Материал: Автоматизация тепловых металлургических агрегатов

Функциональная схема автоматической системы регулирования температурного режима в нагревательном колодце изображена на чертеже МКПУ 0111 28 100 С2.

Основные контролируемые и регулируемые параметры на схеме:

- контроль и регулирование соотношения "Газ-Воздух", подаваемых на горелку нагревательного колодца;

- контроль и регулирование температурного режима в нагревательном колодце;

Для измерения температуры в камере нагревательного колодца установлен преобразователь термоэлектрический (1.1). Сигнал с преобразователя поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор (1.2), с которого токовый сигнал величиной 4-20 мА поступает на вход регулятора. В свою очередь на вход регулятора поступает сигнал с задатчика (1.4). В регуляторе происходит сравнение текущего значения температуры с заданным. В случае наличия рассогласования вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на вход блока ручного управления (1.5), обладающий кнопками переключения режима управления "автоматический" и "дистанционный", а так же кнопками "больше", "меньше" и датчиком дистанционного указания положения РО. С БРУ (1.5) сигнал поступает на пускатель (1.6), где сигнал преобразуется в сигнал по величине, необходимой для управления исполнительным механизмом (1.7). [1, 2, 3]

.2 Выбор и обоснование средств автоматизации

Приборы, необходимые для создания системы автоматического контроля и регулирования должны соответствовать высоким требованиям, выдвигаемым особенностям металлургического производства. Приборы должны быть просты и экономичны в эксплуатации, обладать высокой точностью, надёжностью.

В процессе разработки системы контроля и регулирования температурного режима в нагревательном колодце были использованы следующие приборы и средства:

-  преобразователь термоэлектрический типа ТПП 1788;

-           прибор показывающий и регистрирующий типа Диск-250М;

-           регулятора типа РП4-У-М1;

-           блок ручного управления типа БРУ-42;

-           пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2М;

-           задатчик ручной типа РЗД-12;

-           исполнительный механизм типа МЭО-250/63-0,63-87М.

В качестве устройства для измерения температуры выбран преобразователь термоэлектрический типа ТПП 1788, который подходит для измерения окислительных и нейтральных сред. Рабочий диапазон измеряемых температур 0-1300°С Основная погрешность не более ±3,25°С.

Для отображения и регистрации данных о температурном режиме используется вторичный показывающий и регистрирующий прибор ДИСК- 250М, который подключается в данную схему без необходимости использования нормирующего преобразователя, может работать с различными типами входных сигналов: от термоэлектрических преобразователей, от термопреобразователей сопротивления, а также с унифицированными сигналами тока и напряжения. Прибор предназначен для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С. Прибор не создает индустриальных радиопомех.

Блок ручного управления БРУ-42 является устройством дистанционного управления для ручного выбора режима работы системы автоматического регулирования и дистанционного управления исполнительным механизмом.

Блок ручного управления БРУ-42 изготовлен единой конструкцией, в состав которой входят: кнопочная станция (или ключ управления), универсальный переключатель, указатель положения регулирующего органа и световые индикаторы перемещения вала исполнительного механизма.

Блок ручного управления БРУ-42 предназначен: для ручного выбора работы системы автоматического регулирования с автоматического режима на ручной и обратно; кнопочного управления интегрирующим исполнительным механизмом, световой индикации выходного сигнала регулирующего устройства; определения положения регулирующего органа.

В качестве задающего устройства выбран задатчик РЗД-12. Он предназначен для преобразования одного вида унифицированного сигнала постоянного тока или напряжения в другой. Задатчик РЗД-12 состоит из регулируемого делителя напряжения, усилителя и источника питания. Входными и выходными сигналами являются: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В. В основу работы задатчика положено управление выходным напряжением операционного усилителя с помощью делителя напряжения на одном из входов усилителя. Задатчики РЗД-12 выпускаются на напряжение 220 В или 24 В переменного тока.

Измеряемые данные обрабатываются при помощи регулятора типа РП4-У-М1, который предназначен для решения задач автоматизации и управления исполнительным механизмом. Потребляемая мощность РП4-У-М1-15 В.А. Входные сигналы: Аналоговый ,постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА; аналоговый, постоянного напряжения 0-10 В; дискретный, замыкание внешних контактов 50 В, 0,03 А; аналоговый, сигнал внешнего реостатного задатчика +5%.

Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М предназначен для бесконтактного управления исполнительным механизмом. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М состоит из схемы управления бесконтактными ключами, силовой схемы коммутирующей напряжение питания механизмами и источника питания для дистанционного управления пускателем.

Исполнительный механизм МЭО-250/63-0,63-87М предназначен для перемещения регулирующего органа в соответствии с сигналом, поступившим от управляющего устройства (пускателя). Исполнительный механизм с помощью регулирующего органа осуществляет непосредственное воздействие на управляемый объект.

Управление механизмами МЭО - как бесконтактное, с помощью пускателя бесконтактного ПБР-2М, так и контактное.

МЭО состоит из следующих основных частей: редуктора, электродвигателя, блока датчиков, блока конденсаторов, электромагнитного тормоза, штуцерного ввода, упоров.

Принцип работы МЭО заключается в преобразовании электрического сигнала, поступающего от регулирующих и управляющих устройств, во вращательное перемещение выходного вала. Редуктор состоит из корпуса, нескольких цилиндрических прямозубых ступеней и устройства для ручного управления поворотом выходного вала. С выхода блока сигнализации положения регулирующего органа сигнал подается на измерительный прибор блока ручного управления БРУ-42. [1, 2, 3, 4]

2.3 Разработка и описание электрической принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная служит для изображения взаимной электрической связи аппаратов и устройств, действие которых обеспечит решение задач автоматического контроля, управления, регулирования, сигнализации технологического процесса.

На чертежах принципиальных схем в соответствии с действующими стандартами изображают отдельные элементы схем и связи между ними.

На основании функциональной схемы автоматизации разработана электрическая принципиальная схема.

Электрическая принципиальная схема автоматической системы регулирования температурного режима в нагревательном колодце изображена на чертеже МКПУ 0111 28 200 Э3.

Температура измеряется преобразователем термоэлектрическим типа ТПП 1788. Выходной сигнал величиной 4-20 мА поступает на вход вторичного показывающего и регистрирующего прибора ДИСК-250М, входной сигнал которого соответствует выходному сигналу выбранного преобразователя термоэлектрического. Затем сигнал текущего значения температуры в виде токового унифицированного сигнала величиной 4-20 мА поступает на вход регулятора типа РП4-У-М1. Также на вход регулятора поступает сигнал с задатчика типа РЗД-12, величиной 4-20 мА. В регуляторе происходит сравнение текущего значения температуры с заданным. В случае наличия рассогласования, с выхода регулятора сигнал поступает на блок ручного управления БРУ-42, с помощью которого можно изменять настройки регулирования. Далее управляющий сигнал величиной 24 В постоянного тока поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, который в свою очередь преобразует его в сигнал, необходимый для исполнительного механизма МЭО 250/63-0,63-87М, напряжением 380В. Исполнительный механизм управляет клапаном, установленным на трубопроводе. Информация о степени открытия регулирующего органа поступает на дистанционный указатель положения РО, встроенный в блок ручного управления БРУ-42. [1, 2, 3]

3. Расчетная часть

.1 Расчет диаметра сужающего устройства

Данные для расчета

Плотность воды ρ в рабочих условиях (t=105°С и Р=Ри+Рб = 1029+98,07 =1127,07 кПа, где Р- абсолютное давление) определяется по табл. 12 ρ=955,6 кг/м³.

Динамическая вязкость воды μ в рабочих условиях (t=105°С) определяется по табл. 18, и равна μ=26,9*105 Па∙с.

.        Определяем верхний предел измерения дифманометра Qпр при Qmax= 55000 кг/ч:

А=а*10n,

где а - число из ряда 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8;

А - искомая величина;- любое целое число или нуль.

При условиях Qпр ≥ Qmax и Qпр - Qmax → 0, выбираем Qпр=55000 кг/ч, т.е Qпр = Qmax

.        Определим предельный номинальный перепад давления дифманометра ΔРн:

Для этого вначале определим допустимую потерю давления PПД при расходе Qпр:

,

где: P’ПД - допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе; Qпр - верхний предел измерения дифманометра; Qmax - наибольший измеряемый расход:

ПД = 29,42(55000/55000)2 = 29,42 кПа.

Далее определяем дополнительную величину С2:

где: Qмпр - верхний предел измерения дифманометра для массового расхода; ρ- плотность среды в рабочих условиях; D - внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре t.

По вычисленному значению С2, округленному до трёх значащих цифр, и заданной величине PПД по приложениям 32-34 правил находим искомое значение ΔРн и приближенное значение относительной площади сужающего устройства m. Эти значения равны:

ΔРн=40 кПа;= 0,4.

.        Определяем число Рейнольдса и проверяем условие Re > Remin, при выполнении которого расчёт продолжается. Если Re < Remin, то при принятых параметрах расходомера измерение данным методом невозможно.

;

Определим граничное число Рейнольдса для диафрагмы Remin=0,0013> Remin, значит дальнейший расчет по предложенной методике возможен.

.        Вычисляем с четырьмя значащими цифрами вспомогательную величину mα

где: ΔР- наибольший перепад давления в сужающем устройстве, соответствующий Qmax.

Для мембранных дифманометров ΔР=ΔРН,

;

Находим значения m и α, соответствующие найденному значению mα:

α=0,6550;

m=0,35.

.        Подсчитываем искомое значение диаметра отверстия сужающего устройства

,

где: Kt - поправочный коэффициент на тепловое расширения материала сужающего устройства, Kt=1+ αt(t-20), при t=800C

=1+1.38*10-5(105-20)=1,0012,

Рассчитаем допуск при :

Диаметр отверстия сужающего устройства:

4. Мероприятия по технике безопасности, противопожарной технике и охране окружающей среды

Техника безопасности - это система организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие работающих опасных производственных факторов. Проведение мероприятий по технике безопасности, а также создание и применение технических средств техники безопасности осуществляются на основе, утвержденной в установленном порядке нормативно-технической документации - стандартов, правил, норм, инструкций.

Организационные мероприятия по технике безопасности включают: инструктаж и обучение работающих безопасным и безвредным методам и приёмам работы; обучение пользованию защитными средствами, применяемыми на основе норм производственной санитарии и гигиены труда, разработку и внедрение регламентов труда и отдыха при выполнении тяжёлых работ и работ во вредных условиях.

Безопасность производственного процесса заключается в предотвращении влияния опасных и вредных факторов на работающих. Достигается это главным образом за счет организационных мероприятий (обучения, инструктажа, выполнения инструкций по технике безопасности и т. п.) и технических средств безопасности.

Основными техническими средствами безопасности, направленными на профилактику производственного травматизма, являются: оградительные и предохранительные устройства, блокировки; специальные устройства безопасности; профилактические испытания машин.

К основным требованиям, предъявляемым к техническим средствам безопасности, относятся: повышение производительности труда; снижение опасностей и вредностей при обслуживании оборудования и выполнении технологических операций; надежность и прочность; удобство обслуживания оборудования и средств защиты; выполнение требований технической эстетики.

Действие технических средств защиты должно обеспечить безопасность работающих от начала рабочего процесса до его окончания и не должно прекращаться раньше, чем прекратится действие опасного или вредного производственного фактора.

Рассмотрим наиболее широко применяемые технические средства безопасности.

Оградительные устройства. Они предназначаются для изоляции человека, частей его тела и спецодежды от движущихся и вращающихся механизмов, от опасных по напряжению токоведущих частей оборудования, а также от зон высоких температур, вредных излучений и мест, где возможен вылет предметов при обработке изделий или в результате взрыва. Роль оградительных устройств в создании безопасных условий труда исключительно велика. Оградительные устройства подразделяются на стационарные, откидные или раздвижные, съемные и переносные (временные).

Предохранительные устройства. Они служат для предупреждения травмирования человека в результате неправильных действий или возможных аварий, поломок и взрывов на оборудовании.

К предохранительным устройствам относятся: сигнализация, тормозные устройства, предохранительные клапаны, мембраны, реле.