Совершенствование систем автоматики паровых котлов: залог их надежной эксплуатации

Рассмотрен вопрос использования современных систем автоматизации при эксплуатации паровых котлов, с помощью которых мы контролируем все факторы технологического процесса. Это происходит через измерение основных параметров работы котлоагрегатов и своевременную сигнализацию о сбоях в котельной системе. Тем самым, мы обеспечиваем долговечное и безаварийное функционирование котельных, а также повышаем безопасность технического персонала.

Снижение количества аварийных ситуаций при эксплуатации паровых котлов, одна из главных задач, над решением которой трудятся специалисты многих предприятий. Весь опыт диагностического и эксплуатационного контроля за паровыми котлами, показывает опасность несвоевременной и некачественной диагностики технического состояния котлоагрегатов. Когда же недостаткам в контроле сопутствуют и нарушения правил эксплуатации паровых котлов, то во многих случаях, это приводит к авариям и взрывам [1].

Если перечислить главные причины аварий паровых котлов, то перед нами предстанет следующий список: снижение уровня воды, превышение нормативного давления, нарушение водного режима, дефекты, возникшие при изготовлении и ремонте.

Важно соблюдать очередность технологических операций при наступлении внештатной ситуации. Например, в случае снижения уровня воды в котле, обслуживающий персонал обязан выполнить следующие операции: 1) отключить подачу топлива, 2) отключить аэрацию топки путём выключения дымососа и вентилятора, 3) прекратить продувку, 4) остановить питание котла, перекрыв вентиль питательной линии, 5) перекрыть парозапорный вентиль котла (ГПЗ). Подпитка котла категорически запрещается. Наполнение котла водой с целью определения возможных повреждений при снижении уровня воды и охлаждения барабана котла до температуры окружающего воздуха, можно производить только по распоряжению начальника котельной. К чему же приводит несанкционированное заполнение водой парового котла при его аварийном упуске? Если уровень воды снизился ниже предельно допустимого, прекращается охлаждение экранных труб изнутри и температура их нагрева значительно возрастает. Если при этом, в систему котлоагрегата пустить воду, то она мгновенно перейдет в пар, вызвав резкий скачок давления, что и приведет к взрыву. Некоторые случаи взрыва паровых котлов представлены следующим печальным списком.

Так, 7 февраля 2015 года в Республике Казахстан, в селе Акмол Целиноградского района в отдельно стоящем здании — котельной произошел взрыв котла. В результате произошло обрушение и возгорание стен.

15 февраля 2015 года в Республике Беларусь, в Логойском районе на территории ГУО «Октябрьская СШ» взорвался паровой котел, в результате чего погиб 24-летний местный житель.

20 сентября 2015 года в 21 час 10 минут в котельной ОАО «Теплосервис» (г. Кореновск, Краснодарский край), осуществляющей теплоснабжение Центральной районной больницы, муниципального образования Кореновский район Краснодарского края, произошло разрушение котла КСВа — 2,5Гс и частичное обрушение стен и кровли котельной.

1 октября 2015 года в якутском поселке Батагай Верхоянского района на производственной базе по производству пенополистирола произошел взрыв парового котла, в результате которого погибли три человека

Статистика показывает, что взрывы происходят с настораживающим постоянством. Как же предотвратить внештатные ситуации? В первую очередь необходимо совершенствовать систему автоматики и защиты паровых и водогрейных котлов.

Автоматика котлов должна соответствовать следующим требованиям: 1)наличие достаточного количества блоков контроля герметичности газовых клапанов БКГ; 2) полная автоматизация розжига растопочной группы горелок котлов; 3) установка более совершенных систем автоматики должна быть привязана к существующим частотным приводам, управляющих дымососами и дутьевыми вентиляторами; 4) простота управления [3].

Например, основное управление системой котлоагрегата рекомендуем организовать с применением оборудования компании ОВЕН. Анализируя производственный опыт, можно сказать, что внедрение программируемого логического контроллера ПЛК100, компании ОВЕН, позволяет реализовать следующие задачи автоматизации паровых котлов(например, для котлов ПТВМ-30): 1) автоматическое сопровождение всего процесса розжига котла в строгой последовательности (запуск вентиляция топки, запуск программы контроля герметичности газовых клапанов, запуск продувки газопровода, проверка защиты, розжиг запальника и первой горелки растопочной группы по сигналу оператора, розжиг запальника и второй горелки растопочной группы по сигналу оператора, розжиг последующих горелок, прогрев котла, работа котла); 2) последовательное подключение необходимых элементов защиты; 3) мониторинг надежности автоматики безопасности; 4) фиксирование в памяти ЭВМ первопричины аварии котла; 5) мониторинг исправности регуляторов, модулей ввода/вывода и программируемого логического контроллера ПЛК, с помощью которого управляется котел; 6) контроль за количеством включенных горелок; 7) работа электронного самописца, для контроля заданных параметров котла на ПК оператора.

Если рассматривать проблему автоматизации парового котла типа ДКВР 10/13, то для решения задач автоматизации необходимо использовать сертифицированные отечественные средства автоматизации, которые выполнены на базе контроллера Текон УС ТКМ410 фирмы «ТЕКОН». Системное программное обеспечение предоставляется заводом изготовителем комплектно с контроллером. Предоставление текущей, а также заархивированной информации выполняется на панели оператора V04 фирмы «ТЕКОН». Все средства автоматизации размещаются на автоматизированном месте оператора (АРМ) в виде щита ШУК (шкаф управления котлом). Для сбора информации в микропроцессорную систему используются отечественные датчики со стандартными дискретными и аналоговыми выходными сигналами. Датчики подобраны из соображений экономичности, точности и надежности, и размещаются на общем стативе для удобства эксплуатации. Местный контроль параметров газа, разрежения, воздуха и уровня ведется приборами, установленными на фронте котла.

Автоматизацию безопасности процессов паровых котлов типа ДЕ (ДЕ-4–14ГМ, ДЕ-10–24ГМ, ДЕ-6.5–14ГМ, ДЕ-10–14ГМ, ДЕ-16–14ГМ, ДЕ-16–24ГМ, ДЕ-25–14ГМ, ДЕ-25–24ГМ), которые предназначены для выработки насыщенного и перегретого пара, рекомендуем построить на базе микропроцессорного устройства (контроллера) АГАВА 6432.

Контроллер АГАВА 6432 при работе на газовом или жидком топливе в соответствии с руководством по эксплуатации на котел, федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности, техническими регламентами РФ и ТС в области безопасности, обеспечивает: 1) автоматическую проверку герметичности газовых клапанов, 2) автоматический розжиг горелки котла на газе, 3) полуавтоматический или ручной розжиг горелки на жидком топливе, 4) послеаварийную вентиляцию топки не менее 10 минут.

Защитное отключение горелки наступает при фиксации одного из событий: 1) повышении/понижении давления газа перед горелкой; 2) понижении давления жидкого топлива перед горелкой; 3) понижении давления воздуха перед горелкой; 4) понижении разряжения в топке; 5) повышении уровня в барабане котла выше верхнего аварийного; 6) понижении уровня в барабане котла ниже нижнего аварийного; 7) повышении давления пара в барабане котла; 8) погасании факела горелки или запальника; 9) отключении дымососа; 10) отключении дутьевого вентилятора; 11) прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения.

Кроме реализации всех обязательных защит автоматика, на базе микропроцессорного устройства (контроллера) АГАВА 6432, выполняет: 1)автоматическое плавное регулирование мощности котла по давлению пара в барабане котла или давлению газа на котел; 2) автоматическое плавное регулирование соотношения топливо/воздух путем управления исполнительными механизмом направляющего аппарата вентилятора или частотно-регулируемым приводом двигателя вентилятора; 3) автоматическое плавное регулирование разрежения в топке котла путем управления исполнительными механизмами направляющего аппарата дымососа или частотно-регулируемым приводом двигателя дымососа; 4) автоматическое плавное регулирование уровня воды в барабане котла путем управления исполнительным механизмом регулирующего клапана на подаче воды в котел; 5) коррекцию таблицы соотношения топливо/воздух по содержанию кислорода в отходящих газах или по температуре воздуха поступающего на горелку; 6) управление и защиту котла при работе на резервном жидком топливе.

Для регистрации событий и основных технологических параметров котла в контроллере реализован электронный регистратор.

Систему автоматизации водогрейного котла типа КВГМ, целесообразно строить на базе контроллера КР-300ИШ с «верхним уровнем» управления.

Рассмотрим основные элементы комплекта автоматики на базе контроллера КР-300ИШ, позволяющие эффективно управлять котлом типа КВГМ. Ими являются:

1)     щит программного управления ЩУК, в котором установлены:

          контроллер многофункциональный микропроцессорный КР-300ИШ КГЖТ.421457.001 в составе:

а) блок контроллера БК-Ш-1–1-ХХХ-20–1,5–1 с клеммно-блочными соединителями КБС-72Ш;

б) блок БУСО-Ш-ХХХХ-0–1,5 с клеммно-блочными соединителями КБС-96Ш-1,5;

в) блоки питания контроллера БП-Ш-1–9 и БП-4М;

          измерители температуры и давления 2ТРМ1;

2)     щит исполнительных устройств, в котором установлены:

          автоматические выключатели, коммутационная и защитная аппаратура;

          пускатели бесконтактные реверсивные ПБР-2М;

3)        программное обеспечение «LEONA»;

4)        программное обеспечение «TRACE MODE»;

5)        преобразователи давления с электрическим выходом типа Метран-100, ТСМ-0193, ТСП-0193 и исполнительные механизмы типа МЭОФ-100/25–0,25у-99;

6)        запально-защитное устройство ЗЗУ-4;

7)        отборные устройства импульсов давления воздуха, разрежения в топке, давления воды, а также электромагнитные расходомеры для измерения расхода воды от котла.

Таким образом, используя современные системы автоматизации при эксплуатации паровых котлов, мы контролируем все факторы технологического процесса. Это происходит через измерение основных параметров работы котлоагрегатов и своевременную сигнализацию о сбоях в котельной системе. Тем самым, мы обеспечиваем долговечное и безаварийное функционирование котельных, а также повышаем безопасность технического персонала.

Литература:

1.      Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (приказ Ростехнадзора № 116 от 25.03.2014 г.).
2.      СП 62.13330.2011* Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42–01–2002 (с Изменением N 1)
3.      СП 89.13330.2012 Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35–76. СП (Свод правил) от 30 июня 2012 года № 89.13330.2012
4.      ГОСТ Р 54961–2012 Системы газораспределительные. Сети газопотребления. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация. ГОСТ Р от 22 августа 2012 года № 54961–2012
5.      ГОСТ 21204–97 Горелки газовые промышленные. Общие технические требования (с Изменениями N 1, 2). ГОСТ от 25 апреля 1997 года № 21204–97