Электролизная установка

ВВЕДЕНИЕ

 

Автоматизация – это наука о принципах, методах и средствах построения систем и устройств, позволяющих управлять теми или иными устройствами и их совокупностями без участия человека.

Автоматизация широко используется в электроэнергетике. Под автоматизацией электроэнергетических систем (ЭЭС) понимают их оснащение отдельными устройствами и системами для управления производством, передачей и распределением электрической энергии в нормальных и аварийных режимах без участия человека. Роль автоматики, уровня ее совершенства, исключительно важна для обеспечения надежности ЭЭС.

Ввиду широкого использования электрической энергии абсолютно во всех сферах жизнедеятельности человека выход из строя энергосистемы, нормальная работа которой во многом определяется надежностью автоматики, приведет к негативным, а зачастую и катастрофическим последствиям.

Так, например, из-за нарушений в работе устройств системной автоматики крупнейшей в США энергосистемы CANUSE («Канада – США восточная») 9 ноября 1965 года произошел «развал» энергосистемы. Эту аварию назвали «катастрофой века» – за 11 минут на территории 200 тысяч квадратных километров, где расположены такие гигантские города, как Нью-Йорк, Бостон, Монреаль и другие, полностью отключилось электричество. Остановились электропоезда, тысячи людей застряли в поездах метро в туннелях между станциями, самолеты не могли совершить посадку на «пропавших» в темноте аэродромах, многие остались в лифтах, остановившихся между этажами домов. Убытки, вызванные катастрофой, составили колоссальную сумму – около 100 миллионов долларов. А причиной аварии стало неправильное срабатывание одного из элементов системной автоматики – реле.

Важнейшим показателем совершенства ЭЭС является качество электроэнергии, под которым прежде всего понимается стабильность величины напряжения и его частоты. Отклонение этих параметров от номинальных значений приводит к ухудшению работы потребителей электроэнергии. Так, например, скачки напряжения сверх допустимых пределов и даже кратковременный перерыв подачи электроэнергии (0,01 с) приводят к сбою в работе электронного оборудования. Задачи поддержания требуемой стабильности величины напряжения и его частоты реализуются соответствующими автоматическими системами.

Для повышения надежности электроснабжения широкое применение находят автономные источники электроэнергии в виде дизельных электростанций, газотурбинных установок, установок гарантированного электропитания с использованием различных первичных источников энергии. Их нормальное функционирование также невозможно без автоматических систем управления.

Для контроля и управления режимами источников электроэнергии, обеспечения бесперебойного снабжения потребителей, руководства ликвидацией аварий в энергосистеме создаются службы диспетчерского управления энергосистемой. В настоящее время сложность задач оперативного управления большими ЭЭС приводит к тому, что диспетчер не в состоянии проконтролировать все узловые точки электрической сети и не способен достаточно быстро произвести операции по ее управлению. Поэтому на автоматику возлагаются операции по управлению ЭЭС с требуемой точностью, надежностью и быстродействием, соизмеримым с длительностью электромагнитных и электрических процессов, протекающих в системе.

Итак, главная цель курсового проекта: разработать систему автоматического регулирования, которая должна быть устойчива и обладать современными качествами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1.1 Структурная схема электролизной установки

 

 

 

Рисунок 1.1 – Газосепаратор кислорода

 

Электролизная установка предназначена для получения водорода методом электрического разложения. Водород используется для охлаждения обмоток генераторов. Кислород является побочным продуктом электролиза.

В состав электролизной установки входят два газосепаратора водорода и кислорода, которые предназначены для раздельной обработки производимых водорода и кислорода. Поскольку газы получаются вследствие электрохимической реакции и необходимо обеспечить их постоянный поток, газосепараторы заполняются наполовину электролитом. Плотность водорода и кислорода намного меньше плотности электролита, поэтому они проходят через коллекторы в газосепараторы. Газосепараторы соединены своими нижними частями.

На газосепараторы возложена и еще одна функция – охлаждение горячего электролита. Это достигается с помощью охлаждающих змеевиков, которые установлены на уровне жидкости в газосепараторе. Благодаря очень высокой эффективности системы HYSTAT-А, ее модули обеспечивают минимальный разогрев электролита, однако даже при этом возникает необходимость отвода образующегося тепла.

На обратном пути из газосепараторов в электролизер, электролит проходит через теплообменники, где охлаждается и под собственным весом поступает в нижнюю часть модуля, откуда совершает новый цикл. Охлаждающей средой для теплообменников является чистая питьевая вода, которая подается из системы охлаждения электролита.

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Параметры автоматизации газосепаратора кислорода СЭУ-20

 

Таблица 1.1 – Параметры автоматизации

 

№ п\п	Наименование параметра	Значения уставок						Действие системы управления при срабатывании уставок сигнализации	Действие системы управления при срабатывании уставок  блокировки
		Номинал		Сигнализация		Блокировка
		min	max	min	max	min	max
1.	Уровень электролита в газосепараторе кислорода,          LT_O, мм	160	180	135	220	130	220	Автоматическая      регулировка уровня	Отключение установки со сбросом давления до 100кПа
2.	Уровень электролита в газосепараторе кислорода,          LS O H&L, мм	-	-	-	-	135	210		Отключение установки со сбросом давления до 100кПа
3	Давление в газосепараторе кислорода, PT GS, кгс/см2 / кПа	0,05	10	0,05/ 5	9,6/ 960	0,03/ 30	11/ 1100	Предупредительный сигнал	Отключение установки со сбросом давления до 100кПа

 

1.3 Средства автоматизации газосепаратора кислорода СЭУ-20

 

В средства автоматизации газосепаратора кислорода СЭУ-20 входят: датчик давления Rosemount 2088, сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-5, уровнемер Rosemount 5300, контроллер SLC-500

Rosemount 2088 представляет собой интеллектуальные датчики давления, в которых применяется полупроводниковый сенсор из поликристаллического кремния. Измеряемое давление через разделительную мембрану и заполняющую жидкость передается на измерительную мембрану, изгиб которой вызывает изменение сопротивления в цепи мостика Уинстона. Сигнал рассогласования преобразуется в цифровой  сигнал для обработки микропроцессором.

Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР–5 предназначен для сигнализации уровня различных жидкостей в одной точке технологических емкостей и управления технологическими агрегатами. Прибор состоит из датчика положения уровня, выдающего информацию о положении уровня жидкости в виде частотного сигнала, и вторичного преобразователя ПВС4, обеспечивающего питание подключенного к нему датчика, обработку его сигналов, индикацию полученных результатов и выдачу управляющих сигналов.

Принцип работы датчика основан на измерении интервала времени между выдачей возбуждающего импульса на пьезоэлемент возбуждения и регистрацией полученного отклика от пьезоэлемента чувствительного, которые разделены рабочим зазором.

Rosemount 5300 - это двухпроводной волноводный уровнемер для

 измерения уровня и уровня  границы раздела жидкостей.

Принцип действия волнового уровнемера Rosemount 5300 основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением. Микроволновые наносекундные радарные импульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду. Когда радарный импульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Разница во времени между моментом передачи радарного импульса и моментом приема эхо1сигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости или уровень границы раздела двух сред.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4

Разность давлений кислородной части электролизера приводит к изменению уровня электролита, который постоянно контролируется датчиками уровня, чтобы не допустить создания взрывоопасной смеси из-за попадания водорода в кислородный сепаратор или наоборот. Как только показания датчика уровня доходят до заранее заданных пределов, система управления принимает меры для восстановления требуемого уровня электролита путем открытия или закрытия электрифицированных вентилей сброса кислорода в атмосферу. Если же сделать этого не удается, система HYSTAT-A отключается и подается сигнал тревоги.

Для большей надежности описанная система измерения уровней дублируется двухуровневыми реле, которые расположены в верхней части каждого газосепаратора.

Поддержание температуры электролита в допустимых пределах осуществляется путем изменения потока воды в охлаждающих змеевиках. Обычно она устанавливается на уровне 71°С и регулируется блоком управления PCS.

На трубопроводе выхода кислорода из газосепаратора установлен охладитель газа, в котором кислород охлаждается до определенной температуры и поступает на вход коалесцирующего фильтра.