Контур предназначен для восполнения утечек теплового агента (подпитки сети). Его передаточная функция по управляющему воздействию нелинейна по той же причине, что и для сетевого насоса – вследствие квадратичной взаимозависимости напора и частоты вращения электропривода. Коэффициент передачи Кобр также зависит от температуры, влияющей на давление в замкнутом трубопроводе с постоянным объемом воды. Возмущающим воздействием на Нобр является также давление в напорном трубопроводе Н. В стационарном режиме внешние возмущающие воздействия приводят к медленным процессам изменения давления, длительность которых измеряется минутами.

4. Контур регулирования температуры воды на входе в котлы

Передаточные функции этого контура отражают гидравлические процессы в узле соединения трубопроводов. Расход в линии рециркуляции Qрец и разность напоров Нрец и Нс связаны нелинейной функцией Фгидр, содержащей изменяющееся общее гидравлическое сопротивление параллельно включаемых котлов. В общем случае эта функция – колебательная с быстрым затуханием процесса.

Температура воды на входе в котлы Твх является функцией смешения двух потоков жидкости с разной температурой. Функция смешения одновременно зависит и от объемов потоков и от изменяющихся независимо одна от другой их температур Тк и Тобр, что свидетельствует о неопределенной нелинейности. Как в случае измерения температуры сетевой воды, постоянной времени, наиболее влияющей на процесс регулирования, является постоянная датчика температуры, составляющая примерно 10 сек.

Исполнительным механизмом служит рециркуляционный насос с регулирующим клапаном (или регулируемым электроприводом) и являющийся апериодическим звеном с постоянной времени примерно 3-5 сек, устанавливаемой преднамеренно для исключения резких изменений суммы расходов Q.

5. Контур регулирования расхода воды через котлы

Контур включает в себя регулирующий клапан с нелинейной функцией, определяющей расход в зависимости от угла открытия и перепада давления на его входе и выходе, определяемой из паспортных характеристик, а также функцией интегрирования угла открытия по управляющему воздействию. Как правило, длительность полного открытия клапана составляет примерно 63 сек, т.е. постоянная времени составляет примерно 20 сек. Именно эта постоянная является определяющей и учитывается при построении системы регулирования. Для обеспечения устойчивости и исключения колебательности внешнего контура необходимо встраивать внутренний контур регулирования угла открытия клапана со своей передаточной функцией Фрег.

Из анализа следует, что все объекты локальных контуров связаны между собой и являются нелинейными, а постоянные времени передаточных функций некоторых из них определяются собственными постоянными времени исполнительных механизмов.

Зачастую трудно определить прямые показатели состояния теплопотребляющих объектов, пригодных для задачи регулирования выходных показателей регулирования ТЭС. Тем не менее, можно принять, что наиболее приемлемым способом регулирования будет упреждающее изменение выходных показателей ТЭС.

Обычно для регулирования применяют изменение числа включенных горелок, котлов, сетевых насосов. Вследствие нелинейности объекта регулирования и значительных постоянных времени апериодических звеньев такой способ не практике реализуется с помощью режимных карт и температурных графиков, составленных на основе опыта многолетней эксплуатации.

6. Контур регулирования температуры сетевой воды

При построении САУ температуры сетевой воды используется проверенный практикой способ управления – задание на температуру формируется по основному возмущающему воздействию Твозм и линеаризованному температурному графику, заложенному в АСУ ТП.

7. Контур регулирования давления воды в напорном трубопроводе

Контур предназначен для стабилизации напора Нс независимо от расхода в теплопотребляющем агрегате, температуры или других характеристик. При этом необходима стабилизация перепада давления в напорном и обратном трубопроводе, но давление в обратном трубопроводе стабилизируется самостоятельным контуром регулирования, поэтому, с целью исключения колебательности, целесообразно осуществлять регулирование по величине Нс.

В процессе работы ТЭС формируется практически стационарный процесс с медленно изменяющимися характеристиками, поэтому требование быстродействия пока не учитывается (за исключением устройств аварийной отсечки). Инструкциями по эксплуатации рекомендуется плавное, пошаговое воздействие на регулируемые показатели с визуальным контролем результатов. Это обусловлено как динамическими качествами запорно-регулирующей арматуры, полное время изменения состояния которой по критерию «открыто -закрыто» составляет десятки секунд, так и порядком ввода в работу насосного оборудования – пуск на закрытую задвижку и последующее ее открытие. К контурам и системе регулирования в целом дополнительно предъявляются следующие требования:

– Отработка управляющих и возмущающих воздействий без перерегулирования и отсутствия колебаний или при быстром их затухании.

– Окончание колебательного процесса с установлением новых заданных показателей за время, удобное для визуального контроля (до 5 мин).

В этих условиях передаточной функцией обычно выбирают для регуляторов всех контуров регулирования пропорционально – интегрирующее или интегрирующее звено, с предпочтением интегрирующему звену, поскольку нет необходимости в компенсации постоянных времени объекта регулирования. Регулирование без статической ошибки является важным условием функционирования теплопотребляющих агрегатов. При наладке регуляторов и выборе параметров регуляторов ориентируются на наибольшую постоянную времени объекта в контуре регулирования.

ПОРЯДОК ВЫБОРА КЛАПАНОВ ДЛЯ КРИТИЧЕСКИХ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Выбор клапанов основывается на анализе критических контуров регулирования в соответствии с технологической схемой и проводится в следующей последовательности:

1. По результатам анализа технологической схемы выделяются контуры, где небольшие изменения параметров на входе приводят к непропорционально большому или малому изменению параметров на выходе. Эти контуры рассматриваются отдельно, и для них производится специальный выбор клапанов, способных работать в таких условиях.

2. Клапаны для этих контуров рассчитываются по специализированной программе расчета типа Neprof, Сonval и др.

3. Далее проводится их оптимизация для конкретных контуров регулирования в соответствии с особенностями работы контура и заданием от системы АСУ ТП.

3. Типовые схемы установки поворотной арматуры в технологических схемах

3.1. Черная металлургия

3.1.1. Клапаны пневмотранспорта флюса

Технологический процесс

В кислородно-конвертерном (кислородном) сталеплавлении, кислород сочетается с

углеродом и другими нежелательными элементами, ликвидация этих загрязнений из

расплавленной заготовки и преобразует его в сталь. Известь и плавиковый шпат помогают

унести примеси, в виде плавающего слоя шлака.

Рис. 3.1. Установка клапанов в технологической схеме пневмотранспорта кокса [3]

Q-Bop Flux Система впрыска

Номер модели и описание:

А. 4 "Wafer- sphere клапан с приводом VPVL

B. 8 "Wafer-sphere клапан с приводом VPVL

С. 3 "73050

D. 6 "73050 с М. А. приводом

Е. 2 "73050

F. 2 "73050 с приводом VPVL

G. 3 "73050 с приводом VPVL

I. 3 "73050

J. 6 "MA 73050 привод

К 8 "73050 с М. А. приводом

L. 8 "73050 с приводом VPVL

М. 4 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

правление потоком азота

N. 6 "73050 с приводом VPVL

О. 3 "73050 с приводом VPVL

P. 6 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

Q. правление потоком кислорода

Вопрос 6 "73050 с приводом VPVL

R. 8 "73050 с приводом VPVL

S. 2 "73050 с Quadra-Power приводом и позиционером

Управление потоком кислорода

Т. 6 "73050 с М. А. приводом

U. 10 "73050 с М. А. приводом

V. 6 "73050 с VPVL приводом.

3.1.2. Клапаны гидравлики, обеспечения воздухом и водяного охлаждения прокатного стана

Технологическая схема показана на рис.3.2.

Рис. 3.2. Схема установки арматуры в системе водяного охлаждения прокатного стана [3]

Рис. 3.3. Схема установки клапанов в гидравлической системе прокатного стана [3]

Технологический процесс

Функция прокатного стана – превращение стальных отливок или болванок в специфичную прокатную стальную продукцию. Некоторые вспомогательные операции, выполняемые основным прокатным станом, включают нарезку заготовок конкретной длины, обрезку, которая включает отрезание небольших кусочков с концов каждой заготовки с их последующей утилизацией, а также сбор и

сортировку отходов при выполнении данной операции. Три (3) формы заготовок, которые производятся на основном прокатном стане – это блюмы, слябы и заготовки. Блюмы обычно имеют круглую, квадратную или почти квадратную форму, в то время как слябы продолговатые, тонкие и относительно широкие. Заготовки имеют квадратную форму и имеют меньшее поперечное сечение, чем блюмы. В гидравлической системе для прокатного стана используются насосы и регулирующие клапаны для работы гидравлических цилиндров, выполняющих операции расстановки и подъема аналогично системе подачи воздуха. Жидкость для охлаждения подшипников используется в

большинстве вращающихся с высокой скоростью узлов, таких как насосы и вентиляторы, обеспечивая эффективную работу подшипников.

Номер модели и описание:

A. Отсечной клапан ½ дюйма – 2 дюйма 351

B. Электрический клапан с приводом EL 1 дюйм 9FB-2236XT с приводом EV/ER

3.1.3. Клапаны подачи кислорода в конвертер и печи

Схема установки клапанов для подачи кислорода в конвертер и печи показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема установки клапанов для подачи кислорода в конвертер и печи [3]

Технологический процесс

В кислородном конвертере производится сталь путем смешивания расплавленного железа и стального лома, при нагревании и обдуве кислородом.

Номер модели и описание:

A. Кислородная отсечка – 730S

B. Автоматическая отсечка – 730S с системой Quadra-Powr®

C. Редукционный клапан 210 фунтов/кв. дюйм/

180 фунтов/кв. дюйм; 85 F 730S с VPVL

D. Клапан сброса давления

Е. Клапан регулирования потока

F. Предварительный нагрев 750-3000 стандартных куб.футов/мин

G. Рабочий и резервный 7000-14000 стандартных куб.футов/мин

730S с системой Quadra-Powr® и позиционером

FE. Блокировочный клапан элемента потока –210II36TT (600#), размер обычно от ¼ дюйма до 1 дюйма

PE. Блокировочный клапан элемента давления –210II36TT (600#), размер обычно от ¼ дюйма до 1 дюйма

3.1.4. Клапаны дегазации

Схема установки арматуры в устройствах дегазации показана на рис.3.5.

Рис. 3.5. Схема установки арматуры в устройствах дегазации [3]

Технологический процесс

Дегазация – это способ, применяемый в процессе производства

стали для удаления газов (водорода, кислорода и азота), которые поглощаются жидкой сталью из атмосферы и из составляющих ее компонентов сырья.

Номер модели и описание:

A. 1/4 дюйма 351

B. 3/4 дюйма 351

C. 1 дюйма 351

D. 1/2 дюйма 9FB2236XT / VPVL

E. 2 дюйма 7150 31-2236XT W/VPVL

F. 1/2 дюйма 351

3.1.5. Клапаны охлаждения роликов МНЛЗ

Схема установки арматуры в системах охлаждения роликов МНЛЗ показана на рис.3.6.

Рис. 3.6. Схема установки арматуры в системах охлаждения роликов МНЛЗ [3]

Технологический процесс

При непрерывной разливке стали расплавленная сталь превращается в ленты формованной стали.

Номер модели и описание:

A. Клапан регулирования расхода – Клапан Wafer sphere размером 6 дюймов с приводом VPVL и непосредственно установленным соленоидом

B. Устройство выборки мертвого хода размером 3/8 дюйма

C. Клапан Wafer sphere

D. Клапан регулирования потока – Клапан Wafer sphere размером 6 дюймов с приводом VPVL и непосредственно установленным соленоидом

E. Клапан выборки мертвого хода размером 1 дюйм

F. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

G. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

H. Клапан выборки мертвого хода размером 2 дюйма

I. Клапан выборки мертвого хода размером 1/2 дюйма.

3.1.6. Клапаны регулирования испарительного охлаждения

Схема установки арматуры для регулирования испарительного охлаждения показана на рис.3.7.

Рис. 3.7. Схема установки арматуры для регулирования испарительного охлаждения [3]

1, 2, 3 -охлаждаемые детали: 4 – бак-сепаратор пара; 5 – система питающих труб, 6 – регулировочные вентили, 7 – система труб, отводящих пароводяную эмульсию; 8 – коллектор пара: 9 – выпуск пара в атмосферу; 10- дозатор и – подвод добавочной воды

Технологический процесс

При испарительном охлаждении тепло от нагретых элементов печи отводится водой, нагревающейся до образования пароводяной эмульсии. При этом используется скрытая теплота парообразования, т.е. тепло, отбираемое охлаждающей водой, затрачивается на ее испарение. В холодильники печи подается вода, освобожденная от солей жесткости и лишенная коррозионных свойств. Получаемый пар используется на технологические нужды производства.

КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ АРМАТУРА В ПРОЦЕССАХ МЕТАЛЛУРГИИ

ПРОИЗВОДСТВО ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

С поверхности горячекатаной полосы окалина удаляется путем непрерывного или периодического травления растворами серной или соляной кислоты. После травления полоса проходит нейтрализацию щелочным раствором, затем горячей водой. Травильный раствор подогревается паром до 80-90^оС. Отсасываемый из травильного отделения вентиляционный воздух, содержит 2,5-2,7г\м² паров соляной кислоты.

3.2. Цветная металлургия

Кроме рассмотренных случаев, применение поворотных клапанов в металлургии имеет свои особенности. В частности, количество сред, обладающих коррозионными и абразивными свойствами в них значительно выше, чем в черной металлургии. Значительно выше количество пульп, суспензий, шламов. Агрессивность сред и стойкость материалов современной поворотной арматуры Jamesbury приведена в приложении.

Для применения в условиях агрессивных пульп и суспензий применяются как специальная, так и модифицированная арматура. Для простоты свойства пульп и суспензий необходимо разделить на несколько подвидов:

– Коррозионные среды без абразивов (например, Электролиты)

– Коррозионные среды с мягкими абразивами

– Коррозионные среды с твердыми абразивами

– Нейтральные среды с абразивами.

Поворотные клапаны широко используются для 1 и 2 групп, где воздействие на клапан и находящийся под постоянным воздействием среды затвор является минимальным.

Основным фактором, ограничивающим применение и срок службы арматуры в условиях коррозионного воздействия, является стойкость материала арматуры. Задача осложняется тем, что в металлургии химически активные среды часто содержат абразивы. Так, например, значительной абразивностью обладают отработанные электролиты никелевой промышленности.

Для работы в условиях агрессивных сред применяют наиболее коррозионно-устойчивые материалы, в частности титановые сплавы. Они хорошо стоят в условиях серной кислоты, где их стойкость выше по отношению к нержавеющей стали в 15-25 раза. Учитывая высокую стоимость и больший вес титановых задвижек, они часто заменяются титановыми поворотными заслонками.

3.2.1. Применение поворотной арматуры в производстве алюминия

Специфические среды глиноземного производства составляют пульпы, шламы и суспензии с высокой щелочностью и абразивностью и склонностью к образованию на мокрых поверхностях твердых отложений, поскольку алюминаты способны разлагаться с образованием нерастворимых соединений, таких как гидроокиси и алюмосиликаты. Плотность рабочих сред составляет 1300-1700кг/м³. Температура – от 80 до 300^оС и рабочее давление 0,8-12МПа.

Основная часть аппаратов включена в непрерывный многозвенный технологический процесс, работающий круглосуточно. В таких условиях ненадежная работа арматуры приводит к большим непредвиденным остановам и потерям. Основные среды глиноземного производства приведены в табл. 3.1.

Табл. 3.2. Рабочие среды глиноземного производства

*окончательный выбор определяется расчетом.

Используется арматура диам 100-400мм, с обычным сроком использования на пульпах не более 6 мес и на чистых средах до 5-6 лет.

3.2.2. Применение поворотной арматуры в производстве никеля

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ

В настоящее время в промышленности применяется до 3000 сплавов никеля с различными металлами. Наибольшее потребление никеля составляют жаропрочные и нержавеющие стали – до 30-50%, конструкционные стали 10-15%. сплавы на никелевой основе 16-20%, гальванические покрытия и никелирование 10-18%, чугунное и стальное литье, литые жаропрочные и немагнитные сплавы –10-12%, прочее, посуда, катализаторы, электроника и др. 8-10%. В настоящее время перерабатываются 2 основных типа руд, различающиеся по химическому составу и свойствам.

– Окисленные руды, характерен огневой метод получения никеля из руды, в основном за рубежом

– Сульфидные в основном медно никелевые руды, с обязательным присутствием кобальта, металлов платиновой группы, (платина, палладий, родий, рутений, осмий, иридий) Переработка на основе флотационного обогащения, (для бедных руд 1-2,5% Ni) характерны для РФ.

Состав продуктов обогащения приведен в табл. 3.3.

Табл. 3.3. Состав продуктов при обогащении медно никелевых руд

Для извлечения никеля используют пиро и гидрометаллургические процессы

Окисленные руды при их переработке получают огневой никель для применения в черной металлургии, с небольшим рафинированием и очисткой от основных примесей (Fe, Cu, Co, S) в течение всей многостадийной обработки с получением марки Н3, Н4, по ГОСТ 849-70.

Сульфидные руды – требуют обязательного разделения меди и никеля с обязательным окончательным электролитическим рафинированием чернового металла. Получают никель высших марок вплоть до Н-0 с содержанием никеля не менее 99, 99% с извлечением до 14 ценных компонентов. Уровень производства и потребления клапанов отвечает более высоким требованиям.

Рабочие среды никелевого производства

Рабочие среды никелевого производства приведены в табл. 3.4.

Табл. 3.4. Рабочие среды никелевого производства

2. ОСНОВНЫЕ КОНТУРЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ РУД

1. Флотационное обогащение – с разделением на пирротиновый концентрат, медный концентрат и никелевый концентрат

Основные контуры флотационного обогащения – контуры подачи концентрата, добавки воздуха, пенообразователей, диспергентов, коагулянтов и т.п., отвода пены и шламов, циркуляционные схемы

Требования к процессу

Для эффективной работы флотоустановок должны соблюдаться следующие требования к регулированию процесса:

– рН оборотной воды должен поддерживаться на оптимальном уровне.

– Дозировка реагентов должна поддерживаться на стабильно постоянном и правильном уровне.

– Давление подаваемой воды должно поддерживаться на постоянном уровне и регулироваться в соответствии с требованиями процесса наиболее точно.

При несоблюдении требований потери и нестабильность процесса увеличивается.

Дополнительными требованиями являются использование контуров регулирования с широкими расходными характеристиками, что важно для воздуха, потребляемого в объеме до 50% от объема очищаемого раствора

Переработка никелевого концентрата имеет следующие процессы: плавка на штейн, завалка в печи, добавка флюса отвод газов, обработка шлака.