Конструкции систем управления горелкой котла и автоматов горения с точки зрения промышленной безопасности

Котел — это генерирующая установка, вырабатывающая пар, который подается в генератор, соединенный с турбиной, для выработки электроэнергии. Пар может использоваться для технологических и личных нужд.

Котел состоит из двух основных систем. Одной из систем является пароводяная система, также называемая водяной частью котла. В водяной части вода подается и нагревается путем прохождения по водяным трубам, преобразуется в пар и выходит из системы в виде пара. Другой системой котла является система подачи топливного газа с воздушным потоком, также называемая топливной частью котла. Эта система обеспечивает передачу тепла воде. На входе в систему находятся топливо и воздух, необходимые для сжигания топлива. Топливно-воздушную камеру также называют вентиляционной камерой. На выходе — поток газа и зола.

Система управления горелкой — автоматы горения

Общим термином, используемым для обозначения системы безопасности, является автомат горения. Однако она также может называться системой защиты от горения, системой безопасности горелки/котла, системой управления горелкой, системой защиты от пламени, системой аварийного отключения, системой контроля безопасности печи, системой аварийного отключения или приборной системой безопасности.

Менеджер горения — это система, которая контролирует работу оборудования для сжигания топлива во время запуска, выключения, эксплуатации и переходных режимов. Он предназначен для представления оператору информации о состоянии всего оборудования для сжигания топлива в сжатом формате. Менеджер горения запускает безопасный режим работы или процедуру отключения, чтобы предотвратить взрыв в случае возникновения небезопасных условий, тем самым защищая оборудование от повреждения, а людей от травм или смерти.

Система управления горелкой — автомат горения, это система контролирующая работу регулирующего клапана и посылающая электрический сигнал (4-20 мА) на концевые выключатели (ZSO-ZSC) и электромагнитные клапаны (SXV), чтобы перекрыть клапан и перекрыть подачу жидкости во время опасной ситуации.

Базовая система управления технологическим процессом (BPCS) регулирует подачу топлива и воздуха в котел в зависимости от изменения нагрузки. Менеджер горения, по сути, представляет собой систему управления включением/ выключением, которая позволяет запускать котел при любой нагрузке при соблюдении безопасных условий. При возникновении небезопасных условий автомат горения автоматически отключает подачу топлива или переводит котел в безопасное состояние.

Пожарная безопасность котельных

NFPA 85 — это Кодекс об опасностях для котлов и систем сжигания, выпущенный в 2011 году. Код NFPA 85 применяется к котлам с одной горелкой; котлам с несколькими горелками; кочегаркам; атмосферным котлам с псевдоожиженным слоем мощностью подачи топлива 3,7 МВт (12,5 млн Бте/час) или более; системам, работающим на пылевидном топливе; а также к парогенераторам, работающим на газе или без него, используемым для рекуперации тепла от турбин внутреннего сгорания (пар с рекуперацией тепла генераторы, HRSG).

Целью Кодекса является обеспечение безопасной эксплуатации и предотвращение неконтролируемых пожаров, взрывов и имплозии оборудования. Кодекс устанавливает минимальные требования к проектированию, установке, эксплуатации, обучению и техническому обслуживанию котлов, систем пылеулавливания, ПГУ и их систем сжигания топлива, подачи воздуха и удаления продуктов сгорания.

Кодекс требует координации рабочих процедур, систем управления, блокировок и конструктивного проектирования. Наиболее распространенной причиной взрывов котлов является человеческий фактор. Некоторые опасности очень опасны и могут привести к взрывам или человеческим жертвам, поэтому для отключения подачи топлива и закрытия всех топливных клапанов требуется аварийное отключение подачи топлива (MFT).

Безопасность котлов

Эксплуатация котла и производство пара сопряжены со многими опасными ситуациями, и многие риски влияют на требования безопасности. Некоторые из этих опасностей могут привести к взрывам котла, которые могут привести к травмам, гибели людей и потере имущества. Взрывы котла обычно происходят во время отключения котла. Отсутствие элементов безопасности и управления, таких как датчики пламени, регуляторы давления и расхода, повышает вероятность возникновения взрывов в котле. Кроме того, расположение компонентов котла оказывает большое влияние на стабильность работы. Основной причиной взрывов котлов является неправильное расположение компонентов котла, таких как регулирующие клапаны, манометр, запорные клапаны … и т.д. что может привести к сбою подачи топлива в любой опасной ситуации. Величина и интенсивность взрыва будут зависеть как от относительного количества скопившихся горючих веществ, так и от доли воздуха, который смешивается с ними в момент возгорания.

Некоторые факторы опасности для котла и аварийные ситуации

(1) Неисправность любого из вентиляторов ID или FD, необходимых для поддержания горения.

(2) Давление в топке превышает расчетное рабочее давление на величину, рекомендованную производителем.

(3) Недостаточный уровень воды в барабане.

(4) Неисправность циркуляционных насосов котла или подачи топлива, если применимо.

(5) Общий расход воздуха снижается ниже скорости продувки на 5% от расхода воздуха при полной нагрузке.

(6) Температура падает ниже указанного значения, когда подается основное топливо и не установлена горелка для прогрева.

(7) При подаче любого топлива в агрегат все подачи топлива равны нулю, а температура становится недостаточной.

Для борьбы с опасностью взрыва котла было разработано правильное расположение компонентов котла путем создания совершенных конструкций P&ID для системы управления горелками котла, что позволило свести опасность к минимуму. В этих чертежах также описывается работа котла, при необходимости выключается свет и дополнительные горелки, а также подача топлива, когда дальнейшая эксплуатация становится небезопасной. Национальная ассоциация противопожарной защиты (National Fire Protection Association) устанавливает правила, регулирующие практику в этой области. Любые действия по проектированию или изменению конструкции контуров защиты котла должны включать соблюдение этих руководств.

Цели безопасного проектирования котельной автоматики

Целью проекта является борьба с опасностью взрыва котла путем редактирования и усовершенствования контроллеров P&ID котельной системы с правильным расположением компонентов котла, чтобы свести опасность к минимуму путем создания точной схемы трубопроводов и контрольно-измерительных приборов (конструкции контроллеров P&ID) для системы управления горелками котла. Новые P&IDs представляют собой безопасную инструментальную систему для защиты от возможных опасных условий, таких как контроль пределов безопасности и наличия пламени во время эксплуатации, а также обеспечение полной предварительной продувки котла. В нем подтверждены требования NFPA 85 к системе управления горелками котла, которые должны быть проверены, и разработаны все требования безопасности.

Объем исследования

• Обзор предыдущих исследований по созданию и редактированию контроллера P&ID.

• Обзор неэффективных частей существующих конструкций.

• Разработка новых конструкций контроллеров P&ID для котла.

• Тестирование новых конструкций • Проведение расчетов эффективности котла.

Вывод

Котел используется для производства пара для выработки электроэнергии, тепла и в личных целях. На процесс работы котла влияют многие факторы риска, которые могут привести к взрыву котла, травмам оператора и гибели людей. Можно было бы усовершенствовать конструкцию котла, чтобы избежать любых опасностей, влияющих на процесс эксплуатации.

Следуя методам контроля безопасности, P&ID котла будет включать дополнительные элементы безопасности и датчики, которые сделают эксплуатацию котла намного безопаснее, избегая любых опасных ситуаций. Эффективность существующих конструкций повысилась с 70% до 89%. Все методы управления и конструкции котлов основаны на нескольких стандартах, таких как NFPA 85, ASME и ISA 77, опубликованных недавно с целью реализации требований по контролю безопасности для автоматов горения.

Будущие работы могут проводиться в соответствии с новыми стандартами и правилами техники безопасности, с повышенными требованиями к системе безопасности и надлежащей конструкцией котлов, а также с использованием программного обеспечения для моделирования, что позволит добиться максимальной эффективности системы управления.

Кроме того, при правильном расположении и выборе размеров компонентов котла процесс работы становится более плавным и простым для управления с более высокой эффективностью. Правильный выбор защитного оборудования и компонентов котла имеет очень важное значение для снижения эксплуатационных расходов и повышения безопасности котла. Выбор оборудования должен производиться с учетом снижения риска.