Производство керамического кирпича

 

 

Соблюдение технологического режима направлено на обеспечение технологической дисциплины. Это способствует улучшению качества продукции, увеличению производительности труда, уменьшению доли брака и себестоимости изделий.

 

 

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Выбор и обоснование  параметров контроля

2.1.1 Контроль температуры

Условия обжига, т.е. скорость повышения и последующего понижения температуры, характеризуют режим обжига. Неправильно подобранный режим или режим, обеспеченный с недостаточной точностью, может повлечь перерасход топлива, увеличить сроки обжига, снизив тем самым производительность печи, а так же вызвать такие дефекты продукта, как пятна и трещины, снизить прочность, термо- и химическую стойкости.

Таким образом, температура является одним из принципиально важных параметров технологического процесса, а значит, необходим ее контроль.

Измеряется температура в зонах охлаждения и предварительного нагрева хромель-копелевыми термопарами «ТПК 045-0200.120», чьи термо-эдс передаются на многоканальный регистратор «Метран-900», ПГ «Метран» г. Челябинск.

2.1.2 Контроль давления

Температура на участках печи прямо зависит от расхода топлива и полноты его сгорания (а значит, и от расхода воздуха). Так, чтобы дозировать подаваемые на горелку топливо и воздух, необходимо знать их давления в соответствующих трубопроводах. Давления воздуха снимаются малогабаритными датчиками «ДДМ-1-160», давления топлива снимаются датчиками «ДДМ-1-600». Информация об этих давлениях в виде унифицированного токового сигнала 4-20 мА передается на многоканальный регистратор «Метран-900», ПГ «Метран» г. Челябинск.

2.1.3 Контроль расхода

Очевидно, контроль расхода топлива необходим из экономических побуждений. Измерение расхода проводится методом переменного перепада давлений. Перепад давлений создается камерной диафрагмой «ДКС- 0,6 - 50» и измеряется мембранным дифманометром типа «Сапфир 22М- ДД- Ех» и передается токовым сигналом 4-20 мА показывающему регистрирующему прибору «А-100», ОАО «Теплоприбор», г. Челябинск.

2.1.4 Контроль концентрации

Из соображений безопасности ведения производства необходим контроль утечки газа. Природный газ взрывоопасен при его объемной концентрации от 5% до 15% в смеси с воздухом. Таким образом, необходим контроль концентрации природного газа.

Контроль концентрации метана в отработанных газах осуществляется посредством сигнализатора «СТМ-10», ООО «ИСКРА», Смоленск.

2.2 Выбор и обоснование  параметров управления и каналов  воздействия

2.2.1 Управление  температурой в зоне обжига  печи

Ввиду существенной инерционности температуры внутри печи для управления температурой газов зоны обжига организовано двухпозиционное регулирование. Так, по достижению температурой некоторого значения Тmax, определяемого экспериментально, закрываются двухпозиционные заслонки трубопроводов, подводящих топливо и воздух к соответствующей горелке. Наоборот, если температура упала до некой Тmin, работу горелки следует возобновить.

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема управления температурой зоны обжига печи

 

Параметры, влияющие на температуру газов в зоне обжига Твых:

1) Расходы топлива и  воздуха, подаваемых на горелку  – Fт,в;

2) Температура кирпича, подходящего из зоны преднагрева – Твх;

3) Теплопотери – Ө.

Последние два можно отнести к внутренним (неконтролируемым) возмущениям.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема САУ температурой зоны обжига печи

 

Величина регулируемого параметра Твых – температуры зоны обжига – преобразуется первичным преобразователем (термопарой) в термо-эдс и подается на регулятор температуры. Регулятор сравнивает полученный сигнал с заданием и, на основании этого сравнения, формирует регулирующее воздействие, изменяющее положение заслонки исполнительного устройства.

 

2.2.2 Управление  давлением топлива в газопроводе

Для стабильной работы всех газовых горелок необходимо, во-первых, понизить входное избыточное давление подаваемого топлива Pвх до необходимого Рвых и, во-вторых, поддерживать его постоянным вне зависимости от расхода топлива F горелками печи.

 

 

Рисунок 3 – Структурная схема управления давлением топлива в газопроводе

 

Параметры, влияющие на давление топлива, подаваемого на горелки:

1) входное давление – Рвх;

2) расход топлива –  F;

3) угол поворота регулирующей  заслонки – α.

 

 

 

 

 

 

Давление топлива Рвх, прибывающего из газорегуляторного пункта, преобразуется датчиком давления в унифицированный токовый сигнал. Этот сигнал передается на регулятор давления, где по заданному закону регулирования формируется управляющее воздействие в виде унифицированного токового сигнала. Этот сигнал поступает на электропневмопреобразователь и, уже в виде унифицированного пневматического сигнала подается на пневмоклапан, где изменяется угол поворота его задвижки. Таким образом, клапан представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, с помощью которого САУ снижает слишком высокое входное давление и поддерживает его на заданном уровне Рвых.

 

2.2.3 Управление  расходом охлаждающего воздуха

Для того чтобы охлаждение обожженного кирпича проходило в соответствии с заданным технологическим режимом, необходимо управлять расходом атмосферного воздуха Fвых, направляемого в зону охлаждения.

 

 

 

Параметры, влияющие на расход воздуха Fвых:

1) расход, создаваемый работой центробежного вентилятора – Fвх;

2) гидравлическое сопротивление  внутренней архитектуры печи  – DP;

3) угол поворота регулирующей заслонки – φ.

 

 

 

 

 

 

Расход атмосферного воздуха Fвх, задаваемый работой центробежного вентилятора, преобразуется вихревым расходомером в унифицированный токовый сигнал. Этот сигнал передается на универсальный П-регулятор, где по заданному закону регулирования формируется управляющее воздействие в виде сигнала 4-20 мА. Этот сигнал поступает на электропневмопреобразователь. Затем, после преобразования, сигнал подается на пневмоклапан, где изменяется угол поворота его задвижки. Создается переменное гидравлическое сопротивление, что приводит к изменению Fвх в соответствии с законом регулирования.

 

 

3. ОПИСАНИЕ АСР,  ВЫБОР ЗАКОНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

3.1 АСР температуры зоны обжига печи

Температура зоны обжига печи регулируется двухпозиционно, посредством прекращения и возобновления подачи газовоздушной смеси на газовые горелки. Температура измеряется первичным преобразователем «ТПК135-0314.320», выходной сигнал 0 – 50 мВ, диапозон преобразуемых температур от минус 40 до 1200°С, зависимость выходного сигнала от температуры линейная. Этот сигнал подается на регулирующий, регистрирующий и пока-зывающий прибор – регулятор температуры «ТРМ501», выходной сигнал которого 8А. Электрический сигнал 8А клапан электромагнитный «ВН 2 Н – 1». Условное давление Py= 106 кПа, условный проход Dy = 50 мм, диапазон температур рабочей среды от минус 40 до 225 °С, завод изготовитель ООО «Армагаз СПб». В АСР температуры зоны обжига печи выбираем двухпозиционный регулятор, так как нет необходимости поддерживать температуру со слишком высокой точностью, и использовать более дорогие и сложные в настройке аналоговые регуляторы в данном случае нецелесообразно.

 

3.2 АСР давления топлива в газопроводе

Давление топлива в газопроводе регулируется путем изменения угла поворота регулирующей заслонки. Давление измеряется первичным преобразователем «ДДМ-1-600», выходной сигнал 4 – 20 мА, диапозон преобразуемых давлений 0 – 600 кПа, зависимость выходного сигнала от температуры линейная. Этот сигнал подается на регулирующий, регистрирующий и показывающий прибор – «Диск – 250 М», выходной сигнал которого 4-20 мА подается на электропневмопреобразователь «ЭП1324», который преобразует его в пневматический сигнал 20-100 кПа  и подается на запорно-регулирующий клапан «РУСТ-95» серии 410-1У. Условное давление Py= 325 кПа, условный проход Dy = 50 мм, диапазон температур рабочей среды от минус 40 до 225 °С, завод изготовитель ООО «Армагаз СПб»

В АСР давления топлива в газопроводе выбираем ПИ-закон регулирования, так как для поддержания заданного давления топлива независимо от его потребления необходимо исключить возникновение статической ошибки.

 

3.2 АСР расхода  охлаждающего воздуха

Расход охлаждающего воздуха регулируется путем изменения угла поворота регулирующей заслонки. Расход измеряется вихревым расходомером ЭМИС-ВИХРЬ 200, выходной сигнал 4 – 20 мА, диапозон 80 – 1920 м3/ч. Этот сигнал подается на универсальный регулятор ТРМ10, выходной сигнал которого 4-20 мА подается на электропневмопреобразователь «ЭП1324», который преобразует его в пневматический сигнал 20-100 кПа  и подается на регулирующий клапан «РУСТ-95» серии 510-1У. Dy = 100 мм, диапазон температур рабочей среды от минус 40 до 225 °С, завод изготовитель ООО «Армагаз СПб»

В АСР расхода охлаждающего воздуха выбираем П-закон регулирования как наиболее простой в настройке.

 

4. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЖИГА КИРПИЧА

В процессе обжига кирпича важными параметрами автоматического контроля являются: температуры в зонах охлаждения и предварительного нагрева; давления топлива и воздуха, подаваемых на горелки; общий расход топлива, потребляемого горелками; концентрация метана в отработанных горячих газах. Задачей автоматического регулирования: температуры газов в зоне обжига; давление топлива, подаваемого на газовые арматуры горелок.

Функциональная схема автоматического контроля технологических параметров представлена на листе 1 графической части проекта. Принцип построения системы контроля данного процесса – двухуровневый. Первый уровень составляют приборы, расположенные по месту, второй – приборы, находящиеся на щите у оператора.

Подача топлива – природного газа – на газовые горелки осуществляется из газорегуляторного пункта. Давление должно находиться в рамках от 350 до 380 кПа. Перед подачей топлива на газовые арматуры горелок давление задается равным 325 кПа с помощью АСР давления. Давление измеряется первичным преобразователем «ДДМ-1-400» (поз. 5а) и сигналом 4 – 20 мА подается на регулирующий, регистрирующий и показывающий прибор «Диск – 250 М» (поз. 5б). Здесь по ПИ-закону регулирования вырабатывается регулирующее воздействие и сигналом 4-20 мА подается на электропневмопреобразователь «ЭП1324» (поз. 5в), который преобразует его в пневматический сигнал 20-100 кПа. Этот сигнал подается на регулирующий клапан «РУСТ-95» (поз. 5г), где изменение угла поворота регулирующей заслонки ведет к изменению давления топлива на выходе АСР. Так, ПИ-закон регулирования обеспечивает поддержание заданного давления топлива независимо от его потребления и исключает возникновение статической ошибки.

 Через газовые арматуры топливо попадает на газовые горелки, предварительно достигнув давления 35 кПа. Данное значение приблизительно и выставляется оператором вручную исходя из заданных высот факелов, создаваемых горелками, и цвета пламени. Соответствие данных параметров устанавливается визуально, наблюдение осуществляется через смотровые стекла по бокам туннельной печи. Контроль давления осуществляется с помощью датчика «ДДМ-1-400» (поз. 3а).

Кислород для полного сжигания топлива поступает в составе воздуха из атмосферы. Воздух нагнетается центробежным вентилятором 1. Перед подачей воздуха на горелки так же задается необходимое давление – 1,1 кПа. Таким образом достигается наиболее полное сжигание топлива. Контроль давления осуществляется с помощью прибора «ДДМ-1-40» (поз. 4а).

Температура зоны обжига печи регулируется двухпозиционной АСР, посредством прекращения и возобновления подачи газовоздушной смеси на газовые горелки. Температура измеряется первичным преобразователем «ТПК135-0314.320» (поз. 2а), выходной сигнал 0 – 50 мВ подается на реле-регулятор «ТРМ501» (поз. 2б). Здесь формируются дискретные регулирующие сигналы 8А, которые поступают на нормально закрытый клапан «ВН 2 Н – 1» (поз. 2в, ), когда температура, измеряемая термопарой, падает до некоторого значения tmin – клапан открывается. Когда же эта температура поднимается выше значения tmax, регулятор перестает подавать сигнал на клапан, и заслонка пружиной возвращается в нормальное (закрытое) состояние. Так АСР температуры зоны обжига печи поддерживает температуру колеблющейся около заданного значения.

Расход топлива из-за дешевизны, простоты исполнения, а соответственно простоты наладки и обслуживания целесообразно измерять методом переменного перепада давления с камерной диафрагмой ДКС-50  (поз. 6а). Преобразователь - дифманометр мембранный  «Сапфир 22М-ДД» (поз. 6б) на перепад давления 1 кгс/см2, класс точности 0,5. В качестве вторичного прибора используем прибор показывающий самопишущий типа «А-100» (поз. 6в) со шкалой в процентах, класс точности 0,5.

Контроль концентрации несгоревшего метана в горячем воздухе осуществим с помощью прибора «СТМ-10-0001 ПБ» – стационарного газоанализатора горючих газов (поз. 8а).

Регулирование расхода охлаждающего воздуха осуществляется посредством АСР расхода. Вихревой расходомер «Эмис – Вихрь 200» (поз. 7а) преобразует текущее значение расхода в электрический сигнал 4-20 мА, который передается на универсальный регулятор «ТРМ 10» (поз. 7б), где в соответствии с законом регулирования формируется регулирующее воздействие так же 4-20 мА. Это значение воздействия передается на электропневмопреобразователь «ЭП1324» (поз. 7в), откуда уже в виде пневматического сигнала 20 – 100 кПа это воздействие передается на регулирующий клапан «РУСТ 510-1У» (поз. 7г), что вызывает изменение угла поворота задвижки клапана и, тем самым, изменяет значение расхода.

 

Заключение

В данной работе была рассмотрена автоматизация технологического процесса обжига кирпича. Процесс был исследован, описана его технология. Выбраны параметры, для которых затем были спроектированы и описаны системы автоматического контроля и регулирования. Представлена схема автоматизации технологического процесса производства красного кирпича  на основе современных технических средств.