Аппараты с электрообогревом
Л. С. Марковский, Н. И. Иванова «ПЕТЕРБУРГНИИХИММАШ»,
В. Ф. Андреев «Завод Химмаш РАН», г. Старая Русса
Нагрев рабочей среды — одна из составляющих многих технологических процессов. Это производство косметических и лакокрасочных материалов, приготовление майонезов, соусов, кондитерских изделий, пастеризация и стерилизация. На гигантах химии, нефте- и газопереработки тепло подводится от заводских котельных, централизованных станций высокотемпературных теплоносителей или используются печи огневого подогрева.
Перечисленные способы подвода тепла имеют существенные недостатки.
Нагрев паром обычно не позволяет получить высоких температур. Пар имеет значительное давление, часто более высокое, чем давление технологического процесса. Что увеличивает стоимость оборудования и делает его эксплуатацию подведомственной Ростехнадзору. Использование высокотемпературного теплоносителя связано с целым рядом проблем. К ним относятся высокая стоимость и относительная дефицитность комплектующих — насосов, арматуры. Возможны опасные утечки горячего вещества, требуется подпитка системы свежим дорогостоящим теплоносителем. Кроме того, в аппаратах с рубашками для обеспечения эффективного нагрева жидким теплоносителем требуются или большие расходы теплоносителя или рубашки сложного профиля — с ребрами, либо из полутруб, для создания высоких скоростей движения греющей среды. Такие аппараты дороги, и при периодическом ведении процесса в месте присоединения рубашки к корпусу возникают значительные температурные напряжения.
Аппараты с электрообогревом позволяют нагревать среду до более высоких температур. На поверхности трубчатого электронагревателя (ТЭН) допускается температура 600 °С. Нагрев происходит за счет излучения ТЭНов, расположенных в рубашке электропечи. Ленточный и кабельный нагреватели допускают температуру до 400 °C, но имеют более низкую мощность. В этом случае нагрев происходит за счет теплопроводности. Аппараты с электрообогревом требуют тщательного конструирования. Мощность электронагревателей должна быть достаточной для обеспечения заданной производительности аппарата, но не завышенной, чтобы не допускать частого срабатывания системы защиты.
- внутренними змеевиками для охлаждения среды после нагрева,
- рекуперативными выносными теплообменниками для нагрева исходного и охлаждения готового продукта,
- диспергаторами для измельчения и гомогенизации.
Аппарат, рисунок 1, состоит из емкости с перемешивающим устройством или без него, снабжённой трубчатыми электронагревателями.
- Обычно аппараты комплектуются:
Рисунок 1
Схема аппарата с электрообогревом.
Безопасная эксплуатация возможна только при наличии автоматизированной системы управления, обеспечивающей контроль температуры стенки аппарата и защиту ее от перегрева выше расчетной температуры. Если аппарат устанавливается во взрывоопасной зоне, то автоматизированная система обеспечивает взрывозащиту в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51330. Еще одно преимущество аппаратов с электрообогревом — простота управления и низкая тепловая инерционность по сравнению с аппаратом с рубашкой.
Рисунок 2
Модуль SIMATIC C7-613
Обозначения на схеме:
- MPI интерфейс.
- Разъем подключения цепей универсальных входов и цепей питания дискретных входов и выходов (=24В).
- Разъем для подключения цепей дискретных входов.
- Разъем для подключения цепей дискретных выходов.
- Разъем для подключения цепей аналоговых выходов.
- Разъем для установки карты памяти.
- Разъем для подключения цепей аналоговых входов.
- Разъем интерфейсного модуля IM 360.
- Разъем для подключения питания внутренней электроники (=24В).
- Разъем для подключения принтера.
- Автоматизированная система управления обеспечивает:
- нагрев среды с заданной скоростью,
- управление перемешивающим устройством по заданной программе,
- отключение нагрева и перемешивания при выходе параметров за допустимые пределы.
Система управления включает в свой состав модуль SIMATIC C7-613 (рисунок 2) последней разработки фирмы Siemens, предназначенный для построения систем автоматического управления и реализации функций человеко-машинного интерфейса.
Модуль SIMATIC C7-613 объединяет в своем составе текстовую панель оператора и программируемый контроллер CPU 313 °C.
- Модуль SIMATIC C7 характеризуются следующими показателями:
- Компактное исполнение. Корпус из пластика и металла, степень защиты фронтальной панели IP 65.
- Герметичная клавиатура, стойкая к маслам, смазкам и чистящим средствам.
- Жидкокристаллический дисплей с внутренней светодиодной подсветкой.
- Возможность установки в стойках, панелях и подвесных пультах.
- Возможность сохранения программы пользователя и параметров конфигурации во Flash EEPROM.
- Светодиоды индикации состояний и режимов работы программируемого контроллера.
Аналоговая информация, от датчиков температуры и давления поступает на модули аналогового ввода контроллера и обрабатывается центральным процессором. Модули вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Эти модули коммутируют силовые контакторы, которые управляют работой приводной арматуры, привода перемешивающего устройства и электронагревателем.
Таким образом, реализуются алгоритмы управления перемешивающим устройством и поддержания температуры в аппарате. Модуль SIMATIC C7-613 устанавливается в металлическом корпусе Schroff для настенного монтажа, где расположены модули искрозащиты и необходимое электрооборудование.
Габаритные размеры корпуса — 500×400×220мм. Предлагаемая система отличается от широко распространенных релейных систем надежностью, гибкостью и простотой управления, возможностью реализовывать сложные алгоритмы ведения процесса при невысокой стоимости. Управление процессом возможно как с местной операторской панели, так и с центрального пульта управления предприятия.