Автоматическое регулирование уровня в парогенераторе 3 блока КАЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

парогенератор трубопровод жидкость газ

Возможность энергетики народного хозяйства упорно возрастает. Она возникает вследствие концентрации мощностей в линиях электропередачи и на электростанциях, централизации электроснабжения, экономному и комплексному применению энергетических ресурсов, использованию, а также разработке новейших источников энергии.

Трудоемкие процессы, связанные с производством и распределением тепловой и электрической энергии, на современных АЭС, в основном механизированы, и труд человека состоит в том, чтобы управлять машинами, механизмами и установками (перемещать регулирующие органы, включать или отключать оборудование и т. п.) и наблюдать за их работой непосредственно или по измерительным приборам.

Однако механизация круглосуточно работающего энергетического оборудования не избавляет человека от утомительного и однообразного труда по управлению основными и вспомогательными установками АЭС, а что самое главное, не гарантирует их надежной и экономичной работы даже при высокой квалификации эксплуатационного персонала. Это обусловило большое развитие автоматизации в современной энергетике.

Автоматизацией механизированного производства называют управление машинами, механизмами и установками, а также контроль за их работой с помощью специальных устройств (измерительных приборов, автоматических регуляторов и вычислительных машин) при ограниченном участии человека или без него. Атомная энергетика, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложение методы теории и новые технические средства автоматического управления.

Автоматизация систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) - это АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления.

Курсовой проект рассматривает вопросы автоматического регулирования уровня в парогенераторе 3 блока КАЭС.



1. Краткое описание объекта регулирования

1.1 Описание парогенератора

Парогенератор типа ПГВ - оборудование машинного зала АЭС, используется в реакторе типа ВВЭР 440 на турбинах К-220-44-3.

Парогенератор -- теплообменный аппарат для производства водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты первичного теплоносителя, поступающего из ядерного реактора.

Таблица 1. Характеристики парогенератора ВВЭР-440

Наименование параметра	Численное значение
Электрическая мощность на один ПГ, МВТ	73,3
Производительность ПГ, кг/с	125.5
Температура теплоносителя на входе (выходе) ПГ, °C	301/268
Температура питательной воды, °C	226
Давления, температура насыщения пара, МПа/°C	4,7/259
Внутренний диаметр корпуса, мм	3210
Давление теплоносителя, МПа	12,5

Пар образуется в шести парогенераторах. Парогенератор ПГВ-213 предназначен для выработки сухого насыщенного пара давлением Р = 4.7 МПа с температурой 260 °C в составе атомной электростанции с водоводяным энергетическим реактором ВВЭР-440 и является составной частью циркуляционных петель реакторной установки. Принцип работы ПГ заключается в непрерывной выработке пара путем подогрева и испарения питательной воды второго контура за счет тепловой энергии, получаемой при работе реактора. В схеме АЭС парогенератор является одним из главных элементов, поскольку в нем осуществляется производство рабочего тела - водяного пара. В то же время ПГ является как бы связующим звеном между первым и вторым контурами (Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора в результате деления ядер урана U235, переносится теплоносителем по шести трубопроводам в шесть ПГ, где передается кипящей воде, находящейся под меньшим давлением, и расходуется на подогрев воды до температуры кипения и генерацию пара, после чего охлажденный теплоноситель по шести трубопроводам циркуляционными насосами возвращается в реактор). Расход теплоносителя через ПГ определяется следующим условием: на одну петлю реактора - один ПГ. Для реактора типа ВВЭР-440 оптимальное количество петель - шесть. Это определяется конструкцией корпуса реактора (расположением входных и выходных патрубков в корпусе) и допустимыми гидравлическими параметрами систем трубопроводов и внутрикорпусных устройств. С уменьшением числа петель снижается стоимость реакторной установки, но при этом возрастают внутренние диаметры трубопроводов первого контура, что усложняет их приварку к корпусу реактора. В ПГ предусмотрена непрерывная и периодическая продувки для обеспечения необходимой чистоты пара.



Рисунок 1. Парогенератор блока АЭС с реактором ВВЭР-440: 1 - корпус; 2 - пучок труб теплопередающей поверхности; 3 - штуцера уровнемера; 4 - жалюзийный сепаратор; 5 - коллектор сухого пара; 6 - воздушник; 7 - лаз; 8 - штуцер непрерывной продувки; 9 - раздающий коллектор питательной воды; 10 - штуцер периодической продувки; 11 - опорные стойки; 12 - верхняя часть опоры; 13 - входной раздающий коллектор теплоносителя; 14 - трубка воздушника коллектора; 15 - трубка отвода утечек; 16 - крышка коллектора; 17 - крышка люка; 18 - патрубок входа питательной воды; 19 - выходной собирающей коллектор теплоносителя

1.2 Определение динамических характеристик объекта

С точки зрения регулирования уровня парогенератора не обладает свойствами самовыравниванием, поэтому его динамические свойства описываются в следующей передаточной функции:



[1.1]

где - динамические свойства объекта.

[1.2]

где - запаздывания, равно 63с

b - 2800м

- выходное воздействие, равно 5 % УП

=8.92

- коэффициент интегрирующего звена, равен 8.92

Данные динамических характеристик определяются по кривой разгона (рисунок 2).



2. Обоснование выбранной схемы автоматического регулирования

2.1 Общее положение о функциональной схеме

Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации.

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

Технологическое оборудование и коммуникации при разработке функциональных схем должны изображаться упрощенно, без указаний отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Однако изображенная таким образом технологическая схема технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображают условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784-70.

Детали трубопроводов, арматуры, теплотехнические и санитарно-технические устройства и аппаратура показывает условными обозначениями по ГОСТ 2.785-70.

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показывается в соответствии с ГОСТ 21.404 - 85.



2.2 Обоснование выбранной схемы регулирования

Уровень в парогенераторе необходимо регулировать, так как подъем уровня воды может привести к увеличению влажности пара поступающего в турбину. Снижение уровня может привести к оголению верхней части трубной системы, это приведет к снижению поверхности теплообмена к увеличению температуры воды на входе в реактор к росту температуры пара, а так же к снижению коэффициент полезного действия турбины.

Регулирования уровня в парогенераторе сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подводом питательной воды. В системах регулирования уровня, уровень поддерживается изменениям подачи питательной воды. В стационарных режимах подача питательной воды равно расходу пара на турбину. Например, если увеличить приток теплоты к жидкости при постоянном расходе жидкости то приведет к временному увеличению уровня, а затем падению. При увеличении расхода пара давление в парогенераторе уменьшается. Это приводит к дополнительному вскипанию воды, что увеличивает количество пузырьков пара в воде, а значит, увеличивается уровень.

Эти динамические свойства парогенератора являются неблагоприятным с точки зрения стабилизации уровня, поэтому для поддержания уровня непригодны обычные одноимпульсные схемы.

Рисунок 2. Схема регулирования уровня, трехимпульсная



Определения коэффициента усиления канала по расходу воды устанавливается равным ему коэффициента по расходу пара. Контур регулирования расхода воды малоинерционен и при определении коэффициента усиления по уровню можно считать, что расход воды мгновенно устанавливается равным суммарному значению расхода пара и отклонения уровня.

На рисунке 2 изображена схема регулирования уровня, трехимпульсная. В такой схеме исполнительный механизм питательного клапана 1 управляется регулятором 2, на вход которого подаются сигналы по уровню 3, расходу пара 4 и расходу воды 5. Знаки сигналов, подаваемых на регулятор, выбираются так, чтобы открытие клапана происходило при снижении уровня и расхода воды и увеличении расхода пара. Коэффициенты усиления каналов по расходу воды и пара берутся равными. Поэтому в стационарном режиме эти сигналы уравновешиваются, и нулевой сигнал на входе в регулятор будет только при значении уровня, равном заданному.

Использование 3х-импульсной АСР уровня воды в ПГ с ПИ-регулятором позволяет с импульсами по расходу питательной воды и пара позволяет регулировать объекта с эффектом «набухания». Таким образом, возможно подавление скачкообразных возмущения расходом пара величиной до 18 кг/с без выхода уровня из 50миллимитровой зоны. Возмущения же расходом питательной воды практически любой величины подаваемые на ПГ не приводит к выходу уровня из 50 миллиметровой зоны. При всем этом мы имеем апериодический переходный процесс регулирования уровня со временем регулирования менее чем 200с.

На рисунке 3 изображена структурная схема регулятора, которая состоит из:

- Первичного преобразователя, который предназначен для измерения регулируемой величины и преобразование его в электрический сигнал по току или по напряжению;

- Задающего устройства, которые формируют то значение регулируемой величины или параметра которое стремится получить от технологического процесса;

- Регулятор формирует сигнал отклонения измеряемого значения от заданного и реализует необходимый закон регулирования;

- Блок управления предназначенного для переключения выходных цепей регулирующего блока с автоматического управления на ручное и обратно, и для ручного дистанционного управления регулирующим органом.

- Пусковое устройство, которое обеспечивает необходимое усиление мощности управляющих сигналов, поступающих от регулирующих устройств, при автоматическом управлении или от управляющих устройств, при ручном управлении.

- Исполнительного механизма, который предназначен для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования в соответствии с командными сигналами регулирующих или управляющих устройств. Принцип действия основан на преобразовании электрического сигнала в перестановочное усилие, перемещающее затвор регулирующего органа.

- Указателя положения который, служит для наблюдения за перемещением затвора регулирующего органа. Указатели положения получают информацию от датчиков положения.

Жесткой обратной связи, по положению регулирующего органа предназначена для формирования П-закона, что бы обеспечить устойчивость АСР, что важно при регулировании объекта без самовыравнивания.

Регулирующие органы относятся к энергетической аппаратуре, которая подразделяется на запорную, предохранительную, регулирующую и специальную. Регулирующие органы и устройства позволяющие изменять расход вещества, влияющий на регулируемый параметр.



Рисунок 3. Схема регулирования уровня

На рисунке 3 представлена схема регулирования, на основания этой структурной схемы составляет функциональную схему.



3. Выбор аппаратуры автоматического регулирования

3.1 Общие ГСП

Государственная система промышленных приборов и средств измерения автоматизации создана с целью обеспечения техническими средствами систем контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

В настоящее время ГСП представляет собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность изделий, предназначенных для использования в качестве средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования технологических процессов. ГСП стала технической базой для создания автоматических систем управления технологическими процессами АСУ ТП и производством АСУП в промышленности.

Унифицированный сигнал - это сигнал, который применяют для связи не только датчиков, но и других устройств промышленной автоматики. Все средства измерений и устройства электрической, пневматической и гидравлической ветви, имеют унифицированный входные и выходные сигналы. Информационная, энергетическая и конструктивная сопрягаемость устройств ГСП ускоряет проектирование и изготовление систем автоматического контроля, регулирования и управление в состав оборудования автоматизированного производства.

Существует несколько видов унифицированных сигналов. Унифицированный сигнал по постоянному току и унифицированный сигнал по напряжению постоянного тока.

Достоинство электрических приборов серии ГСП. В первую очередь это высокая чувствительность, точность, быстродействие, удобство передачи, хранения и обработки информации. В АСУ наиболее распространены электрические сигналы связи, достоинствами которых являются высокая скорость передачи сигнала, низкая стоимость и доступность источников энергии, простота прокладки линий связи.

3.2 Выбор сужающего устройства

Для определения расхода, выбираем, диафрагму. Диафрагма предназначена для использования в расходомерных устройствах, измеряющих расход жидкости или газа методом переменного перепада давления.

Диафрагма (рисунок 4) - представляет собой тонкий диск с центральным отверстием, передняя часть которого имеет цилиндрическую форму, переходящую в расширяющихся конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по окружности трубы, или с помощью отдельных отверстии в трубопроводе. Диафрагмы широко применяют на АЭС для измерения расходов жидкости, пара или влажного газа.

Рисунок 4. Диафрагма камерного типа



3.3 Выбор характеристик сужающего устройства

В курсовом проекте в качестве сужающего устройства выбирается диафрагма: Достоинства проста в изготовлении и монтаже, может применятся в широком диапазоне чисел Re. Устанавливают внутренним диаметром от 50 до 500 мм. Неопределенности коэффициента истечения диафрагм меньше, чем Других СУ. Наличие небольшого содержания конденсата практически не сказывает влияние на коэффициент истечения. Недостатки в процессе эксплуатации неизбежно притупление входной кромки диафрагмы, что приводит к дополнительной прогрессирующей неопределенности коэффициента истечения, которая может быть существенной для диафрагм, устанавливаемых Диаметром менее 100мм. Потери на диафрагме выше, чем на других СУ.

ДКС - диафрагма камерная стандартная, устанавливаемая во фланцах с применением промежуточных корпусов - кольцевых камер, на условное давление до 10 МПа. В состав диафрагм ДКС входят плоский диск с отверстием в центре, камеры (плюсовая и минусовая) с патрубками, уплотнительная прокладка. Размеры камер по ГОСТ МИ 2638.

Условный проход Dy: 400мм

Диафрагма выдерживает давление до 10 мПа

Обозначение диафрагмы: ДКС 10-400

ДКС 10 - 400 -А/Б РД50 - 411

Условный проход Dy: 250мм

Диафрагма выдерживает давление до 10 мПа

Обозначение диафрагмы: ДКС 10-400

ДКС 10 - 250 -А/Б РД50 - 411.

Выбор сосудов

В курсовом проекте в качестве сосудов выбирается уравнительные и конденсационные уравнительные сосуды (рисунок 5).

Сосуды уравнительные конденсационные СК предназначены для поддержания постоянства и равенства уровней конденсата в соединительных линиях, передающих перепад давления от диафрагмы к датчикам разности давлений, при измерении расхода пара и воды.

Сосуды уравнительные СУ предназначены для поддержания постоянства уровней в жидкости, в одной из двух соединительных линий при измерении уровня жидкости в резервуарах с использованием датчиков разности давления.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5. Схемы сосудов:

А) уравнительные сосуды

В) Уравнительные конденсационные сосуды



Выбор характеристик сосудов

СК - 4 - 1 - А/Б - сосуд уравнительно конденсационный

СК - 6.3 - 2 - А/Б - сосуд уравнительный

3.4 Выбор датчиков разностей давления

Датчики давления серии Метран-22-АС предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического управления, контроля и регулирования технологических процессов на объектах атомной энергетики.

Приборостроительная промышленность выпускает следующие виды тензопреобразователей разности давления, которые могут использоваться в расходомерах типа:

Сапфир-22ДД

МЕТРАН-ДД

МИДА-ДД

АИР-ДД

Дон-ДД

Сигнал-ДД

Средняя наработка датчиков на отказ с учетом технического обслуживания составляет не менее 150 000 ч или 250 000 ч в зависимости от назначения конкретной модели датчика и класса безопасности ЗНУ или 2НУ соответственно. Средний срок службы датчиков - не менее 17 лет.

Выбор технических характеристик датчиков разности давления

В курсовом проекте выбирается датчик Метран - 22 -ДД.

Метран - 22 -дд - 3494-01 - АС - 02 - МП - t10 - 050 - 25кПА - 10 - 42 - к1/4 - ВБ - ШР - ВИ - кл. безопас. 3 - ту 4272-011 - 12580824

Выбор регулирующего блок

В качестве регулирующего блока можно выбрать:

- «КАСКАД-2»

- «ПРОТАР»

- «ПАССАТ»

- «РЕМИКОНТ»

«КАСКАД 2» имеет много нареканий в работе, поэтому при рассмотрение вопроса о замене было принято решение о переходе на блоки протар.

«ПРОТАР» - программирующее регулирующее блоки «протар» выпуска 1990-1995. Проверка на электромагнитную совместимость показала, что блоки протар не соответствуют требованием электромагнитной совместимости по ГОСТ Р-60746-2000.

Аппаратура «КАСКАДА», «ПРОТАРА» создавалась по устаревшей элементной базе, многие из которых уже не выпускаются, что создает трудности при ремонте.

«ПАССАТ» - комплекс программно аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами «ПАССАТ», предназначенный для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами на энергоблоках атомных станций и других программных объектов.

«РЕМИКОНТ» - контроллер малоканальный многофункциональный регулирующий микропроцессорный.

«РЕМИКОНТ Р - 130» предназначен для построение современных автоматизированных систем управлений технологическими процессами и позволяет выполнять оперативное управление с использованием ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логикопрограммное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защитой, блокировкой и сигнализацией.



3.5 Выбор характеристик регулирующего блока

В курсовом проекте выбирается регулирующий блок «ПАССАТ».

Средства комплекса «ПАССАТ» имеют в своем составе резервные контроллеры. Рабочие и резервные контроллеры изделия работают синхронно. Использование в изделии двух контроллеров обеспечивает резервирование выполняемых функций. В процессе функционирования программные средства регулярно проводят опрос состояние контроллеров с целью определения работоспособности с периодичностью 100мс. Обмен данными между контроллерами изделия и ИВС блока 3 Белоярской АЭС и между контроллерами изделия и стенда осуществляется по интерфейсам Ethernet. Защита аппаратных средств от несанкционированного доступа обеспечивается наличием в шкафу встроенных замков для закрывания дверей с возможностью пломбирования и встроенными датчиками открывания дверей, сигналы которых сохраняются в архиве.

3.6 Выбор блока управления

Блок управления релейного регулятора БУ21 предназначен для применения в схемах автоматического регулирования различных технологических параметров в качестве блоков управления, а также вспомогательных устройств к регулирующим приборам. Обыкновенное исполнение -- ТУ 25.02.1685-74. Экспортное исполнение -- ТУ 25.02.ЭД1.1685-77.

Выбор технических характеристик БУ

Для курсового проекта выбирается БУ-21

Основные характеристики:

- Разрывная мощность - до 25 ВА;

- Габаритные размеры - 60Ч60Ч165 мм;

- Масса - не более 0,6 кг;

- Напряжение - 20...300 В;

- Ток - 0,033...0,6 А;

- Подключение - штепсельный разъем.

3.7 Выбор задающего устройства

Для курсового проекта предпочитаются следующие задающие устройства:

- ЗУ -05

-ЗУ -11

-ЗУ -50

Задающее устройство предназначено для применения в схемах автоматического регулирования различных технологических процессов в качестве выносного токового задатчика, как вспомогательного блока к регулирующим приборам, в том числе и микропроцессорным. ТУ 311-0225542.077-92.

Выбор технических характеристик ЗУ

Для курсового проекта выбирается задающее устройство ЗУ-50

Основные характеристики:

- Потребляемая мощность - не более 5 ВА;

- Габаритные размеры - 80Ч60Ч210 мм;

- Масса - не более 0,7 кг;

- Вид выходного сигнала - 0...5; 0...20; 4...20 мА;

- Подключение - штепсельный разъем.

3.8 Выбор усилителя ПУ

Пусковое устройство обеспечивает необходимое усиление мощности управляющих сигналов поступающих от регулирующих устройств или управляющих устройств.

Пусковое устройство могут быть контактными и бесконтактными.

- усилители типа у21, 22 выпускаемые МЗТА

- пускатели бесконтактные реверсивные типа ПБР выпускаемые ЧЗИМ

- би старт - БСТ -12 Р.

Каждый тип пускового устройства рассчитан на работу в комплекте с определенным типом исполнительного механизма.

Выбор технических характеристик пускового устройства

В курсовом проекте выбирается устройство плавного пуска и торможения и защиты, реверсивной серии «Би Старт - Р» под называнием «БСТ-12Р/380-33».

Устройство плавного пуска, торможения и защиты с микропроцессорным управлением. Предназначено для управление исполнительного механизма, имеющими в составе 3х фазные асинхронные или синхронные двигатели, либо однофазные конденсаторные двигатели.

3.9 Выбор исполнительного механизма

В курсовом проекте предпочитаются исполнительные механизмы типа:

- МЭО

- МЭФ

- АУМА

Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости МЭО и МЭОФ предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического сигнала, поступающего от регулирующего или управляющего устройства, во вращательное перемещение выходного вала.

Основными параметрами, определяющий типоразмер механизма, являются:

- номинальный крутящий момент на выходном валу в N.m (ньютон х метр);

- номинальное значение полного хода выходного органа в оборотах;

- номинальное значение времени полного хода выходного вала в секундах.

Выбор технических характеристик исполнительного механизма

В курсовом проекте выбирается исполнительный механизм типа МЭОФ-250/63-0.25-99

- Номинальный крутящий момент на выходном валу - 250 N.m;

- Номинальное время полного хода выходного вала - 63 сек;

- Номинальное значение полного хода выходного вала - 0,25 об;

- Потребляемая мощность - 240 Вт;

- Масса - не более 27 кг;

Состав механизма:

- электродвигатель синхронный

- редуктор червячный

- тормоз механический

- ручной привод

- фланец

3.10 Выбор указателя положения

Указатель положения получает информацию от датчиков положения, которые устанавливаются в блоке сигнализации положения. Плунжер или ползунок датчика, через систему тяг или кулачков соединяется с валом исполнительного механизма, который жестко связан с механизмом регулирующего органа.

В курсовом проекте представлено три вида УП:

- ДУП - М представляет собой вспомогательное устройство, своеобразный датчик, устанавливаемый в системах управления, регулирования автоматическим способом технологических процессов.

- В12 - вспомогательное устройство аппаратуры каскад 1 и каскад 2, служит для визуального контроля и сигнала рассогласования.

- ИПУ - Указатель положения ИПУ индикация положения рабочего органа исполнительного механизма МЭОК (при условии, если последний снабжен индуктивным либо потенциометрическим датчиком перемещения). Поставляется только для работы с исполнительными механизмами МЭОК.

Размещено на Allbest.ru

...