработаны основные положения программы устойчивого развития российской энергетики вплоть до 2020 года. К этому времени годовое производство электроэнергии практически удвоится и подойдет к уровню 1620 млрд. кВт*ч, а установленная мощность электростанций увеличится примерно на 50 процентов и достигнет 320млн. кВт.

Первая на Енисее Красноярская ГЭС с бетонной плотиной длиной 1100 м и высотой 120 м начала работать на полную мощность и теперь ее 12 гидроагрегатов вырабатывают в год в среднем 20,4 млрд. кВт*ч электроэнергии.

С пуском Колымской ГЭС мощностью 720 МВт с годовым производством электроэнергии 3,3 млрд. кВт * ч значительно повысилась надежность и экономичность энергоснабжения Магаданской области.

На территории России уже работают около десяти газотурбинных установок. Одна из них — ГТУ-4П действует на блочно-контейнерной теплоэлектростанции ГТЭС-4 в г. Сысерти Свердловской области.

Сегодня в России действуют 29 ядерных энергоблоков общей установленной мощностью 21,2 ГВт. В их числе 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР (водо-водяные), 11 энергоблоков с реакторами типа РБМК (канальные большой мощности), 4 энергоблока типа ЭГП с канальными водографитовыми реакторами и один энергоблок на быстрых нейтронах БН-600. Кроме того, достраиваются еще 5 энергоблоков: четыре с реакторами ВВЭР-1000 (на Ростовской, Калининской и Балаковской АЭС) и один с реактором РБМК-1000 (на Курской АЭС).

Перед энергетикой в ближайшем будущем стоит задача всемерного развития и использования возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др.; развития комбинированного производства электроэнергии и теплоты для централизованного теплоснабжения промышленных городов. Повышение экономичности (теплоэлектроцентралей) (ТЭЦ) достигается укрупнением теплофикационных агрегатов до 250 МВт, подачей теплоты на расстояние до 50 км, что позволит отказаться от использования газомазутного топлива. Крупные ТЭЦ обеспечивают теплотой 800 городов. Единичная мощность ТЭЦ достигла 1250МВт.

Покрытие пиковых нагрузок энергосистем возлагается на гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Разрабатываются новые установки для аккумулирования энергии — подземные ГАЭС с напором до 1000 м и газотурбинные установки (ГТУ) с подземным аккумулированием воздуха.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ Волховский алюминиевый завод был основан в 1932 году, как первый в России производитель алюминия. Сегодня на алюминиевом заводе четыре ведущих цеха:

1) сернокислотный цех производит:

— серную кислоту техническую (применяется в производстве минеральных удобрений, при очистке нефти, в производстве сернокислых солей, в органическом синтезе);

2) производство полифосфатов и удобрений:

— сульфат алюминия (жидкий и твердый);

— триполифосфат натрия технический на основе экстракционной фосфорной кислоты;

3) производство минеральных удобрений:

— сернокислый калий (применяется для изготовления удобрений;

— очищенный поташ (применяется в медицине, в стекольной промышленности);

— (высокоглиноземный цемент применяется как спец цемент в металлургии); ВГЦ

4) цементный цех;

— портландцемент марки 400−500 (применяется в строительстве);

5) электролизный: производство алюминия;

История предприятия

В Совете Труда и Обороны 2 августа 1929 года было принято решение строить два алюминиевых завода — на Днепре мощностью 15 000 тонн алюминия в год, и на Волхове — на 5000 тонн в год. При этом Волховский завод предполагалось пустить на год раньше. Совет Труда и Обороны ассигновал на строительство ВАЗа 30 миллионов рублей и установил срок пуска — декабрь 1931 года.

04. 07. 1930 г. Торжественная закладка алюминиевого завода.

14. 05. 1932 г. Получен первый отечественный алюминий.

14. 09. 1932 г. Получен первый промышленный глинозем.

01. 1935 г. Закончено строительство заводской поликлиники.

04. 1936 г. Открыт первый заводской детский сад «Зелененький».

12. 1937 г. Открыт памятник С. М. Кирову.

08. 01. 1938 г. Положено начало на перевод алюминиевого производства на нефелиновое сырье.

25. 09. 1941 г. Эвакуация оборудования ВАЗа на Урал.

28. 09.1946 г. Выдан первый послевоенный алюминий.

29. 09. 1952 г. Вступил в строй цементный цех.

01. 09. 1955 г. Открыт Волховский алюминиевый техникум.

24. 07. 1962 г. Введен в строй сернокислотный цех.

19. 11. 1968 г. Открыт спортивный комплекс ВАЗа.

20. 07. 1978 г. ВАЗ награжден орденом Октябрьской революции.

16. 04. 1985 г. Премия Совета Министров за использование вторичных ресурсов.

14. 01. 1991 г. Открыт историко-производственный музей ВАЗа.

13. 08. 1997 г. Начато возрождение завода под руководством Б. А. Алексеева.

16. 09. 1999 г. Пущен 160-ый электролизер, закончена реконструкция электролизного цеха.

1.1 Технологический процесс цеха по производству минеральных удобрений

1.1.1 Теоретические основы процесса Основным химическим процессом получения сульфата калия является реакция между поташем и серной кислотой:

K ₂CO₃+H ₂SO₄ = K ₂SO₄ + CO₂ +H ₂O + Q (153 кДж/моль)

Примеси других веществ, содержащихся в поташе, так же ступают в реакцию с серной кислотой:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

2KAlO₂ + H₂SO₄ + 2H₂O = K₂SO₄ + 2Al (OH)₃

Гидроокись алюминия выпадает в виде коллоидного осадка, который способствует образованию мелкокристаллического осадка сульфата калия, поэтому повышенное содержание алюминия в поташе уменьшает производительность производств.

При нормальных условиях реакция происходит практически до конца. В ходе реакции выделяется большое количество тепла, которое частично выпаривает воду из растворов и наблюдается значительное вспенивание растворов, обусловленное выделением большого количества углекислого газа.

При добавлении серной кислоты к поташу pH суспензии понижается. Точке полной нейтрализации соответствует pH = 7 ед. pH. Так как растворимость поташа и сульфата калия в водных растворах значительно отличаются, то состав твердой фазы суспензии оказывается практически независящим от наличия избытка поташа в растворе и содержит чистый сульфат калия. Примеси, находящиеся в растворе (K₂CO₃, Na₂SO₄), не сокристаллизуются с сульфатом калия в широком диапазоне концентраций и при отделении последнего фильтрацией большей частью остаются в растворе. При увеличении содержания поташа в растворе растворимость сульфата калия резко понижается, поэтому выпадение кристаллов сульфата калия начинается практически сразу при добавлении серной кислоты. Вблизи точки эквивалентности (при pH = 7 ед. pH) небольшое избыточные количества поташа или серной кислоты вызывают резкое изменение величины pH раствора (особенно в кислой области), что позволяет эффективно контролировать ход реакции при помощи pH-метров.

Сульфат натрия, образующийся в ходе реакции, накапливается в растворе и при достижении концентрации Na₂O около 30−40 г/л выпадает вместе с сульфатом калия в виде глазерита (Na₂SO₄3K₂SO₄). Приготовление поташного раствора на оборотной стороне раствора приводит к выпадению растворенного сульфата калия в виде мелкокристаллического осадка, что, как и присутствие алюминия, ухудшает фильтрующие свойства кристаллического продукта и уменьшает производительность оборудования.

1.1.2 Описание схемы технологического процесса Соль углекислая прибывает на завод в полувагонах, либо другими видами подвижного состава и разгружается в складе сырья. Из полувагонов материал грейферным краном (поз. 1) подается на приемную решетку склада над бункером и далее системой транспортеров (поз. 2) подается в мешалку (поз. 3), туда же для растворения поташа направляется вода или оборотный раствор. Растворение углекислой соли осуществляется при перемешивании, которое осуществляется цепной мешалкой. После смешения и растворения поташа материал в виде суспензии насосом перекачивается в бассейн поташного раствора (поз. 8). Перемешивание суспензии в бассейне поташного раствора производится при помощи сжатого воздуха. Концентрация K₂O в суспензии от 350 до 500 г/л.

Серная кислота, поступающая в железнодорожных цистернах, разгружается из цистерн через верхний люк при помощи специального съемного трубопровода, крепящегося одним концом при помощи фланцев к трубопроводу, соединенному с герметизированным баком раскачки кислоты (вакуумной ловушкой). Другой конец трубопровода через горловину опущен в цистерну до отметки 0,6 м от днища цистерны. Разгрузка цистерны осуществляется за счет вакуума, создаваемого горизонтальным насосом при откачке серной кислоты в расходную емкость (поз. 5). В схеме предусматривается возможность разгрузки расходной емкости обратно в цистерну и заполнение вакуум-ловушки серной кислотой из расходной емкости.

Из расходной емкости (поз. 5) серная кислота горизонтальным насосом подается по трубопроводу в реактор-нейтрализатор (поз. 6) для нейтрализации поташного раствора под слой раствора. Реактор расположен на улице.

Регулирование расхода серной кислоты осуществляется при помощи регулирующего клапана, устанавливаемого на безной линии. Расход серной кислоты определяется по показаниям расходомера.

Поташный раствор по сливной линии из бассейна поташного раствора через расходомер и клапан также поступает в реактор-нейтрализатор (поз. 6). В ходе смешения компонентов протекает реакция нейтрализации карбоната калия серной кислотой с образованием пульпы сульфата калия, углекислого газа и выделением большого количества тепла, которое разогревает реакционную смесь. Для ускорения реакции между компонентами в реакторе осуществляется перемешивание реакционной массы при помощи цепной мешалки; кроме того, перемешивание пульпы происходит за счет циркуляции, осуществляемой горизонтальным насосом. Образующаяся в ходе реакции пульпа сульфата калия с помощью того же насоса частично подается в сборный бассейн пульпы сульфата калия № 1(поз. 9). Образующийся в ходе реакции углекислый газ, а также выделяющиеся за счет тепла реакции пары воды через газоход, установленный на крышке реактора, выбрасывается в атмосферу. Контроль за степенью нейтрализации ведется при помощи pH-метра, установленного на линии откачки пульпы сульфата калия.

При отсутствии перемешивания растворов, значительном увеличении расхода серной кислоты возможно возникновение аварийной ситуации, при которой вместе с выбросом реакционных газов выбрасывается часть технологических растворов, поэтому неисправность перемешивающегося устройства на реакторе-нейтрализаторе, расход серной кислоты, уровень реакционной пульпы и работа циркуляционного насоса должны строго контролироваться и в случае нештатной ситуации должны приниматься немедленные меры к исправлению положения.

Для уменьшения коррозионного действия технологических растворов в непосредственной зоне протекания реакции реактор-нейтрализатор имеет нержавеющий пояс, установленный в зоне разделения воздуха и жидкости.

Процесс нейтрализации заканчивается в слабощелочной среде (7,5−8 ед. pH), т. е. допускается небольшой избыток карбоната калия. Это позволяет наиболее полно извлечь сульфат калия из раствора, так как растворимость последнего в щелочных растворах незначительна, а также избежать коррозии оборудования. Значительное повышение концентрации карбоната калия в готовой пульпе увеличивает объем оборотных растворов и уменьшает удельный выход продукта, а закисление приводит к разрушению технологического оборудования. Концентрация K₂O в жидкой фазе готовой пульпы сульфата калия должна составлять от 30 до 100 г/л, плотность от 1,1 до 1,25 т/м³.

Для перемешивания пульпы сульфата калия в бассейн № 1 подается сжатый воздух. Часть пульпы, при необходимости, может быть направлена обратно в реактор-нейтрализатор. Из сборного бассейна пульпа насосом подается в гидроциклон (поз. 7) диаметром 0,15 м, где происходит разделение жидкой и твердой фаз. Сгущенная пульпа с содержанием от 500 от 900 г/л твердой фазы направляется в мешалку (поз. 10), из которой она насосом подается в сборник пульпы участка фильтрации (поз. 11). Жидкая фаза, содержащая мелкие кристаллы сульфата калия, возвращается снова в бассейн № 1 (поз. 9). Из сборника пульпы сульфата калия последняя насосом подается на фильтрацию на фильтры Нутча (поз. 12).

Отфильтрованный влажный сульфат калия (влажность от 10 до 15%) без отмывки выгружается в бункера под Нутч-фильтрами, откуда транспортером (поз. 13) и элеватором (поз. 14) подается в бункер над печью (поз. 15). Повышение влажности осадка выше 15% приводит к налипанию продукта на стенках аппаратуры (бункера, элеватора), укрупнению продукта, выходящего из сушильной печи и к перерасходу топлива. Далее продукт через течку направляется в сушильную печь (поз. 16), работающую в режиме противотока, где подсушивается до содержания влаги от 0,1% до 0,3%. Для создания необходимого температурного режима используется природный газ. Нагретый продукт охлаждается в холодильнике (поз. 17), орошаемом водой, и камерным насосом (поз. 18) перекачивается в башню сульфата калия (поз. 19). Накатанные гранулы сульфата калия дробятся стальными шарами, загруженными в холодный конец холодильника, и отсеиваются на выходной решетке. Отсеянный продукт собирается и перевозится на элеватор. Товарный сульфат калия из башни сульфата калия затаривается в клапанные мешки или биг-беги и складируется на складе готовой продукции.

Топочные газы после сушильной печи, содержащие пыль сульфата калия, проходят очистку в циклоне (поз. 20) и электрофильтре (поз. 21). Очищенные газы

далее выбрасываются дымососом (поз. 22) в атмосферу, а уловленная пыль сульфата калия возвращается в процесс в течку загрузки влажного сульфата калия в печь.

Фильтрат из сборника фильтрата (поз. 23) насосом перекачивается в содовый бак (поз. 24), откуда по мере накопления выводится в приемные баки отделения упарки щелочей (поз. 25). Из приемных баков фильтрат поступает на выпарной аппарат (поз. 26), в котором происходит удаление избытка воды путем упарки растворов. Упаренная пульпа с содержанием твердого до 200 г/л через пульповую мешалку (поз. 27) и мешалку № 1 насосом откачивается в отделение приготовления шихты в мешалку поташного раствора (поз. 3) или в сборник содощелочного раствора (поз. 11).

1.2 Характеристика основного оборудования

Таблица 1

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор рода тока и напряжения Для получения наиболее экономичного варианта электроснабжения предприятия в целом, напряжение каждого звена системы электроснабжения должно выбирается, прежде всего, с учетом напряжений смежных звеньев. Выбор напряжений основывается на сравнении технико-экономических показателей различных вариантов с учетом всех влияющих факторов.

Предпочтение при выборе вариантов следует отдавать варианту с более высоким напряжением при небольших экономических преимуществах (не превышающих 10−25%) низшего из сравниваемых напряжений.

Из-за существенного различия в мерах по обеспечению электробезопасности, а также в конструкции электрических аппаратов и проводников сложилось разделение сети по напряжению на две группы:

1) cети напряжением до 1000В — сети низкого напряжения (НН);

2) cети напряжением более 1000В — сети высокого напряжения (ВН).

Выбор напряжение выше 1 кВ производится в зависимости от мощности электроустановок предприятия одновременно с выбором всей схемы электроснабжения. Для питания предприятия малой мощности и в распределительных сетях внутри предприятия используются напряжение 10кВ.

Все технологическое оборудование отделения экстракции питается от сети напряжением 380 В переменного тока. Это объясняется тем, что силовые двигатели применяются малой и средней мощности.

Электроосветительные установки являются, как правило, однофазными электроприемниками. Лампы светильников имеют мощность от десятков ватт до несколько киловатт и питаются напряжением 220 В переменного тока.

В целях безопасности работ обслуживание ремонтного персонала при работе мешалки и для местного освещения, питание от переносных светильников осуществляется напряжением 12 В переменного тока.

Род тока для питающей сети переменный наиболее удобный для передачи и трансформирование электроэнергии. Система передачи тока трехфазная, частотой 50 Гц. Плавной регулировки механизмов нет.

2.2 Определение расчетной нагрузки отделения подготовки шихты

2.2.1 Первым и основополагающим этапом проектирования систем электроснабжения является определение ожидаемых расчётных значений электрических нагрузок, которые не подсчитываются простым суммированием установленных номинальных мощностей. Максимальная расчётная нагрузка, потребляемая электроприёмниками, всегда меньше суммы номинальных мощностей и подсчитывается одним из рекомендованных методов в зависимости от исходных данных для расчётов.

2.2.2 При определении расчётных электрических нагрузок пользуются следующими методами:

а) упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума);

б) удельного потребления электроэнергии на единицу продукции;

в) метод коэффициента спроса;

г) удельной мощности на электронагрузки на 1 м² производственной площади.

2.2.3 Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала сетей и неоправданному увеличению мощностей трансформаторов и прочего электрооборудования. Занижение нагрузок может привести к уменьшению пропускаемой способности электрической сети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, сокращению срока их службы.

2.2.4 Основным методом расчёта электрических нагрузок промышленных предприятий, при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения, является метод упорядоченных диаграмм, рекомендованный методологической литературой ["Временные руководящие указания по определению электрических нагрузок промышленных предприятий"]. Метод применяется при расчёте рассредоточенной нагрузки, когда известны номинальные данные всех электроприёмников, независимо от их числа.

Для больших групп приёмников, разных по мощности и режиму работы, подсчёт суммированных расчётных нагрузок затруднителен. Для упрощения расчётов вводят понятие эффективного числа приёмников — n_ЭФ.

Эффективным числом приёмников называется — число одинаковых по режиму работы и по мощности электроприёмников, которые обеспечивают тот же расчётный максимум, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприёмников.

Расчёт электрических нагрузок производится по формулам;

Определение эффективного числа приёмников.

где эффективное число приемников (шт.);

Р_Р — расчётная мощность (кВт).

Определение коэффициента максимума.

где эффективное число приемников (шт.);

коэффициент использования;

коэффициент максимума.

Определение коэффициента спроса.

К_С = К_М * К_И,

где К_С -коэффициент спроса;

коэффициент максимума;

коэффициент использования.

Определение расчётной мощности.

Р_Р = К_С * Р_УСТ,

где коэффициент спроса;

мощность установленная (кВт);

Р_Р — расчётная мощность (кВт).

Определение тангенса.

Определение реактивной мощности.

Q_Р = Р_Р * ,

где реактивная мощность (кВАр);

Р_Р — активная мощность (кВт).

Определение полной мощности.

где S_p — полная мощность (кВА);

Р_Р — активная мощность (кВт);

реактивная мощность (кВАр).

Определение расчётного тока

где U — напряжение питающей сети (В);

— расчетная мощность (кВт);

I_p — Расчётный ток (А).

Таблица 3. Значения электрических нагрузок Пример расчета для насосов:

(10)

где — мощность наибольшая (кВт);

— мощность наименьшая (кВт).

см (2)

nэф > n то nэф = n_ЭФ* * n =0,83 * 16 = 13,28 n_ЭФ = 14

см (3)

Км =1.20 коэффициент максимума

К_С = 0,7 * 1,20 = 0,84 см (4)

Р_Р = 970,5 * 0,84= 815 (кВт), см (5)

sinФ=0,6 cosФ =0,8

=, см (6)

см (7)

см (8)

cм (9)

(11)

гдесуммарная установленная мощность (кВт);

— мощность установленная (кВт).

(12)

гдесуммарная расчетная мощность (кВт);

— расчетная мощность (кВт);

(13)

где — суммарная реактивная мощность (кВАр);

— реактивная мощность (кВАр).

Определения суммарной расчетной мощности

см (8)

— коэффициент мощности. (14)

cм (9)

2.3 Определение категории надежности потребителя Основными группами электроприёмников являются светильники всех видов искусственного света, электродвигатели производственных механизмов, сварочные установки, печные и силовые трансформаторы, электрические печи и др. По режиму работы электроприёмники делят на три группы, для которых предусматривают три режима работы: продолжительный, кратковременный, повторно — кратковременный.

По обеспечению надёжности электроснабжения электроприёмники разделяют на три категории:

2.3.1. Электроприёмники I категории, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса.

Из состава электроприемников I категории выделена так называемая особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизнедеятельности людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.

2.3.2 Электроприёмники II категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта.

2.3.3 Электроприёмники III категории — электроприёмники несерийного производства продукции, вспомогательные цеха, коммунально-хозяйственные потребители.

Отделение ОПШ относится к потребителем II категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта.

2.4 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов В системе электроснабжения отделения экстракции мощность силовых трансформаторов должна обеспечивать нормальные условия питания всех приемников электроэнергии. При выборе мощности трансформаторов следует добиваться экономически целесообразного режима работы и соответствующего обеспечения резервирования питания приемников. При отключении одного из трансформаторов, нагрузка переходит на другой трансформатор.

Надежность электроснабжения участка достигается за счет установки на подстанции двух трансформаторов, которые работают раздельно. При этом соблюдается условие, что любой из оставшихся в работе трансформаторов (при аварии с другим) обеспечивает полностью или с некоторым ограничением требуемую мощность. Обеспечение требуемой мощности может осуществляться не только за счет использования номинальной мощности трансформаторов, но за счет их перегрузочной способности (в целях уменьшения их установленной мощности).

Номинальной мощностью трансформатора называют мощность, на которую он может быть загружен непрерывно в течение всего срока службы (примерно 20 лет) при нормальных условиях окружающей среды.

Определяем коэффициент загрузки трансформаторов. Коэффициент загрузки должен находиться в приделах от 0,6 до 0,8 так, как при таком коэффициенте загрузки трансформаторы работают с максимальным коэффициентом полезного действия.

На основании данных выбираем трансформаторы подстанции. Она является пристроенной и предназначена для питания электрооборудования отделение экстракции.

Данные потребители являются потребителями второй категории. На основании выше сказанного устанавливается два трансформаторов каждый кВА.

Определяем коэффициент загрузки на трансформаторах

(15)

где расчетная мощность потребителей (кВА);

мощность трансформаторов (кВА);

N — число трансформаторов.

3600 кВА

2500 кВА

n-2

.

Коэффициент загрузки находится в заданных пределах.

Следовательно, выбранные мощности трансформаторов (2×2500 кВА) обеспечивают электроснабжение потребителей, как в нормальном так и в аварийном режимах.

2.5 Конструктивное выполнение трансформаторной подстанции Конструктивное выполнение трансформаторных подстанций и распределительных пунктов определяется их главной схемой.

Конструкция подстанции, как правило, состоит из трех основных узлов:

1) распределительное устройство (РУ) первичного напряжения, содержащего сборные и соединительные шины;

2) распределительное устройство РУ вторичного напряжения.

В настоящее время в цехах промышленных предприятий наибольшее распространение имеют комплектные трансформаторные подстанции КТП 10/0,4 кВ. Трансформаторные подстанции (ТП) являются основным звеном системы электроснабжения. Основными типами трансформаторных подстанций промышленных предприятий являются:

1) заводские подстанции.

Главная понизительная подстанция (ГПП) с открытым РУ для питания цеховых и межцеховых подстанций;

2) цеховые подстанции для питания одного или нескольких цехов.

В нашем случае подстанция является цеховой пристроенной подстанцией, закрытого типа. На рис 1 приведено конструктивное выполнение этой подстанции.

Конструктивное выполнение трансформаторной подстанции.

Рис 1. Камеры отходящих фидеров

2.6 Расчет токов короткого замыкания Коротким замыканием называется преднамеренное или случайное, не предусмотренное нормальными условиями работы, соединение двух точек электрической цепи через малое сопротивление.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения. В расчетной схеме учитывают сопротивление питающих генераторов, трансформаторов, высоковольтных линий, реакторов. По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой указывают сопротивление источников и потребителей и намечают точки для расчетов токов короткого замыкания. Для генераторов, трансформаторов, высоковольтных линий и коротких участков распределительной сети обычно учитывают только индуктивные сопротивления. При значительной протяженности сети (кабельной и воздушной) учитывают так же их активные сопротивления, так как в удаленных точках короткого замыкания сказывается снижение ударного коэффициента.

Расчет токов короткого замыкания производится в относительных единицах. Все расчетные данные приводят к и

принимается по генераторным значениям напряжения. За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где производится расчет токов короткого замыкания. Расчетное напряжение каждой ступени принимается на пять процентов выше номинального напряжения сети отсюда эти величины 0,4; 6,3; 10,5 кВ и так далее.

— за базисную мощность можно выбрать мощность, принимаемую при расчетах за единицу, например мощность системы, суммарные номинальные мощности генераторов станции или трансформаторов подстанции или удобное для расчетов число, кратное десяти. При расчете целесообразно принять =100МВ*А.

Расчет токов короткого замыкания производится несколькими способами:

— расчет токов короткого замыкания в относительных единицах;

— расчет токов короткого замыкания в именованных единицах;

— расчет токов короткого замыкания по расчетным кривым.

Расчетная схема (а) и схема замещения (б)

2.6.1 Расчет токов короткого замыкания на шинах распределительного устройства РУ-10кВ Расчёт производим в относительных единицах.

Принимаем 100МВА.

Определяем сопротивление трансформатора

(16)

где номинальная мощность трансформатора (кВА);

исходное значение находится с 228, напряжэние короткого замыкания в %:

— сопротивление трансформатора;

— базисная мощность (МВА),

(Ом).

Определяем сопротивление реактора

(17)

где — сопротивление реактора;

— паспортное сопротивление реактора (%);

— базисный ток (кА); - номинальное напряжение (кВ);

— номинальный ток реактора (кА); - базисное напряжение (кВ);

Определяем

(18)

где полная базисная величина (МВ*А);

напряжение базисное (В);

(Ом).

Определяем сопротивление КЛ

(19)

где — сопротивление кабельной линии,

— индуктивное сопротивление кабельной линии (Ом/км),

— длина кабельной линии (км),

— базисная мощность (МВА),

— номинальное напряжение (кВ),

(Ом).

Определяем результирующее сопротивление

(20)

где — результирующее сопротивление;

— сопротивление трансформатора;

— сопротивление реактора;

— сопротивление кабельной линии;

Определяем ток короткого замыкания.

(21)

где — ток короткого замыкания (кА);

— базисный ток (кА);

— результирующее сопротивление (Ом);

Определяем ударное значение тока

(22)

где — ударный ток через полупериод после возникновения короткого замыкания

(кА);

ударный коэффициент находится по стр. 228;

ток короткого замыкания (кА);

Определяем действительное значения тока через период после возникновения короткого замыкания.

(23)

где — наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания (кА),

q — коэффициент,

— ток короткого замыкания (кА)

Определяем действующие значения установившегося тока

(24)

где — действующее значение установившегося тока короткого замыкания кА;

— ток короткого замыкания, кА Определяем — мощность короткого замыкания.

(25)

2.6.2 Расчет тока короткого замыкания на шинах распределительного устройства — 0,4кВ Решения производим в относительных единицах.

Базисное напряжение принимаем Uб=0,4кВ при Uсрн=10,5кВ из выше приведенных расчетов имеем:

Ом Заменим сопротивление одним и получим

При Uсрн=0,4кВ Определяем сопротивление трансформатора

(26)

где номинальная мощность трансформатора (кВА);

исходное значение находится по каталогам или справочникам [6; 7]

Ом.

Определяем результирующие сопротивления

(27)

где результирующие сопротивления;

Ом Определяем ток короткого замыкания.

(28)

.

ток базисный (кА);

Определяем ударное значение тока

(29)

ударный коэффициент находится по стр. 228;

ток короткого замыкания (кА);

.

Определяем действительное значения тока

(30)

.

Определяем действующие значения установившегося тока

(31)

.

Определяем — мощность короткого замыкания мВа

(32)

.

2.7 Выбор высоковольтного оборудования В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающиеся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величины этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное или симметричное три фазы соединяются между собой; двухфазное — две фазы соединяются между собой; однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Для предотвращения короткого замыкания и уменьшения их последствий необходимо правильно вычислить величины токов короткого замыкания и по ним выбрать необходимую аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов короткого замыкания. Наибольшее применение для ограничения токов короткого замыкания находит установка реакторов на линиях потребителей, подключаемых непосредственно на шины электрических станций, распределительной трансформаторной подстанции (РТП) большой мощности. За счет этого нет необходимости значительно повышать сечение токоведущих частей и увеличивать габариты электрических аппаратов, то есть снижаются капитальные затраты и расход цветного металла.

При коротких замыканиях, в результате возникновения наибольшего ударного тока короткого замыкания в шинах и других конструкциях распределительного устройства (РУ) возникают электродинамические усилия, создающие механическое напряжение в металле, что может вывести из строя данную конструкцию. Поэтому механическое напряжение в металле должно быть меньше максимально допустимого напряжения для данного металла.

Чтобы токоведущие части были термически устойчивы к токам короткого замыкания, величина расчетной температуры должна быть ниже допустимой температуры для данного материала. За действительное время протекания тока короткого замыкания принимают суммарное время действия защиты и выключающей аппаратуры

где t выкл — время выключения защиты с;

tзащ — время действия защиты;

(33)

где полная мощность трансформаторов кВА;

номинальное высшее напряжения В;

(34)

где действующий переходной ток короткого замыкания кА;

действующие значения установившегося тока короткого замыкания кА.

(35)

где — приведенное время;

.

2.7.1 Выбор высоковольтного выключателя При выборе масляного выключателя следует учесть, что он будет разрывать электрическую цепь под нагрузкой, т. е. отключать сверх переходной ток короткого замыкания и кроме того отключать мощность короткого замыкания. Следовательно, при выборе выключателя их нужно учитывать.

Предварительно выбираем масленый выключатель типа ВМГ-10 Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетами данными, для чего составляют сравнительную таблицу.

Таблица 4

Окончательно принимаем к установке масленый выключатель типа ВМГ -10.

2.7.2 Выбор разъединителей Предварительно выбираем разъединитель РВ 10/400

Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетами данными, для чего составляют сравнительную таблицу.

Таблица 5

Определяем время пробоя

(36)

.

Окончательно к установки принимаем разъединитель типа РВ 10/400

2.7.3 Выбор трансформаторов тока Выбор трансформатора тока. При выборе необходимо, что бы полная нагрузка на вторичную обмотку не превышала номинальной, в противном случае трансформатор не будет работать в своем классе точности. Наиболее распространенной схемой включения является схема неполной звезды.

Расчет ведем по наиболее загруженной фазе, определяем нагрузку подключенную вторичной обмотке трансформатора, при этом из-за малости принимаем

(37)

где _.

— сопротивление контактов

_. — сопротивление приборов

_. — сопротивление проводов.

Согласно ПУЭ токовые вторичные цепи должны выполняется медными проводами.

Сопротивление r_к. принимаем 0,1 Ом, = 53, S = 2,5 мм²,, отсюда В таблице 6 даны основные параметры амперметра, ваттметра, которые используются в качестве измерения тока и мощности питающей сети.

(38)

(39)

.

Таблица 6 Параметры приборов Предварительно выбираем трансформатор тока типа ТТ -10/200

Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетами данными, для чего составляют сравнительную таблицу.

Таблица 7 Параметры трансформатора тока типа ТТ -10/200

Окончательно к установке принимаем трансформатор тока ТТ -10/200

2.7.4 Выбор трансформаторов напряжения Подключаем к трансформатору приборы. Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетами данными, для чего составляют сравнительную таблицу.

Таблица 8 Параметры приборов

Предварительно выбираем трансформатор напряжения типа НОМ-10

Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетами данными, для чего составляют сравнительную таблицу.

Таблица 9 Параметры трансформатора напряжения НОМ-10

Окончательно к установке принимаем трансформатор напряжения типа НОМ — 10.

2.8 Выбор схемы электроснабжения до 1000 В Схема электроснабжения промышленного предприятия показывает связь между источником питания и потребителями электроэнергии.

В соответствии с современными принципами построения схем электроснабжения промышленных предприятий, схема должна удовлетворять следующим основным положениям:

1) обеспечивать необходимую надежность питания потребителей;

2) все элементы схемы должны находиться в работе и иметь такие параметры, чтобы при аварийном выходе из строя какого-либо основного элемента (трансформатор, линия) оставшиеся в работе могли принять на себя полностью или частично нагрузку отключившегося элемента;

3) учитывать перспективы развития предприятия для обеспечения возможности подключения дополнительных мощностей без коренной реконструкции сети. Возможность замены трансформаторов на более мощные в пределах одной трансформаторной подстанции, а также за счет строительства дополнительных линий.

Сети напряжением до 1 кВ служат для распределения электроэнергии внутри цехов промышленных предприятий, а также для питания некоторых электроприемников, расположенных за пределами цеха на территории предприятия. По своей структуре схемы внутрицеховых электрических сетей могут быть радиальными, магистральными и смешенными.

Радиальные схемы применяют при наличии групп сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрывои пожароопасных цехах, с химически активной и аналогичной средой. Радиальные схемы нашли широкое применение в насосных и компрессорных станциях.

Магистральные схемы целесообразно применять для питания силовых и осветительных нагрузок, распределенных относительно равномерно по площади цеха, а также для питания группы электроприемников, принадлежащих одной технологической линии.

На практике для электроснабжения электроприемников, радиальные и магистральные схемы встречаются в чистом виде довольно редко. Наибольшее распространение нашли смешанные (комбинированные) схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем и пригодные для любой категории электроснабжения.

Таки образом, для цеха ПМУ отделения подготовки шихты выбираем радиальную схему электроснабжения, так как она обеспечивает надежность питания электроприемников в соответствии со степенью их ответственности и показывает высокие технико-экономические показатели, а так же удобства эксплуатации сети.

2.9 Выбор силовых кабелей и электрозащиты в электросетях до 1000 В В сетях напряжением до 1000 В применяются плавкие предохранители, наряду с плавкими предохранителями для защиты от коротких замыканий и перегрузок широко применяют автоматические выключатели. В отличие от предохранителей автоматические выключатели всегда готовы к быстрому включению после отключения защищаемой цепи, поэтому их применяют в схемах (АВР) автоматическое включение резерва. Кроме того, автоматические выключатели одновременно отключают все три фазы защищаемого элементов то время, как при использовании предохранителей возможно их перегорание только в одной фазе, что как правило, приводит к опасному для двигателей режиму работы на двух фазах. В сетях напряжением до 1000 В прокладываются силовые кабели с медными или алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией, в свинцовой, поливинилхлоридной или резиновой оболочкой, с защитным покровом или без него. Кабели изготовляются по ГОСТ 433–75. Срок службы кабелей 12 лет со дня изготовления при соблюдении потребителем условий хранения, прокладки (монтажа) и эксплуатации. стр23

2.9.1 Выбор силовых кабелей Выбор силовых кабелей производиться по четырем основным критериям:

1) по длительно допустимому току, А;

2) по падению напряжения, В;

3) по экономической плотности тока;

4) по минимуму расхода цветного металла;

Выбираем кабель от ТП до двигателей станков

I_P = 21,75 (А); 0,5;; Р=7,5кВТ;

а) предварительно определяем сечение жилы кабеля по I_ДД

I_ДД =38 (А) > =21,75 (А) где I_ДД -длительно допустимый ток, А, определяется по таблице [1];

— расчетный ток, А.

Предварительно выбираем сечение Al жилы кабеля S=4 мм²

б) Проверяем выбранное сечение жилы кабеля проверяем по

= 0,455 * (18,35 * 0,5 + 0,098 * 0,875) * 21,75 * 0,03 = 1,4%, (40)

где активное сопротивление, Ом/км;

индуктивное сопротивление, Ом/км;

длина участка, км;

Выбранное по I_ДД сечение S=4 мм² проходит по падению напряжения.

Окончательно к прокладке принимаем кабель марки АВВГ 4×4.

Аналогично выбираем кабеля для основного оборудования.

Выборный кабели занесены в таблицу 10.

Таблица 10 Силовые кабеля

2.9.2 Выбор автоматических выключателей Провода и кабели, выбранные по номинальному или максимальному току, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки, значительно превышающие допустимые из-за перегрузок электроприёмников, поэтому как электроприемники, так и участки сети должны защищаться защитными аппаратами: плавкими предохранителями, автоматическими выключателями, магнитными пускателями.

Главные функции аппаратуры защиты:

1) включение и отключение электроприёмников и электрических цепей;

2) электрическая защита их от перегрузки, коротких замыканий, понижения напряжения или самозапуска.

Аппарат может быть предназначен для выполнения как одной, так и нескольких из указанных функций, что определяет его конструкцию и схему соединения.

Плавкие предохранители применяют в основном для защиты электроприёмников, проводов и кабелей от токов короткого замыкания (К. З.).

Так как плавкие предохранители не защищают кабельные линии от перегрузки, то к установке принимаем автоматические выключатели. Они предназначены для замены рубильников и предохранителей. Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются либо только тепловыми или электромагнитными расцепителями, либо комбинированными (тепловыми и электромагнитными). Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, а электромагнитные — от токов К. З.

Автоматические выключатели А-3700Ф. Их выпускают в пенопластовых корпусах с термобиметаллическими и электромагнитными расцепителями и применяют вместо автоматических выключателей серии А-3700.

Автоматический выключатель, моторный (АВМ) выполняется на токи от 400 до 2000 А. В типе автомата указан номинальный ток, обозначаемый цифрой в сотнях ампер. АВМ выполняются селективными и неселективными, о чём говорит буква «С» или «Н». Селективные выключатели — выключатели замедленного действия.

Автоматические выключатели типа «Э» — «Электрон» предназначены для электроустановок постоянного тока до 400 В и переменного тока до 660 В. Их выпускают двух типов: замедленного (селективного) и мгновенного действия. Выключатели «Электрон» Э06 на токи 250 — 630А изготавливают с ручным и электромагнитным приводом включения. Выключатели «Электрон» Э16 — Э40 на токи 166 — 4000 А изготавливают с дистанционным электродвигательным приводом на напряжения 110 — 220 В.

При выборе автоматов необходимо учесть, что номинальный ток автомата должен быть больше расчётного тока. Должно выполняться соотношение:

I_HOM > I_{ТЕП. РАСЦ.} > I_РАСЧ.

Выбранные типы автоматов приведены в таблице 11

Таблица 11 Автоматические выключатели для электропотребителей

2.10 Светотехнический расчёт помещения Помещение пятиминутки относится к системе общего освещения с равномерной освещённостью в зоне работы крана. Светильники размещаем равномерно по всему помещению в ряды (один, два и т. д.) с одинаковым расстоянием между, светильниками, рядами.

Целью расчета является определение числа светильников, мощности ламп и суммарной установленной мощности.

Расчет проводится следующим методом:

1) по световому потоку;

а) методом коэффициента использования;

б) метод удельной мощности;

2) точный метод.

Расчет по световому потоку производится при равномерном распределении светящих и горизонтальных рабочих поверхностей. Причем метод коэффициента использования (Ки) более точен, чем метод удельной мощности. Метод удельной мощности применяется в следующих случаях.

1) для предварительных расчетов;

2) для расчета освещения не ответственных помещений;

3) для проверки правильности расчетов произведенных другим методами.

Точный метод применяется при любом размещении светильников и при любом расположении рабочих поверхностей. Данные для расчета:

1) длина помещения — 4 м;

2) ширина помещения — 4 м;

3) высота помещения Н=Нпод+3=4м.

Для освещения помещения цеха используем светильники типа УСП — 35 с двумя люминесцентными лампами типа ЛБ — 40. Затенения нет. Определяем общее число светильников, требуемых для освещения помещения цеха при обще равномерном освещении. Определяем уровень рабочей поверхности над полом.

_, (44)

Определяем расстояние между рядов светильников.

(45)

Определяем расстояние между стенами и крайним рядом светильников.

(46)

Определяем число рядов светильников.

(47)

Находим коэффициент использования. Для этого необходимо определить i, комплексную характеристику.

(48)

из справочника данных находим h=1,6 [15]; с. 219;

Определение светового потока, излучаемого светильниками.

Номинальный световой поток лампы ЛБ-40, Ф_л=3120 Л_м, тогда свет, который излучает светильник составляет Ф_св=2Ф_л=2*3120=6240 Л_м.

Определяем необходимое число светильников в ряду.

(49)

где Еосвещенность Е_н=400 лк — нормативная освещенность из СНИПа

Sплощадь помещения ккоэффициент запаса к=1,5

zкоэффициент свечения z=1,1

Фсветовой поток светильника

hкоэффициент использования

По длине одного светильника УСП-35 с лампами ЛБ-40 l_св=1,27 их общая длинна составляет. Это значит, что светильники размещаются практически в непрерывный сплошной ряд, что является наиболее желательным.

Рис. 4 Расположение светильников.

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования включают в себя:

— Заработную плату и отчисления на социальные нужды ремонтного и дежурного персонала;

— амортизацию машин, оборудования и транспортных средств;

— затраты на смазочные, обтирочные и прочие вспомогательные материалы;

— затраты на запасные части;

— энергетические затраты, связанные с ремонтом оборудования.

Расчеты сметы осуществляется на основании нормативных документов, практических данных и последних расчетов данной работы. Расчеты ведутся в следующей последовательности.

3.1 Расчет годового фонда заработанной платы персонала Фонд заработанной платы включает в себя фонды основной и дополнительной заработной платы.

Фонд основной заработной платы содержит все выплаты за фактическое отработанное время.

— оплата по тарифным ставкам и окладам;

— премии;

— доплата за работу в вечерние и ночное время;

— доплата за работу в праздничные дни;

— надбавки за совмещение профессий и расширение зоны обслуживание.

Фонд дополнительной заработной платы включает предусмотренные выплаты за неотработанное время.

К ним относятся:

— оплата очередных и учебных отпусков;

— оплата дней выполнения государственных обязанностей;

— оплата донорских дней;

В промышленности фонд дополнительной заработной платы составляет 20−25% от фонда основной заработной платы В дипломной работе расчет годового фонда заработной платы осуществляется на основании масштаба численности представленного в задании, тарифных вставок действующей отрасли и эффективности фонда рабочего времени, который определяется составлении баланса рабочего времени одного рабочего в год.