Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Березниковский филиал
Курсовая работа
по дисциплине «Технологические измерения и приборы» на тему
«Водогрейный котел»
Выполнил студент группы АТП-22в: _______________ Зубарев Н.С.
Проверил: д.т.н., проф. ____________ Затонский А.В.
Оценка «______» «___» _______ 20__ г.
Березники 2024
Содержание
1. Описание технологического процесса 3
1.1 Назначение процесса 3
1.2 Описание объекта управления 4
1.3 Характеристика основного технологического оборудования 6
2 Обоснование выбора средств автоматизации 16
Заказная спецификация приборов и средств автоматизации 18
Заключение 20
Список литературы 21
1. Описание технологического процесса
Назначение процесса
В настоящее время человек повсеместно и широко использует не только электрическую энергию, но и тепловую. Для нормального функционирования общества, в жилых домах, офисных зданиях и различных помещениях и обеспечения комфортных условий, необходимо чтобы все помещения отапливались и снабжались горячей водой (для бытовых целей). В связи с тем, что это непосредственно влияет на здоровье человека. На данный момент, в современных государствах, необходимые температурные режимы в различные рода помещениях и зданиях нормируются законодательно стандартами и санитарными правилами.
Объектом исследования является система теплоснабжения предприятия ООО” Синтез” с двумя территориально расположенными источниками теплоты в виде газовых водогрейных котлов.
Произведен подбор технических средств измерения и автоматизации процесса согласно необходимым требованиям.
1.2 Описание объекта управления
Рис.1 - Функциональная схема объекта
Газовая котельная, предназначена для выработки тепловой энергии для системы отопления производственной базы ООО «Синтез». Выработка тепловой энергии осуществляется двумя водогрейными котлами, расположенными в отдельно стоящем здании котельной на территории предприятия. Работа котельной предусматривается круглогодично в автоматизированном режиме, с постоянным присутствием и контролем обслуживающего персонала.
Для эффективной работы котельной предусмотрено:
- Автоматизация процессов, обеспечивающие работу котельной;
- Управление котлами осуществляется блоком автоматики в зависимости от температуры наружного воздуха;
- Подпитка теплосети производится автоматически - при понижении давления в обратном трубопроводе химически-подготовленной водой из установки химводоподготовки в помещении котельной;
- Использование оборудования, обеспечивающего максимальную экономию
ресурсов и минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу;
- Регулирование отпуска теплоты качественное, путем изменения температуры теплоносителя;
- Возможность управления работой котельной в ручном режиме оператором котельной.
1.3 Характеристика основного технологического оборудования
В котельной установлены два водогрейных котлов типа REX 100 производства компании ICICaldaie(Италия), мощностью 1000 кВт каждый. Основное топливо для котельной – природный газ, резервное топливо – не предусматривается.
Режим потребления тепла:
- На отопление–круглосуточный, в течение отопительного периода, не менее 5400 часов в год (225 дней в году);
- На технологические нужды– круглосуточный, не менее 8400 часов в год (350 дней в году).
Теплоноситель котельной и системы теплоснабжения – вода. Отпуск тепловой энергии из котельной для нужд отопления и теплоснабжения предусмотрен в виде горячей воды с параметрами 95 - 70°С. Тепловая производительность водогрейной части котельной составляет 2,0 МВт (1,72 Гкал/час). Работа котельной предусматривается круглогодично в автоматизированном режиме, с постоянным присутствием и контролем обслуживающего персонала.
Система автоматики котельной имеет трехуровневую иерархическую структуру
Нижний уровень: датчики, исполнительные механизмы: насосы, запорно-регулирующая арматура.
Средний уровень: блоки управления котлами (входят в комплектацию котлов), блоки управления насосами, шкафы автоматики на базе контроллера Овен.
Верхний уровень: человеко-машинный интерфейс - панель оператора, SCADA система.
Для обеспечения нормальной безаварийной эксплуатации котельная оснащена системами контроля.
Котельная оснащена системой газ анализа по угарному газу (СО) и метану(CH4).
Для учета расхода выработанной тепловой энергии водогрейной котельной предусмотрены следующие приборы:
- Датчики температуры и давления на подающем трубопроводе;
- Датчики температуры и давления на обратном трубопроводе.
Расчет тепловой энергии и расход энергоносителей водогрейной части осуществляют тепловычислителем ИМ2300, установленным в шкафу узлов учета.
Все примененные в проекте расходомеры и тепловычеслители имеют выходы для дистанционной передачи информации по измеренным расходам. Сбор данных с узлов учета в шкаф автоматики осуществляется по протоколу ModBus RTU.
Для контроля и управления обще котельной оборудованием устанавливается шкаф автоматики (ША). ША на базе контроллера Овен ПЛК, предназначен для сбора хранения и обработке информации, собранной с датчиков и систем управления водогрейными котлами.
Шкаф оборудован человеко-машинным интерфейсом на базе touch-панели оператора СП310 фирмы Овен. Панель предназначена для визуализации параметров технологического процесса, регистрации и сигнализации аварийных и предупредительных ситуаций. На панели ведется журнал событий.
Шкаф автоматики ША оборудован светозвуковым оповещателем для предупреждения персонала в случае возникновения аварийных ситуаций, а также световой индикацией рабочих параметров.
Таблица 1
Технологические параметры, подлежащие контролю, регулированию, регистрации, сигнализации и блокировке
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Контроль и отображение информации |
Особые условия, защищенность и т.д. |
|||
Показание |
Регистрация |
Сигнализация |
Регулирование |
||||
1 |
Температура воды на выходе котла №1,[°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
+ |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
2 |
Температура воды на выходе котла №2,[°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
+ |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
3 |
Температура наружнего воздуха, [°С] |
От -50°С до + 50°С ± 0,5 °С |
+ |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
4 |
Температура воды потребителю, [°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
+ |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
5 |
Температура воды на узле учета тепла, на подаче, [°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
+ |
- |
- |
- |
IP54 и выше |
6 |
Температура воды на узле учета тепла, на обратке, [°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
+ |
- |
- |
+ |
IP54 и выше |
7 |
Давление воды на узле учета тепла, на подаче, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
+ |
- |
- |
- |
IP54 и выше |
8 |
Давление воды на узле учета тепла, на обратке, [МПа] |
0,2 МПа ± 0,5% |
+ |
- |
- |
- |
IP54 и выше |
9 |
Давление воды перед сетевым насосом, [МПа] |
0,2 МПа ± 0,5% |
+ |
+ |
+ |
- |
IP54 и выше |
10 |
Давление воды после сетевого насоса, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
+ |
- |
- |
- |
IP54 и выше |
11 |
Расход воды на подаче, [м³/ч] |
48 м³/ч ± 2% |
+ |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
Таблица 1, окончание
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Контроль и отображение информации |
Особые условия, защищенность и т.д. |
|||
Показание |
Регистрация |
Сигнализация |
Регулирование |
||||
12 |
Расход воды на обратке, [м³/ч] |
48 м³/ч ± 2% |
+ |
+ |
- |
+ |
IP54 и выше |
13 |
Давление после насоса подпитки системы, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
+ |
+ |
- |
- |
IP40 и выше |
14 |
Давление после циркуляционного насоса котла №1, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
+ |
+ |
- |
- |
IP40 и выше |
15 |
Давление после циркуляционного насоса котла №2, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
+ |
+ |
- |
- |
IP40 и выше |
16 |
Концентрация природного газа в котельной, [% НКПР] |
Менее 50% НКПР |
+ |
+ |
+ |
- |
IP54 и выше |
17 |
Концентрация угарного газа в котельной, [ % об. д] |
Менее 0,05 % об. д |
+ |
+ |
+ |
- |
IP54 и выше |
18 |
Уровень воды в баке для подпитки системы(общий) |
Глубина 1600мм |
- |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
19 |
Уровень воды в баке подпитки системы(нижний уровень) |
Глубина 1450мм |
- |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
20 |
Уровень воды в баке подпитки системы (верхний уровень) |
Глубина 250мм |
- |
+ |
- |
- |
IP54 и выше |
21 |
Уровень воды в баке подпитки системы (аварийный уровень) |
Глубина 150мм |
- |
+ |
+ |
- |
IP54 и выше |
Таблица 2
Подбор измерительных приборов для найденных технологических параметров
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор |
1,2,4,5,6 |
Температура воды на выходе котла №1, Температура воды на выходе котла №2, Температура воды потребителю, Температура воды на узле учета тепла, на подаче, Температура воды на узле учета тепла, на обратке, [°С] |
Не более 95 °С ± 0,5 °С |
ДТСхх5М.И, «ОВЕН» |
-50…100°С, ±0,5°С, 4-20 мА |
IP 54, питание 10…42 В, |
+ |
ТСМУ 274, «Метран» |
0…150 С, ±0,5°С, 4-20 мА |
IP65, -45..+70, питание +18…42 В,
|
– |
|||
ТСП Sitrans TS 500, «Siemens » |
-50…400 С, ±0,5°С, 4-20 мА |
IP67, Ex, -62…+95°С, 3-х проводная схема соединения |
_ |
|||
3 |
Температура наружнего воздуха, [°С] |
От – 50 до +50 ± 0,5 °С |
ДТСхх5М.И, «ОВЕН» |
-50…100 °С, ±0,5°С, 4-20 мА |
IP 54, питание 10…42 В, |
+ |
ЭнИ-300 ТСМ 100М «ИТеК ББМВ» |
-50…+120, ±0,5°С, 4-20мА |
IP67, Ex, -62…+95°С, 3-х проводная схема соединения |
– |
|||
ТСП Sitrans TS 500, «Siemens » |
-50…400 С, ±0,5°С, 4-20 мА |
IP67, Ex, -62…+95°С, 3-х проводная схема соединения |
–
|
Таблица 2, продолжение
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор |
7, 10 |
Давление воды на узле учета тепла, на подаче, Давление воды после сетевого насоса, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
СДВ-И «Коммуналец» |
0…1.0 МПа, ±0,5%, 4-20 мА |
IP65, Измеряемая среда -20…125°С, 3 диапазона измерений |
+ |
ДДМ-03Т-1000 ДИ «Прома» |
0…1,0 МПа, ±0,5%, 4-20 мА
|
IP65, Измеряемая среда -40…125°С, |
_ |
|||
ИД-И-АЦ-ЖКХ «Поинт» |
0…0,6 МПа, ±0,5%, 4-20 мА |
IP65
|
_ |
|||
8,9 |
Давление воды на узле учета тепла, на обратке, Давление воды перед сетевым насосом, [МПа] |
0,2 МПа, ± 0,5% |
СДВ-И «Коммуналец» |
0…1,0 МПа, ±0,5%, 4-20 мА |
IP65, Измеряемая среда -20…125°С, 3 диапазона измерений |
+ |
ДДМ-03Т-600 ДИ «Прома» |
0…0,6 МПа, ±0,5%, 4-20 мА |
IP65, Измеряемая среда -40°С...+125°С, |
_ |
Таблица 2, продолжение
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор
|
|
|
|
ИД-И-АЦ-ЖКХ «Поинт» |
0-0,6 МПа, ±0,5%, 4-20 мА |
IP65
|
_ |
11, 12 |
Расход воды на подаче, Расход воды на обратке, [м³/ч] |
48 м³/ч, ± 2% |
ВСЭ-БИ, «Тепломер» |
0,015…2550 м3/ч ± 2%, 1…1000л/имп |
IP65, питание 220В. |
_ |
ПРИМ, «Маяк»
|
0,03…400 м3/ч, 1-2%, 0,09…2000имп/дм3 |
IPX5, питание 24В. |
+ |
|||
ПРЭМ, «Теплоком» |
0,027…630 м3/ч, 1-5%, Выходы: импульсный, 4-20мА |
IP65, питание 12В. |
_ |
|||
13, 14, 15 |
Давление после насоса подпитки системы, Давление после циркуляционного насоса котла №1, Давление после циркуляционного насоса котла №2, [МПа] |
0,4 МПа ± 0,5% |
ДМ2010ф, «Физтех» |
0…1 МПа ±1,5%, сух. контакт |
IP40, -60…+60°С, D корпуса: 100 мм |
_ |
ДМЭ-2010, «Бренд девелопмент» |
0…1 МПа ±1,5%, сух. контакт
|
IP54, -60…+60°С, D корпуса: 100 мм |
– |
Таблица 2, продолжение
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор |
|
|
|
ТМ-610-05, «РОСМА»
|
0…1 МПа ±1,5%, сух. контакт |
IP54, -60…+60°С, D корпуса: 150мм |
+ |
16 |
Концентрация природного газа в котельной |
Менее 50% НКПР |
SGYMEOV4NC, «Seitron» |
0...50%, НКПР, 4-20 мА |
IP54 |
+ |
ДЗ-1-СH4 «ОВЕН» |
1...22%, НКПР, сух. контакт |
IP20
|
_ |
|||
ЭЛЬГАЗ-400, «ЭльГаз» |
0...100%, НКПР, сух. контакты |
IP66
|
_ |
|||
17 |
Концентрация угарного газа в котельной |
не более 0,05 % об. д |
SGYCO0V4NC, «Seitron» |
0... 0,05 % об. д., 4-20 мА |
IP54 |
+ |
ДЗ-1-СО «ОВЕН» |
0…0,02 % об. д, 4–20 мА |
IP20
|
_ |
|||
ДЗ-1-СО.1, «ОВЕН» |
0…42 Мпа, ±0.05% от шкалы, 4-20 мА |
IP64
|
_ |
Таблица 2, продолжение
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор |
18 |
Уровень воды в баке для подпитки системы(общий) |
Глубина 1600мм |
КДУ-1, «РусАвтоматизация» |
До 10м. |
Изолятор фторопласт, резьба М20x1,5 |
_ |
ДС.ПВТ «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал изолятора – полифениленсульфид |
_ |
|||
ДС.П «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал корпуса – технамид, резьба М20x1,5 |
+ |
|||
19 |
Уровень воды в баке для подпитки системы(нижний) |
Глубина 1450мм |
КДУ-1, «РусАвтоматизация» |
До 10м. |
Изолятор фторопласт, резьба М20x1,5 |
_ |
ДС.ПВТ «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал изолятора – полифениленсульфид |
_ |
|||
|
|
ДС.П «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал корпуса – технамид, резьба М20x1,5 |
+ |
Таблица 2, окончание
№ |
Параметр, место отбора, ед. изм. |
Заданное значение и допуск |
Прибор, производитель |
Диапазон измерения, класс точности, выходной сигнал |
Дополнительная информация |
Выбор |
20 |
Уровень воды в баке для подпитки системы(верхний) |
Глубина 250мм |
КДУ-1, «РусАвтоматизация» |
До 10м. |
Изолятор фторопласт, резьба М20x1,5 |
_ |
ДС.ПВТ «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал изолятора – полифениленсульфид |
_ |
|||
ДС.П «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал корпуса – технамид, резьба М20x1,5 |
+ |
|||
21 |
Уровень воды в баке для подпитки системы(аварийный) |
Глубина 150мм |
КДУ-1, «РусАвтоматизация» |
До 10м. |
Изолятор фторопласт, резьба М20x1,5 |
_ |
ДС.ПВТ «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал изолятора – полифениленсульфид |
_ |
|||
|
ДС.П «ОВЕН» |
До 10м. |
Материал корпуса – технамид, резьба М20x1,5 |
+ |