АСУ10Т (Лекции по АСУТП - в Ворде)

Лекция 10. Системы противоаварийной защиты теплоиспользующих агрегатов

10.1. Общие принципы построения систем противоаварийной защиты

Системы противоаварийной защиты представляют собой совокупность элементов и приборов, с помощью которых вы­являются аварийные ситуации технологических процессов и принимаются меры по предупреждению и локализации ава­рийного состояния.

В обычных производствах развитие пожара исчисляется минутами, но во взрыво- и пожароопасных производствах раз­витие очага пожара и взрыва измеряется долями секунды. Наиболее опасными являются детонационные взрывы, кото­рые обладают большой разрушающей силой.

Несмотря на кратковременность протекания процессов развития взрыва, в промышленности имеются различные спо­собы предупреждения и локализации взрывов.

К таким спо­собам относятся:

• сброс взрывоопасных веществ из закрытых сосудов и аппаратов в аварийные емкости в целях вывода этих веществ из рабочей зоны производства;

• локализация взрыва путем подачи флегматизирующего вещества (инертных газов) в аппараты, где в результате нарушения технологии наступила аварийная ситуация;

• предотвращение самовоспламенения взрыво- и пожа­роопасных веществ путем снижения температуры и давления;

• прекращение подачи взрыво- и пожароопасных жидко­стей и газов в аппараты с помощью автоматической блоки­ровки коммуникаций;

• предупреждение взрыва в производственных помеще­ниях путем включения аварийной вентиляции;

• локализация пламени или очага пожара путем приме. нения средств автоматического пожаротушения;

• исключение импульса, вызывающего вспышку и. загора­ние в зоне взрыво- и пожароопасной смеси.

Все эти способы предупреждения и локализации взрывов и пожаров основываются на работе блок-схемы; автоматиче­ских приборов и механизмов, входящих в состав систем про­тивоаварийной защиты. Системы противоаварийной защиты должны выполняться из стандартных и проверенных в рабо­те блок-схем противоаварийного назначения. При любых ва­риантах конструкции систем должны соответствовать требо­ваниям по удобству монтажа, настройки и обслуживания.

Системы противоаварийной защиты должны безотказно работать, не подвергаться влиянию внешних факторов (тем­пературы, влажности, сотрясений, электрических помех и т. д.) в условиях длительной эксплуатации.

Неразрывная связь систем противоаварийной защиты с автоматическими системами управления технологическими процессами должна обеспечивать безопасную эксплуатацию всего оборудования. Несмотря на большое разнообразие си­стем противоаварийной защиты, они имеют общую структу­ру построения, которая включает:

• индикаторы аварийных ситуаций;

• усилительно-преобразующие элементы;

• исполнительные механизмы и устройства.

Системы противоаварийной защиты компонуются по схе­ме, представленной на рис. 10.1.

Элементы, входящие в систему противоаварийной защиты, характеризуются своими назначением и параметрами действия. В число индикаторов аварийного назначения могут входить датчики температуры, давления, расхода, уровня, концентрации и других параметров контролируемой среды.

Рис. 10.1. Схема комплектации систем противоаварийной защи­ты теплоиспользующих установок

Импульсы, полученные от датчиков, подаются во вторичные приборы (преобразователи-усилители) для выдачи команд в систему исполнительных механизмов, связанных с устройствами противоаварийного назначения. В качестве усилительно-преобразующих элементов могут быть реле гид­равлического, пневматического или электрического действия.

В качестве исполнительных механизмов могут быть установлены кла­паны, задвижки, предохранительная арматура с приводными механизмами, соответствующими усилительно-преобразующими элементами. Такими приводными механизмами могут быть золотниковые переключатели с гидроприводами, пневматиче­ские мембраны, сильфоны или электромагнитные якоря.

Каждая система должна иметь связь с устройствами про­тивопожарного назначения.

Типовые схемы, противоаварийного назначения собирают­ся из стандартных приборов и механизмов, выпускаемых при­боростроительной промышленностью.

Контрольно-измерительные приборы должны размещать­ся в местах, удобных для наблюдения в процессе пуска, остановки и эксплуатации машин и аппаратов.

Приборы аварийного назначения должны размещаться в зоне наибольшего обзора. Места, где расположены прибо­ры или устройства для управления, должны быть хорошо ос­вещены.

На рабочих местах, где находится обслуживающий пер­сонал, нельзя размещать разъемные соединения трубопрово­дов, люки, арматуру и другие устройства, которые могут служить источником выбросов паров или газов в результате прорыва прокладок, разрушения смотрового стекла или раз­рыва деталей. Конструктивные детали аппаратов пусковых устройств должны обеспечивать безопасность и легкость управления.

В технологической схеме теплоиспользующих установок важное место занимает трубопроводная арматура, которая, должна размещаться в доступных местах, и управление ею должно осуществляться без особых усилий и затруднений.

Все пусковые устройства должны располагаться таким об­разом, чтобы аппаратчик или оператор мог их выключить другой рукой в случае выявления неисправностей или не­счастного случая.

В целях облегчения контроля и управления технологическими процессами все основные приборы выносятся на щит управления, где нарисована мнемоническая схема в виде ап­паратов с сетью коммуникаций. На мнемонической схеме от­мечаются световыми лампочками опасные места, и в случае нарушения режима загорается соответствующая лампочка для показа места нарушений или неисправностей, препят­ствующих нормальной работе оборудования.

Пульт управления должен иметь устройство информации для оповещения обслуживающего персонала о выявленных неполадках, а в случае аварийной ситуации должен включать световое табло и сирену.

Обслуживающий персонал должен быть хорошо подго­товленным к самостоятельной работе и принимать меры, предусмотренные инструкцией по предупреждению и ликвида­ции аварийной ситуации на производстве.

10.2. Системы противоаварийной защиты сосудов, работающих под давлением

Для защиты сосудов, работающих под давлением, приме­няют электрические и пневматические блок-схемы противоаварийного назначения. Одним из важных преимуществ электрических блок-схем по сравнению с пневматическими схемами является возможность централизованного управления и объ­единения в единую систему, в которой можно применять дуб­лирующие приборы в особо опасных процессах. Такое инже­нерное решение повышает достоверность замеряемых пара­метров при аварийной ситуации.

В качестве недостатка электрической блок-схемы являет­ся ограниченное ее применение во взрывопожароопасных производствах с точки зрения искрообразования.

В электрической блок-схеме широко применяют приборы с контактными датчиками; пригодными для измерения пре­дельных значений давления, температуры и расхода теплоно­сителей.

На рис. 10.2 представлена электрическая блок-схема для защиты сосудов, работающих под давлением. В качестве ин­дикатора аварийной ситуации могут служить термометры и манометры со стрелочными указателями и подвижными устав­ками для включения в действие всех элементов блок-схе­мы. При воздействии давления контролируемой среды мано­метр срабатывает и вращает стрелку, которая при опасных значениях параметров замыкает контакты и включает в цепь усилительно-преобразующий прибор 4. Последний преобразу­ет электродвижущую силу датчика или, используя питающее устройство 3 от электросети, посылает импульс на исполни­тельные механизмы арматуры и сигнализации. Обычно электрический ток от вторичного прибора 4 поступает к электро­магнитному приводу 5, который в зависимости от назначения блок-схемы открывает или закрывает клапан на трубопрово­де, присоединенном к защищаемому сосуду. Вторичный при­бор, предназначенный для усиления и преобразования им­пульса в электрический ток, состоит из трансформатора, индуктивных преобразователей дроссельного типа и переключа­телей.

В качестве исполнительных механизмов применяют элект­ромагнитные приводы, расположенные на корпусах вентилей и задвижек.

Рис. 10.2. Электрическая блок-схема с контактным датчиком: 1 — сосуд, 2 — манометр ЭКМ, 3 — питающее, устройство, 4 — усилитель-преобра­зователь, 5 — электромагнитный клапан, 6 — световое табло, 7 — сирена

В целях обеспечения безотходного и быстрого срабатыва­ния системы противоаварийной защиты применяют блок-схе­мы, состоящие из индикаторов, преобразователей и исполни­тельных механизмов. В практике применяют дроссельные, зо­лотниковые и мембранные устройства для создания блок-схе­мы, предназначенные для прекращения подачи реагентов, сброса избыточного давления или подачи инертного газа для локализации очага взрыва.

Основным элементом в блок-схеме является датчик с вы­сокой чувствительностью к параметрам среды. В качестве датчиков применяют индикаторы температуры, давления; уровня, концентрации среды и расхода теплоносителя.

На рис. 8 представлена блок-схема с золотниковым уст­ройством для отключения подачи теплоносителя при дости­жении предельной температуры среды в аппарате. Принцип работы блок-схемы -состоит в. том, что сжатый воздух, посту­пающий в золотниковое устройство, может воздействовать на пневматический привод и производить открытие или закрытие вентиля. В качестве датчика температуры применяют кон­тактный термометр или сильфонное реле типа РД-МУК, по­сылающие импульс в усилительно-преобразовательный прибор 2 для включения электромагнитного .привода золотника, спо­собного открыть или закрыть доступ сжатого воздуха в зо­лотниковую коробку. При поднятом положении золотника сжатый воздух имеет свободный проход в трубопровод, соеди­няющий золотниковую коробку и полость мембранного при­вода вентиля. Если золотник опустится, то он перекроет до­ступ сжатого Воздуха в полость мембраны, и клапан под дей­ствием пружины будет закрыт.

Следует отметить, что блок-схема с золотниковым устрой­ством применяется для двухпозиционного управления, пост­роенного на принципе «открыто» м «закрыто» с применением Концевых переключателей для световой и звуковой сигнали­зации.

Важным элементом арматуры с пневматическим приводом является мембранное устройство, которое может обеспечить.

Перемещение штока клапана от 6 до 100 мм. Мембраны изго­товляют из прорезиненной ткани путем формования и вулка­низации на прессах. Для придания им подвижности мембраны изготовляют гофрированными. В зависимости от располо­жения пружины мембранного устройства различают армату­ру прямого и обратного действия. Величина перемещения штока клапана, связанного с подвижной системой пружины, регулируется натяжной втулкой. Работа мембранного меха­низма рассчитана на давление воздуха 0,02—0,1 МПа.

-

Рис. 8. Блок-схема с золотниковым устройством: / — индикатор темггературы, 2 — вторичный прибор, 3 — электромагнитный привод, - 4 — золотниковое устройство, 5 — мембранный вентиль пневма­тического действия

Некоторые мембранно-пружинные устройства имеют пози­ционеры, с помощью которых устанавливается диапазон их работы. В практике применяют позиционеры типа ПР-10-100, которые обеспечивают возвратно-поступательный ход штока вентилей в пределах 10-100 мм.

В качестве пневматического привода могут применяться поршневые устройства, которые присоединяются к клапанам арматуры. Такие приводы применяют для автоблокировки га­зопроводов и нефтепроводов промышленных установок при подаче топлива к печам.

10.3. Противоаварийная защита теплообменной аппаратуры

Теплообменные аппараты широко применяют для нагрева или охлаждения жидких и газообразных веществ.

В любой технологической схеме теплообменники должны иметь обвязку трубопроводов и соответствующую запорную, регулирующую и предохранительную арматуру.

Рис. 10.3. Система противоаварийной защиты и управления теплообменного аппарата:

1—сборник раствора, 2 — на­сос, 3 - регулирующий клапан подачи раствора, 4 — регу­лирующий вентиль подачи пара, 5 — электроконтактный манометр, б — датчик температуры, 7 — конденсатоотводчик, 8 — пневматический регулятор, 9 — усилитель-преобра­зователь, 10 — световая сигнализация, 11— звуковая сиг­нализация