CC BY
57
УДК 681.513.54, 681.518, 621.64/.69
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕТЬЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРОСНАБЖЕНИЯ
И.Е. Вахромеев
DISTRIBUTION AUTOMATED SYSTEM, INDUSTRIAL STEAM SUPPLY NETWORK MANAGEMENT
I.E. Vakhromeyev
В статье рассматривается автоматизированное управление сложной системой технологического пароснабжения крупного промышленного предприятия на примере промплощадки ККЦ ОАО «ММК». Приводятся общая характеристика, анализ режимов пароснабжения промплощадки ККЦ, структурная схема разработанной распределенной автоматизированной системы управления пароснабжением промплощадки, результаты математического моделирования.
Ключевые слова: пароснабжение, управление, моделирование.
Automated industrial steam supply network management is considered. A structure of the distributed steam supply management system is proposed. An analysis of network regimes for the Magnitogorsk Steel works case study is implemented. Results of simulation are discussed.
Keywords: steam supply, management, simulation.
1. Общая характеристика и анализ режимов пароснабжения промплощадки ККЦ
Проведем анализ работы сети технологического пароснабжения промышленного предприятия на примере промплощадки кислородноконвертерного цеха (ККЦ) ОАО «ММК». Структурная схема системы пароснабжения промплощадки ККЦ ОАО «ММК» представлена на рис. 1.
Проблемным вопросом пароснабжения площадки ККЦ является обеспечение максимальной подачи пара на турбины БТ-З с целью увеличения выработки электроэнергии при полном удовлетворении снабжения паром вакууматора ККЦ. Вакуу-матор работает циклически. При этом подача пара на вакууматор в пиковом режиме достигает до 30 % от общего расхода пара на выходе ППУ. Тем самым работа вакууматора создает существенное ограничение на пароснабжение турбин 8Т-3 и обуславливает пониженные объемы выработки электроэнергии.
Базовым источником пароснабжения площадки ККЦ является нитка 2 Ду500 ПВЭС-2 (см. рис. 1). Дополнительным источником пара на паропроводе выступает РОУ-2 ЦЭС. РОУ-2 работает в режиме стабилизации давления пара и в автоматическом
режиме частично демпфирует пики нагрузки вакууматора, являясь резервным источником пара в случае технологического останова другого дополнительного источника - котельной № 2 ЛПЦ-10. Центральным элементом пароснабжения площадки ККЦ является энергокорпус (ЭК). Режим работы ЭК определяется установленными в нем паровыми аккумуляторами (ПА). Заряд ПА производится от котлов ОКГ, утилизирующих тепло, образующееся при плавках в кислородных конвертерах ККЦ. Пиковое поступление пара от ОКГ аккумулируется в ПА. Однако объем производства пара от ОКГ является резко переменным и аккумулирующей способности ПА может быть недостаточно для аккумулирования всего пара. В этом случае оператор ЭК осуществляет сброс пара в атмосферу через свечи.
Существенным фактором повышения эффективности пароснабжения турбин БТ-З от ПА является автоматизация управления сбросом пара свечи, что позволит минимизировать потери пара. Другим фактором повышения эффективности работы ПА, является обеспечение эффективного регулирования зарядно/разрядных процессов ПА от котлов ОКГ при переменной нагрузке вакууматора.
Вахромеев Иван Евгеньевич - аспирант кафедры Vakhromeev Ivan Evgenievich - postgraduate student
автоматики и управления ЮУрГУ; [email protected] of Automation and Control Department of SUSU;
СПП - система перераспределения пара
ПА - паровой аккумулятор
ПАт - аккумулирующая емкость паропровода
Рис. 1. Структурная схема системы пароснабжения промплощадки ККЦ
Анализ фактических режимов работы системы пароснабжения промплощадки ККЦ показал, что в моменты включения вакууматора при малом расходе пара с ЭК на ППУ, вызванном разрядом ПА, суммарная подача пара на турбины БТ-З вынужденно снижается на 40-50 т/ч, что приводит к снижению выработки активной электрической мощности на турбинном участке ПСЦ на 4-5 МВт. При этом в случае, когда накопленного в ПА пара достаточно - снижение выработки электроэнергии не происходит.
Таким образом, актуальной задачей оперативного управления пароснабжением промплощадки ККЦ является автоматизация зарядно-разрядных процессов паровых аккумуляторов ЭК и паровых свечей по критерию максимального демпфирования нагрузки вакууматора ККЦ и максимальной подачи пара на турбины БТ-З. Решение данной задачи требует разработки распределенной автоматизированной системы управления пароснабжением промплощадки ККЦ.
2. Распределенная автоматизированная система управления пароснабжением промплощадки ККЦ
Из проведенного анализа функционирования системы пароснабжения промплощадки ККЦ следует, что целесообразным является использовать следующие системы автоматического регулирования (САР) пароснабжения:
1. САР зарядно-разрядными процессами паровых аккумуляторов ЭК.
2. САР распределения пара между вакуумато-ром и ЛПЦ 6-8.
3. САР режимов турбин БТ-З.
4. САР режимов паропровода Ду500 нитки №2 с помощью РОУ-2 ЦЭС и автоматизированной свечи в районе котельной ППУ.
Так как указанные системы должны работать на единую цель - обеспечение инвариантности системы пароснабжения к переменной нагрузке вакууматора при максимальном повышении уровня пароснабжения турбин 8Т-3, то необходима координация их работы. Координацию данных САР можно осуществить с помощью диспетчерской ЭК. С этой целью в диспетчерской ЭК должна находиться программа оптимального планирования пароснабжения площадки ККЦ. В диспетчерскую ЭК поступает упреждающий сигнал с ККЦ за 15-20 минут до начала включения вакууматора. В соответствии с этим сигналом из диспетчерской ЭК должны быть поданы координирующие управляющие сигналы на локальные САР с целью обеспечения инвариантности режима пароснабжения по отношению к нагрузке вакууматора в пределах допустимого технологического уровня.
Общая структурная схема разработанной распределенной автоматизированной системы управления пароснабжением промплощадки ККЦ приведена на рис. 2. Система включает в себя два уровня управления. На верхнем уровне расположены автоматизированные рабочие места диспетчера (АРМ) ПСЦ, энергокорпуса и ККЦ, связанные информационной сетью. Нижний уровень содержит локальные системы автоматического регулирования (локальные регуляторы - ЛР), которые
ЛР - локальный регулятор:
(а) - давление в паровых аккумуляторах; (&) * давление на ЦЭС РОУ-2
(б) - расход на ППУ; (е) - давление перед ЛПЦ 6-8
(в) - расход на ТГ1 ЯТ-З; (ж) - давление вН.2изЭКна ЛПЦ 6-8
(г) - расход на ТГ 2 вТ-З; (перспективная)
Рис. 2. Структурная схема распределенной автоматизированной системы управления пароснабжением
осуществляют автоматическое регулирование технологических параметров (расход, давление пара) в соответствии с требуемыми значениями, задаваемыми с АРМ верхнего уровня.
Представленная на рис. 2 автоматизированная система включает в себя локальные регуляторы следующих технологических параметров: а) давления пара в пароаккумуляторах; б) давления/расхода пара на ППУ; в) расхода пара на турбогенератор ТГ1; г) расхода пара на турбогенератор ТГ2; д) давления пара на РОУ-2 ЦЭС; е) давления пара на вакууматор; ж) давление пара в нитке 2 из ЭК на ЛПЦ 6-8.
Разряд ПА осуществляется через разрядные паропроводы. Регулирование давления либо расхода пара, подаваемого из ПА на ППУ, осуществляется регулирующим клапаном Samson под управлением локального регулятора ЛР(б). Такой вариант регулирования позволяет демпфировать вариации расхода, вызванные не только включением/отключением котлов ОКГ, но и работой деаэраторов и сетевых бойлеров. Требуемое значение давления либо расхода пара задается с АРМ диспетчера энергокорпуса в зависимости от режима работы вакууматора, упреждающая информация о включении/отключении которого поступает с АРМ диспетчера ККЦ. При этом в зависимости от среднего давления пара в аккумуляторах, опре-
деляемого интенсивностью продувок конверторов, автоматически регулятором ЛР(а) корректируется текущее задание регулятора ЛР(б) пара, которое увеличивается при увеличении среднего давления в пара в аккумуляторах и уменьшается при его снижении. Время усреднения определяется экспериментально.
Регулируемое ограничение давления пара в пароаккумуляторах энергокорпуса осуществляется регулятором ЛР(а) при помощи электрифицированных задвижек на свече 1. В случае, если давление пара в аккумуляторах достигает заданного максимального значения, происходит постепенное открытие клапана на свече 1 под управлением ЛР(а) в следящем режиме. При снижении давления пара в ПА до допустимого значения сброс пара через свечу автоматически прекращается для контроля давления пара в требуемых допустимых пределах.
В комплексе применение регуляторов ЛР(а) и ЛР(б) позволит с одной стороны ограничить рост давления пара в аккумуляторах и снизить его выброс через свечу, с другой стабилизировать параметры пара подаваемого с энергокорпуса на ППУ.
Регулирование расхода пара на турбогенераторы 1 и 2 осуществляется штатными системами регулирования ЛР(в), ЛР(г) под управлением диспетчера энергокорпуса.
РОУ-2 ЦЭС является резервным источником пара, включающимся в работу в автоматическом режиме с помощью регулятора ЛР(д) при понижении давления на выходе РОУ-2 ниже допустимого предела, задаваемого с АРМ диспетчера ПСЦ в зависимости от текущего режима пароснабжения. При этом избыточное давление пара перед ППУ и котельной № 2 ограничивается в допустимых пределах свечой 2 в автоматическом режиме.
В основе реализации разработанного подхода к автоматизированному управлению пароснабже-нием промплощадки ККЦ лежит динамическая программная модель, описанная в [1, 2]. Модель позволяет рассчитывать ресурс пара в системе и его прогноз в зависимости от структуры системы, параметров и режимов источников и потребителей пара. Программная модель использует в качестве исходных данных фактические значения параметров пара на источниках и потребителях, получае-
мые из АСУ «Энерго» ОАО «ММК». Результаты расчетов передаются на АРМ диспетчера УГЭ, ПСЦ, энергокорпуса, а также диспетчера, контролирующего работу вакууматора и котлов ОКГ. В результате каждый из указанных диспетчеров получает возможность контролировать не только текущие значения параметров, но и прогнозируемые значения, полученные с помощью модели.
3. Анализ режимов пароснабжения промплощадки ККЦ на основе динамической программной модели
Методика моделирования теплогидравлических паровых систем на ЭВМ изложена в работах [1-3]. Далее рассмотрим режимы работы системы пароснабжения промплощадки ККЦ при работе системы автоматизированного управления на основе использования динамической программной модели. На рис. 3 приведены результаты модели-
150 130 110 90 с 70 50
зо;
ю
Рзсщц
(4-
\
;-ГМ-
—І4--
V
1..
1-у.
І-
и
3
Время, ч
Рис. 3. Моделирование режима пароснабжения промплощадки ККЦ.
Расход пара: 1 - выход ППУ; 2 - турбины ЭТ-З; 3 - вход ППУ из сетей; 4 - вход ППУ из ЭК; 5 - вакууматор; 6 - котлы ОГК (деленный на 2); 7 - котельная № 2 ЛПЦ-10; 8 - ПВЭС-2 н.2; 9 - РОУ-2 ЦЭС. Давление пара: 10 - паровые аккумуляторы ЭК; 11 - выход ЭК на ППУ; 12- вакууматор. Циклограммы работы: 13 - вакууматор; 14- котлы ОКГ
рования существующего режима пароснабжения промплощадки ККЦ в программном пакете Vissim при следующих условиях: в работе [3] кислородных конвертера, включающиеся попеременно; в работе котельная № 2 ЛПЦ-10; РОУ-2 ЦЭС включена в автоматическом режиме поддержания давления; при снижении давления пара на работающем вакууматоре происходит компенсирующее снижение подачи пара на турбины ST-3; регулирование подачи пара с ЭК на ППУ осуществляется клапаном Samson под управлением автоматического регулятора расхода пара.
Как видно из рис. 3, в рассматриваемом режиме пики нагрузки вакууматора демпфируются за счет паровых аккумуляторов энергокорпуса, повышения подачи пара от ПВЭС-2 н.2 и котельной № 2 ЛПЦ-10. РОУ-2 ЦЭС практически выведена из работы. При этом наблюдаются вынужденные кратковременные снижения подачи пара на турбинный участок ПСЦ (со 120 до 80-100 т/ч) при включении вакууматора, благодаря чему обеспечивается требуемое давление пара на вакууматоре в районе 11-12 кгс/см2.
Заключение
В целом, сопоставление полученных результатов моделирования с фактическими данными эксплуатации показывает достаточную для практического использования точность, что свидетельствует об адекватности разработанной математической модели и позволяет на ее основе проводить
анализ режимов и оперативное управление сетью технологического пароснабжения промплощадки ККЦ ОАО «ММК».
Внедрение разработанной автоматизированной системы оперативного управления позволит обеспечить эффективную работу системы пароснабжения промплощадки ККЦ и максимизировать выработку электрической энергии на турбинном участке ПСЦ с учетом технологических особенностей работы источников и потребителей пара.
Литература
1. Казаринов, Л.С. Математическое описание потоков энергоресурсов в сложных сетях с учетом динамики их аккумулирования / Л.С. Казаринов, О.В. Попова, Д.А. Шнайдер // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». — 2007. — Вып. 5. - № 7(79). -С. 29-33.
2. Шнайдер, ДА. Оперативное управление потоками энергетических ресурсов в производственных сетях с учетом динамики их аккумулирования / Д.А. Шнайдер // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2008. - Вып. 8. - №17(117). -С. 45-49.
3. Шишкин, М. В. Моделирование теплогидравлических систем в среде VisSМт / М.В. Шишкин, Д.А. Шнайдер // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2004. - Вып. 3. - № 9(38). - С. 120-123.
Поступила в редакцию 7 июня 2010 г.
