Курс Трубопроводная арматура. Модуль-кейс Выбор регулирующей арматуры при переводе котельной с мазута на газ

Станислав Львович Горобченко, 2022

В учебном модуле рассмотрена возможность модернизации регулирующей арматуры в котельной после смены топлива с мазута на газ. Рассматривается котельная, оснащённая двухбарабанными паровыми котлами «ДКВр». Демонстрируется выбор регулирующей арматуры в следующих контурах: контур регулирования температуры воды на выходе котла; контур регулирования давления воды в системе; контур регулирования разрежения в топке котла. Показаны подходы к анализу замены и модернизации арматуры и предложена схема реализации управления арматурой. Арматура рассчитана с применением моделирования в программе Nelprof. Показаны особенности оптимального выбора регулирующей арматуры для контура регулирования температуры воды на выходе котла и порядок разработки технической спецификации средств автоматизации.Модуль направлен на решение задач выбора арматуры с учётом невысоких требований к автоматизации котельных при модернизации регулирующей арматуры.

1. О

писание котельной

Котельная предназначена для теплоснабжения группы домов и других комплексов общественных сооружений. Обычно котельная находится вблизи от отапливаемых домов, но в отдельно стоящем здании.

1.1 Технические характеристики котельной

Рассматриваемая котельная состоит из 5 котлов серии ДКВр, включающих:

— Три паровых котла ДКВр 10/13 (два рабочих, один резервный);

— Два паровых котла ДКВр 6,5/13 (один рабочий, один резервный). Технологическая схема котельной приведена на рис.1.1.

Рис. 1.1 Технологическая схема котельной

PД — регулятор давления P1; Рt — регулятор температуры T2; РР — регулятор расхода сетевой воды (в обход котлов); К-1+К-3 — котлы ДКВр 10/13; К-4+К-5 — котлы ДКВр 6,5/13; ЭК-1+ЭК-5 — экономайзеры; СН — сетевые насосы; ПН — аварийный подпиточный насос; 1, 2 — точки подключения трубопровода — перемычки, стрелками показаны: точки замера температуры; и узлы учета расхода сетевой воды и тепловой энергии.

Котельная обладает единым контуром с потребителем.

Принцип действия котельной

Подвод газа осуществляется по газовым трубам, напрямую в здание. Газ поступает на запальное устройство. После его поджога производится открытие газовой заслонки. Тем самым происходит воспламенение основной горелки. Во время процесса сжигания топлива в топочной части котла происходит выработка тепловой энергии, которая передается теплоносителю — воде, циркулирующей через теплообменник котла.

Теплоноситель циркулирует по единому контуру при помощи циркуляционных насосов, расположенных в трубопроводе обратной воды. После нагрева в секциях котлов, вода переходит в прямой трубопровод и отправляется к потребителю. Проходя по отопительным контурам потребителя, теплоноситель отдает тепло и остывает, после чего по обратной линии подается в котел для повторного нагрева.

Полная информация характеристик установленных котлов представлена в табл. 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1. Работа котлоагрегата ДКВр-10/13 ст. №1 (рег. № 11995), установленного в котельной на природном газе с теплотой сгорания 8100±50 ккал/м³

Таблица 1.2. Работа котлоагрегата ДКВр-6,5/13 ст. №1 (рег. № 11995), установленного в котельной на природном газе с теплотой сгорания 8100±50 ккал/м³

Также, достоверную информацию о рабочих характеристиках котлов ДКВр-6,5/13 и ДКВр-10/13 можно увидеть на графиках работы котлоагрегатов, рис.1.2 — рис.1.5.

Рис.1.2 Соотношение газ-воздух котла ДКВр-6.5/13

Рис.1.3 Топливо-Производительность

Рис.1.4 Паропроизводительность и теплопроизодительность котла ДКВр-10/13

Рис.1.5 Соотношение газ-воздух горелок ГМГ-5М котла ДКВр-10/13

Низкий уровень автоматизации является недостатком данной котельной. Регулирующая арматура расположена в труднодоступных, сильнозагрязненных местах и обладает недостаточным качеством для долгосрочного использования.

В основе автоматизации котельной лежат щиты, установленные и разработанные конструкторским бюро «Агава». Каждый из котлов управляется шкафом КИП и А с установленным в нем:

— контролером АГАВА 6432.20;

— индикаторами АДИ-0.1 или многопредельными измерителями давления газа, воздуха, разрежения АДН, АДР;

— сенсорной панелью оператора диагональю 10 дюймов для индикации сигналов от аналоговых и дискретных датчиков на мнемосхеме котла и в табличном виде, ведущей архив аналоговых параметров котла;

— индикаторами положения исполнительных механизмов АДИ-01.7 и тумблеров дистанционного управления регуляторами котла;

— блоками питания, устройством защиты от импульсных перенапряжений для питания модулей контроллера и приборов автоматизации;

–клеммными соединителями для подключения внешних устройств

На рис.1.6 приведена схема устройства котла, на которой видны основные рабочие узлы котла, топочная камера, верхний и нижний барабан.

Рис. 1.6 Схема котла ДКВр-10/13

На рис.1.7 приведено фото сенсорной панели оператора для индикации сигналов датчиков и отслеживания текущих параметров системы.

Рис. 1.7 Сенсорная панель оператора «Агава»

На Рис. 1.8 представлено изображение рассматриваемой котельной.

Рис. 1.8 Котельная с котлами ДКВр

На Рис 1.9 представлены резервуары для мазута

Рис.1.9 Мазутные резервуары резервного питания

1.2. Описание технологического процесса

Газообразное топливо по топливопроводам котельной поступает на форсунки. По мере выхода из них, под давлением сгорает в виде факела в топочной камере.

Вода нагревается в котлах за счет сгораемого внутри топки топлива. Температура нагрева теплоносителя зависит от количества сжигаемого газа. Через трубопровод прямой воды теплоноситель уходит к потребителю. Вода снова возвращается к котлам благодаря циркуляционным насосам, которые располагаются в трубопроводе обратной воды. Для компенсации роста давления в контуре при тепловом расширении воды к трубопроводу присоединен расширительный бак. В случае непредвидимого перекрытия одного из потребителей, в следствии повышение давления воды в системе, бак способен предотвратить срабатывание автоматической защиты.

Для компенсации потери воды в контуре, на участке перед циркуляционными насосами, через нормально закрытый клапан, присоединен трубопровод подпитки, использующий холодную городскую воду. Подпитка поступает в контур самотеком, так как давление в обратном трубопроводе ниже, чем в сети городского водоснабжения. Вследствие этого, на постоянной основе подпиточный насос не используется. Он применяется лишь в случаях просадки давления городской воды.

Регулирование температуры воды на выходе из котла осуществляется воздействием на расход газа, подаваемого на горение, вручную, шиберной задвижкой.

Заданное давление воды в системе поддерживается воздействием на клапан подпитки.

Регулирование разрежения в топке котла осуществляется в ручную изменением степени открытия двух шиберных заслонок.

1.3 Регулирующая арматура котельной

Регулирующая арматура — это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для регулирования параметров рабочей среды. В понятие регулирования параметров входит регулирование расхода среды, поддержания давления среды в заданных пределах, смешивание различных сред в необходимых пропорциях, поддержание заданного уровня жидкости в сосудах и некоторые другие.

Выполнение всех своих функций регулирующая арматура осуществляет за счёт изменения расхода среды через своё проходное сечение. Она необязательно должна полностью перекрывать поток рабочей среды. Для одновременного выполнения функции перекрытия и регулирования существует комбинированный вид — запорно-регулирующая арматура. Следует также отметить, что использование для регулирования запорной арматуры нежелательно, так как вследствие большой скорости рабочей среды, образующейся при дросселировании, детали запорных органов быстро изнашиваются, в результате чего арматура становится непригодной для дальнейшей эксплуатации.

Основными параметрами арматуры являются пропускная способность, диапазон регулирования и относительная утечка.

Для регулирования давления газа применяются поворотные газовые заслонки. Благодаря конструктивным особенностям, они имеют хорошую герметичность на всех температурных режимах вплоть до 600°С, не склонны к заклиниванию, обладают малым газодинамическим сопротивлением (коэффициент сопротивления 0,1). А главное, имеют проектный срок службы до 20 лет. Диаметр и тип заслонок подбирается согласно давлению газа при максимуме работы котла. Пример поворотной газовой заслонки компании «Гидротермаль» представлена на Рис. 1.10.

Рис. 1.10 Поворотная газовая заслонка

Для регулирования разрежения применяются поворотные затворы и заслонки. Высокая температура дымовых газов способствует необходимой установки арматуры с рассчитанной на работу в условиях высоких температур.

На Рис. 1.11 представлен поворотно-дисковый затвор французской компании «Socla S.A.S.». В англоязычных странах дисковые затворы носят название «butterfly valve»из-за схожести затвора с бабочкой.

Рис. 1.11 Поворотный дисковый затвор

Для регулирования давления воды в закрытом контуре применяются электромагнитные клапана, нормально закрытые. Выбор осуществляется с учетом расхода и давления воды внутри контура. На Рис. 1.12 в качестве примера представлен нормально-закрытый быстродействующий клапан серии М15-1 компании «Madas».

Рис. 1.12 Электромагнитный клапан, исполнение"нормально закрыто"

Большинство современной арматуры поворотного типа могут поставляться с уже предустановленным ИМ, подобранный заводом-производителем или поставщиком.

1.4. Типовое применение арматуры в контурах регулирования

Для регулирования технологическим процессом применяются различные типы арматуры. Ввиду невысокого давления воды и газа, установка сложной и дорогостоящий арматуры для регулирования не имеет смысла. Вследствие этого применяется недорогая и простая арматура.

В контуре осуществляется периодическая подпитка для компенсации естественных потерь. В основном, для этого используются относительно дешевые нормально-закрытые соленоидные электромагнитные клапана диаметром до ДУ (условный проход) 40мм. Обязательным условием использования такого типа клапана является установка перед ним фильтра грубой очистки воды. Питание на катушку клапана поступает от блока подпитки.

Конец ознакомительного фрагмента.