Производство силикатного кирпича

5. Автоматизация автоклавной обработки

5.1. САУ тепловых режимов в автоклавах

В системах автоматического управ­ления тепловым режимом в автоклавах применяют программное управление, обеспечивающее режим подъема, ста­билизации и понижения температуры, впуска и выпуска теплоносителя — пара, перепуск пара из одного автоклава в другой по определенному графику и др.

Автоклавы запарочных отделений обычно связаны в единую систему. Опыт эксплуатации показал, что ис­полнительные механизмы на паровых магистралях необходимо ставить быстродействующими, постоянно за­крытыми, что обеспечивает безопас­ность нахождения рабочих внутри ав­токлава после окончания тепловлажностной обработки.

Прогрев холодного автоклава на первой стадии запаривания произво­дится за счет перепускного пара. От­крывается вентиль впуска пара из дру­гого охлаждаемого автоклава. Все остальные, паропроводы перекрыты. Через 3—5 мин после начала про­грева открывается вентиль линии кон­денсата, и из автоклава удаляется об­разующийся конденсат и воздух. Ли­ния конденсата открыта 54-56 мин. Перепуск продолжается 20—25 мин, затем перекрывается паропровод конденсатоотвода и производится повы­шение давления и изотермическая вы­держка на уровне 1,2-106—1,8 • 106 Па.

Для снижения давления в автокла­ве пар сначала выпускается в один из соседних автоклавов через паропровод перепускного пара, а затем оставший­ся пар выпускается через паропровод остатка пара. Одновременно с выво­дом остатка пара производится вторич­ный вывод конденсата. Цикл запари­вания заканчивается, открывается крышка, и из автоклава выгружаются вагонетки с готовой продукцией.

Автоклав, как объект, в котором протекает тепловой процесс, характе­ризуется нагрузкой, т. е. количеством энергии, расходуемой для запаривания. Количество тепла, необходимое для ведения процесса, на разных фазах раз­лично. Наибольшая нагрузка — в пери­од повышения температуры и давления, когда тепло расходуется на нагрев массы внутри автоклава. В период изотермической выдержки в автоклаве температуры на уровне 180—200° С теп, расходуется только на возмещение потерь в окружающую среду.              По сравнению с периодом повышения температуры тепловая нагрузка период   изотермической   выдержки несколько раз меньше.

Автоклав — двухъемкостный объект. Он имеет емкость на стороне подачи на стороне потребления. Емкость на стороне потребления состоит из количества тепла в подогреваемых масса а емкость на стороне подачи — из количества тепла в теплоносителе — паре.

Между емкостями существует сопротивление, так как передача тепла происходит в течение некоторого времени, зависящего от коэффициента теплопередачи материалов и давления пара.

Автоклав как тепловой объект обладает свойством самовыравнивания.           В   регулировании   процесса  тепловлажностной    обработки    существуют два направления: регулировать процесс по температуре или по давлению. Однако если регулирование ведется только по температуре, то невозможно точно регулировать   колебания   давления автоклаве, соответствующие процесса технологии твердения растворной массы.   При   этом   сказывается   большая инерционность объекта регулирования Если же регулирование ведется только по давлению, то участок подъема от до   9,8-104  Па   остается  нерегулируемым, так как подъем давления и его регистрация    начинаются    только 99,08° С. Принято считать, что целесообразно вести регулирование по температуре в начале процесса запаривания (подъем температуры  и давления) и по давлению в период изотермической выдержки и охлаждения.  При автоматизации автоклавов для ввода и вывода пара и конденсата должны применяться только постоянно закрытые исполнительные механизмы (закрытые клапаны), открывающиеся только на время соответствующее воздействия на них. В этом заключается особенность автоматизации системы (группы) в отличие от автоматизации одиночных автоклавов. При автоматизации одиночных автоклавов вход пара устанавливается н.з., а. выход—н.о. исполнительный механизм. Применение двух механизмов взаимно противоположным направле­нием действия позволяет подсоединить их к одной выходной линии регулятора и осуществить программное регулиро­вание с помощью соответствующего регулятора. На автоклавах запарочного отделения завода (т. е. при группе ав­токлавов) должны быть установлены и на вводе и на выводе пара и конденсата постоянно закрытые кла­паны.

Для автоматизации процесса запа­ривания в системе автоклавов не при­годны регуляторы, имеющие один вы­ходной канал. В этом случае нужен программный регулятор с двумя выходными каналами. Один канал дол­жен быть использован для управления исполнительными механизмами впус­ка, а второй— выпуска пара. При автоматизации процесса запа­ривания в автоклавах необходимо учи­тывать следующие требования: надеж­ность системы автоматического регули­рования и простоту в эксплуатации; управление тепловым процессом авто­клава по программе; выбор для при­менения в подаче пара постоянно за­крытых исполнительных механизмов; обеспечение вторичного использования , пара; вывод конденсата дважды в те­чение цикла; обеспечение автоматиче­ского регулирования с помощью уст­ройств по возможности минимальной стоимости; полная безопасность в ра­боте.          

Схемы автоматизации автоклавов базируются на различных специализи­рованных регуляторах. Например ранее они базировались на регулято­рах типа ПРЗ, в последние годы — на системе «Астра».

5.2. Автоматическая система теплового регулирования автоклавов «Астра»

              Автоматическая система теплового регулирования автоклавов «Астра» со­стоит из комплекта регулирующих и измерительных приборов с унифициро­ванным выходным сигналом постоян­ного тока 0—5 мА; предназначена для автоматического программного регули­рования, контроля, сигнализации и за­писи температуры и давления в сосу­дах, работающих под давлением. Эта система обеспечивает: про­граммное регулирование процесса по температуре и давлению; измерение и запись регулируемого параметра; по­дачу светового и звукового сигналов при отклонении регулируемого пара­метра от заданного значения; запрет подачи теплоносителя при открытой или неполностью закрытой крышке автоклава и повторное использование отработанного пара.   

При различных вариантах такие операции, как переключение с подъема на сброс давления, выпуск конденсата, выкуумирование и впуск воздуха в ав­токлав (срыв вакуума), большей частью производятся по сигналам, по­даваемым КЭПом.

На рис. 5.1 приведена принципиальная электрическая схема системы «Астра». Мано­метр М1М преобразует измеряемое давление в автоклаве в унифицированный сигнал посто­янного тока 0—5 мА. Одновременно програм­мный задатчик ПД вырабатывает электриче­ский сигнал постоянного тока 0—5 мА, изме­няющийся во времени согласно заданной про­грамме.

Алгебраическая сумма выходных сигналов манометра и задатчика с резисторов К32 и Кзз поступает на вход регулирующего прибора РПИБ, где сравнивается до величины, необхо­димой для управления исполнительными меха­низмами.

При превышении сигнала задатчика над сигналом манометра на выходе РПИБ (клем­мы 7 и 5) появляется постоянное напряжение 24 В, которое включает катушку 2ЭПК элект­ропневматического клапана позиционера. Последний состоит из магнитного пускателя и двух золотников, встроенных в кожух пускате­ля. При подаче напряжения на одну из кату­шек пускателя подвижная контактная колодка заставляет работать соответствующий пневма­тический золотник. Сжатый воздух давлением 1,2 • 106 Па через золотник поступает в мембран­ную полость регулирующего клапана, который открывается и пропускает теплоноситель в ав­токлав до тех пор, пока не сравняются выход­ные сигналы манометра и задатчика, т.е. до исчезновения выходного напряжения на клем­мах 7 и 8 регулирующего прибора. При превы­шении сигнала манометра над сигналом задат­чика (когда давление в автоклаве больше, чем по заданию) появляется напряжение на клем­мах 8 и 9 регулирующего прибора (срабатыва­ет 1ЭПК), это напряжение, воздействуя на другую половину позиционера, заставляет сра­батывать регулирующий клапан выпуска пара из автолава.

Во избежание засорения и выхода из строя пневматических линий сжатый воздух, по­ступающий от компрессорной установки, дол­жен быть очищен от влаги, масла и мелких металлических примесей.

Ниже приведен принцип работы схемы.

Включается  общий  тумблер   1Т,  подводящий напряжение к трансформатору и от него к КЭПам, конечному выключателю и самопишу­щему миллиамперметру Н-340. На ось задатчика устанавливается программное лекало. Ро­лик щупа должен совместиться с начальной риской лекала (т. е. с начальной точкой кри­вой регулирования). Включаются тумблеры 1Т и 2Т, подающие напряжение питания соот­ветственно на КЭП и остальную часть схемы данной системы. В дальнейшем тумблеры 1Т и 2Т выключаются по необходимости.

Нажатием кнопки 1КП включается солено­ид КЭПа СК, который, воздействуя на контакт КЭПа 1К-1, замыкает его и ставит электродви­гатель КЭПа на самопитание. Далее роль опе­ратора заключается лишь в периодическом контроле за работой приборов и наличием сжатого воздуха в теплоносителе. Первым за­мыкается контакт КЭПа 1К-11, который вклю­чает исполнительный механизм на выпуск кон­денсата из автоклава.

Рис. 5.1 Принципиальная электрическая схема системы «Астра»

Через время, необходимое для прогрева электронной части РПИБ, замыкаются контак­ты 1К-10 и 1К-12. Контакты 1К-9 и 1К-10, разомкнутые в начале цикла, запрещают вклю­чение исполнительных механизмов при настрой­ке РПИБ, а контакт 1К-12 включает электро­двигатель задатчика после прогрева РПИБ.

В схеме предусмотрено запрещение вклю­чения исполнительных механизмов при откры­той или не полностью закрытой крышке авто­клава.

Реле 1Р включается и замыкает свои кон­такты 1Р-1, 1Р-2 и 1Р-3.

5.3. Электронная агрегатная унифицированная система (ЭАУС)

Автоматическое регулирование температуры при подъеме, выдержке и сбросе давления может осуществляться программными регуляторами упомя­нутых типов или аппаратурой, входя­щей, в состав универсальной электрон­ной агрегатной унифицированной си­стемы ЭАУС-У. В последнем случае, в качестве программного регулятора тем­пературы может быть использован из комплекса  ЭАУС-У преобразователь температуры НП-ТЛ1-М, программный задатчик и магнитный усилитель.

Электронная система автоматического регулирования и контроля (ЭАУС) представляет собой группу взаимно связанных приборов и устройств, применяя которые можно решить большой круг практических задач по автоматическому регулированию и контролю технологических процессов в различных отраслях промышленности, в том числе в автоклавной обработке силикатного кирпича.

Примерная схема одного из вариантов установки блоков ЭАУС-У для автоклавной обработки силикатного кирпича, выпускаемых Чебоксарским заводом электрических исполнительных механизмов (ЗЭИМ), приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Структурная схема установки регулятора электронной агрегатно-унифицированной системы ЭАУС-У

МК — микропроцессорный контроллер; КП — корректирующий прибор; ДУЭС — датчик с унифицированным электрическим сигналом; ДПН — датчик с сигналом на переменном напряжении; ТП — термопара; 3д — задатчик; ОС — ограничитель сигнала: Дф — дифференциатор; НППН — нормирующий преобразователь переменного напряжения: НТП — нормирующий температурный преобразователь; ИМ — исполнительный механизм; МУ — магнитный усилитель; ЭМП – электромагнитный преобразователь; РО — регулирующий орган

Устанавливаемые в комплекте с системой ЭАУС датчики (первичные приборы) рассчитаны на передачу информации унифицированным сигналом постоянного тока 0—5 ма. К таким датчикам относятся манометры, мановакуумметры, вакуумметры, дифференциальные манометры, тягонапоромеры, расходомеры, датчики механических перемещений. Например, в комплекте с системой приборов ЭАУС устанавливают манометры М1М-18-34, являющиеся бесшкальными пружинными дистанционными датчиками давления общепромышленного назначения, предназначенные для измерения давления жидких или газообразных неагрессивных сред и преобразования результатов измерения инфицированный электрический сигнал постоянного тока 0—5 ма.

Датчик давления. В качестве датчиков давления устанавливают манометр ДМ5001 (рис.5.3.) с унифицированным выходным сигналом 0—5 ма постоянного тока. Цифровой манометр ДМ5001 предназначены для непрерывного преобразования значения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных сред в электрический унифицированный выходной сигнал с отображением информации о давлении на цифровом табло, а так же для управления внешними электрическими цепями в системах автоматического контроля. Функциональные назначения приборов: цифровая индикация текущего значения давления и преобразование давления жидкостей и газов в унифицированный токовый выходной сигнал, дополнительная опция - сигнализация повышения или понижения установленных границ давления. Приборы могут иметь стандартный цифровой интерфейс RS-232. Пределы измерений прибора: от 0 до 0,6; 1,5; 3; 5; 9; 15; 24 кгс/см2. Диаметр корпуса 100 мм Класс точности приборов - предел допускаемой основной погрешности ±1% Степень защиты IP65 Масса приборов не более 0,9 кг.

Рис.5.3.Цифровой манометр ДМ5001