Необходимость и целесообразность автоматизации объекта регулирования

Надёжная работа котельной установки может быть обеспеченна при обязательном условии удержания уровня воды в пароводяных барабанах котлов в определённых заданных пределах, подаче топлива и воздуха в топку в соответствии с количеством и параметрами выбранного пара.

Для удержания уровня воды в пароводяных барабанах необходимо подавать воду в котёл в количествах, компенсирующих расход пара из котла и паросодержание под зеркалом испарения. Чтобы подавать воду в котёл, нужно поддерживать давление в магистрали питания несколько более высокое, чем давление на участке магистрали питания (обычно на питательном клапане).

Подача топлива в топку котла и его распыление могут быть осуществлены при поддержании необходимого давления в топливном трубопроводе (либо перепад давления на топливорегулирующем органе) и его вязкости (или температуры).

В случае использования паромеханических форсунок необходимо также поддерживать давление пара, идущего на распыливание топлива. Чтобы подавать воздух в топку и обеспечить качественное сгорание топлива, необходимо поддерживать его давление в воздуховоде, либо перепад давления на топочном фронте по определённой программе. Вспомогательные котлы небольшой паропроизводительности при работе их на дизельном и тяжелом топливе, как правило, оборудуются системой дистанционно-автоматизированного управления конечными режимами (ввода котла в действие и вывода его из действия).

Динамические свойства контура регулирования уровня воды определяются конструкцией измерительного органа регулятора уровня.

Для маневренных котлов (им присуща значительная тепловая инерция) обычно используют мембранные измерительные органы, безинерционные и высокочувствительные. Конструкция регуляторов уровня должна удовлетворять требованиям надежности и обеспечивать: статическую погрешность поддержания уровня воды ±15 мм; динамические отклонения уровня воды в пределах видимой части водоуказательного прибора; возможность быстрого перехода на дистанционное или ручное управление подачей питательной воды в котел.

Так как котел не обладает свойством самовыравнивания по уровню, для обеспечения устойчивости процесса регулирования применяют регуляторы со стабилизирующими устройствами в виде гибких и жестких обратных связей. Для судовых вспомогательных котлов широко используют 1-импульсные пропорциональные и пропорционально-интегральные регуляторы, а для главных – 2-импульсные пропорциональные регуляторы и регуляторы с дополнительным импульсом по скорости изменения давления пара.

В практике эксплуатации морского судна систематически возникают различного рода возмущения котельной установки. Кроме колебаний по расходу пара, котельная установка получает возмущения по подаче топлива, воздуха и воды вследствие изменения режимов работы механизмов и систем, обеспечивающих их подачу, и т. п. Возможны отказы отдельных устройств и узлов котельной установки.

В этих условиях без автоматизации технологического процесса производства пара обслуживание судовых котельных установок становится все более затруднительным, а порой и невозможным. Даже самый квалифицированный обслуживающий персонал не в состоянии вовремя и всегда правильно оценить все возможные возмущения и принять соответствующие меры по регулированию. В результате при ручном регулировании котельной установки снижается ее экономичность, маневренность и надежность, увеличиваются износы. В связи с этим в настоящее время все судовые котельные установки оборудуют системами автоматического регулирования, которые полностью управляют технологическим процессом производства пара.

Учитывая, что процесс производства пара характеризуется многими величинами, скорость изменения которых в неустановившихся режимах достаточно велика, допустимые отклонения их от заданных значений ограничены узкими пределами, а также учитывая возможные отказы оборудования котельной установки и регулирующей аппаратуры, кроме систем автоматического регулирования, устанавливают устройства защиты и сигнализации.

Автоматика современной судовой котельной установки обычно состоит из систем автоматического регулирования топливосжигания, питания котлов водой, температуры перегретого пара, аварийной защиты и предупредительной сигнализации по срыву факела в топке, прекращению подачи воздуха в топку, повышению давления пара, отклонению уровня воды за допустимые пределы.

Автоматизация судовых котельных установок позволила не только уменьшить численный состав обслуживающего персонала и облегчить его работу, но и существенно приблизить режимы работы к оптимальным, т. е. повысить среднеэксплуатационный коэффициент полезного действия, надежность и долговечность оборудования, обеспечить его маневренность. Замена ручного управления автоматическим в зависимости от мощности судовой котельной установки и совершенства систем автоматического ре­гулирования позволила уменьшить обслуживающий персонал на одного-двух человек, сократить расходы топлива на 0,7—3,1%, значительно уменьшить затраты на ремонт оборудования.

Автоматизация процессов регулирования и защиты полностью исключает необходимость участия человека в сфере управления этими процессами и поэтому действительно сокращает число обслу­живающего персонала, позволяет более точно поддерживать за­данные значения регулируемых величин и повышает надежность действия котельной установки. Поэтому стоимость используемых для этой цели технических средств быстро окупается достигаемым технико-экономическим эффектом.

В последние годы всё более широкое распространение получают системы управления, обеспечивающие: программное управление технологическими средствами; решение задач контроля, регистрации, диагностирования технического состояния, защиты технических средств от аварий, борьбы за живучесть; вычисление непосредственно не измеряемых параметров; экранный способ представления информации; оптимизацию работы судовой энергетической установки. Благодаря внедрению интегрированных систем комплексной автоматизации технологического процесса на базе микропроцессорной техники в мировом транспортном флоте эксплуатируются многочисленные серии комплексно-автоматизированных судов с сокращённой численностью экипажа, которые часто называют прототипами судов будущее.

Автоматизация улучшает режимы использования механизмов, повышает их надежность, сокращает трудозатраты судовых экипажей на процессы управления и контроля за работой судовых технических средств, улучшает условия их труда и создает предпосылки для повышения производительности труда при перевозках, а также позволяет повысить безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает экономичность работы парогенератора.

Степень автоматизации котельных установок различна в зави­симости от их назначения. В главных котельных установках пол­ностью автоматизируется процесс генерации пара на стационарных режимах с любой паропроизводительностью и на всех переходных режимах, процесс защиты установки в аварийных ситуациях и про­цесс контроля параметров. Главные котельные установки, следо­вательно, оборудуют системами автоматического регулирования всего рабочего процесса, защиты и контроля параметров. Если на судне установлена система централизованного контроля параметров всей паротурбинной установки, то автоматизация контроля параметров котельной установки обычно осуществляется этой системой.