Автоматическое регулирование малого прямоточного котла

Сообщение **Begimot** » 22 июн 2017, 12:00

Коллеги, кто сталкивался с решением задач автоматического регулирования такого объекта, как паровой прямоточный котел малого расхода?
Некоторые сведения: Паропроизводительность около 10 т/ч; давление на выходе 15 МПа, температура 350 С.
Впрысков нет. На выходе влажный пар заданной сухости. Еще на выходе пара стоит влагомер.

Котел получен без задания на регулирование. Т.е., как конструктор собирался им управлять мне не известно. Но нужно это разгадать.
Т.е. понять, как эффективно управлять расходом топлива и питательной воды. По каким каналам измерения, по какой схеме регулирования.

Известно, что для больших энергетических прямоточных котлов решение задач регулирования - вопрос сложный. Но это совсем маленькая установка. И мне кажется, что тут задача решается не так сложно. Да и регулирования температуры пара нет.

Буду рад любой информации. Спасибо!

Сообщение **hell_boy** » 23 июн 2017, 00:10

Begimot писал(а):давление на выходе 15 МПа, температура 350 С.
Впрысков нет. На выходе влажный пар заданной сухости. Еще на выходе пара стоит влагомер.

При таких P-T пар однозначно будет сухим (перегретым). Поиграйтесь с excel отсюда viewtopic.php?f=154&t=7503#p66524
При T (`C)=350 Давление насыщения Psat=168,55
При Pa (кгс/см2)=150 Температура насыщения Tsat=340,6
X - степень сухости (теоретическая) Больше 1 не бывает

Begimot писал(а):Известно, что для больших энергетических прямоточных котлов решение задач регулирования - вопрос сложный. Но это совсем маленькая установка. И мне кажется, что тут задача решается не так сложно. Да и регулирования температуры пара нет.

Так что в конечном итоге надо регулировать? Степень сухости? Сдается мне, что без впрыска или байпасирования не получится.

Сообщение **Begimot** » 23 июн 2017, 11:20

hell_boy, спасибо за ответ!

hell_boy писал(а): При таких P-T пар однозначно будет сухим (перегретым).

Цифры я указывал приближенно. Уверен, что наши технологи посчитали все как надо. Не буду их проверять.

hell_boy писал(а): Так что в конечном итоге надо регулировать?

Технологи заявляют так:
1. Степень сухости. Она же определяет температуру.
2. Давление пара за котлом.

Они же, технологи, предполагают, что:
1. Степень сухости регулировать нужно расходом топлива на горелку;
2. Давление пара за котлом регулировать изменением давления питательной воды на котел.

Ваше мнение? Логично?

Сообщение **hell_boy** » 24 июн 2017, 23:02

Begimot писал(а):Цифры я указывал приближенно. Уверен, что наши технологи посчитали все как надо. Не буду их проверять.

В теплотехнике не бывает приближенных цифр. 1-2 градуса недобора по температуре - получится гидроудар в худшем случае, или 100-500% переплаты за энергоресурсы - в лучшем.

Begimot писал(а): Технологи заявляют так:
1. Степень сухости. Она же определяет температуру.
2. Давление пара за котлом.
Они же, технологи, предполагают, что:
1. Степень сухости регулировать нужно расходом топлива на горелку;
2. Давление пара за котлом регулировать изменением давления питательной воды на котел.

Интересно, чем меряется степень сухости? Такие приборы есть в природе, но на практике тепловычислителями высчитывается фазовое состояние, и уже от него - энтальпия пара или воды. Насыщенный (водяной) пар - страшный сон теплотехника. Ни один сертифицированный теплосчетчик с ним не справится. Это как в электроэненергетике - переменно-постоянный ток.
1. Технологи предполагают газовое регулирование. Во многих учебниках есть описание газового регулирования температуры-давления пара расходом топлива на горелки, но это - грубое регулирование, более тонкое - именно впрыском воды паровопровод.
2. Паросборник будет? Уровень как в паросборнике регулировать собираетесь?

Сообщение **hell_boy** » 26 июн 2017, 13:12

Begimot писал(а): Буду рад любой информации

Есть германский стандарт VDI/VDE 3506 Blatt 1:1997-11 Feedwater control for once-through boilers in fossil-fired steam power stations. Не панацея, но там описан интересный способ регулирования прямоточного котла на основании вычисления энтальпии пара на выходе. Кстати, можно обойтись без влагомера, измеряя разность между расходом пара после котла и расходом питательной воды на котел.
Подробно в этой работе https://www.vgb.org/vgbmultimedia/331_F ... p-6354.pdf Приложение А

Сообщение **Begimot** » 26 июн 2017, 13:56

hell_boy,

hell_boy писал(а): Интересно, чем меряется степень сухости?

Стоит на хвосте котла какой то прибор, похожий на конденсационный сосуд. К нему датчик давления (или разности давлений) пририсован. Видимо, как то величину сухости преобразуют в столб жидкости и измеряют его высоту. Знаете нечто подобное?

hell_boy писал(а): более тонкое - именно впрыском воды паровопровод.

Впрысков у этого котла нет

hell_boy писал(а): Паросборник будет?

Нет. Сразу из котла подаем в нефтяную скважину. Поэтому, регулирование расхода пара удерживается банально расходом питательной воды

Сообщение **hell_boy** » 27 июн 2017, 09:27

Begimot писал(а):Стоит на хвосте котла какой то прибор, похожий на конденсационный сосуд

Это и есть конденсационный сосуд или паросепаратор. Влагу в паре обсчитывают обычно косвенным методом, по соотношению ионов хлора в воде на входе и на выходе. Могут быть и другие способы.

Парогенераторы - Термические методы повышения нефтеотдачи пластов.pdf

Сообщение **Begimot** » 27 июн 2017, 11:19

hell_boy писал(а): Это и есть конденсационный сосуд или паросепаратор

Вот тут попрошу пояснение. Насколько я понимаю:
1. Конденсационный сосуд - это устройство КИП для обеспечения измерения уровня и т.п.
2. Паросепаратор - устройство на хвосте котла для отделения воды из полученного пара.
У меня на чертеже стоит сноска - ВЛАГОМЕР. Значит, это не паросепаратор?

Сообщение **hell_boy** » 27 июн 2017, 16:16

Begimot писал(а):У меня на чертеже стоит сноска - ВЛАГОМЕР. Значит, это не паросепаратор?

И то, и другое. Лично я сомневаюсь, что сепаратор будет удалять 100% воды в паре, но можно регулировать возвратом/добавкой конденсата степень сухости пара в диапазоне 0,4-0,8.

Cтепень сухости.jpg

Сообщение **petr2off** » 28 июн 2017, 19:03

Добрый день. А какая задача то по регулированию ? Вообще говоря - котел не быстрый объект, постоянная времени у него весьма значительная. Да и датчик вряд ли блещет быстродействием. Управление влажностью через впрыск, это ведь не от лени придумано. Регулирование прямоточного котла вообще не простое дело, и тем более дергать его постоянно плохая идея.

Сообщение **Begimot** » 29 июн 2017, 08:20

petr2off писал(а): А какая задача то по регулированию ?

1. Степень сухости. Она же определяет температуру.
2. Давление пара за котлом

Котел спроектирован для подачи пара в нефтяную скважину. Пределы, в которых нужно удерживать параметры еще не определены. Но, очевидно, что, в отличие от энергетических котлов, тут требования к качеству регулирования будут ниже.

Сообщение **petr2off** » 29 июн 2017, 16:56

Степень сухости однозначно температуру не определяет. Т.е. для до критических есть участок, где степень сухости растет от 0 до 1 и при этом температура постоянна. При сверхкритических параметрах - степень сухости параметр бессмысленный. Я вообще то имел в вижу не качество регулирование, а сам процесс. То что качество регулирования будет плохое - это уже понятно. Даже не факт, что при таких запаздываниях он вообще будет сходится. Возможно нужно будет какую то 2-х контурную схему регулирования делать. Хотя бы на верхнем уровне (я имею в виду ТАУ) сходимость процессов прикидывали ?

Сообщение **Begimot** » 30 июн 2017, 08:46

petr2off писал(а): Я вообще то имел в вижу не качество регулирование, а сам процесс.

Не совсем понимаю. Мне технологи дают объект и говорят - обеспечь сухость и давление за котлом. Расход пара определяется расходом питательной воды. Остальное не важно. Разве это не есть краткая постановка задачи на регулирование?

petr2off писал(а): Хотя бы на верхнем уровне (я имею в виду ТАУ) сходимость процессов прикидывали ?

К сожалению, не владею такими методами. Дайте примерчик, коллега. Буду признателен.

Сообщение **hell_boy** » 30 июн 2017, 11:20

К сожалению, схем автоматизации таких котлов в открытом доступе нет, так как - патенты. Посмотрите рисунки и описание к следующему патенту https://www.google.com/patents/US3353593 О чем я и говорил, такой котел на выходе обеспечивает степень сухости 0,9. После него стоит сепаратор, который доводит степень сухости до 0,98. Удаляемая вода отводится в емкость, от которой запитывается линия добавки воды в пар с целью доведения его до нужной степени сухости ~0,8. Давление регулируется подачей топлива на горелки котла или, если хочется, каскадным регулятором подача питательной воды - подача топлива. Садитесь с технологом и делайте функциональную схему автоматизации.

Функциональная схем.pdf

Сообщение **petr2off** » 30 июн 2017, 12:30

hell_boy - дело говорит, мы правда такой документ называем схемой автоматизации. А если еще конкретнее - для прямоточного котла кипение в трубах - очень неприятный момент. Именно поэтому их стараются делать на закритические параметры. Мне кажется, что в данном случае задача раскладывается на 2 подзадачи:
1-я - это собственно говоря регулирование котла, т.е. обеспечение требуемых параметров давления и температуры при меняющемся расходе, или других возмущениях. Так как параметры около критические, то мы можем иметь имеем плавающую сухость при заданных давлениях и температуре (особенно на переходных режимах). И тут и возникает 2-я задача - типа сторожевого защитного регулятора,который при малой сухости формирует добавочное отклонение, что бы ее уменьшить.

Отправлено спустя 4 минуты 44 секунды:
Пардон, зарапортовался - увеличить.