自动控制节能装置（精选9篇）
自动控制节能装置 篇1
引言
中国工业锅炉制造业经过20多年的迅速发展, 已逐步形成了一系列具有自身特点的产品。在全国300多个规格的工业锅炉产品中, 链条炉排占2/3以上。近几年中国工业锅炉设计和制造技术虽然发展很快, 尤其在受压部件的设计和制造上并不比国外逊色, 但是, 在燃烧技术和配套辅机以及整体水平方面, 与发达国家相比差距很大。锅炉运行压力往往较低, 一般仅为锅炉额定工作压力的50%左右, 经常处于低负荷运行, 实际运行效率一般比锅炉额定效率低5%～10%以上。
对现有锅炉的燃烧系统进行必要的改造和完善可以使燃烧效率提高5%～10%。其主要的技术措施有锅炉燃烧室的优化、实行计算机自动控制等。这些措施已经在工业锅炉上广泛应用, 其减排代价都是很小或者是负成本。
通过多年的实践, 研究开发了燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制装置, 并取得了国家专利, 专利号为200820021813.9。
1 专利概述
1.1 构成
燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制装置, 主要解决现有的燃煤链条锅炉燃烧锅炉运行压力低、容量过小或负荷不匹配、操作易失误等问题。
燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制装置的构成如图1所示。
现场传感器包括锅筒水位、蒸汽压力、炉膛负压、烟气氧含量、除氧器的现场传感器。
报警装置与由现场传感器、调节控制器、监控组态及变频器构成的液位闭环控制系统连接。
1.2 功能
燃烧链条锅炉燃烧节能自动控制装置具有如下功能:
(1) 检测功能。通过对锅炉现场的各种模拟量信号 (如温度、压力、水位、流量、转速等) 进行检测和巡检。
(2) 控制功能。可实现手/自动无扰切换, 当在手动状态时, 司炉工可通过常规仪表和操作按钮直接控制鼓、引风电机及炉排电机的转速, 以调整锅炉正常燃烧, 当在自动状态时, 控制系统可根据采集到的数据进行运算, 自动调整鼓、引风电机及炉排电机的转速, 控制锅炉燃烧。
(3) 显示功能。画面有系统流程图画面、运行参数显示画面、参数设定画面、报警画面、打印输出画面等。
(4) 数据存储处理功能。所有现场运行数据实时地存入计算机硬盘, 以供分析。
(5) 报警功能。对蒸汽压力、锅筒水位等主要参数进行高低限报警。
(6) 打印功能。具有日报、月报、报警等打印功能。
1.3 特点
燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制装置与已有技术相比具有积极效果:
(1) 控制装置先进, 控制装置对给水量、炉排给煤量、鼓风和引风风量进行控制, 使锅炉燃烧达到最佳状态, 以实现锅炉的高效率运行。该装置采用先进的智能化数字调节控制器进行控制运算, 该调节控制器具有丰富的运算处理功能, 能进行多变量系统的模糊控制运算, 具有抗干扰力强、稳定性好、速度快等优点。
(2) 一机多控, 即一套主控装置控制多台锅炉运行, 切换方便, 这样简化和方便了司炉人员的操作, 有利于提高计算机系统的使用率, 减少设备投资。
(3) 系统可靠性高, 运行稳定, 即使负荷波动较大时仍具有较好的可控性;与手动操作方式相比较, 锅炉平均节煤率8%以上, 节电30%以上, 综合节能率大于25%, 减少温室气体CO2排放量10%以上, 烟尘浓度低, 烟气林格曼黑度达到1级。
2 实例分析
以烟台某公司燃煤链条锅炉为例, 对锅炉自动控制的利用案例进行经济和社会效益分析。
2.1 改造前锅炉状况
该公司有2台燃煤蒸汽链条锅炉, 型号均为DZL10-1.25-AⅡ, 采用人工操作方式。每台锅炉操作台上安装有炉排电机调速器、鼓引风挡板开度调控器、锅炉运行工况参数显示二次仪表等, 鼓引风挡板开度靠经验人工调整, 精度低, 炉膛负压很难稳定在一个最佳值, 炉排转速调整也靠操作工经验操作, 与鼓风的调整达不到最佳配比, 过剩空气系数高、炉渣可燃物含量高、汽压波动大, 造成锅炉效率低下, 平均只有65%, 能源浪费严重。
2.2 改造方案
锅炉控制系统是一个复杂的多变量控制系统, 各个变量之间互相影响。控制系统对给水量、炉排给煤量、鼓风和引风风量进行控制, 使锅炉燃烧达到最佳状态, 以实现锅炉的高效率运行。该系统采用日本先进的智能化数字指示调节仪进行控制运算。鼓、引风电机, 炉排电机均采用变频器调速控制, 不但提高了控制精度, 而且节省了大量的电能。配置1套自动控制装置, 2台锅炉可以相互切换。
(1) 汽包液位自动控制。
该系统是以锅炉水位为调节参数来调节给水流量。由液位变送器获得液位信号并将其作为反馈信号, 构成液位闭环控制系统, 必要时可进行双冲量和三冲量控制。液位闭环控制系统的输出作为控制信号, 控制给水泵, 从而实现对液位的控制。同时, 液位控制系统还具有高低水位报警功能。
(2) 蒸汽压力自动控制。
蒸汽压力的自动控制就是在保持出口的蒸汽压力为设定值的前提下, 通过变频调速系统调节炉排转速 (进煤量) 和鼓、引风量大小, 使得风量和燃料煤量在最佳范围内, 减少锅炉的热损失。蒸汽压力自动控制的实质是以蒸汽压力信号为冲量来控制燃料煤的燃烧。通过调节锅炉的鼓风机、引风机及炉排电机的速度实现对蒸汽压力的控制。
(3) 烟气氧含量自动控制。
烟气中氧含量直接影响锅炉的热效率, 是重要的控制参数。该控制系统通过调整鼓、引风机的配比使氧含量达到最佳值。
(4) 炉膛负压自动控制。
炉膛负压直接影响锅炉的热效率, 炉膛负压也是锅炉安全运行的重要因素。鼓风量的大小是炉膛负压产生扰动的主要因素, 而鼓风量又受蒸汽负荷变化的影响和限制。该控制系统根据鼓风量大小通过变频调速系统调节引风量来控制炉膛负压。
(5) 系统硬件组成及软件。
硬件由工业PC机、现场传感器、数据采集模块、调节仪、变频器、打印机等组成, 系统的核心部分是调节仪中的控制程序和监控组态软件。锅炉自动控制系统如图2所示。
2.3 改造过程
锅炉主要仪表配备情况为:蒸汽流量、锅筒水位 (电接点) 、蒸汽压力、给水压力、炉膛温度、排烟温度、炉膛负压 (指针式) 、鼓风压力 (指针式) 。
(1) 控制室改造。
废除原有操作台和动力配电柜, 增加仪表操作台、电脑操作台和变频控制柜, 其中变频控制柜可安装于一层适当位置, 控制室要求密封防尘及恒温处理。
(2) 一次仪表改造。
蒸汽流量计原则上仍用原来的, 但需要进行校验, 并将安装位置改在锅炉出口总管上。增加氧量表、炉膛负压、鼓风压力、模拟锅筒水位计、给水温度、鼓风温度等仪表。
(3) 鼓引风机改造。
加装变频器, 将风门调节装置开到最大并固定。
(4) 炉排电机改造。
加装变频器, 取消电磁调速装置, 将电机与减速机直接连接。
2.4 效果分析
(1) 锅炉采用该控制系统改造后, 改变了手动运行状态下汽压波动的状况, 使锅炉从现在的汽压高于1.0MPa时停炉压火、低于0.7MPa时启炉运行, 变为连续均匀运行。锅炉汽压稳定、炉温稳定, 鼓引风匹配, 炉膛负压和过剩空气系数保持在合理经济的范围内, 从而降低了排烟热损失, 提高了锅炉效率, 节煤达8%。
(2) 由于锅炉鼓风量及引风机烟气量调节采用变频调速方式, 加上耗煤量减少后引起的风量和烟气量降低, 也相应减少鼓引风机的耗电量, 因此整个系统节电达15%。
(3) 因为锅炉能够始终在最佳状态下平稳运行, 炉排上煤层火床平整, 燃尽线整齐, 基本无火口, 减少了拨火次数, 因而减轻了司炉人员劳动强度。
(4) 提高了锅炉房装备水平, 改善了工作环境, 也有利于提高锅炉的管理水平。
2.5 节约价值及回收期
(1) 节煤价值。
H1=GB1η1
式中:H1—节煤价值, 元;
G—年耗煤量 (统计) , 9500t/a;
B1—煤炭价格 (时价) , 1100元/t;
η1—节煤率, 取η1=5%。
代入, 得H1=522500元。
(2) 节电价值。
H2=WB2η2
式中:H2—节电价值, 元;
W—年耗电量 (统计) , 55万kWh/a;
B2—电价 (时价) , 0.67元/kWh;
η2—节电率, 取η2=15%。
代入, 得H2=55275元。
(3) 投资回收期。
T=Q×12/ (H1+H2)
式中:T—投资回收期, 月;
Q—改造总投资, 元。
代入, 得T= 6月。
即此项目实施后, 半年即可收回全部投资。
3 结语
随着节能新技术的应用和普及, 对用能企业来说, 单位产量的能源、物耗大幅度下降, 实现少投入、多产出的生产方式, 对于大幅度提高企业的市场竞争力和增强企业的发展后劲, 具有极其重要的现实意义。
燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制装置的应用, 实现了传统产业控制的信息化、智能化、节能化和安全化, 将传统的人工操作转换为智能化全自动无忧操作, 并达到在锅炉燃烧过程中节煤、节电、节水、节人工、减少维修费用的显著节能效果, 达到了环保与节能同步, 实现了经济效益、环境效益和社会效益的显著提高, 走出了一条依靠科技创新成功发展的道路。
目前该项技术已渗入国民经济生产的各个领域, 越来越多的企业已经应用这项技术。多年来的应用实践证明, 燃煤链条锅炉燃烧节能自动控制技术是一项技术上成熟可行、经济上效益显著的节能新科技, 它必然有着无可限量的强大的市场生命力。
自动控制节能装置 篇2
原铁路无人看守道口升级为监护道口后,道口房无电力供应,也没有道口安全防护设备,事故隐患较多,严重威胁铁路运输安全.针对上述问题,研制开发了节能型监护道口防护装置.该装置可以在没有供电电源的情况下,利用太阳能技术实现道口信号设备的相关防护功能,从而提高道口安全防范能力,保证行车安全.
作 者：张耀威 伍毅珊 张明 作者单位：南宁铁路局科学技术研究所,广西,柳州,545007 刊 名：铁道运营技术 英文刊名：RAILWAY OPERATION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010 16(1) 分类号：U213.8+3 关键词：铁路道口 防护装置 太阳能★ 电脑安全防护教学
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自动控制节能装置 篇3
在调研了上海200多座变电站空调使用情况后,选择了4种最普遍的空调品牌作为控制目标,并收集了对应空调的通信接口板和通信协议。根据电力行业标准并结合实际工作需要拟定了控制策略,研制出了变电站空调自动控制节能装置和远程管理系统。
1 变电站空调自动控制节能装置的构成
变电站空调自动控制节能装置的硬件模块包括:CPU模块、液晶触摸屏、模拟量输入模块、继电器输出模块、报警蜂鸣器与指示灯、空调接口。变电站空调自动控制节能装置的图示如图1所示。
2 变电站空调自动控制节能装置的功能
2.1 自动控制功能
变电站空调系统主要是满足站内微机保护等设备的运行要求,同时兼顾工作人员在工作状态下的舒适性。故选取室内温度t作为控制策略的第一判断要素,满足微机保护装置的温度要求;同时引入室内外温差Δt作为第二判断要素,当室内比室外温度高,且温差超过3℃的情况下,启动排风扇进行室内外热交换,减少空调开启时间;考虑到变电站内设备对室内湿度的特殊要求,引入室内及室外湿度参数作为第三判断要素,以保障站内总体湿度要求。
根据实际监测及变量附值情况,空调自动控制节能装置设置了5种不同的运行模式。
1) 待机模式:
变电站内温度适宜设备工作,空调通风系统不运行。
2)制热模式:
变电站内温度过低,对站内设备运行有不利影响时,空调系统运行于制热工况。
3) 排风模式:
变电站外温度较低,站内外温度差值大,通过换气实现对站内温度调节。
4) 制冷模式:
变电站外温度过高,无法通过换气将站内温度降低到合理程度时,空调系统运行于制冷工况。按站内开启空调数量多少,分为制冷模式1、制冷模式2。
5) 除湿模式:
利用空调本身的除湿功能,保证变电站室内设备对湿度的要求。
2.2 人工控制功能
考虑到变电站内的定期巡查工作及可能的维修工作,除以上自动控制模式外,还添加了人工控制模式。
变电站内有工作人员巡查时,可将当前运行模式临时转换至人工控制模式,保证工作人员的工作舒适性。考虑到设备维修工作量的情况,还提供人工控制模式运行时间的选择,当运行时间超过设定时间时,空调系统自动返回到自动控制模式。
2.3 其他功能
空调系统除上述功能外,还拥有以下几种必要的功能。
1) 显示功能。
显示室外及室内各区域温度、室外平均温度,系统运行模式及参数,还可显示系统故障原因。
2) 控制功能。
根据传感器测得数据,经策略控制后对空调及风机发出相应控制信号,决定系统的启停、模式转换及报警复位。
3) 报警功能。
系统一旦发生故障,即时实现本地报警,并提供本地报警接口,可接入站内中央信号屏,实现对空调及自动控制系统故障的远程报警。
4) 数据记录功能。
自动控制系统能自动记录系统自身所发生的所有动作,并设置导出端口,便于今后人员调阅分析。
5) 管理功能。
为各级人员介入系统设置提供可能,并根据用户权限级别设定了相应的控制权限。
3 变电站空调远程管理系统
3.1 实施方案
根据空调系统硬件及实现方式的不同,考虑方案费用、开发难易度、稳定性及响应时间等因素,选出了一种综合指标良好的变电站空调远程管理系统方案。
该方案需要更换变电站空调原有的触摸屏,改用带有以太网接口的触摸屏,在OPC协议框架下进行编程,来实现远程通信。该方案可较简便地实现总控以及站内参数的实时改变;OPC协议相对成熟,因而调试工作量较小。方案因技术成熟度高,总体成本较低,故技术难度、工作量及风险小。
3.2 通信流程
要实现对自动控制节能系统的远程监控,就需要使整个信息网络的通信顺畅。
本项目中信息通信主要分为变电站内通信与变电站外通信。
1) 变电站内通信。
变电站内通信关注于单座变电站中的数据流通问题。站内数据的流向遵循以下过程:空调传感器将状态数据传输到CPU,中间采用RS-485串口ASICII通信方式;经过CPU对数据解析之后,数据传输到带网口的触摸屏中,中间用RS-485-2串口ModbusRTU通信;最后数据经过连接到触摸屏的网线通过站内交换机传输至站外。
2) 变电站外通信。
变电站外通信关注于多座变电站与单台监控电脑间的数据流通问题。站外数据的流向遵循以下过程:数据从多个站内交换机传输到光纤,然后再由光纤将数据送入供电公司的交换机中,又再经过同一网线传输到监控电脑中。
3.3 系统功能
该远程管理系统主要有如下功能。
1) 自动故障报警。
当变电站中自动控制节能装置发现空调有故障发生时,在远程终端屏幕会闪烁红色“发生故障,点击进入查看”字样,且用红色文字记录了发生报警的变量情况。点击“报警恢复确认”可确认报警。
2) 实时监测状态。
可显示各变电站的空调运行状况,其监控界面与站内自动控制节能系统界面完全相同;可监控站内每台空调的工作状态,变电站现场的室内外温度;可直接使站内空调按照智能控制策略运行,并可手动控制开关站内的空调。
3) 远程修改参数。
可远程修改各变电站智能控制的参数,并可恢复出厂值和设置PLC时间。该控制界面同自动控制节能系统的参数设定界面一致。
4) 方便查看记录。
记录查询可读取各变电站包括室内外的干湿度、送回风温度、运行状态及故障情况等23个参数,涵盖了各种历史记录,并可以Excel文件形式保存到指定的文件夹下,通过查询各变电站空调运行参数,可方便工作人员对变电站空调自动控制节能系统的运行情况进行分析。
5) 分级设置权限。
用户权限分为系统管理员及普通操作员两级。用户配置需要系统管理员才能进行操作,可添加或删除用户,并且设定用户权限。
4 应用效果
为测试自动控制节能装置的运行稳定性及相关节能效果,选择了在没加装自动控制节能装置前,空调耗电量极为接近的上海新和变电站(以下简称新和站)与白银变电站(以下简称白银站)进行测试。测试时间从2009年8月20日到9月30日,共计42 d。新和站没有加装自动控制节能装置,而白银站加装了自动控制节能装置,两站分别加装了三相电能表进行空调耗电计量。
在42 d的测试中,新和站与白银站控制室的耗电量比较,如表1所示。
由表1可知,空调自动控制节能装置的节能效果是比较明显的。
5 结语
针对变电站空调耗能严重,温度设置缺乏管理标准的情况,研制出了空调自动控制节能装置和远程管理系统,实现了对变电站空调的统一控制。空调自动控制节能装置具有自动控制、人工控制等功能,通过不同空调系统自动运行模式的实施,结合远程管理系统,可对多个变电站进行实时环境监测和空调远程控制。该系统在变电站实际运行的测试结果,验证了该装置具有良好的节能效果。
摘要：在对上海200多座变电站使用空调型号进行全面调研的基础上,研制出了针对主要品牌空调进行的自动控制节能装置和远程管理系统。介绍了自动控制节能装置的组成与功能,以及变电站空调远程管理系统的实施方案、通信流程与功能,通过实时监控各变电站内空调自动控制节能装置的运行情况,实现了空调的统一参数设置与集中控制。通过在上海多个变电站的实施,验证了该装置的良好节能效果。
关键词：变电站,空调,自动控制节能装置,远程管理系统
参考文献
[1]张晋格,王广雄.自动控制原理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.
[2]戴忠达.自动控制理论基础[M].北京:清华大学出版社,1991.
MTBE装置节能降耗探讨论文 篇4
关键词：MTBE装置；节能降耗技术；存储管理
1、MTBE概述
工业甲基叔丁基醚（MTBE）主要以炼油液化气混合碳四和工业甲醇为原料，由于液化气碳四中的硫化物绝大部分富集到了MTBE中，因此，以炼油混合碳四为原料生产的MTBE的硫含量较高，一般低的在100μg/g左右，高的可达2000-3000μg/g。随着经济不断发展和对环保要求的不断加强，车用汽油的硫含量指标越来越严。目前在北京、上海、广州等经济发达的城市，车用汽油己执行硫含量小于10μg/g的国V排放标准，天津、河北、山东、长三角、珠三角实施汽油国V排放标准的时间也己提前。MTBE作为清洁汽油的调和组分，加入量一般在10-20%之间，因此将MTBE的硫含量降低到1Oμg/g以下，也是汽油质量升级到国V排放标准的必然要求。如果MTBE用作化工原料，则硫含量一般要求低于5μg/gMTBE中硫化物主要来源于生产原料混合碳四。在MTBE的生产过程中，MTBE比碳四烃对硫化物有更高的溶解性，且绝大部分硫化物的沸点较碳四烃的沸点高，因此，进料碳四中的硫化物绝大部分被富集到MTBE产品中。MTBE降硫有两个方向:一是降低原料的硫含量(即前脱硫工艺)；二是对高硫MTBE进行脱硫处理(即后脱硫工艺)。河北精致科技有限公司，为适应国IV汽油质量升级开发了液化气深度脱硫技术(专利ZL200910250279.8)。采用该项技术，一般催化液化气的总硫可降低到5μg以下，焦化液化气的总硫可降低到50μg/g以下。与该技术配套生产的MTBE产品总硫，可降低到了50μg/g以下，最低达到20μg/g。但针对国V汽油质量升级，目前国内使用的MTBE前脱硫工艺，存在着投资大、运行费用高、产品质量不稳定等缺点，为此，河北精致科技有限公司又开发了“一种低含硫甲基叔丁基醚的生产方法”专利技术。该技术工艺简单，对原料MTBE硫含量的适应范围宽(20-1200μg/g)，产品质量稳定(硫含量控制在10μg/g或5μg/g以下均可)，投资少，运行费用抵，无三废排放。配合液化气深度脱硫技术使用，还可大幅降低从液化气脱硫醇到MTBE后脱硫工艺过程的脱硫能耗，进一步降低低硫MTBE的生产成本。液化气经过脱硫醇后，液化气中的硫醇硫等活性硫化物，可以被彻底脱除，转化成高沸点的二硫化物，大部分被反抽提油带走，少量的留在液化气当中。经气分和MTBE生产过程后，由于MTBE比醚后碳四对硫化物有更高的溶解性，液化气中这些高沸点硫化物全部富集到了产品MTBE当中。根据沸点差，含硫MTBE经过蒸馏将高沸点硫化物从MTBE当中切除，是MTBE萃取蒸馏降总硫专利技术(专利公告号:201110397611.0)的基本原理。对MTBE实施萃取再蒸馏，低硫的MTBE从塔顶蒸出，高硫馏分在塔底循环，高度富集了含硫化合物的副产物部分从塔底抽出，可作为加氢装置的原料。为了提高脱硫效果，降低MTBE损失，防止塔底发生生成胶质、缩聚、结焦反应，加入萃取防胶剂，优化工艺技术，是MTBE萃取再蒸馏技术有效手段。采用本项专利技术可生产硫含量10μg/g的MTBE产品，产品收率达到99%以上。适当降低收率时，硫含量可小于5μg/g。既可满足国V清洁汽油的调合，也可以满足作为化工原料的要求。
2、MTBE装置存在的主要问题
2.1甲醇回收系统腐蚀
由于MTBE装置在长时间使用之后设备会出现腐蚀的问题，其中甲醇回收系统的萃取塔受到腐蚀影响非常严重。通常情况下，如果萃取塔被腐蚀之后必须要针对萃取塔进行清理。在清理的过程中发现有鳞片状的黑色堵塞物和红褐色的锈蚀物，并且塔内的筛孔会被黑褐色的碎渣进行堵塞。通过对于这些物质进行磁性分析，能够进一步判断这些物质属于四氧化三铁。
2.2MTBE装置蒸汽用量存在问题
MTBE装置中通过异丁烯进行转化，是放热反应，生产的热量能够有效实现降低能耗。由于MTBE装置运行阶，段蒸汽消耗存在于甲醇回收塔以及催化蒸馏塔之间，所以催化蒸馏塔对低压蒸汽进行消耗。通过对蒸馏塔进行数据分析可以将不同的进料温度和塔底的重沸器进行联系，通过灵敏板温度串级控制催化蒸馏塔蒸汽的流量，能有效的减少蒸汽量的使用量。
3、节能降耗的对策
3.1腐蚀问题的解决对策
首先如果MTBE装置的萃取塔发生腐蚀问题，是必须要加强对净化器的净化功能。通过进行有效过滤能够将甲醇的金属离子和碱性物质含量降低。同时要将甲醇萃取水的酸碱值进行重点监控，并且要定期检查萃取水的酸碱值。如果发现萃取水酸碱值过高，则必须要对甲醇回收系统进行定期换水，必要的情况下可以加入碱来中和控制萃取水的酸值，但是避免加入的碱过量。在MTBE装置开工之前，首先要加强磺酸基的控制与处理，所以必须要严格控制原料的预热温度，降低离子过滤器的反应温度。要严格控制醇烯比，通过有效控制甲醇醚化反应生成的水。可以避免因为弱水浸泡而出现酸基团脱落的现象。对于MTBE装置甲醇回收系统会受到吸氧腐蚀的影响，所以必须要通过在甲醇回收装置中安装除氧设备，保证设备的安全运转，同时也可以降低进料的温度。避免氧活性的提升，减轻管线腐蚀程度。
3.2提升进料温度
通过采取逆流的方式进行换热，在冷热物料温度不变的情况下，加强对于冷物料的出口温度管理，首先利用翅片式的换热器来扩大散热面积，促进流体的湍流保证散热效率的提升，其次，可以将传热表面制作成为凹凸不平的形状实现增加扰动的效果，降低边界厚度来加强热传导的效率。还可以利用小金属颗粒涂抹在传热表面，从而有效提升传热面积也能够增加散热器的效率，利用流体扰动，对不同的异型管安装螺旋圈或金属卷片，提高流体扰动速度。减少对于热阻的传导影响。在蒸馏塔进料量与催化蒸馏塔底液位设置串级控制系统；塔顶压力用间接调节冷凝器冷却面积的方式控制；为保证回流罐顶不形成负压，采用热旁路的方式进行控制；为防止紧急情况下，热旁路调节不能解决回流罐顶负压的问题时，可用手操器控制，以在回流罐顶补入氮气的方式解决；塔顶回流采用了流量和塔顶温度串级调节的方式控制；产品外送采用了流量和塔顶回流罐液位串级调节的方式控制；塔底温度采用了温度一流量串级调节。
4、MTBE的存储管理
由于MTBE属于无色液体，但是具有醚样气味，所以具有易燃的特点，尤其是其蒸汽能够与空气形成爆炸混合物，通常情况下。MTBE能够挥发成蒸汽，其蒸汽能对眼睛黏膜及上呼吸道产生强烈刺激，所以必须要加强，对于MTBE的包装有效管理，避免对环境造成污染。如果发生MTBE物质泄漏的问题，应该迅速撤离，泄漏污染区的人员至安全区，并且进行隔离，严格限制人员出入，切断火源，避免发生爆炸事故，对应急处理人员应该佩戴正压式呼吸器，并且穿戴消防服，尽可能快速的切断泄漏源，防止MTBE进入到下水道和排水沟等空间。如果发生小量的泄漏，可以采用沙土等其它惰性材料吸收，如果发生大规模的泄漏事故，则应该通过构筑围堤或者挖坑的方式，对泄漏出的MTBE进行回收。利用泡沫覆盖的方法，可以避免MTBE产生蒸汽与空气发生结合，防止引发爆炸事故。对于现场的操作，应该加强通风，并且对相关人员进行专门培训，严格提高专业技术，通过将操作参数控制在正常范围，对温度、流量和压力等参数曲线自动调节。同时不允许超出工艺设置的参数，保障设备与人员安全。设备全部采用露天布置，以利通风、散热。按有关规定设计消防系统，保证出现事故时，能进行有效的消防。依托现有装置进行职业卫生设计，达到安全卫生的要求。压力设备需设置安全阀。装置需设有可燃气体报警仪。储存、处理和输送易燃、易爆、物料的设备、管道需采取静电接地和防雷措施。
5、结语
本文通过对于MTBE装置的甲醇回收系统设备腐蚀以及蒸汽用量的影响入手，通过针对性的措施，来降低MTBE装置中催化蒸馏的进料温度，可以有效的节省蒸汽用量提高节能降耗的效果，但需要注意的是，在此过程中，不应该过度提高进料温度，因为很多没有转换的异丁烯在蒸馏塔中，会发生放热反应，并且会导致MTBE产品的二聚物含量增加。
参考文献：
自动控制节能装置 篇5
由于制冷机是以额定的转速运行, 存在的主要问题就是能耗高、噪声大。一次启动电流高达满负荷电流的200%~250%, 二次启动电流甚至可能高达满负荷电流的500%, 对电网冲击较大。当制冷机的负载降低时, 导流叶片 (PRV) 开启度逐渐减小, 制冷剂流量减小, 制冷量减小, 在整个容量控制过程中压缩机电机仍维持固定高速恒定转速不变。这样将造成极大的电能浪费和噪声。
本文, 笔者分析了制冷机压缩机和制冷机组的工作原理, 从技术经济角度提出一种制冷机变频自动调节改造方案。试验运行表明, 可以达到节省电能和降低噪声的效果。
一、理论可行性分析
制冷机运行原理是冷冻水流过蒸发器, 由蒸发器内的制冷剂蒸发吸热。随后冷冻水被冷冻泵送到空调表冷器中, 在翅化的盘管中流动, 带走空气的热量。冷冻水吸热后温度升高, 然后返回冷水机组, 形成了闭环式冷冻水循环。
来自蒸发器的制冷剂 (R134a) 蒸汽流入压缩机, 经旋转叶轮加压升温后排入冷凝器, 此时, 由冷却水吸收制冷剂蒸汽的热量, 使之冷却、冷凝。冷却水来自外部水源, 一般是冷却塔提供。冷凝后的制冷剂液体从冷凝器流入流量控制室, 由里面的节流装置来控制蒸发器的制冷剂供液量, 这样就完成了整个制冷剂的循环。
制冷机压缩机是利用电能使制冷剂从蒸发器压力提高到冷凝器压力, 通常把这两个压力差称为压缩机组压差, 如果设法降低压差, 那么能耗就可以减少。
制冷机组的任务是输出给定温度的冷冻水, 假设机组的冷冻水出水温度为一定值, 那么要降低机组压差, 只有设法降低ECWT值 (冷却水进水温度) 。降低ECWT值取得的节省的能量是机组在较低的ECWT值情况下运行的时间的函数。除了上面所谈到的降低ECWT值的办法以外, 还需考虑室外环境温度。必须设定好冷冻水的温度和ECWT值, 充分利用环境温度降低冷却水水温, 有效地控制机组的负荷, 使机组在最合理的状态下运行。由于制冷机在较高的蒸发温度下工作, 蒸发温度每提高1℃, 制冷机的功耗就增加3%~5%, 导致每年会浪费数万度计的电能。
为了使离心式压缩机的运行效率达到最高, 必须降低压缩机的转速, 使之与负荷所需的“压头”相匹配。而这个“压头”是由冷冻水及冷却水的水温所决定的。如果压缩机的转速下降过大, 会使制冷剂气流逆叶轮运转方向流动, 造成喘振。喘振的发生可导致对导流叶片和滑动轴承的冲击。因此, 对于某一压头, 在转速下降的过程中, 必然对应存在一个最佳转速 (理论上位于喘振临界点) 使得机组的运行效率达到最佳。应用在定转速机组上的预旋转导流叶片 (导叶阀) 的作用, 是限制并控制流入压缩机的制冷剂流量。
二、改进思路
1. 改进方法一。
制冷机在部分负荷时, 利用ACC逻辑板尽量多的保持预旋转导叶开启, 通过降低转速实现容量控制, 同时优化压缩机转速和预旋转导叶位置, 实现最优化的节能效果, 即利用ACC逻辑板将温度、压力差值及电位器的反馈值, 经过逻辑运算结果高精度地控制导流叶片的开启。再把反馈的另一路信号传送到约克专用变频器上, 使之自动调节压缩机电机的转速, 另外利用ACC (自适应容量控制板) 逻辑板监测系统运行参数, 可以有效地防止喘振的发生。同时控制预旋转导流叶片开度和电机的转速来实现容量的控制。这种方法在约克公司已有成形技术, 控制精度高。但是造价太高, 达65万元。
2. 改进方法二。
对制冷机控制系统实施变频改造。由于约克制冷机的控制系统比较复杂, 它的许多应用参数都是在实验室得出的试验数据, 通讯协议没有对用户开放, 所以在对制冷机进行变频改造时, 如果涉及控制系统内部的改造将会面临许多风险。在这种情况下考虑模拟制冷机在导流叶片控制的条件下压缩机的工况, 使压缩机在变频控制模式下, 负荷运行轨迹同导叶控制模式基本重合, 这样就避开了对原制冷机控制系统的改动, 同时也有效利用了原来的保护系统对制冷机的保护。
在导叶控制模式下, 在任意一个工况点, 压缩机都有一个输出负荷与之相对应, 如果是在导流叶片全部开启的条件下, 完全可以通过调整频率的方法达到这个工况点。这就是导叶控制和频率控制的负荷运行轨迹的重合。
三、实施方法
1. 改造思路。
把预旋转导流叶片的开度放到最大位置上 (90°) , 在导流叶片控制电机的连杆上加安装一个0~90°的角度变送器和一个扇形轨迹轮, 利用导流叶片控制伺服电机的动作轨迹来控制角度变送器。由角度变送器的反馈信号来控制变频器, 再由变频器控制压缩机电机 (当发生喘振时可以调整轨迹, 来尽量避免喘振的发生) , 使之达到变频节能得目的。通过变频器自动调节压缩机电机的转速来实现容量控制。控制系统电路, 如图1所示。
2. 具体实施。
一个制冷机变频自动调节装置, 包括制冷机压缩机电机、三相电源、制冷机主机程序控制器和导流叶片伺服电机。其中, 在制冷机压缩机电机和三相电源之间连接电机变频器, 电机变频器连接制冷机导流叶片伺服电机执行动作传感器以获取变频信息, 以上结构采用扇形轮结构。首先, 把原制冷机上的导流叶片控制连杆去掉, 把导流叶片锁定到最大位置, 开度为100%。然后, 在制冷机执行器伺服电机上加装一个扇形轮, 并在扇形轮上加装一个开度为0°~90°的角度变送器 (DC24 V/4~20 m A) , 当制冷机执行器伺服电机动作时, 带动扇形轮同步运行, 扇形轮带动角度变送器动作。然后, 由角度变送器输出4~20 m A反馈信号给变频器, 以此来控制制冷机电机的运转, 根据负荷情况由程序控制器、制冷机执行伺服电机、角度变送器和变频器一起共同控制制冷机压缩机电机频率进行负荷调节。
经过大量数据采集和多次反复的试验, 该系统的优点是制冷量可以调整, 制冷充分, 喘震能很好地控制在正常范围以内。而且, 该系统安装简单且固定轴孔可以左右任意移动, 这样可以更加精确地提高控制精度。这给其他制冷机的改造提供了宝贵的数据和成功的经验。
四、实施效果
自动控制节能装置 篇6
一、装置控制器设计
智能节能控制装置中的硬件主要包括光敏传感器、声音传感器、单片机、转换器、出发装置等。声音信号和光信号在进入到传感器中以后, 会被转化成电信号, 之后经由放大器对信号进行放大, 以此作为户外灯的触发信号。对于装置控制器来说, 其核心为微处理器, 系统中主要包含了单片机、电压控制装置以及相关电路, 微控制器可以选择AT89S52, 该设备具有很强的兼容性, 而且数据可以快速重复编写与擦除, 保护等级较高, 另外, 该设备在编程过程中可以不依托于外部线路便能够实现时序与电压的编写, 可以对一年以内的数据进行查询[1]。
在AT89S52中, 其所包含的RAM一共有256个字节, 但在实际使用过程中, 只有128个字节能够真正意义上被用户所用, 其他字节用于服务特殊寄存、在整个芯片中, 定时器也是不可或缺的, 在本文所述系统中, 定时器的个数有三个, 其中一个用于计时, 一个作为波特率发生器。单片机的使用使得整个系统在运行过程中可以保持比较高的稳定性, 可以进行在线编程, 有利于后期对装置的调试。另外, 单片机还能够为控制应用的运行提供条件, 使其更加运行更加灵活。
二、功率变换单元设计
智能节能控制装置中的功率单元依托于晶闸管, 主要能够实现对导通角的控制, 进而达到改变户外灯电压的最终目的。在本文所述系统中, 功率变换单元的主电路为全控整流桥, 该装置内部含有六个晶闸管, 通过整流器件该转换电流, 而可控硅触发角是左右电压大小的关键。现阶段, 三相桥式电路是使用比较普遍的一种整流电路, 该电路的连接方式分为共阴极组与共阳极组, 两者分别拥有三个晶闸管, 且导通顺序一般按照从大到小排列。
该整流电路的特点如下:第一, 在任何一个时刻中, 都需要通过两个晶闸管一起进行疏导, 以组成设备所需的运行回路, 两个晶闸管不能是同一相中的, 需要共阴极组与共阳极组各一个。第二, 想要触发脉冲, 需要满足以下要求, 首先, 晶闸管需要按顺序依次脉冲, 每个晶闸管之间的脉冲差为60;其次, 共阴极组中的三个晶闸管与共阳极组中的三个晶闸管, 两两之间的脉冲差为120;最后, 对于同一相来说, 上下桥臂的脉冲差为180[2]。一般情况下, 整流电路在输出电压的过程中, 需要进行六次脉动, 而且每一次的波形都保持一致。第三, 在合闸启动时, 整流电路中的电流可能会发生一定程度上的断续, 在这种情况, 为了保证整流电路的正常运行, 一定要确保两个晶闸管的脉冲能够同时被触发。为了确保这一点, 可以运用的方法有两种, 其一, 宽脉冲, 让脉冲始终保持在60以上;其二, 双脉冲, 在触发晶闸管的过程中, 向前一个晶闸管中补发脉冲, 使两者替代宽脉冲。
三、智能控制策略
在节能控制装置中, 不存在管理中心, 所以, 照明控制装置需要以控制策略为依托, 自动对现场进行照明。在本文所述系统中, 控制策略主要选用的是手动控制、时间控制、环境控制三者相结合的方式, 三者的优先级如下:手动控制最高, 在进行手动控制的过程中, 其他两者都会被屏蔽;时间控制次之, 在时控有限期内, 环境控制被屏蔽;环境控制最低, 在时控有效期外, 运用环境控制。
(一) 时间控制策略
在本文所述系统中, 时间控制策略主要包括两方面, 分别为开关灯控制与夜间分段调光控制。通过这两种控制方式, 不仅可以取得很好的节能效果, 还能够改善照明质量。前者主要通过对日照曲线的模拟来确定, 任何一个城市都有其自身独特的日照曲线, 因此, 需要根据当地的实际情况, 对日照曲线进行准确计算, 从而确定出更加精准的开关灯时间[3]。后者主要依托于夜间道路的交通流量进行确定, 对于一条城市道路来说, 夜间的交通流量会发生变化, 但一般情况下, 一段时间内的流量变化并不大, 所以, 可以根据季节来划分照明周期, 并在每个照明周期中设置若干个照明场景, 分别设置调光与开关灯时间。如前半夜道路上的行人较多, 则场景亮度较高;后半夜道路上的行人减少, 则需要切换到亮度较低的场景, 在保证照明的基础上, 达到节能目的。
(二) 组群控制策略
以载波通信为基础, 领域中已经可以实现对单灯低成本检测, 与此同时, 对户外灯的控制方式也更加多样。即便在同一路段中, 户外灯所处的位置也会改变其照明控制要求, 而所谓组群控制, 就是对于比较特殊的户外灯, 要根据其实际情况, 对照明场景进行有针对性的控制, 从而保证在节能的基础上降低光污染。从根本上讲, 组群控制需要依托于通信协议, 其数据帧格式包括数据报头、控制类型、起止地址以及作用范围等, 单灯智能控制器的不同组合, 可以让组群控制更加丰富。
(三) 环境控制策略
环境控制指的是智能照明系统可以以天气、交通等情况为基础, 智能选择相应的照明控制措施, 从而提升节能效果。如果天气变化异常, 户外灯周围的环境亮度也会发生变化, 而照度辅助控制便能够改变户外灯的开关灯时间, 为了确保系统能够正常运行, 在采集户外灯周围环境照度的过程中, 需要通过软件滤波来过滤掉如闪电之类的照度干扰[4]。另外, 为了使照明控制更加的人性化, 交通流量变化也是需要考虑的重要因素, 特别是在节假日、上下班高峰等时段, 交通流量的变化会相对明显, 需要根据实际流量, 进行有针对性的对采集周期进行控制与调整。
综上所述, 智能户外灯节能控制装置的智能化程度较高, 能够通过光控与时控来选择相应的控制方式, 具有很强的可靠性, 单片机芯片选用的是AT89S52, 可以实现对照明系统调光与照度的有效控制, 功率变换单元所选用的是整流电路, 由六个晶闸管组成, 通过宽脉冲与双脉冲的方式, 能够避免电流断续。智能节能装置还具有成本较低、维护便捷、操作简单等多方面优势, 无论从经济方面看, 还是从技术方面看, 其未来的发展与应用前景都非常广阔。
参考文献
[1]甘本鑫, 徐少明, 苏红艳等.基于单片机的LED路灯模拟控制系统的设计与实现[J].现代电子技术, 2011, 03:205—207.
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[3]高丽.有载调压路灯节能控制装置的研制及应用[J].煤炭技术, 2011, 09:70—71.
自动控制节能装置 篇7
关键词：自动除垢,强化换热,发电汽耗,节能
1 项目背景
山东光明热电股份有限公司是新矿集团协庄煤矿的自备电厂,共有3台机组,总装机容量为24MW,主要担负着给矿区供暖、供汽、供电的任务。循环水补水水源为煤矿矿井排水,矿井排水碱度、硬度高,结垢倾向大,导致凝汽器真空低、端差大,影响机组的整体热效率。
凝汽器作为汽轮机的主要附属设备,是朗肯循环及回热循环中不可或缺的一环。凝汽器是一个典型的表面式换热器,表面式换热器存在的换热管结垢问题,凝汽器也不例外。由于补水为高碱高硬水,内壁结垢严重影响换热效果,降低了系统的热经济性。通过在凝汽器管内加装自动除垢强化换热装置,有效减小传热端差,增加蒸汽在汽轮机内的可用比焓降,提高了循环热效率。
2 自动除垢强化换热装置原理
在凝汽器管内安装自动除垢强化换热装置后,当汽轮机组运行时,无需外加动力,利用水的流速驱动其旋转部件长期在凝汽器管内不停地快速旋转和振摆,改变管内水的流动状态,增大近壁区的紊流强度,加强了边界层流体与主流流体的混合,使对流传热过程得以强化,从而提高总传热系数。同时,强烈旋转的水流产生对管壁的摩擦力和剪切力,转动的侧刃对垢层作用以周向的剪切力刮扫,径向振摆时,边刃对污垢层产生碰撞挤压,在周向刮扫剪切和径向振摆碰撞的共同作用下,达到对管内已有水垢的连续清洗作用,对无垢的传热面则有很好的防垢保洁作用,装置原理图如图1所示。
3 自动除垢强化换热装置安装实施
3.1 根据凝汽器参数选择自动除垢强化换热装置技术规格
3.1.1 凝汽器参数
凝汽器冷却面积:560m2;
凝汽器管材质:TP304不锈钢;
冷凝管长度:3800mm;
冷却水温:27～32℃;
冷却水流速:1～2m/s;
冷却水压:0.2MPa;
冷凝管根数:2402根;
凝汽器管厚度及外径:0.7mm×20 mm。
3.1.2 自动除垢强化换热装置技术规格选择
凝汽器内径为18.6mm,既要保证自动除垢强化换热装置能充分带动水流旋转,同时不与管壁接触,对水流的阻力要小。
对装置的宽度、厚度及密度应进行选择,具体如下:
装置规格型号:TD-14;
装置长度:3800mm;
装置宽度:14mm;
装置厚度:1mm;
装置耐温:耐温-30℃≤T≤100℃;
装置材料:高分子聚合材料。
该装置密度与水的密度相近,能较好地浮动在管的中心部位。在运行时避免与金属的硬摩擦,使管内除垢均匀化,保护金属表面的氧化膜。材料应耐腐、耐磨、抗老化。
3.2 安装前的准备工作
安装前凝汽器管的清洁程度对自动除垢强化换热装置的运行影响较大,特别是有硬垢存在时。因此在安装前需对凝汽器进行清洗,常用的清洗方法有化学清洗、高压水清洗,根据对凝汽器的检查情况选择高压水清洗。调整高压清洗泵压力在40MPa,采用软连接接头,对凝汽器管进行逐一清洗。
3.3 安装(见图2)
凝汽器换热管清洗干净后,用手把装置纽带部分插入管内,在换热管进口端对支架进行固定,换热管出水端螺旋纽带为自由活动方式。
为防止停机等过程中水倒流将自动除垢换热装置压出,应采用专用工具进行紧固,紧固过程不能伤及转轴。自动除垢换热装置完全以水流的速度为动力驱动,转轴至螺旋纽带必须顺水流方向安装。
4 投资情况及节能计算
自动除垢换热装置安装于2010年5月23日机组小修期间进行,工期10d。主要投资包括清洗费用3万元,自动除垢换热装置15万元,人工4万元,合计22万元。
凝汽器改造前后汽轮机进汽温度、压力、流量维持一定,冷却水的进口温度、压力、流量保持稳定。
改造前后运行参数如表1所示。
假定主蒸汽进汽焓值为h0。
排汽焓值hc0 = 标准真空对应饱和蒸汽焓值-标准真空对应饱和压力下的蒸汽凝结潜热×排汽湿度。
汽轮机热焓降h=进汽热焓h0-排汽热焓hc0。
新蒸汽节约率=改造前后蒸汽热焓降之差H/改造前焓降。
新蒸汽节约量=新蒸汽节约率×改造前发电汽耗。
改造前排汽焓值hc0=2590kJ/kg-2382kJ/kg×(100%-94%)=2447kJ/kg;汽轮机进出口焓值降h=h0-2447kJ/kg。
其中:2590kJ/kg为标准真空0.088MPa对应饱和蒸汽焓值;2382kJ/kg为对应饱和压力0.088MPa下的蒸汽凝结潜热;94%为改造前汽轮机排汽干度。
改造后排汽焓值h′c0= 2573kJ/kg-2405kJ/kg×(100%-94%)= 2428kJ/kg;汽轮机进出口焓值降:h′=h0-2428kJ/kg。
其中:2573kJ/kg为标准真空0.0926MPa对应饱和蒸汽焓值;2405kJ/kg为对应饱和压力0.0926MPa下的蒸汽的凝结潜热;94%为改造后汽轮机排汽干度。
改造前后焓值降之差H=(h0-2428)-(h0-2447)=19kJ/kg,新蒸汽焓值为3302kJ/kg,改造前汽轮机进出口热焓降为3302kJ/kg-2447kJ/kg=855kJ/kg,新蒸汽节约率为19/855=2.22%,新蒸汽节约量为4.87kg/kWh×2.22%=0.11kg/kWh。
5 改造前后对比及运行注意事项
5.1 改造前后流动状态对比(见图3)
改造前内壁水的流动呈现层流状态,改造后内壁水的滞流层消失呈现紊流状态。
5.2 使用注意事项
1)由于自动强化换热装置是完全利用水流的动力而不需外加动力,因此换热管内水的流速是影响其效果的一个重要因素,要求换热管内水流速≥1.6m/s。
2)进水口须加装滤网,以防止冷却塔碎填料等杂物卡住纽带,影响转动,降低换热效果。
3)当冷却水中含有泥砂或悬浮物含量大于20mg/L时应加旁滤,防止悬浮物及泥砂对自动除垢换热装置的转动头造成磨损。
6 采用自动除垢强化换热装置的经济效益分析
6.1 直接经济效益
由表1可知,机组在纯凝工况下,汽耗降低0.14kg/kWh,与理论计算有一定差异,主要原因为改造前后蒸汽的干度有所变化。机组年运行7000h,蒸汽价格以100元/t,以年平均5500kW负荷运行计,则改造后年节约为:0.14kg/kWh×5500kW×7000h×100元/t=53.9万元。
6.2 间接效益
1)提高凝汽器管使用周期。
水垢的附着,特别是粘泥的附着,会在附着物下部发生局部腐蚀穿孔。制约凝汽器管的运行。自动强化换热装置可有效除去水垢及附着物,提高凝汽器管使用周期。
2)降低循环水泵能耗。
通过自动强化换热装置对水垢及附着物的刮扫,降低了冷却循环水系统的水流阻力,提高了冷却水的流量,降低了循环水泵的压头损失和能耗。
3)提高浓缩倍率,降低补充水量。
由于结垢倾向降低,循环冷却水的浓缩倍率可大幅提高,从而节约循环水系统补充水量约20%、加药量20%。
4)
节约清洗费用,提高机组可用率。
7 结语
自动除垢强化换热装置既既有清洗除垢的作用,又有强化换热的功效,能够替代胶球清洗装置对凝汽器管进行在线连续清洗和强化换热。同时它运行安全,能连续工作,值得在凝汽器上推广。
参考文献
[1]辽宁省电力工业局.汽轮机运行[M].北京:中国电力出版社,1995.
自动控制节能装置 篇8
反渗透法和蒸馏法是当前主流的海水淡化技术, 其技术发展的一个重要目标是降低运行成本。在运行成本的构成中能耗所占的比重最大, 因此降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反渗透海水淡化的能量消耗主要是电耗, 包括高压泵和其他水泵。特别是高压泵的能耗, 约占系统运行能耗的70%～90%。本文以永兴岛100 m3/d反渗透海水淡化装置为例, 从工艺流程、硬件配置和软件开发等几方面对装置节能降耗进行了探讨, 重点阐述了PLC+人机界面控制系统的优化设计, 为今后海岛海水淡化装置的研制提供技术支持。
工艺流程
进料海水经预处理, 去除悬浮固体及其他有害物, 然后经高压泵增压后, 进入反渗透膜设备, 产出的淡水经后处理设施供用户使用, 浓盐水自反渗透膜设备排出。反渗透工艺流程图如图1。反渗透海水淡化系统设计时应综合考虑海水水质、水温、运行压力、产水水质、产水量以及回收率等因素, 要求选择合适的预处理工艺以及膜组件, 实现装置的长期稳定、经济运行。反渗透海水淡化工艺包括取水模块、预处理模块、反渗透模块及清洗模块等。其中, 反渗透模块是装置的核心和关键, 主要由高压泵、能量回收装置和反渗透膜三大关键部件组成[3]。
工艺设计优化
(1) 取水方法。
合理选择反渗透海水淡化系统的取水方式, 对有效降低海水浊度、减少海水中细菌、藻类、贝壳等微生物对系统的影响, 以及降低预处理难度、提高反渗透膜组件平均产水通量等方面至关重要。针对永兴岛地理位置及施工条件, 本装置选择沉井式取水方法。
(2) 预处理工艺。
针对反渗透系统对预处理要求较高的特点, 设计采用多介质过滤器、超滤膜单元和过滤精度为5μm的保安过滤器组合构成预处理工艺, 保证后续系统进水水质SDI<3, 浊度<0.5NTU, 满足反渗透系统最佳运行条件。
(3) 反渗透膜组件。
新型反渗透膜组件的研发提高了单支膜组件的产水量和脱盐率, 从而降低淡化系统吨水能耗。本装置设计选用陶氏公司SW30HRLE-400, 标称单支膜组件产水量28m3/d, 稳定脱盐率达99.75%。
(4) 能量回收。
反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压, 而从反渗透膜壳排出的浓水余压高达5.5～6.5MPa。按照40%回收率计算, 排放的浓盐水中还蕴含约60%的进料水压力能量, 将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗, 而这一目标的实现有赖于利用能量回收技术。本装置设计选用美国ERI公司的PX-30S转子式压力交换能量回收装置[3], 它可回收浓水压力能的96%, 使反渗透主体产水能耗降至4KWh以下。
控制节能设计
控制系统作为反渗透海水淡化装置的重要组成部分, 对装置的稳定运行和节能降耗至关重要。控制系统的节能主要体现在改善过程动态控制性能、减少过程变量的波动幅度以及提高装置自动化水平等方面, 需要合理配备满足工艺控制要求的专业软硬件系统。
硬件配置
岛用反渗透海水淡化装置采用PLC+HMI的控制结构, 控制系统的核心是可编程控制器, 被控对象包括水泵、电动阀门、气动阀门、变频器和仪器仪表等。其中, PLC采用德国西门子S7-200系列可编程控制器及相应I/O模块, 包括226系列CPU模块、4块EM235和2块EM222扩展模块。人机界面采用威纶通MT8104i H触摸屏, PLC与HMI之间通过RS485通讯。
软件开发
软件开发的作用在于对整个装置自动工作过程进行控制和协调, 主要包括PLC程序完成各种复杂工艺过程逻辑的逻辑控制[4,5], 必要的压力、液位、流量、时间、速度的调节和控制以及各种连锁保护, 自动计量、冲洗周期的实现;上位机完成装置的自动启停、故障报警及数据记录管理等方面。
PLC程序设计采用模块化结构, 主要包括主程序、数据采集处理系统、故障报警系统、超滤系统、反渗透系统以及部分控制子程序。程序框图2所示。
人机界面作为操作人员和生产过程之间的一个交互窗口, 实现对生产过程进行显示、监视、操作、控制和管理。HMI操作界面设计自动和手动两种控制模式, 能自动实现状态监控、连锁报警及正常开停机等功能, 保证装置的安全连续运行。
节能模块
在反渗透控制系的方法测量六次, 部分结果见表2。
风速的测量与标准数据相比, 呈略小情况, 原因是, 探测器在随风向转动的过程中, 对叶轮片存在阻碍作用而导致的, 但仍满足精度指标。
结论
提出了一种多功能低空气象探测仪, 能够实现野战条件下对气温、气压、风速、风向的探测和存储, 并可与其他信息系统互通。系统性能可靠, 工作稳定, 精度高, 满足各种野战条件战技指标要求, 为训练考核提供了便捷可靠的气象信息, 将有效提升作训水平。
参考文献
[1]陈益棠, 胡兆银.用海水淡化法解决海岛用水[J].水处理技术, 2006 (6) :65-69
[2]惠绍棠, 阮国岭, 于开录编.海水淡化与循环经济[M].天津:天津人民出版社, 2005
[3]常宇清, 鞠茂伟, 周一卉.反渗透海水淡化系统中的能量回收技术及装置研究进展[J].能源工程, 2006 (3) :32-36
[4]陈姝意, 李少远.污水处理的综合自动化控制系统[J].控制工程, 2006 (3)
自动控制节能装置 篇9
关键词：自动注剂装置,自动投棒装置,效果分析,效果评价,节能
概述
苏里格气田是低压、低渗、低丰度、非均质性的复杂气田。气井压力和产能普遍下降较快, 不能满足生产过程中的气井携液要求, 导致部分气井井筒积液, 严重影响气井连续生产。在部分区块出现地层产水量较大的现象, 个别气井出现水淹现象。产水气井日益增多, 产水量也逐渐增大, 排水采气工作日益突出。
泡沫排水采气是从井口向井底注入某种能够遇水起泡的表面活性剂 (称为泡沫助采剂) , 井底积水与起泡剂接触后, 借助天然气流的搅动, 生成大量低密度含水泡沫, 随气流从井底携带到地面。该技术具有设备简单、施工容易、见效快、不影响气井正常生产等优点, 作为排水采气主体技术在气田得到普遍应用。液体起泡剂主要采用柱塞泵、泡排车加注, 固体起泡剂需要人工井口加注, 雨雪天气不能按计划定时定量加注起泡剂, 降低了气井泡排效率。随着气田的开发, 需要采取泡排措施的气井大量增加, 泡排作业存在人员劳动强度大, 操作和管理费用高等问题, 针对以上问题, 研发了泡排棒自动投放装置和井口自动注剂装置, 与气田数字化系统结合, 实现了起泡剂远程自动定量投放, 确保了泡排措施的有效性, 大大降低了管理和操作费用, 节省了劳动力, 为提高气井采收率, 为气田排水采气工艺节能提供了新的技术手段。
一、井口自动泡排装置
1自动投棒装置设计
天然气井自动投棒装置能够通过联网进行自动控制和状态显示, 实现一键式操作。该装置采用电磁驱动, 由太阳能供电系统供电, 通过时间控制器及远程控制器实现电磁头的通断电控制。装置主要是由药品盒、电动球阀、压力开关、单片机控制系统、太阳能电池组及控制箱几部分组成 (图1) 。
2自动投棒装置工作原理
自动投棒装置包括一竖直安装于井口的投棒短节, 投棒短节上部和下部分别安装有第一电动球阀和第二电动球阀;上球阀上端药棒入口处安装有药品盒;药品盒包括壳体以及设置在壳体内可自转的药棒转换盘, 药棒转换盘由12个成圆周阵列布置的药棒管固定连接组成, 药棒转换盘由电机驱动, 药品盒底部一侧设有药棒出口, 出口与上球阀竖直密封连通;投棒短节的中部还连接有第三球阀。药品盒的中心设有固定轴, 药棒转换盘的下部内壁通过转动轴承安装在固定轴上;药棒转换盘由直流无刷电机控制, 通过光纤传感器测量药品盒位置, 可准确控制药品盒转动相位。
3自动投棒装置特点
(1) 自动投棒装置工艺简单, 操作安全方便, 解决了人工单井投送泡排棒的问题, 破解了施工周期长、增产不明显、作业费用高等难题。当气井生产不适宜泡排时, 可拆卸, 用于其它适宜气井安装。
(2) 根据气井实际生产情况, 在不影响正常生产的情况下, 远程控制投加泡排棒数量, 实现气井泡排增产, 平均每次投棒时间不到4分钟。
(3) 自动投棒装置对高密封性和防爆要求很高, 具有投放制度可调功能和远程控制功能, 能完全适应气井泡排制度的调整。投棒作业后, 通过与站控无线传输连接, 自动执行程序, 执行完毕后反馈执行信号, 装置能完全实现自动化投棒。
二、井口自动注剂装置
1自动注剂装置设计
天然气井口自动注剂装置由太阳能供电系统供电, 通过时间控制器及远程控制器实现柱塞泵的启停控制。装置主要组成有:太阳能独立发电系统、太阳能电池组件、控制器、无刷直流电机、柱塞泵、储液罐、暂储罐、单向阀 (图2) 。
2自动注剂装置工作原理
自动注剂装置是通过太阳能供电控制电机驱动增压, 液体经过增压泵增压后, 通过高压软管、单向阀, 注入井口套压管线, 实现配液、排液。该装置具有自动定时定量加注液功能, 并装有远传功能的液位仪, 具有设定低液位报警功能, 可根据报警信号, 安排车辆人员现场加注泡排液。
3自动注剂装置特点
(1) 自动注剂装置结构简单, 操作方便, 排量大、承压高, 适合连续泡排气井, 适用于无人值守。
(2) 位置偏远, 因道路、天气影响不能频繁上井的气井, 可有效开展泡排。
(3) 该装置可远程控制加注泡排剂。
(4) 采用太阳能供电, 每天最多可以注泡排200L、注醇120L, 按照井口加注泡排液要求 (3天200L左右) , 盛液量为1m3装置可连续工作15天左右。
三、远程控制系统
自动注剂装置远程控制系统与站控系统连接, 站控系统与远程无线传输系统通过MODBUS连接, 远程设备将指令通过无线方式发送到远程接收系统 (图3) 。
远程接收系统通过RTU与泡排系统的连接主要使用了三根线, 一个线用于RTU对泡排的系统的启动信号, 另两根线用于数据通信, 以传输相应的仪器状态信息, 便于站控监测 (图4) 。
四、井口自动泡排装置使用效果分析
井口自动泡排装置选取条件:
(1) 适用于气井有积液, 具有一定携泡能力, 加注泡排剂后能连续生产。
(2) 需要采取措施的小产低压气井, 不适宜投放井下节流器等工具。
截止2014年1月, 苏20区块共安装调试自动泡排装置15井次, 自动泡排装置投运前单井平均油套压差为3.54MP, 投运使用后单井平均油套压差降为2.12MP, 降幅为1.42MP;平均单井日产气量相比装置投运前增加了1700m3/d。
以苏20区块自动注剂装置井苏20-11-19S井及苏20井为例:苏20-11-19S井设备于2013年5月12日投运, 设备投运前油套压为1.03MP/5.15MP, 日均气量2100m3, 目前该井油套压为0.91MP/2.74MP, 日均气量6500m3;苏20井设备于2013年9月10日开始投运, 设备投运前油套压为0.91MP/4.12MP, 日均气量1100m3, 目前该井油套压1.12MP/2.65MP, 日均气量5100m3, 这两口单井试验后排液效果显著, 产气量增加明显。
(1) 苏20-11-19S井装置投运前产量较低, 套压波动频繁且油套压差较大, 携液不稳定, 井筒积液现象明显;设备投运后, 通过泡排剂的加注, 油套压差明显减少, 气井携液相对平稳, 产气量明显增加。
(2) 苏20井装置投运前日均产气量几乎为0, 出现油套压差持续增大的现象, 井筒积液较严重且无法通过气井自身能量排排出, 设备投运一段时间后, 生产油套压差明显减小, 产气量相比实验前明显增加, 气井携液相对平稳, 连续排液效果好。
五、节能效果评价
自动泡排装置在使用过程中, 应用气井泡沫排水数字化配套技术, 大大的减少了人工加注费用高、员工劳动强度大的问题。由于该设备性能稳定、自动化程度高, 实现了泡排剂远程控制自动定量加注, 极大地提高了泡沫排水采气效率, 取得了明显的增产效果。自动投棒装置每口单井年节约运行成本2.26万元, 自动投剂装置每口单井年节约运行成本2.2万元.
结语
井口自动泡排装置可满足小产气井连续加药的生产要求, 降低人工加药频次, 提高泡排有效率, 提高气井开井时率和气井稳产能力。其具有技术先进、可控性好、成本低、节能、不影响气井正常生产的优势, 填补了国内关于井口加药装置的研究空白, 为气田排水采气工艺创新技术树立了模范, 具有良好的推广应用前景。
参考文献
[1]杨逸, 赵哲军, 雷炜, 邓美洲, 等.低压气井泡沫排水适应性分析[J].内蒙石油化工, 2009 (04) :116-117.
[2]杨继盛.采气工艺基础[M].北京:石油工业出版社, 1989.