Нагревание жидкостей. Регулирование работы трубчатых печей

Министерство образования и  науки РФ

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский 

политехнический университет»

Кафедра АТП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

Предмет:  «Системы управления ХТП»

 

Тема:   «Нагревание жидкостей.

Регулирование работы трубчатых печей»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                    

Студент гр. МАППз-10 Москонен Е.А.

Проверил: 

Доцент Хубеев М.К.

 

 

 

 

 

 

г.Пермь, 2013

 

1. Анализ технологического объекта управления

Основные принципы управления процессом  нагревания рассмотрим на примере трубчатых печей.

Принцип действия трубчатой печи – нагрев продукта, прокачиваемого через змеевик трубчатой печи, за счет тепла образующегося при сжигании топливного газа. Показателем эффективности работы печи как объекта управления является температура нагретого продукта, а целью управления — поддержание ее на заданном уровне. Возмущающие воздействия на процесс нагревания могут проявляться в виде изменений расхода продукта и его начальной температуры, изменений расхода топлива в результате колебаний давления в топливной магистрали, изменений теплоты сгорания топлива и т. д. С учетом этих факторов, а также требований обеспечения безопасной работы автоматизация трубчатых печей является сложной задачей.

Трубчатые печи обладают запаздыванием по передаче тепла от дымовых газов через стенку змеевика к проходящему по нему продукту, кроме того, переходный процесс по каналу «расход топлива — температура продукта на выходе» продолжается несколько часов. Поэтому при использовании одноконтурной АСР динамическая ошибка и время регулирования достигают больших значений.

Вместе с тем температура  газов над перевальной стенкой  достаточно быстро реагирует на изменение  режима работы печи, обусловленное  изменением количества топливного газа, подаваемого на сжигание. Поэтому  существенное улучшение качества регулирования температуры продукта на выходе из печи может быть достигнуто применением системы каскадного регулирования, состоящей из регулятора температуры продукта на выходе из печи (корректирующий регулятор), воздействующего на задание регулятора температуры газов над перевальной стенкой (стабилизирующий регулятор), который управляет подачей топлива в печь. Стабилизирующий регулятор начинает компенсировать возникающие возмущения, влияющие на процесс сгорания топлива, прежде чем они приведут к изменению температуры продукта.

При резком изменении нагрузки печи по расходу нагреваемого продукта используют также стабилизирующий регулятор, которой управляет подачей продукта в печь, а при необходимости блокирует подачу топлива.

Полное сгорание топлива и высокое качество регулирования обеспечивается системой измерения содержания кислорода в топочных газах.

Сильным возмущением режима работы трубчатых печей со стороны топливного газа является изменение его давления.

Таким образом, задачами автоматизации являются:

- поддержание заданной температуры топочных газов

- поддержание постоянной температуры нагретых нефтепродуктов

- стабилизация расхода нефтепродуктов

- измерение концентрации кислорода в дымовых газах

- контроль наличия пламени в топке

- контроль давления топлива

 

 

Технологическая карта  параметров

Аппарат	Параметр	Номинальное значение	Допустимое отклонение	Функциональные признаки ТСА
				Показание	Регистрация	Блокировка	Сигнализация	Регулирование
Трубчатая печь	Температура топочных газов	800°С	+10 %	+	+		+	+
Трубопровод нагретого  продукта	Температура нагретого  продукта	90°С	+5 %	+	+			+
Трубопровод подачи продукта	Расход продукта	400 кг/с	+10 %	+	+	+	+	+
Дымовая труба	Концентрация кислорода в дымовых газах	2%	+20%	+	+
Трубчатая печь	Наличие пламени в  топке	+/-				+	+
Трубопровод подачи топлива	Давление в трубопроводе  подачи топлива	0,2 МПа	+20%	+	+	+	+

 

 

 

2. Упрощенная функциональная схема автоматизации

3. Выбор комплекса технических средств автоматизации

 

Поз.	Измеряемый (регулир.) параметр	Номи-нал. знач. параметра	Место установки	Наименование прибора	Тип	Краткая техн. харак-теристика	Кол-во
1-1	Температура топочных газов	800°С	Топочное пространство над перевальной  стенкой печи	Преобразователь термоэлектрический	ТХА/1-1387	0 ¸ +900°С	1
1-2 1-3			Щит управления	Автоматический мост	ДИСК-250 2231	+ 0,5%	1
1-4			Трубопровод подачи топлива	Клапан запорно-регулирующий газовый	ЭК-111М-01Р	Ду=80мм	1
2-1	Температура нагретого  продукта (нефти)	90°С	Трубопровод нагретого продукта	Термопреобра-зователь сопротивления	ТСП-0879 50 П	-50 ¸ +600°С	1
2-2			Щит управления	Автоматический мост	ДИСК-250 2231	+ 0,5%	1
3-1 3-2	Расход продукта	400 м3/ч	Трубопровод подачи продукта	Электронный расходомер нефтепродуктов	ЭМИС-ПЛАСТ 220	Ду=300мм + 1,5%	1
3-3 3-4			Щит управления	Автоматический мост	ДИСК-250 2231	+ 0,5%	1
3-5			Трубопровод подачи топлива	Клапан предохранительно-запорный газовый	ЭК-111М-01	Ду =80мм	1
3-6			Трубопровод подачи  продукта	Клапан регулирующий поворотный	6с-12-4Э	Ду =300мм
4-1 4-2	Концентрация кислорода  в отходящих газах	2 %	По месту	Газоанализатор кислорода стационарный	ИКТС-11	0 - 21% (об.)	1
4-3			Щит управления	Автоматический мост	ДИСК-250 2231	+ 0,5%	1
5-1 5-2	Сигнализатор гашения  пламени		По месту	Датчик контроля пламени	СЛ-90-2АС/220		1
6-1	Давление в топке	0,15 МПа	Трубопровод	Преобразователь давления	МЕТРАН 43 ДИ	+0,25%	1
6-2			Щит управления	Автоматический мост	ДИСК-250 2231	+ 0,5%	1

 

 

5. Описание работы системы и заключение

В системе применено каскадно-связанное регулирование температуры на выходе с целью уменьшения запаздывания регулирующего воздействия при ее отклонении от заданного значения. Это воздействие вносится изменением подачи топлива, сжигаемого в топочном пространстве. Применено регулирование температуры над перевалом с коррекцией по температуре выхода (поз. 1–1, 1–2, 1–3, 1–4; 2 – 1, 2 – 2). При этом в первую очередь изменяется температура топочных газов над перевальной стенкой и лишь потом — температура продукта на выходе.

Решен вопрос стабилизация расхода продукта на входе в печь (поз. 3–1, 3–2, 3–3, 3–6).

Отклонения ряда технологических  параметров за установленные пределы  могут создать аварийную ситуацию, поэтому предусмотрены сигнализация этих отклонений и меры по автоматической защите печи.

В данном случае, это предупредительная сигнализация о снижении расхода продукта через змеевик печи (поз. 3–1, 3–2, 3–4) и давления в топливной магистрали (поз. 6–1, 6–2, 6–3, 6–4), повышении температуры над перевалом (поз. 1–1, 1 – 2).

При значительном снижении расхода  продукта или полного его прекращения, что может вызвать тепловую перенапряженность змеевика, а также его закоксованность, автоматически прекращается подача топлива на печь (сработает предохранительно-запорный  клапан — поз. 3–5).

То же самое произойдет и при снижении сверх допустимого давления топливного газа — это может привести к погасанию пламени и заполнению газом топочного пространства.

Сигнал о погасании выдается специальным устройством – сигнализатором пламени (поз. 5–1, 5– 2).

Эффективность сгорания топлива контролируется по содержанию кислорода в дымовых газах (поз. 4–1, 4– 2, 4– 3).

 

В данной контрольной работе был рассмотрен технологический процесс нагревания жидкостей, на примере работы трубчатой печи.

Проведен анализ технологического процесса как объекта автоматизации, предложена функциональная схема автоматизации. Также были выбраны технические  средства автоматизации на основе принятой системы контроля и регулирования, которые представлены в спецификации. В ходе работы были приобретены навыки чтения и составления простейших функциональных схем автоматизации.

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1987.
2. Клюев А. С., Глазов Б.В., Миндин М.Б. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
3. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1991.