Устройство для автоматического управления вакуумным деаэратором

(ГОСПАТЕНТ СССР) ТНОЕЕ ИЗОБРЕТЕН ОЙИСА 1 ;: .": .", :;:, 2(21).4823605/06 . .;-.,;: ::тельным механизмом; выход которого под(22) 07;05;90:, . : ".": .".: ., ключен к первому клапану на трубопроводе(71) Одесский политехнический институт:. -ходу третьего исполнительного механизма(72) В,А.Герлига, Н.П,Мороз и рауль ривас: , клапан на трубопроводе подачи химическиПерес-.".;.,;,-:.обессоленной воды; второй клапан на тру(73) Одесскийполитехнический институт ;.: бопроводе подвода греющей среды, подклю(56) Авторское:свйдетельство СССР:. ченный к выходу четвертого исполнительнбгоМ 1455123; кл. Р 22 О 1/50, 1986,.:.: .:мехайизма, и клапан на трубопроводе отсоса. ";,.неконденсйрующихся газов черезэжектор, В(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКО-,. устройстве предусмотрейы последовательйоГО .УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫМ ДЕАЭРА-. соединенные датчик давленйя в деаэраторе иТО.РОМ . . :-:.;:. .:,:,: ,. .;, блок оценкитемпературы насыщения, анали(57) Изобретение относйтся к теплоэнергети- , затор температуры воды, три элемента сравке; в:частности к системамводоподготовки, и нения; датчик уровня.в баке-аккумуляторе с, может найти применение при автоматизации .задатчиком и пороговый блок, причем регу.технологических процессов в вакуумных дев- : лятор выполнен в виде многоканальногоэрэторах тепловых электростанций и йро-ПИД-регулятора, датчик температуры воды амышленнйхтеплосилбвйх установок. Цель: подключен к входам анализатора, первый и .; "изобретения - повышение экономичности ,: второй элементы сравнения подключенысво-работы деаэратора и точности управления.: . ими входами к выходу блока оценки и к выхоПоставленная цель достигаетсятем,что ус- .: дам" анализатора, а выходами - к входамтройство для эвтоматйческого управленияпорогового блока, выходы которого подков- Явакуумным деаэратором,снабженным тру- . цены к входам регулятора вместе с выходомбопроводом Отвода деаэрированной воды, . третьего элемента сравнения, соединеннобаком-аккумулятором и откачивающйм на-. госвоймивходамисдатчикомуровняизадат- " а: сосоМ, содержит клайанна трубопроводе - чиком, а еыходы регулятора дополнительно (фподачи недеаэрированной воды, подклю-соединены с входами первого, третьего и э" чейный к выходу первого исполнительного четвертого исполнительных механизмов. 1механизма, датчик температуры воды, свя- з.п. ф-лы, 5 ил,ванный через регулятор с вторым исполниИзобре ке, в частнос может найти". технологйче эрэторах те мыаленныхповышение эконо- тора и точности уптение относится к теплбэнергетити к-сйстемам водоподготовки, и применение йри автоматизации ских прбцессов в вакуумных деапловцх электростанций и протеплосиловых установок. изобретенияработы деээ Цель мичност равлениНаф емого ус равлени.1 показана бройства для акуумным д лок-схема предлэгаавтоматического упаэратором; на ф .2- блок оценки температуры насыЩения; нафиг,3 - многоканальный ПИД-регулятор: нафиг,4 и 5 - диаграммы, поясняющие работупредлагаемого устройства,Устройство содержит вакуумный деаэратор 1, трубопровод подачи недеаэрированной воды 2 с клапаном 2 а, трубопроводотвода недеаэрированной воды 3, трубопровод подвода греющей среды 4 с клапанами 4 аи 4 б, трубопровод отвода неконденсирующихся газов 5 с клапаном подвода химическиобессоленной воды 5 а, первое исполнительное устройство 6, второе исполнительноеустройство 7, эжектор 8 отсоса неконденсирующихся газов, бак- аккумулятор 9, откачивающий насос 10, датчик 11 давления, датчик12 температуры воды, анализатор 13 температуры воды, блок 14 оценки температурынасыщения, первый элемент 15 сравнения,второй элемент 16 сравнения, первый пороговый блок 17, многоканальный ПИД-регулятор 18, третье исполнительное устройство19, при постоянной подаче парэ через эжектор, вакуум вколонке деаэратора поддерживается регулированием подачи химическиобессоленной воды через эжектор, четвертоеисполнительное устройство 20, датчик уровня 21, третий элемент 22 сравнения,Анализатор 13 температуры воды содержит второй пороговый блок 23 и третийпороговый блок 24 (фиг.1).Блок 14 оценки температуры насыщения содержит первый блОк 25 умножения,второй блок 26 умножения, третий блок 27умножения, четвертый блок 28 умножения,первый задатчик коэффициентов 29, первыйсумматор 30, первый блок 31 сравнения,второй сумматор 32, второй блок 33 сравнения; третий сумматор 34, второй задатчиккоэффициентов 35, пятый блок 36 умножения, третий задатчик коэффициентов 37, шестой блок 38 умножения, четвертый задатчиккоэффициентов 39, седьмой блок 40 умножения, пятый,.задатчик коэффициентов 41,восьмой блок 42 умножения, шестой задатчик коэффициентов 43 и девятый блок 44умножения (фиг.2),Регулятор 18 содержит дифферен циаторы 451-45 з, четвертые сумматоры 461-46 з,первые усилители 471-47 з, вторые усилители 48-48 з, третьи усилители 49 -49 з, инерционные звенья 501-50 з, пятые сумматоры511-51 з и интеграторы 521-52 з, Входные сигналырегуляора 18(я 1 (с), 6 (с), ез (споступают на дифференциаторы 451-45 з, свыхода которьх сигналы через четвертые. сумматоры 461 - 46 з поступают на входтретьих усилителей 491-49 з, охваченных обратной связью, За счет. большого коэффици Т 1. ТЗ, Р 2 Кз) Кц 30+ Т 1 у+Т 11 Кз К 2 Р+1 1 (1)Кз 1 К 1: / Ти; Р35где Кц, К 21, Кз и Киз 1 - коэффициенты усиления блоков 47, 48, 49 и 50 соответственно;Т 11, Тз;, Т,1 - постоянные времени блоков 45, 50 и 52 соответственно;1 = 1,2,340 Известно,что в вакуумных деаэраторахработа эжектора отсоса неконденсирующихся газов является причиной изменения давления в деаэраторах в широком диапазоне (0;075; 0,5 атмосфер). Так как, темпера тура воды на линии насыщения являетсяфункцией от давления пара (см. Букалович М,П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М: Машгид, 1959), то есть: 50 где Т(с) температура воды на линии насы щения;Р(с) - давление пара,55 то с изменением давления в вакуумных деазраторах изменяется также текущее значение температуры насыщения воды внутри деаэратора, Таким образом, путем изменения давления внутри ва куумн ых деаэратоента усиления третьих усилителей 491-49 зздесь формируются форсирующие звенья. Свыхода форсирующих звеньев, то есть с выхода усилителей 491 - 49 з сигналы поступаютна вход сумматоров 511-51 з. На сумматоры511-51 з одновременно поступают сигналы с входа и выхода дифференциаторов451- -45 з через усилители 471-47 з, 481-48 з,Таким образом, сигналы на выходе суммато"0 ров 511 - 51 з пропорциональны входным сигналам(д (с ), 6 (с ), яз (с их первых ивторых производных, Поскольку параметрыусилителей 471 - 47 з, 481 - 48 з, 491-49 з можновыбирать произвольно, то можно произвольно устанавливать и коэффициенты при первых и вторых производных входных сигналов,то есть можно обеспечить любое значениекоэффициентов усиления.20Выходные сигналы сумматоров 51 з - 51 зпоступают на вход интеграторов 521-52 з. Врезультате на выходах регулятора 18 имеются сигналы управления Оф), О 21(с), Оз(с),формированные по пропорциональным интегральным и производным законам регулирования,Передаточную функцию )-го канала регулятора 18 можно представить в виде;ров можно достигать необходимые температуры насыщения воды без изменения подачи расхода горячей воды (греющая среда). Это приводит к значительной экономии энергии, 5Учитывая, что в деаэраторе минимальное удаление растворенных газов из воды имеет место, когда температура воды достигает температуры насыщения, и что давление в деаэраторе с достаточной точностью 10 характеризует температуру насыщения воды, то для эффективного управления процессом водоподготовки необходимо в зависимости оттекущего значения давления Р(1) внутри деаэратора оценить соответствующее зна чение температуры насыщения воды Ты(1) в деаэраторе и при этом сравнить значение температуры Тя(1) с фактическим значением температуры воды в деаэраторе (Т ь(т. Если между значениями температур Ты(т) и 20 Т ы(с) имеется рассогласование, то для достижения температуры насыщения в деаэраторе необходимо в первую очередь изменить давление в деаэраторе до значения, обеспечивающего температуру насыщения Тэ;(т), 25 Это приводит к значительной экономии горячей воды, А если путем изменения давления в деаэраторе не удается достигать температуры насыщения, тогда необходимо изменить подачу расхода горячей воды 30 (6 гор(т.Алгоритм оценки температуры воды на линии насыщения в зависимости от текущего значения давления в деаэраторе в диапазоне 0,04325; 0,49000) атмосферы, может 35 быть представлен в видеФТэ;(с) = Кг ь КгР(х) - КзР; (т) + К 4 Р; (т) -где К 1 = 10,21046; Кг = 577,2276; Кз = 3110,897,-3110,897 Р (т) + 10331,32 Р (т) -17514,65 Р (т) + 11634,53 Р (т), (5) ортогональных многочленов Чебышева, обеспечивающих минимальное х значение среднеквадратического отклонения в задней области аргумента, и был запрограмми 0,49000) абсолютная погрешность аппроксимации не превышает 0,16 С.Так как давление в вакуумных деаэраторах, как правило, изменяется в диапазоне0,075; 0,5 атмосферы, то температуры насыщения, соответствующие указанномудиапазону, будут находиться в интервале(40; 81)С. При этом, если фактическое значение температуры воды внутри деаэраторанаходится в диапазоне (40; 81) С, то температуры насыщения достигаются путем изменения давления в деаэраторе. А еслифактическое значение температуры воды вдеаэраторе ниже 40" С, тогда температура насыщения достигается путем одновременногоизменения давления в деаэраторе и подачирасхода горячей воды,Устройство работает следующим образом.Недеаэрированная вода после химводоочистки с температурой 30-35 С поступает в вакуумный деаэратор 1 требуемымрасходом (Онедеаэр(т по трубопроводу 2 через клапан 2 а. Греющая среда (вода с температурой - 90 С) подводится в деаэратор1 требуемым расходом (Сгор(1 по трубопроводу 4 через клапаны 4 а и 46. Проходя черезотсеки деаэратора 1, заполненные паром,недеаэрированная вода нагревается до 45 -55 С, деаэрируется, а затем по трубопроводу3 раСХОДОМ (Одеаэр(1 ОТВОДИТСЯ ИЗ ДЕЭЭРЗТОРдв бак-аккумулятор 9, При этом неконденсирующиеся газы из деаэратора 1 отсасываются эжектором 9,На выходе датчика 11 температуры во- .ды имеется сигнал. пропорциональный фактическому значению температуры водывнутри деаэратора 1, Указанный сигнал одновременно поступает на вход второго поро - К 5 Р (т) + К 5 Р; (т),(3) 40 гового блока 23 и на вход третьего пороговогоблока 24 анализатора 13 температуры воды.Второй пороговый блок 23 только пропускает сигнал Т ы через него, если фактическое значение температуры воды внутриК 4 = 10331,32; К 5 = 1751,65; Кб = 11634, 53 45 деаэратора находится в диапазоне 40 СТьф81 С, А если фактическое значеУравнение (3) с учетом (4) принимает ние температуры воды внутри деаэратораниже 40 С, то есть Ты(т)40 С, то сигналТ ь;(т) только пропускает через него третийпороговый блок 24, Таким образом на первом выходе анализатора 13 температуры воды имеется сигнал Т"ьф), если фактическоезначение температуры воды в деаэраторе 1 находится в диапазоне 40 С - Тоь - 81 С, ана втором выходе - имеется сигнал Тьг(1),если фактическое значение температуры воды в деаэраторе 1 ниже 40 С (Ть (1)40 С).На выходе датчика 12 давления имеетсясигнал Р (т), пропорциональный фактичерован на языке ВАР С, В диапазоне 0,04325;скому значению давления внутри деаэратора, Так как необходимо оценить значение температуры насыщения Ты(т) в деаэраторе, соответствующее текущему значению внутреннего давления Р(т), блок 14 оценки температуры насыщения по сигналу Р (т), поступающий на его вход, определяет значение температуры насыщения Тоф), При этом необходимо отметить, что блок 14 оценки температуры насыщения функционирует согласно алгоритму (5), Таким образом, на выходе блока 14 оценки имеется сигнал Ты (т), и ропорциональный температуре насыще-. ния в деазраторе,Блок 14 оценки температуры насыщения может быть построен как в аналоговом варианте, так.и в цифровом. На фиг.2 представлен возможный вариант технической реализации блока 14 оценки температуры насыщения на основе аналоговой техники.Сигнал Ты(т) одновременно поступает на первый вход первого элемента 15 сравнения и на второй вход второго элемента 16 сравнения, При этом, если фактическое значение температуры воды в деаэраторе находится в диапазоне 40 СТоы (т)81 ОС, то на выходе первого элемента 15 сравнения появляется сигнал рассогласования яа,яц(т) = Тм (т) - Т ы (т), (6) Так как процесс приближения фактического значения температуры воды и значе. ния температуры насыщения носит инерционныйхарактери является оченьдлительным, для увеличения оперативности управления, перед многоканальным ПИД регулятором 18, включен первый пороговый блок 17, с порогом Ь= 0,5 С. Как только наличие сигналов рассогласования, поступающих на входы блока 17, достигает указанного порогового значения, на выходе порогового блока 17 сигнала нет и регулятор 18 временно прекращает управление рассматриваемыми параметрами, То есть, если ея (1 ) ) Ь, то на выходе порогового блока 17 появляется сигнал я 1 (1 ), который поступает на первый вход многоканального ПИД регулятора 18, А если яц (т )Л, то на выходе порогового блока 17 сигнала нет и соответствующий канал ПИД регулятора18 в работу не включается.Сигнал рассогласования ян(т) будет являться всегда положительной величиной, то есть Ты(1)Ты(т), При этом на выходе порогового блока 17 появляется сигнал ея ( 1 ) . который поступает на первый вход регулятора 18. Регулятор 18 по сигналуяц (1 ) формирует на его первом выходе сигнал управления Оп(т), который поступает на первый вход третьего исполнительного устройства 19. Исполнительное устройство 19 по сигналу управления О 11(1) увеличивает величину подачи химически обессоленной воды (Охов ) путем изменения положения задвижки соответствующего клапана 5 а и это приводит к уменьшению давления в деаэраторе, Уменьшение давления в деаэраторе будет иметь место пока значение сигнала е 1 (т ) не станет равным пороговому значению Л. Когда сигнал е 11(т) Л, то температура насыщения в деаэраторе становится приблизительно равной фактическому значению температуры воды в деазраторе и при этом максимально удаляются растворенные газы из воды (см. фиг,4). сигнал управления Оа (т), который уменьшает давление в деаэраторе до значения, обеспечивающего равенство между фактическим значением температуры воды и значением температуры насыщения в деаэраторе, При этом изменяется величина подачи расхода горячей воды, что позволяет получить значительную экономию горячей воды и повысить эффективность работы деаэратора,Если фактическое значение температуры воды в деаэраторе ниже 40 С, то на выхо 25 30 де второго элемента 16 сравнения появляетсясигнал рассогласования яъ ( 1) 35 я 2 (т) =Тм(с) - Т ы(т) . (7) Так как минймальное давление в де азраторе с практической точки зрениярп(т) = 0,075 ат, что соответствует температуре насыщения Тм(1) = 40 С, то сигнал 621 (1 ) также всегда является положительной величиной, то есть Ты (1)Ты (с), Для 45 достижения равенства между Т м(т) и Т ы(т)регулятор 18 по сигналу 6 ( т ), поступающему на его второй вход, формирует на его втором выходе сигнал управления О 21(т), который поступает одновременно на второй вход третьего исполнительного устройства и на вход второго исполнительного устройства, При этом одновременно увеличивается величина подачи расхода химобессоленной воды, что приводит к уменьшению давления в 50 55 деаэраторе, и увеличивается величина подачи расхода горячей воды, что способствует увеличению фактического значения температуры воды в деаэраторе. Процесс регулирования будет иметь место пока значение 20Таким образом, в зависимости от величины сигнала ен (с ), регулятор 18 формируетсигнала е ( т ) не станет равным пороговому значению Л (см, фиг.5),Таким образом, если в устройстве появляется сигнал рассогласования е 2(т ) , то температура насыщения в деаэраторе до стигэется путем одновременного уменьшения давления в деаэраторе и повышения величины подачи расхода горячей воды, Это также приводит к увеличению эффективности работы деаэратора и значительной эко.- 10 номии горячей воды.В зависимости от степени приближения уровня воды в баке-аккумуляторе к заданному максимальному допустимому уровню в . нем, регулятор 18 по сигналу рассоглэсова ния ез (т ), поступающему на его вход, на его третьем выходе формирует сигнал уп-. равления Озт), При этом сигнал ез (т ) определяется соотношением20ез ( с ) = Н задках(т) - Н (1), (8) где Нзадпах (т) заданный максимальный.допустимый уровень воды в баке-аккумуляторе 9;25Н; (т) - фактическое значение уровня воды в баке - аккумуляторе 9.Сигнал управления Оз(т) одновременнопоступает на первое исполнительное устройство 6 и при этом изменяется величина З 0подачи расхода недеаэрированной воды ина четвертое исполнительное устройство 20,которое изменяет величину. подачи расходагорячей воды, При достижении уровнем воды в баке - аккумуляторе 9 заданного макси- З 5мально допустимого уровня прекращаетсяподача расхода недеаэрированной воды и горячей воды. При этом увеличивается эффективность работы устройства, сокращаютсянепроиэводительнье технологические 40сбросы деаэрированной воды и экономитсягорячая вода,Таким образом, формирование сигна, лов управления О (т), О 2 (т) регулятором 18,в зависимости от величины сигналов рассогласования ян(с), я 2(т) между фактиче-.ским значениемтемпературы воды вдеаэраторе .и значением температуры воды на линиинасыщения позволяет значительно повы-.сить эффективность работы деаэратора и егоэкономичность, При этом существенно повышается качество обработки воды не только вустановившемся режиме работы деаэратора, но и при переменном режиме его работы(при изменении подачи. расхода недеаэрированной воды, температуры воды и давления в деаэраторе), а также при любых другихизменениях режима деаэрации, уменьшается попадание кислорода в оборудование и повышается надежность работы всей тепло- энергетической установки в целом.Необходимо отметить, что повышение точности управления процессом водоподготовки достигается за счет применения многоканального ПИД регулятора 18, который сочетает в себе высокую точность интегрального регулирования, большое быстродействие пропорционального регулирования и высокую скорость реакции регулирования по производной, что приводит к снижению ошибок в динамике. Формула изобретения 1, Устройство для автоматического управления ваккуумнымдеаэратором, снабженным трубопроводом отвода деаэрированной . воды, баком - аккумулятором и откачивающим насосом, содержащее клапан на трубопроводе подачи недеаэрированной воды, подключенный к выходу первого исполнительного механизма, датчик температуры воды, связанный через регулятор с вторым исполнительным механизмом, выход которого подключен к первому клапану на трубопроводе подвода греющей среды, подключенный к выходутретьего исполнительного механизма клапан на трубопроводе подачи химически обессоленной воды, второй клапан на трубопроводе подвода греющей среды, подключенный к выходу четвертого исполнительного механизма, и клапан на трубопроводе отсоса неконденсирующихся газов через эжектор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности работы деаэратора и точно-сти управления, оно дополнительно содержит последовательно соединенные датчик давления в деаэрэторе и блок оценки темпе. ратуры насыщения, анализатор температуры воды, три элемента сравнения, датчик уровня в баке - аккумуляторе с задатчиком и пороговый блок, причемрегулятор выполнен в виде многоканального ПИД-регулятора, датчик температуры воды подключен к входам анализатора, первый и второй элементы сравнения подключены. своими входами к выходу блока оценки.и к выходам анализатора, а выходами - к входам порогового блока, выходы которого подключены к входам регулятора вместе с выходом третьего элемента сравнения, соединенного своими входами сдатчиком уровня и задатчиком, а выходы регулятора дополнительно соединены с входами первого, третьего и четвертого исполнительных механизмов.2, Устройство по п,1, отл ича ю щеес я тем, что блок оценки температуры насыщения выполнен в виде последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого блоков умножения, последова1817823 12 бир(ЕЯ тельно соединенных первого эадатчика коэффициентов, первого сумматора, первого блока сравнения, второго сумматора, второго блока сравнения и третьего сумматора, последовательно соединенных второго за датчика коэффициентов и пятого блока ум. ножения, последовательно соединенных третьего задатчика коэффициентов и шесто.го блока умножения, последовательно соединенныхчетвертогоэадатчика коэффициентов и 10 седьмого блока умножения, последовательно соединенных пятого задатчика коэффициентов и восьмого блокаумножения, последовательно соединенных шестого задатчика коэффициентов и девятого блока 15 умножения, прйчем вход первого блока умножения соединен с выходом датчика давле ния и с входами первого; второго, третьего,четвертого и пятого блоков умножения, выход пятого блока умножения соединен с входом первого сумматора выход первого блока умножения связан с входом шестого блока умножения, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, выход второго блока умножения связан с входом седьмого блока умножения, выход которого соединен с входом второго сумматора, выход третьего блока умножения связан с входом восьмого блока умножения, выход которого соединен с входом второго блока сравнения, выход четвертого блока умножения связан с входом девятого блока умножения, выход которого соединен с входом третьего сумматора, выход которого связан с входами первого и второго элементов сравнения,