Курсовая работа (т): Расчет ямной камеры

где toc - температура окружающего воздуха, °С; Fi - площадь по наружному

обмеру отдельных элементов ограждения, м2; Кi - коэффициент теплопередачи через соответствующие элементы ограждений, Вт/м·°С.

Σ F kднище = 4,4·7,3·0,086 = 2,76

Σ F kкрышка = 4,4·7,3·0,3 = 9,64

Σ F kстенка = 7,3·0,3·0,38 + 2·4,4·3,8·0,15 = 13,35

Коэффициент теплопередачи через наземные части ограждений камеры

         (31)

а через подземные

                          (32)

где a1 и a2 - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от греющей среды к внутренним поверхностям ограждений и от наружных поверхностей ограждения в окружающую среду, Вт/м·°С.

a2 = (9,28+0,07·tн1)·(1+0,2·V) = (9,28+0,07·30)·(1+0,2·0,05) = 11,5 Вт/м·°С

Где tн1 -температура наружной поверхности ограждений, °С; V - скорость движения воздуха, м/с.

Приходные статьи теплового баланса включают тепловыделение бетона

Qэ1 = 2,3 · 10-7 · qэкв · (В/Ц)0,44 · Ц · tбср1 · tI = 2,3 · 10-7 · 420 · 0,750,44 · 265 · 50 · 3,5 = 3,95 МДж/м3                                                                           (33)

Тепло, поступающее в камеру с теплоносителем, определяется из теплового баланса как сумма полезного расхода тепла Qп1 на разогрев изделий и металла форм и непроизводительного расхода тепла Qпот1

Qто1= Qп1 + Qпот1                                                                       (34)

где Qп1= Qс1 + Qисп1 + Qв1 + Qа1 + Qф1 - Qэ1                        (35)

Qпот1 = Qогр1 + Qос1                                                                  (36)

п1 =111,3 + 62 + 40,5 + 1,05 + 39,52 - 3,95 = 250,42 МДж/м3

Qпот1 = 76,4 + 3,1 = 15,36 МДж/м3

Qто1 = 250,42 + 15,36 = 265,78 МДж/м3

В завершение теплотехнического расчета необходимо определить удельный расход пара

gп1 = 1000 · Qто1 / (iп - iк), кг/м3                                                 (37)

где iп - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; iк - энтальпия конденсата, кДж/кг

iк=св · tк1 = 4,19 · 80 = 335,2 кДж/кг                                           (38)

где tк1 - температура конденсата, °С;

gп1 = 1000 · 265,78 / (2645,147 - 335,2) = 115,06 кг/м3

Gп1 =nто · Vи · gп1 / t1 = 6 · 2,478 · 115,06 / 3,5 = 488,8 кг/ч    (39)

Тепловой баланс периода изотермической выдержки

) Расход тепла на нагрев сухой части изделий:

Qc=(Ц + П + Щ) · сс · (tб2 - tб1) / 1000 , МДж/м3                        (40)

где Ц, П, Щ - содержание цемента, песка, щебня в бетоне, кг/м3; сс - теплоемкость сухой части бетона, кДж / кг °С; tб1 - средняя к концу периода температура бетона в изделии, °С; tб2 - средняя к концу периода температура бетона в изделии, °С

Qc2 = (265 + 708 + 1235) · 0,84 · (85 - 80) / 1000 = 9,3 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев воды, оставшейся в изделиях к концу периода

Qв2 =(В - W) · Св · (tб1 - tб0) / 1000 , МДж/м3                                    (41)

где В - содержание воды в бетонной массе, кг/м3 ; Св - теплоемкость воды, кДж/кг·°С.

Qв2 = (185 - 23,93) · 4,19 · (85 - 80) / 1000 = 3,4 МДж/м3

) Расход тепла на нагрев ограждающих конструкций

                                                   (42)

где lI и аi - теплопроводность, Вт/м·°С и температуропроводность, м2/ч, материалов ограждений; Fi - площадь ограждающих конструкций по внутреннему обмеру, м2 ; tni0 и tni1 - средняя температура внутренних поверхностей ограждений в начале и конце периода, °С; tI - длительность периода подогрева.

) Потери тепла в окружающую среду ограждениями камеры складываются из потерь тепла через отдельные элементы ограждений

                                                       (43)

где toc - температура окружающего воздуха, °С; Fi - площадь по наружному обмеру отдельных элементов ограждения, м2; Кi - коэффициент теплопередачи через соответствующие элементы ограждений, Вт/м·°С.

Приходные статьи теплового баланса включают тепловыделение бетона

Qэ2 = 2,3 · 10-7 · qэкв · (В/Ц)0,44 · Ц · tбср1 · tII = 2,3 · 10-7 · 420 · 0,750,44 · 265 · 50 · 5,5 = 6,2 МДж/м3                                                (44)

Тепло, поступающее в камеру с теплоносителем, определяется из теплового баланса как сумма полезного расхода тепла Qп1 на разогрев изделий и металла форм и непроизводительного расхода тепла Qпот1

Qто2=Qп2 + Qпот2                                                                       (45)

где Qп2 = Qс2 + Qв2 - Qэ2                                                           (46)

Qпот2= Qогр2 + Qос2                                                                   (47)

п2 = 9,3 + 3,4 - 6,2= 6,5 МДж/м3

Qпот2 = 1,58 + 0,34 = 1,92 МДж/м3

Qто2 = 6,5 + 1,92 =8,42 МДж/м3

В завершение теплотехнического расчета необходимо определить удельный расход пара

п2 = 1000 · Qто2 / (iп - iк), кг/м3                                                  (48)

где iп - энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; iк - энтальпия конденсата, кДж/кг

к =св · tк1 = 4,19 · 80 = 335,2 кДж/кг                                           (49)

gп2 = 1000 · 8,42 / (2645,147 - 335,2) = 3,645 кг/м3

п2 = nто · Vи · gп2 / t2 = 6 · 0,98 · 5,52 / 6,5 = 5,0 кг/ч               (50)

Коэффициент полезного действия тепла

h = (Qп1 + Qп2) / (Qто1 + Qто2)·100% = (250,42 + 6,5) / (265,78 + 8,42) = 93,7                                                                                                 (51)

Суммарный удельный расход пара

п = gп1 + gп2 = 115,06 + 3,645 = 118,7 кг/м3[8].                         (52)

5. Задачи автоматизации тепловой установки

Регулирование процесса тепловлажностной обработки производят с помощью ручного управления, полуавтоматического и автоматического регулирования.

Ручное управление процессом часто приводит к тепловым ударам, резким колебаниям температуры среды, увеличению расхода теплоносителя и, в результате, снижению качества изделий.

Для повышения устойчивости регулирования режимов тепловлажностной обработки должна быть обеспечена стабильная работа систем теплоснабжения установок. В частности, при использовании пара устанавливают регулятор давления, обеспечивающий постоянное (в пределах 3 %) давление пара на входе в 6...10 тепловых установок. Диаметр регулятора подбирают по расходу пара, давлению до и после регулятора.

Полуавтоматическое регулирование обеспечивается установкой дроссельных диафрагм и регуляторов температуры прямого действия. Дроссельная диафрагма представляет собой металлическую пластину толщиной 3... 5 мм. Одна диафрагма устанавливается во фланцевом соединении с отверстием такого диаметра, который обеспечивает расход пара на нагрев установки с заданной скоростью; другая - на обводном паропроводе для поддержания изотермического прогрева.

Регуляторы температуры прямого действия (РПД), оборудованные сильфонными датчиками с передачей импульса по капиллярной трубке и установленные на паропроводе около камеры, автоматически поддерживают температуру изотермического выдерживания, регулируя подачу и отклонение пара. Как показал опыт промышленной эксплуатации, более совершенными являются системы, основанные на применении программных электронных регуляторов температуры. Они обеспечивают высокую точность и устойчивость регулирования температурного режима, а также автоматический контроль и сигнализацию процесса тепловой обработки.

Применение электронных регуляторов позволяет осуществлять централизованное дистанционное управление автоматизированными объектами, что значительно повышает удобство обслуживания, а также надежность работы измерительной и регулирующей аппаратуры. От стабильности теплового режима зависят качество изделий, снижение длительности их обработки и расход тепловой энергии.

Все действующие САР процесса тепловой обработки подразделяются на две основные группы. К первой группе относятся САР на базе программных регуляторов, отрабатывающих всю необходимую программу режима термообработки: подъем и снижение температуры, изотермическое выдерживание. Большое распространение получили электронные регуляторы типа ПРТЭ и ЭРП, применяемые в установках периодического действия.

Одна из эффективных систем автоматического управления тепловлажностной обработки основана на применении программного электронного регулятора температуры типа ПРТЭ-2М (рисунок 4). Регулирование температурного режима по заданной программе осуществляется за счет изменения количества пара, подаваемого в камеру в периоды подъема температуры и изотермического прогрева. Регулирующий орган, установленный на паровом вводе в камеру, получает командные импульсы от программного регулятора температуры, смонтированного на центральном щите управления.

Рисунок 4. Схемы автоматизации ямной камеры паропрогрева: а - структурная (I - исполнительный механизм (соленоидный вентиль типа СВБ); 2 - программный регулятор типа ПРТЭ-2М; 3 - самопишущий потенциометр для контроля режима; 4 - датчики); б - функциональная (I- крышка; 2 - гидрозатвор камеры; 3 - гидрозатвор системы вентиляции; 4 система пароподачи; 5 - регулятор давления; и - исполнительный механизм подачи пара)

Контроль и регистрация регулируемой температуры среды осуществляется автоматическим мостом. Датчики программного регулятора и автоматического моста, установленные в пространстве камеры, измеряют температуру паровоздушной среды. Установка датчиков в специальной нише, расположенной посредине одной из продольных стенок камеры, позволяет предохранить их от механических повреждений при загрузке и выгрузке изделий и защитить от непосредственного воздействия острого пара. Стабилизация давления пара осуществляется с помощью регулятора давления, установленного на магистральном цеховом паропроводе.

Основным элементом системы является программный регулятор температуры типа ПРТЭ-2М, обеспечивающий автоматическое регулирование температурного режима по заданной программе при максимальной продолжительности цикла обработки в пределах 24 ч.

Режим тепловлажностной обработки задают посредством реостатного задатчика, движок которого кинематически связан с программным диском-лекалом, закрепленным на валу синхронного электродвигателя и совершающим полный оборот за 24 ч. В качестве исполнительного механизма используется электромагнитный соленоидный вентиль типа СВВ с диаметром условного прохода 50 или 70 мм. Регулятор может работать при температуре окружающей среды от -10 до +40 °С. Чувствительность его не менее 0,5 °С. Пределы регулирования температуры 20...100 °С.

Функциональная схема регулирования процесса тепловлажностной обработки в периодических установках приведена на рисунке 6 б. После загрузки изделий и закрытия крышки с помощью переключателя 1-1 и вентиля 2-1 заполняют гидрозатворы системы вентиляции. Информацию об уровне воды подает сигнализатор 3-1. Затем включают программный регулятор температуры 4-1 типа ПРТЭ-2М В соответствии с изменением выходного сигнала задающего устройства (копир с изменяющимся профилем) регулятор при помощи исполнительного механизма 2-3 (электромагнитный вентиль типа СВВ) управляет расходом пара в камере. Давление в паропроводе поддерживает регулятор 5-2,

После окончания активного периода тепловлажностной обработки (прогрева и изотермического выдерживания) с помощью переключателя 1-2 и вентиля 2-2 выпускают воду из гидрозатворов системы вентиляции. Затем, используя дистанционное управление 1-3, включают вентилятор для охлаждения изделий.

Аналогична схема подключения и работы программного регулятора температуры ЭРП-61. Программу работы задают с помощью профилированного диска, кинематически связанного с движком потенциометрического задатчика. Информацию о температуре передает малоинерционный термодатчик ТДР-61. В качестве исполнительного механизма используют запорно-регулирующий паровой клапан ПРК-61 с диаметром условного прохода 50 мм. Регулятор снабжен двумя концевыми выключателями, обеспечивающими остановку программного диска по окончании цикла и сигнализацию в цех.

Применение блочных программных регуляторов типа БМРТЭ-12 позволяет автоматически контролировать и регулировать режимы термообработки на 12 установках. Регулятор имеет блокировочные контакты для подключения приборов контроля прочности бетона, а также выходы для подключения исполнительных механизмов. Регулятор состоит из блока управления и трех 4-канальных программных блоков. На лицевой панели блока размещены 4 программных устройства и сигнализация. Блоки соединяются между собой гибкими кабелями со штыревыми разъемами. Регулятор допускает работу с различным количеством программных блоков; его схема предусматривает возможность подключения регистрирующего электронного моста ЭМП-209М для записи температуры.

Вследствие большой инерции теплового процесса возможно использование одного автоматического регулятора температуры для управления.многими постами. В этом случае коммутирующее устройство подключают к регулятору камеры (термоформы, кассеты).

В системе многоканального импульсного регулирования МИР-68 обегающее устройство типа ОУ-25И периодически по каждому из 25-и каналов подключает к электронному усилителю типа Э-М один из измерительных блоков с присоединенным с нему датчиком.

Автоматизация управления режимами тепловлажностной обработки возможна с применением универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (элементы УСЭППА). Основанная на этих элементах система ПУСК-Зс-10 обеспечивает регулирование процессов тепловлажностной обработки в 10-и тепловых установках в диапазоне регулирования температур от О до 100 °С.

Максимальное время программы - 24 ч. Информация о протекании процесса обработки передается дилатометрическими преобразователями температур типа ПТЦД на станцию централизованного контроля и управления СЦКУ-С, управление режимом осуществляется 10-ю пневматическими исполнительными механизмами. Давление воздуха 0,3...0,6 МПа; расход - до 10 м3/ч.[1].

6. Решение по обеспечению требований по технике безопасности, охраны труда и окружающей среды при эксплуатации тепловой установки

Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги. Согласно действующим нормативам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.

На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.