Для регулирования и оптимизации функционирования котловых агрегатов технические средства стали применяться еще на начальных этапах автоматизации промышленности и производства. Сегодняшний уровень развития этого направления позволяет значительно повысить рентабельность и надежность котельного оборудования, обеспечить безопасность и интеллектуализацию труда обслуживающего персонала.

Задачи и цели

Современные системы автоматизации котельных способны гарантировать безаварийную и эффективную эксплуатацию оборудования без непосредственного вмешательства оператора. Функции человека сводятся к онлайн-мониторингу работоспособности и параметров всего комплекса устройств. Автоматизация котельных решает следующие задачи:

Объект автоматизации

Как объект регулирования является сложной динамической системой со множеством взаимосвязанных входных и выходных параметров. Автоматизация котельных осложняется тем, что в паровых агрегатах очень велики скорости протекания технологических процессов. К основным регулируемым величинам относят:

расход и давление теплоносителя (воды или пара);
разряжение в топке;
уровень в питательном резервуаре;
в последние годы повышенные экологические требования предъявляются к качеству приготавливаемой топливной смеси и, как следствие, к температуре и составу продуктов дымоудаления.

Уровни автоматизации

Степень автоматизации задается при проектировании котельной или при капитальном ремонте/замене оборудования. Может лежать в диапазоне от ручного регулирования по показаниям контрольно-измерительных приборов до полностью автоматического управления по погодозависимым алгоритмам. Уровень автоматизации в первую очередь определяется назначением, мощностью и функциональными особенностями эксплуатации оборудования.

Современная автоматизация работы котельной подразумевает комплексный подход - подсистемы контроля и регулирования отдельных технологических процессов объединяются в единую сеть с функционально-групповым управлением.

Общая структура

Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.

Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.

Современный рынок широко представлен как отдельными приборами и устройствами, так и комплектами автоматики отечественного и импортного производства для паровых и водогрейных котлов. К средствам автоматизации относят:

оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
(электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.

При выборе управления и контроля наиболее пристальное внимание следует уделить автоматике безопасности, исключающей возникновение нештатных и аварийных ситуаций.

Подсистемы и функции

Любая котельной включает в себя подсистемы контроля, регулирования и защиты. Регулирование осуществляется путем поддержания оптимального режима горения заданием разряжения в топке, расхода первичного воздуха и параметров теплоносителя (температуры, давления, расхода). Подсистема контроля выводит фактические данные о функционировании оборудования на человеко-машинный интерфейс. Приборы защиты гарантируют предотвращение аварийных ситуаций при нарушении нормальных условий эксплуатации, подачу светового, звукового сигнала или останов котлоагрегатов с фиксацией причины (на графическом табло, мнемосхеме, щите).

Коммуникационные протоколы

Автоматизация на базе микроконтроллеров сводит к минимуму использование в функциональной схеме релейных коммутаций и контрольных электролиний. Для связи верхнего и нижнего уровней АСУ, передачи информации между датчиками и контроллерами, для трансляции команд на исполнительные устройства используют промышленную сеть с определенным интерфейсом и протоколом передачи данных. Наибольшее распространение получили стандарты Modbus и Profibus. Они совместимы с основной массой оборудования, используемого для автоматизации объектов теплоснабжения. Отличаются высокими показателями достоверности передачи информации, простыми и понятными принципами функционирования.

Энергосберегающие и социальные эффекты автоматизации

Автоматизация котельных полностью исключает возможность аварий с разрушением капитальных строений, гибелью обслуживающего персонала. АСУ способна круглосуточно обеспечить нормальное функционирование оборудования, свести к минимуму влияние человеческого фактора.

В свете непрерывного роста цен на топливные ресурсы не последнее значение имеет и энергосберегающий эффект автоматизации. Экономия природного газа, достигающая до 25 % за отопительный сезон, обеспечивается:

оптимальным соотношением "газ/воздух" в топливной смеси на всех режимах работы котельной, коррекцией по уровню содержания кислорода в продуктах сгорания;
возможностью индивидуальной настройки не только котлов, но и ;
регулированием не только по температуре и давлению теплоносителя на входе и выходе котлов, но и с учетом параметров окружающей среды (погодозависимые технологии).

Кроме того, автоматика позволяет реализовать энергоэффективный алгоритм отопления нежилых помещений или зданий, не используемых в выходные и праздничные дни.

Для управления работой, обеспечения безопасных условий и расчетных режимов эксплуатации котлы должны быть оснащены:

а) устройствами, предохраняющими от повышения давления (предохранительными устройствами);

б) указателями уровня воды;

в) манометрами;

г) приборами для измерения температуры среды;

д) запорной и регулирующей арматурой;

е) приборами безопасности;

ж) питательными устройствами.

Предохранительные устройства

Каждый элемент котла, внутренний объем которого ограничен запорными органами, должен быть защищен предохранительными устройствами, автоматически предотвращающими повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему.

В качестве предохранительных устройств допускается применять:

а) рычажно-грузовые предохранительные клапаны прямого действия;

б) пружинные предохранительные клапаны прямого действия;

в) импульсные предохранительные устройства (ИПУ), состоящие из импульсного клапана (ИК) и главного предохранительного клапана (ГПК).

Использование других защитных устройств допускается после согласования с Госгортехнадзором России.

На каждом паровом и водогрейном котле и отключаемом по рабочей среде пароперегревателе должно быть установлено не менее двух предохранительных устройств.

6.2.9. Предохранительные устройства должны устанавливаться:

а) в паровых котлах с естественной циркуляцией без пароперегревателя - на верхнем барабане или сухопарнике;

б) в паровых прямоточных котлах, а также в котлах с принудительной циркуляцией - на выходных коллекторах или выходном паропроводе;

в) в водогрейных котлах - на выходных коллекторах или барабане;

г) в промежуточных пароперегревателях допускается установка всех предохранительных устройств пароперегревателя - на стороне входа пара;

д) в отключаемых по воде экономайзерах - не менее чем по одному предохранительному устройству на выходе и входе воды.

Предохранительные клапаны должны защищать котлы, пароперегреватели и экономайзеры от превышения в них давления более чем на 10 % расчетного (разрешенного).

Превышение давления при полном открытии предохранительных клапанов выше, чем на 10 % расчетного может быть допущено лишь в том случае, если это предусмотрено расчетом на прочность котла, пароперегревателя и экономайзера.

Указатели уровня воды

На каждом паровом котле, за исключением прямоточных, должно быть установлено не менее двух указателей уровня воды прямого действия. Допускается дополнительно в качестве дублирующих устанавливать указатели уровня воды непрямого действия. Количество и места установки указателей уровня воды в котлах, в том числе со ступенчатым испарением в барабанах или с выносным сепаратором, определяются организацией, проектирующей котел.

Каждый указатель уровня воды должен иметь самостоятельное подключение к барабану котла. Допускается установка двух указателей уровня воды на соединительной трубе (колонке) диаметром не менее 70 мм.

Указатели уровня воды должны быть снабжены запорной арматурой (кранами или вентилями) для отключения их от котла и продувки.

Для котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов дистанционные указатели уровня должны устанавливаться на пульте управления котлом.

Манометры

На каждом паровом котле должен быть установлен манометр, показывающий давление пара.

На паровых котлах паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейных котлах теплопроизводительностью более 21 ГДж/ч (5 Гкал/ч) обязательна установка регистрирующего манометра.

Манометр должен быть установлен на барабане котла, а при наличии у котла пароперегревателя - и за пароперегревателем до главной задвижки.

На прямоточных котлах манометр должен быть установлен за перегревателем перед запорным органом.

Установка манометра на пароперегревателях паровозных, локомобильных, жаротрубных котлов и котлов вертикального типа не обязательна.

У каждого парового котла должен быть установлен манометр на питательной линии перед органом, регулирующим питание котла водой.

Если в котельной будет установлено несколько котлов паропроизводительностью менее 2,5 т/ч каждый, допускается установка одного манометра на общей питательной линии.

Шкала манометра выбирается исходя из условия, что при рабочем давлении стрелка манометра должна находиться в средней трети шкалы.

На шкале манометра должна быть нанесена красная черта на уровне деления, соответствующего рабочему давлению да данного элемента с учетом добавочного давления от веса столба жидкости.

Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу, при этом шкала его должна быть расположена вертикально или с наклоном вперед до 30° для улучшения видимости показаний.

Номинальный диаметр манометров, устанавливаемых на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения за манометром, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 5 м - не менее 160 мм, на высоте более 5 м - не менее 250 мм. При установке манометра на высоте более 5 м должен быть установлен сниженный манометр качестве дублирующего.

Манометры не допускаются к применению в следующих случаях:

а) если на манометре отсутствует пломба или клеймо с отметкой о проведении поверки;

б) если истек срок поверки манометра;

в) если стрелка манометра при его отключении не возвращается к нулевой отметке шкалы на величину, превышающую половину допускаемой погрешности для данного манометра;

г) если разбито стекло или имеются другие повреждения манометра, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Приборы для измерения температуры

У котлов, имеющих пароперегреватель, на каждом паропроводе до главной задвижки должен быть установлен прибор для измерения температуры перегретого пара. У котлов с промежуточным перегревом пара приборы для измерения температуры должны устанавливаться на входе и выходе пара.

У котлов с естественной циркуляцией с перегревом пара паропроизводительностью более 20 т/ч, прямоточных котлов паропроизводительностью более 1 т/ч кроме показывающих приборов должны устанавливаться приборы с непрерывной регистрацией температуры перегретого пара.

Для водогрейных котлов приборы для измерения температуры воды должны быть установлены на входе и выходе воды.

Допустимая температура горячей воды должна быть отмечена на шкале термометра красной чертой.

Запорная и регулирующая арматура

Арматура, устанавливаемая на котле или его трубопроводах, должна иметь четкую маркировку на корпусе, в которой должны быть указаны:

а) наименование или товарный знак организации-изготовителя;

б) условный проход;

в) условное давление и температура среды;

г) направление потока среды.

При изготовлении арматуры по специальным ТУ вместо условного давления допускается указывать рабочее давление.

Приборы безопасности

На каждом котле должны быть предусмотрены приборы безопасности, обеспечивающие своевременное и надежное автоматическое отключение котла или его элементов при недопустимых отклонениях от заданных режимов эксплуатации.

Паровые котлы с камерным сжиганием топлива должны быть оборудованы автоматическими устройствами, прекращающими подачу топлива к горелкам при снижении уровня, а для прямоточных котлов - расхода воды в котле ниже допустимого.

В котлах со слоевым сжиганием топлива автоматические устройства должны отключать в указанных выше случаях тягодутьевые устройства и топливоподающие механизмы топки.

Водогрейные котлы с камерным сжиганием топлива должны быть оборудованы автоматическими приборами, предотвращающими подачу топлива в топку котла, а при слоевом сжигании топлива - отключающими тягодутьевые устройства и топливоподающие механизмы топки в случаях:

а) повышения давления воды в выходном коллекторе котла более чем на 5 % расчетного или разрешенного давления;

б) понижения давления воды в выходном коллекторе котла до значения, соответствующего давлению насыщения при максимальной температуре воды на выходе из котла;

в) повышения температуры воды на выходе из котла до значения, указанного заводом-изготовителем в инструкции по монтажу и эксплуатации. При отсутствии таких указаний эта температура принимается на 20 °С ниже температуры насыщения при рабочем давлении в выходном коллекторе;

г) уменьшения расхода воды через котел до минимально допустимых значений, определяемых заводом-изготовителем

На котлах должны быть установлены автоматически действующие звуковые и световые сигнализаторы верхнего и нижнего предельных положений уровней воды.

Аналогичная сигнализация должна выполняться по всем параметрам, по которым срабатывает на остановку котла автоматика безопасности (приборы безопасности).

Паровые и водогрейные котлы при камерном сжигании топлива должны быть оборудованы автоматическими устройствами для прекращения подачи топлива в топку в случаях:

а) погасания факела в топке;

б) отключения всех дымососов;

в) отключения всех дутьевых вентиляторов.

На котлах с горелками, оборудованными индивидуальными вентиляторами, должна быть защита, прекращающая подачу топлива к горелке при остановке вентилятора.

Контрольно-измерительные приборы котельной

Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) предназначены для измерения, контроля и регулирования температуры, давления, уровня воды в барабане и обеспечивают безопасную работу теплогенераторов и теплоэнергетического оборудования котельной.

1. Измерение температуры.

Для измерения температуры рабочего тела используются манометрические и ртутные термометры. В трубопровод вваривают гильзу из нержавеющей стали, конец которой должен доходить до центра трубопровода, заполняют ее маслом и опускают в нее термометр.

Манометрический термометр состоит из термобаллона, медной или стальной трубки и трубчатой пружины овального сечения, соединенной рычажной передачей с показывающей стрелкой.

Рис. 3.1. Манометрический термометр

1-термобаллон; 2-соединительный капилляр; 3-тяга; 4-стрелка; 5-циферблат; 6-манометрическая пружина; 7-трибко-секторный механизм

Вся система заполняется инертным газом (азотом) под давлением 1…1,2 МПа. При повышении температуры давление в системе увеличивается, и пружина через систему рычагов приводит в движение стрелку. Показывающие и самопишущие манометрические термометры прочнее стеклянных и допускают передачу показаний на расстояние до 60 м.

Действие термометров сопротивления – платиновых (ТСП) и медных (ТСМ) основано на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры.

Рис. 3.2. Термометры сопротивления платиновые, медные

Действие термоэлектрического термометра основано на использовании зависимости термоЭДС термопары от температуры. Термопара как чувствительный элемент термометра состоит из двух разнородных проводников (термоэлектродов), одни концы которых (рабочие) соединены друг с другом, а другие (свободные) подключены к измерительному прибору. При различной температуре рабочих и свободных концов в цепи термоэлектрического термометра возникает ЭДС.

Наибольшее распространение имеют термопары типов ТХА (хромель-алюмель), ТХК (хромель-копель). Термопары для высоких температур помещают в защитную (стальную или фарфоровую) трубку, нижняя часть которой защищена чехлом и крышкой. У термопар высокая чувствительность, малая инерционность, возможность установки самопишущих приборов на большом расстоянии. Присоединение термопары к прибору производится компенсационными проводами.

2. Измерение давления.

Для измерения давления используются барометры, манометры, вакуумметры, тягомеры и др., которые измеряют барометрическое или избыточное давление, а также разрежение в мм вод. ст., мм рт. ст., м вод. ст., МПа, кгс/см 2 , кгс/м 2 и др. Для контроля работы топки котла (при сжигании газа и мазута) могут быть установлены следующие приборы:

1) манометры (жидкостные, мембранные, пружинные) – показывают давление топлива на горелке после рабочего крана;

Рис. 3.3. Деформационные манометры:

1 - мембрана; 2 - активный и компенсирующий тензорезистор; 3 - консоль; 4-стрелка

2) манометры (U-образные, мембранные, дифференциальные) – показывают давление воздуха на горелке после регулирующей заслонки;

3) тягомеры (ТНЖ, мембранные) – показывают разрежение в топке.

Тягонапоромер жидкостный (ТНЖ) служит для измерения небольших давлений или разрежений.

Рис. 3.4. Тягонапоромер типа ТНЖ-Н

Для получения более точных показаний применяют тягомеры с наклонной трубкой, один конец которой опущен в сосуд большого сечения, а в качестве рабочей жидкости применяют спирт (плотностью 0,85 г/см 3), подкрашенный фуксином. Баллончик соединяется штуцером «+» с атмосферой (барометрическое давление), и через штуцер заливается спирт. Стеклянная трубка штуцером «−» (разрежение) соединяется с резиновой трубкой и топкой котла. Один винт устанавливает «нуль» шкалы трубки, а другой – горизонтальный уровень на вертикальной стенке. При измерении разрежения импульсную трубку присоединяют к штуцеру «−», а барометрического давления – к штуцеру «+».

Пружинный манометр предназначен для показания давления в сосудах и трубопроводах и устанавливается на прямолинейном участке. Чувствительным элементом служит латунная овально-изогнутая трубка, один конец которой вмонтирован в штуцер, а свободный конец под действием давления рабочего тела выпрямляется (за счет разности внутренней и наружной площадей) и через систему тяги и зубчатого сектора передает усилие на стрелку, установленную на шестеренке. Этот механизм размещен в

корпусе со шкалой, закрыт стеклом и опломбирован. Шкала выбирается из условия, чтобы при рабочем давлении стрелка находилась в средней трети шкалы. На шкале должна быть установлена красная линия, показывающая допустимое давление.

В электроконтактных манометрах ЭКМ на шкале установлены два задаточных неподвижных контакта, а подвижный контакт – на рабочей стрелке.

Рис. 3.5. Манометр с электроконтактной приставкой ТМ-610

При соприкосновении стрелки с неподвижным контактом электрический сигнал от них поступает на щит управления и включается сигнализация. Перед каждым манометром должен быть установлен трехходовой кран для продувки, проверки и отключения его, а также сифонная трубка (гидрозатвор, заполненный водой или конденсатом) диаметром не менее 10 мм для предохранения внутреннего механизма манометра от воздействия высоких температур. При установке манометра на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения диаметр его корпуса должен быть не менее 100 мм; от 2 до 3 м – не менее 150 мм; 3…5 м – не менее 250 мм; на высоте более 5 м – устанавливается сниженный манометр. Манометр должен быть установлен вертикально или с наклоном вперед на угол до 30° так, чтобы его показания были видны с уровня площадки наблюдения, а класс точности манометров должен быть не ниже 2,5 – при давлении до 2,5 МПа и не ниже 1,5 – от 2,5 до 14 МПа.

Манометры не допускаются к применению, если отсутствует пломба (клеймо) или истек срок проверки, стрелка не возвращается к нулевому показанию шкалы (при отключении манометра), разбито стекло или имеются другие повреждения. Пломба или клеймо устанавливаются Госстандартом при проверке один раз в год.

Проверка манометра должна производиться оператором при каждой приемке смены, а администрацией – не реже одного раза в 6 месяцев с использованием контрольного манометра. Проверка манометра производится в следующей последовательности:

1) заметить визуально положение стрелки;

2) ручкой трехходового крана соединить манометр с атмосферой – стрелка при этом должна стать на нуль;

3) медленно повернуть ручку в прежнее положение – стрелка должна стать на прежнее (до проверки) положение;

4) повернуть ручку крана по часовой стрелке и поставить ее в положение, при котором сифонная трубка будет соединена с атмосферой – для продувки; 5) повернуть ручку крана в обратную сторону и установить ее на несколько минут в нейтральное положение, при котором манометр будет разобщен от атмосферы и от котла – для накопления воды в нижней части сифонной трубки;

6) медленно повернуть ручку крана в том же направлении и поставить ее в исходное рабочее положение – стрелка должна стать на прежнее место.

Для проверки точности показаний манометра к контрольному фланцу скобой присоединяют контрольный (образцовый) манометр, а ручку крана ставят в положение, при котором оба манометра соединены с пространством, находящимся под давлением. Исправный манометр должен давать одинаковые показания с контрольным манометром, после чего результаты заносят в журнал контрольных проверок.

Манометры должны устанавливаться на оборудовании котельной:

1) в паровом котельном агрегате – теплогенераторе: на барабане котла, а при наличии пароперегревателя – за ним, до главной задвижки; на питательной линии перед вентилем, регулирующим питание водой; на экономайзере – входе и выходе воды до запорного органа и предохранительного клапана; на

водопроводной сети – при ее использовании;

2) в водогрейном котельном агрегате – теплогенераторе: на входе и выходе воды до запорного вентиля или задвижки; на всасывающей и нагнетательной линиях циркуляционных насосов, с расположением на одном уровне по высоте; на линиях подпитки теплосети. На паровых котлах паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейных с теплопроизводительностью более 6 МВт обязательна установка регистрирующего манометра.

3. Водоуказательные приборы.

При работе парового котла уровень воды колеблется между низшим и высшим положениями. Низший допускаемый уровень (НДУ) воды в барабанах паровых котлов устанавливается (определяется) для исключения возможности перегрева металла стенок элементов котла и обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы контуров циркуляции. Положение высшего допускаемого уровня (ВДУ) воды в барабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения попадания воды в паропровод или пароперегреватель. Объем воды, содержащийся в барабане между высшим и низшим уровнями, определяет «запас питания», т.е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды.

На каждом паровом котле должно быть установлено не менее двух указателей уровня воды прямого действия. Водоуказательные приборы должны устанавливаться вертикально или с наклоном вперед, под углом не более 30°, чтобы уровень воды был хорошо виден с рабочего места. Указатели уровня воды соединяются с верхним барабаном котла с помощью прямых труб длиной до 0,5 м и внутренним диаметром не менее 25 мм или более 0,5 м и внутренним диаметром не менее 50 мм.

В паровых котлах с давлением до 4 МПа применяют водоуказательное стекло (ВУС) – приборы с плоскими стеклами, имеющими рифленую поверхность, в которых продольные канавки стекла отражают свет, благодаря чему вода кажется темной, а пар светлым. Стекло вставлено в рамку (колонку) с шириной смотровой щели не менее 8 мм, на которой должны быть указаны допустимые верхний ВДУ и нижний НДУ воды (в виде красных стрелок), а высота стекла должна превышать допускаемые пределы измерения не менее чем на 25 мм с каждой стороны. Стрелка НДУ устанавливается на 100 мм выше огневой линии котла.

Огневая линия – это наивысшая точка соприкосновения горячих дымовых газов с неизолированной стенкой элемента котла.

Водоуказательные приборы для отключения их от котла и проведения продувки снабжены запорной арматурой (кранами или вентилями). На арматуре должны быть четко указаны (отлиты, выбиты или нанесены краской) направления открытия или закрытия, а внутренний диаметр прохода должен быть не менее 8 мм. Для спуска воды при продувке предусматривается двойная воронка с защитными приспособлениями и отводная труба для свободного слива, а продувочный кран устанавливается на огневой линии котла.

Оператор котельной должен проверять водоуказательное стекло методом продувки не менее одного раза в смену, для чего следует:

1) убедиться, что уровень воды в котле не опустился ниже НДУ;

2) заметить визуально положение уровня воды в стекле;

3) открыть продувочный кран – продуваются паровой и водяной краны;

4) закрыть паровой кран, продуть водяной;

5) открыть паровой кран – продуваются оба крана;

6) закрыть водяной кран, продуть паровой;

7) открыть водяной кран – продуваются оба крана;

8) закрыть продувочный кран и наблюдать за уровнем воды, который должен быстро подняться и колебаться около прежнего уровня, если стекло не было засорено.

Не следует закрывать оба крана при открытом продувочном кране, так как стекло остынет и при попадании на него горячей воды может лопнуть. Если после продувки вода в стекле поднимается медленно или заняла другой уровень, или не колеблется, то необходимо повторить продувку, а если повторная продувка не дает результатов – необходимо прочистить засоренный канал.

Резкое колебание воды характеризует ненормальное вскипание за счет повышенного содержания солей, щелочей, шлама или отбора пара из котла больше, чем его вырабатывается, а также загорания сажи в газоходах котла.

Слабое колебание уровня воды характеризует частичное «закипание» или засорение водяного крана, а если уровень воды выше нормального – «закипание» или засорение парового крана. При полном засорении парового крана пар, находящийся над уровнем воды, конденсируется, вследствие чего вода полностью и быстро заполняет стекло до самого верха. При полном засорении водяного крана уровень воды в стекле будет медленно повышаться вследствие конденсации пара или займет спокойный уровень, опасность которого в том, что, не заметив колебания уровня воды и видя ее в стекле, можно подумать, что воды в котле достаточно.

Недопустимо повышать уровень воды выше ВДУ, так как вода пойдет в паропровод, что приведет к гидравлическому удару и разрыву паропровода.

При снижении уровня воды ниже НДУ категорически запрещаетсяпитать паровой котел водой, так как при отсутствии воды металл стенок котла сильно нагревается, становится мягким, а при подаче воды в барабан котла происходит сильное парообразование, что приводит к резкому увеличению давления, утончению металла, образованию трещин и разрыву труб.

Если расстояние от площадки наблюдения за уровнем воды более 6 м, а также в случае плохой видимости (освещения) приборов должны быть установлены два сниженных дистанционных указателя уровня; при этом на барабанах котла допускается установка одного ВУС прямого действия. Сниженные указатели уровня должны присоединяться к барабану на отдельных штуцерах и иметь успокоительное устройство.

4. Измерение и регулирование уровня воды в барабане.

Мембранный дифференциальный манометр (ДМ) используется для пропорционального регулирования уровня воды в барабанных паровых котлах.

Рис. 3.6. Мембранный показывающий дифференциальный манометр с вертикальной мембраной

1 - «плюсовая» камера; 2 - «минусовая» камера; 5 - чувствительная гофрированная мембрана; 4- передающий шток; 5 - передаточный механизм; 6 - предохранительный клапан и соответственно указательной стрелки, отсчитывающей на шкале прибора измеряемое давление

Манометр состоит из двух мембранных коробок, сообщающихся через отверстие в диафрагме и заполненных конденсатом. Нижняя мембранная коробка установлена в плюсовой камере, заполненной конденсатом, а верхняя – в минусовой камере, заполненной водой и соединенной с измеряемым объектом (верхним барабаном котла). С центром верхней мембраны соединен сердечник индукционной катушки. При среднем уровне воды в барабане котла перепада давления нет и мембранные коробки уравновешены.

При повышении уровня воды в барабане котла давление в минусовой камере увеличивается, мембранная коробка сжимается, и жидкость перетекает в нижнюю коробку, вызывая перемещение сердечника вниз. При этом в обмотке катушки образуется ЭДС, которая через усилитель подает сигнал на исполнительный механизм и прикрывает вентиль на питательной линии, т.е. уменьшает подачу воды в барабан. При понижении уровня воды ДМ работает в обратной последовательности.

Уровнемерная колонка УК предназначена для позиционного регулирования уровня воды в барабане котла.

Рис. 3.7. Колонка уровнемерная УК-4

Она состоит из цилиндрической колонки (трубы) диаметром около 250 мм, в которой вертикально установлены четыре электрода, способные контролировать высший и низший допускаемые уровни воды (ВДУ и НДУ), высший и низший рабочие уровни воды в барабане (ВРУ и НРУ), работа которых основана на электропроводности воды. Колонка сбоку соединена с паровым и водным объемом барабана котла с помощью труб, имеющих краны. Внизу колонка имеет продувочный кран.

При достижении уровня воды ВРУ – включается реле и контактором разрывается цепь питания магнитного пускателя, отключая привод питательного насоса. Питание котла водой прекращается. Уровень воды в барабане понижается, и при снижении его ниже НРУ – происходит обесточивание реле и включение питательного насоса. При достижении уровня воды ВДУ и НДУ электрический сигнал от электродов через блок управления идет к отсекателю подачи топлива в топку.

5. Приборы для измерения расхода.

Для измерения расхода жидкостей (воды, мазута), газов и пара применяют расходомеры:

1) скоростные объемные, измеряющие объем жидкости или газа по скорости потока и суммирующие эти результаты;

2) дроссельные, с переменным и постоянным перепадом давлений или ротаметры.

В рабочей камере скоростного объемного расходомера (водомера, нефтемера) установлена крыльчатая или спиральная вертушка, которая вращается от поступающей в прибор жидкости и передает расход счетному механизму.

Объемный ротационный счетчик (типа РГ) измеряет суммарный расход газа до 1000 м 3 /ч, для чего в рабочей камере размещены два взаимно перпендикулярных ротора, которые под действием давления протекающего газа приводятся во вращение, каждый оборот которого передается через зубчатые колеса и редуктор счетному механизму.

Дроссельные расходомеры с переменным перепадом давления имеют сужающие устройства – нормальные диафрагмы (шайбы) камерные и бескамерные с отверстием, меньшим сечения трубопровода.

При прохождении потока среды через отверстие шайбы скорость ее повышается, давление за шайбой уменьшается, а перепад давления до и после дроссельного устройства зависит от расхода измеряемой среды: чем больше количество вещества, тем больше перепад.

Разность давлений до и после диафрагмы измеряется дифференциальным манометром, по измерениям которого можно вычислить скорость протекания жидкости через отверстие шайбы. Нормальная диафрагма выполняется в виде диска (из нержавеющей стали) толщиной 3…6 мм с центральным отверстием, имеющим острую кромку, и должна располагаться со стороны входа жидкости или газа и устанавливаться между фланцами на прямом участке трубопровода. Импульс давления к дифманометру производится через отверстия из кольцевых камер или через отверстие с обеих сторон диафрагмы.

Для измерения расхода пара на импульсных трубках к дифманометру устанавливают уравнительные (конденсационные) сосуды, предназначенные для поддержания постоянства уровней конденсата в обеих линиях. При измерении расхода газа дифманометр следует устанавливать выше сужающего устройства, чтобы конденсат, образовавшийся в импульсных трубках, мог стекать в трубопровод, а импульсные трубки по всей длине должны иметь уклон к газопроводу (трубопроводу) и подключаться к верхней половине шайбы. Расчет диафрагм и монтаж на трубопроводах производят в соответствии с правилами.

6. Газоанализаторы предназначены для контроля полноты сгорания топлива, избытка воздуха и определения в продуктах сгорания объемной доли углекислого газа, кислорода, окиси углерода, водорода, метана.

По принципу действия они делятся на:

1) химические (ГХП, Орса, ВТИ), основанные на последовательном поглощении газов, входящих в состав анализируемой пробы;

2) физические , работающие по принципу измерения физических параметров (плотности газа и воздуха, их теплопроводности);

3) хроматографические , основанные на адсорбции (поглощении) компонентов газовой смеси определенным адсорбентом (активированным углем) и последовательной десорбции (выделении) их при прохождении колонки с адсорбентом газом.

Проведём срочную проверку изолирующего фланца, изолирующего соединения с выдачей акта в течение 1 дня.

05.03.18 Метрологической службой ООО «Энергия» было пройдено повышение квалификации в Федеральном государственном автономном образовательном учреждение дополнительного профессионального образования «Академия стандартизации, метрологии и сертификации» по поверке и калибровке средств теплотехнических измерений. 24.01.18 Была произведена наладка автоматики и восстановлено теплоснабжение верхних этажей здания Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук. 20.11.2017
Специалисты ООО "Энергия" посетили семинар организованный компанией "Рационал", по темам: Системы котельного оборудования RAZ Узлы оборудования R 1-11 Подбор продукции Рационал Проектирование с применением продукции Рационал Горелки Weishaupt W 5-40, WM, промышленные горелки WK, WKmono, 30-70. Новинки Weishaupt Подбор горелок Weishaupt Проектирование с применением горелок Weishaupt 04.09.2017 Выездная комиссия Росаккредитации с целью проверки ООО "Энергия" на соответствие критериям аккредитации по поверке средств измерений.

Техническое обслуживание автоматики безопасности.

Компания ООО «Энергия» производит полный комплекс работ по техническому обслуживанию котельных. Неотъемлемой частью технического обслуживании котельной является обслуживание автоматики безопасности. Обслуживание автоматики котельной обеспечивает надежную и безопасную работу Вашего оборудования, а Вам спокойный сон. Компания ООО «Энергия» имеет огромный опыт в обслуживании паровых и водогрейных котлов, таких как ДКВР, ПТВМ, Е, Buderus, Viessmann, LOOS. Кроме котельного оборудования ООО «Энергия» осуществляет обслуживание технологического оборудования: сушильные и покрасочные камеры, инфракрасные излучатели, ковальные печи и т.д.

Периодичность проведения работ по обслуживанию

Испытание автоматики безопасности и регулирования.	ежемесячно
Проверка работоспособности КИП и систем автоматического регулирования и управление технологическими процессами.	ежемесячно
Проверка настройки датчиков;	ежемесячно
Проверка работоспособности электроаппаратуры;	ежемесячно
Проверка срабатывания световой и звуковой сигнализации;	ежемесячно
Проверка прохождения аварийных сигналов в диспетчерский пульт, либо на сотовый телефон абонента;	ежемесячно
Проверка состояния электроприводов исполнительных механизмов;	ежемесячно
Проверка наличие люфтов в отдельных узлах и соединениях, при необходимости устранение;	ежемесячно
	ежемесячно
	ежемесячно
Проверка наличия смазки трущихся частей исполнительных механизмов;	ежемесячно
Составление Акта проверки автоматики безопасности.	ежемесячно
Чистка внутренних полостей горелки от пыли и грязи;	ежегодно
Чистка контактных электродов;	ежегодно
Корректировка газовоздушной смеси (при необходимости);	ежеквартально
Корректировка зазоров огневой трубы;	ежеквартально
Функциональный контроль исполнительных механизмов котла	ежеквартально
Проверка целостности корпусов, изоляции и надежности соединений;	ежегодно
Протяжка контактов электрических соединений (при необходимости);	ежегодно

Методика и порядок проверки автоматики безопасности.

Проверку автоматики безопасности производят аттестованные специалисты с богатым опытом, прошедшие обучение у изготовителей оборудования. Специалисты оснащены современным оборудованием и приборами. При проверке автоматики безопасности производится проверка срабатывания проверяемого параметра и соответствие его карте настройки автоматики безопасности. Карты настройки составляются при проведении режимно-наладочных испытаний и наладке КИПиА.

Скачать пример карты настройки автоматики безопасности водогрейного котла

Скачать пример карты настройки автоматики безопасности парового котла

При проведении проверки автоматики безопасности наладчики пользуются инструкциями, разработанными при проведении режимно-наладочных испытаний. Пример проведения проверки автоматики котла Vitoplex 100 с горелкой Weishaupt

1. Проверка параметра «Давления газа перед клапанами максимальное».

На датчике давления газа постепенно понижать уставку параметра, доводя до рабочего значения. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

2. Проверка параметра «Давления газа перед клапанами минимальное».

Медленно закрывая газовый кран перед горелкой понизить давление газа по показывающему прибору перед клапанами до значения, указанного в Карте параметров настройки автоматики безопасности. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

3. Проверка параметра «Давление воздуха на вентиляторе минимальное».

В самом начале предварительной продувки выключить автомат питания вентилятора горелки. Контролировать перепад давления воздуха по микроманометру TESTO, при понижении перепада давления воздуха до указанного в Карте параметров. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

4. Проверка параметра «Погасание пламени горелки».

Проверку погасания пламени произвести имитацией. На щите управления котлом нажать кнопку «проверка датчика пламени». Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

5. Проверка параметра «Повышение температуры воды за котлом».

Понизить уставку температуры на аварийном термостате. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

6. Проверка параметра «Разрежение в газоходе за котлом».

Медленно закрывая шибер на газоходе отходящих газов котла добиться срабатывания автоматики безопасности, контролируя значение разрежения внешним прибором.

7. Проверка параметра «Понижение давления воды за котлом».

Понизить давление воды на выходе из котла до значения указанного в Карте параметров. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

8. Проверка параметра «Повышения давления воды за котлом».

Повысить давление воды на выходе из котла до значения указанного в Карте параметров. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

9. Проверка параметра «Отключение электроэнергии».

Для проведения этой проверки достаточно отключить автоматический выключатель (автомат), расположенный в силовом шкафу. Произойдёт отключение горелки с выдачей светозвукового сигнала на диспетчерском пульте. Привести системы и механизмы котельной установки в исходное состояние.

Договор на обслуживание автоматики безопасности.

Перед заключением договора на обслуживание автоматики на объект выезжает специалист ООО «Энергия» для проведения технического обследования оборудования котельной. По результатам обследования в акт заносятся все сведенья о котельной с выявленными замечаниями и дефектами. Поле этого выставляется коммерческое предложение на техническое обслуживание КИПиА, а также предложения по устранению дефектов оборудования. В случае наличия у заказчика не устраненных предписаний Ростехнадзора предлагаются пути решения проблемы.

← Общие требования к системам автоматики безопасности, регулирования, контроля и управления оборудованием котельных

Содержание

Автоматизация работы и защита пароводогрейных котлов →

Содержание раздела

Комбинированные безбарабанные пароводогрейные котлы отличаются от обычных барабанных паровых котлов низкого давления и стальных прямоточных водогрейных котлов тем, что могут работать в трех различных режимах: чисто водогрейном, комбинированном с одновременной выдачей горячей воды и водяного пара низкого давления и чисто паровом, когда все поверхности нагрева комбинированного котла работают как испарительные. В этом случае все экранные поверхности топочной камеры и задний экран конвективной шахты переводятся в паровые безбарабанные контуры с естественной циркуляцией.

Конвективные пакеты с горизонтальными трубными пучками и боковые экраны конвективной шахты работают как испарительные паровые контуры с многократной принудительной циркуляцией. Перевод комбинированного котла из одного режима работы в другой требует кратковременной остановки котла для снятия и установки заглушек на соответствующих водоперепускных трубах водогрейного контура, а также на соединительных трубах паровых испарительных контуров. От установки вместо заглушек водяных и паровых задвижек с дистанционным включением и выключением их с центрального щита управления пришлось отказаться, так как практика их применения показала, что задвижки не обеспечивают надлежащей плотности и дают недопустимый переток среды из одного контура в другой.

Общими задачами контроля и управления работой комбинированного котла являются обеспечение выработки в каждый данный момент необходимого количества теплоты в виде горячей воды и пара при определенных их параметрах - давлении и температуре, а также обеспечение экономичности сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд и сведение к минимуму потерь теплоты. Должна также обеспечиваться надежность работы котла и его вспомогательного оборудования.

Обслуживающий персонал постоянно должен иметь ясное представление о режиме работы всего агрегата по показаниям контрольно-измерительных приборов.

Эти приборы можно разделить на пять групп по видам измерений:

а) расхода пара, воды, топлива, иногда воздуха, дымовых газов;

б) давлений пара, воды, газа, мазута, воздуха и разрежения в газоходах котла;

в) температур пара, воды, топлива, воздуха и дымовых газов;

г) уровня воды в паровом контуре котла, циклонах, баках, деаэраторах, уровня топлива в бункерах и других емкостях;

д) состава дымовых газов, а также качества пара и воды.

Почти все контрольно-измерительные приборы состоят из воспринимающей части (датчика), передающей части и вторичного прибора, по которому отсчитывают измеряемую величину. Вторичные приборы могут быть указывающими, регистрирующими (самопишущими) и суммирующими (счетчиками). Для уменьшения числа вторичных приборов на тепловом щите часть величин собирают на один вторичный прибор с помощью переключателей. На вторичном приборе для ответственных величин отмечают красной чертой предельно допустимые значения параметров работы комбинированного котла (давление воды, пара, подогрева воды и т.д.).

Ответственные величины измеряются непрерывно, а остальные - периодически.

При выборе количества приборов и их размещении руководствуются правилами Госгортехнадзора по котельным агрегатам, правилами газового надзора, ведомственными правилами типа правил технической эксплуатации и строительными нормами и правилами (СНиП), в которых регламентирован ряд измерений, необходимых для безопасности персонала и учета.

Общим положением при выборе места установки приборов является удобство обслуживания агрегата минимальным числом людей при небольших капитальных и эксплуатационных затратах на приборы. Поэтому при разработке проекта котельной любой производительности выполняют схему, чертежи и сметы на установку приборов и устройств автоматизации. Затраты на КИП не должны превышать нескольких процентов от полной стоимости котельной установки.

Обычно системы автоматизации выполняются так, чтобы воспринимающая изменения какой-либо величины часть контрольно-измерительного прибора служила датчиком импульса и для системы автоматического регулирования. Электродвижущую силу термоэлектрического преобразователя, изменение разрежения в топке или за агрегатом, изменение давления в котлоагрегате и другие величины используют в качестве импульсов, поступающих в регулятор. Последний, получая импульсы, алгебраически суммирует их, усиливает и иногда преобразует, а затем передает на органы управления. Таким путем автоматизация работы установки сочетается с контролем ее работы.

Кроме приборов, выведенных на щит управления, часто применяется местная установка контрольно-измерительных приборов (термометров для измерения температуры воды, пара, мазута, манометров и вакуумметров для измерения давления и вакуума, различных тягомеров и газоанализаторов). Приборы нужны не только для правильной эксплуатации агрегата, но и для периодических испытаний, проводимых после ремонта или реконструкции.

Контрольно-измерительные приборы котельной. Контрольно- измерительные приборы и автоматика газифицированных котельных