Автоматизация и диспетчеризация систем тепло- и водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Автоматизация и диспетчеризация систем тепло- и водоснабжения

АСУ ТП ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ.

Теплоснабжение может осуществляться централизованным и децентрализованным способами.

Рассмотрим централизованное теплоснабжение, которое подразумевает обеспечение теплом группы потребителей от единой системы, включающей один или несколько источников теплоты, единую тепловую сеть, тепловые пункты и местные системы потребления теплоты.

Источниками теплоты в этом случае могут быть ТЭЦ, районные отопительные котельные, производственно-отопительные котельные предприятий.

В качестве теплоносителя, как правило, принимают воду. Применение для предприятий в качестве единого теплоносителя для технологических процессов, отопления, вентиляции и ГВС пара допускается при технико-экономическом обосновании.

В зависимости от температуры теплоносителя - воды системы бывают низкотемпературными с температурой воды 95/70 градусов и высокотемпературными, использующими перегретую воду с температурой 150/70 градусов. В обоих случаях при центральном качественном регулировании наименьшая температура воды в подающем трубопроводе сети должна быть не менее:

для закрытых систем ГВС 700С

для открытых систем 600С

Температура воды в системах ГВС должна приниматься в соответствии со СНиП 2.04.01-85.

Децентрализованное теплоснабжение подразумевает обеспечение теплотой от местных источников, расположенных непосредственно у потребителя, когда внешние тепловые сети отсутствуют.

К таким источникам относятся крышные и встроенные котельные, различные котлы и водонагреватели (типа АГВ, ВПГ, КЧМ), солнечные, в том числе орбитальные [4] и геотермальные системы, тепловые насосы, а также системы электроотопления.

В последнее время все более широкое распространение приобретает децентрализованная когенерация тепла и электроэнергии на базе мини-ТЭЦ , а также тригенерация тепла, холода и электроэнергии.

Водяные системы централизованного теплоснабжения по способу подключения систем горячего водоснабжения бывают двух типов: закрытые и открытые.

Автоматизация индивидуальных тепловых пунктов

При автоматизации ЦТП (ИТП) средства автоматизации и контроля должны обеспечивать работу тепловых пунктов без постоянного обслуживающего персонала.

Автоматизация тепловых пунктов зданий должна обеспечивать:

Ш - регулирование подачи теплоты в системы отопления здания в зависимости от изменения параметров наружного воздуха с целью поддержания заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях;

Ш - поддержание требуемого перепада давления воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей на вводе в ИТП при превышении фактического перепада давлений над требуемым;

Ш - поддержание заданной температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения здания;

Ш - минимальное заданное давление в обратном трубопроводе системы отопления при возможном его снижении;

Ш - включение и выключение подпиточных устройств для поддержания статического давления в системах теплопотребления при их независимом присоединении;

Ш - защиту систем потребления теплоты от повышения давления или температуры воды в трубопроводах этих систем при возможности превышения допустимых параметров;

Ш - поддержание заданного давления воды в системе горячего водоснабжения;

Ш - блокировку включения резервного насоса при отключении рабочего, защиту системы отопления от опорожнения, прекращение подачи воды;

Ш - включение и выключение дренажных насосов в подземных тепловых пунктах по заданным уровням воды в дренажном приямке.

Для учета расхода тепловых потоков и расхода воды потребителями должны предусматриваться приборы учета тепловой энергии в соответствии с РД 34.09.102 «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя».

При независимом присоединении систем отопления к тепловым сетям следует предусматривать водомер на трубопроводе для подпитки систем.

Применение ртутных дифманометров не допускается.

В случаях когда приборы учета расхода теплоты комплектуются самопишущими или показывающими расходомерами, термометрами и манометрами предусматривать дублирующие контрольно-измерительные приборы не следует.

На местном щите управления следует предусматривать световую сигнализацию о включении резервных насосов.

Следует предусматривать сигнализацию о достижении следующих предельных параметров:

- температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения (минимальная -- максимальная);

- давления в обратных трубопроводах систем отопления здания (минимальные -- максимальные);

- уровней воды в водосборных приямках.

Требования к АСР температуры в системе отопления

Ш - максимально допустимое постоянное отклонение температуры у абонента от заданного значения 2С,

Ш - длительность переходного процесса две (2) минуты;

Ш - перерегулирование (максимальное мгновенное отклонение температуры от заданного значения) 5C для системы отопления и в системе ГВС 10C, при изменении нагрузки на 50% от максимальной

Ш - автоколебания не допускаются, когда нагрузка превышает 30%

Ш - допустимая максимальная амплитуда непрерывных колебаний 0,5C (в системе ГВС 2C), когда нагрузка составляет от 10% до 30% максимальной производительности;

Ш - возможное колебание не должно ограничиваться, когда нагрузка процесса ниже 10% максимальной производительности.

Состав аппаратуры АСУ ИТП

АСУ ИТП включает в себя следующие компоненты:

Ш контроллер (или аналоговый регулятор),

Ш регулирующие клапаны с приводами,

Ш датчики температуры и устройства сопряжения

Ш регуляторы давления,

Ш регуляторы перепада давления,

Ш регуляторы температуры прямого действия,

Ш ограничители температуры и пр.

Контроллер системы отопления должен быть оборудован часовым механизмом с программой на сутки и на неделю. При этом суточная программа должна иметь, по крайней мере, почасовой шаг приращения. Контроллер должен обеспечивать возможность недельного или суточного снижения температуры прямой воды в определенный промежуток времени.

Контроллер системы отопления должен иметь возможность изменения параметров программирования и уставок при помощи встроенной кнопочной панели, внешней панели или переносного компьютера через стандартный интерфейс (соответствующее программное обеспечение и соединительные кабели должны прилагаться).

Температурный график воды в подающем трубопроводе системы отопления должен быть реализован в контроллере как функция температуры наружного воздуха. График должен иметь возможность задания значений как минимум в двух точках, предпочтительно в трех точках, и предусматривать `работу по ломаному графику. Уровень и наклон кривой графика должны также регулироваться. Работа органов управления и использование контроллера должны также быть ясными.

Контроллер системы отопления должен быть способен ограничивать температуру в обратном трубопроводе теплосети в соответствии с результатами измерений от соответствующего датчика температуры и с использованием перепрограммируемого алгоритма.

Контроллер системы отопления должен обеспечивать еженедельное включение циркуляционного насоса на один час в летнее время.

Контроллер системы ГВС должен обеспечивать настройку параметров алгоритма регулирования пользователем.

Система регулирования ИТП должна поддерживать комфортные условия внутри обслуживаемого здания при как можно меньших энергозатратах и при этом:

Ш обеспечивать соответствие температуры в подающем трубопроводе ГВС заданному значению;

Ш поддерживать температуру в подающем трубопроводе системы отопления в соответствии с температурным графиком, устанавливающим зависимость между температурой в подающем трубопроводе системы отопления и температурой наружного воздуха;

Ш обеспечивать не превышение заданной температуры в обратном трубопроводе системы отопления;

Ш поддерживать требуемые параметры давления в первичном и вторичном контурах обслуживаемого здания. Конфигурация системы регулирования ИТП изменяется в зависимости от тепло-гидравлической схемы ИТП.

При проектировании предварительно выбирают, руководствуясь СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов», способ присоединения отопительно-вентиляционных установок и установок горячего водоснабжения потребителей к тепловой сети, а также способ регулирования отпуска теплоты.

По способу присоединения системы отопления абонентов различают зависимое и независимое присоединение к тепловым сетям. При наиболее распространенных двухтрубных тепловых сетях системы отопления и вентиляции абонентов рекомендуется присоединять к сетям непосредственно по зависимой схеме. По независимой схеме с установкой в тепловых пунктах водоподогревателей рекомендуется подключать 12-ти и выше 35 м этажные здания, а также других потребителей, если такое подключение обусловлено гидравлическим режимом работы тепловых сетей.

Системы ГВС абонентов присоединяются к двухтрубным водяным тепловым сетям в открытых системах непосредственно к подающему и обратному трубопроводу, в закрытых сетях - через водо водяные подогреватели.

По способу присоединения системы отопления абонентов различают зависимое и независимое присоединение к тепловым сетям. По способу присоединения систем ГВС различают закрытые и открытые системы.

При наиболее распространенных двухтрубных тепловых сетях системы отопления и вентиляции абонентов рекомендуется присоединять к сетям непосредственно по зависимой схеме. По независимой схеме с установкой в тепловых пунктах водоподогревателей рекомендуется подключать 12-ти и выше 35 м этажные здания, а также других потребителей, если такое подключение обусловлено гидравлическим режимом работы тепловых сетей.

По зависимой схеме подключения систем отопления жилых зданий и открытой системе горячего водоснабжения абоненты подключаются одним из следующих способов

1. непосредственно, если гидравлический и температурный режимы тепловой сети и внутренней сети абонента совпадают (низкотемпературная сеть). В качестве примера на рис. 1 показана открытая низкотемпературная система теплоснабжения, где вода в систему ГВС отбирается из обратной магистрали после системы отопления. Для поддержания у абонента постоянной температуры горячего водоснабжения предусмотрено регулированием подмешиванием горячей воды из подающей сети.

2.

Рис. 1 Открытая низкотемпературная система теплоснабжения.

3. по зависимой схеме через элеватор (рис 2) при необходимости снижения температуры воды у потребителя и располагаемом напоре перед элеватором, достаточном для его работы,

Рис. 2. Открытая высокотемпературная система теплоснабжения,

4. при недостаточном для работы элеватора располагаемом напоре система отопления абонента подключается к сети через смесительные насосы. Вне зависимости от способа установки насоса (на перемычке между подающим и обратным трубопроводом системы отопления абонента (рис.9-3) или на подающем (обратном) трубопроводе системы отопления), напор развиваемый насосом должен быть на 2-3 м больше потери давления в системе отопления. А подача насоса в л/час G=1,1u*GОТ (где - u - коэффициент инжекции системы, Gот - расход воды в л/час системой отопления данного абонента).



Рис. -3. Открытая высокотемпературная система теплоснабжения.

Закрытые системы теплоснабжения используют для горячего водоснабжения водопроводную воду и могут выполняться по одноступенчатой (рис. 4) или по двухступенчатой схеме.



Рис. 4 Одноступенчатая высокотемпературная закрытая схема

В двухтрубных закрытых водяных тепловых сетях с последовательным включением подогревателей горячего водоснабжения (рис. 5) автоматизация ИТП потребителей решает следующие задачи:

Ш поддерживает постоянное давление в обратном трубопроводе отопительных систем для высоких и высокорасположенных зданий с помощью регулятора давления (подпора);

Ш поддерживает постоянный расход сетевой воды для отопительной системы с помощью регулятора расхода (перепада давления) при применении качественного регулирования и значительного колебания разности давлений между подающим и обратным трубопроводами;

Ш поддерживает постоянную температуру воды, поступающей в систему горячего водоснабжения (температуру местной воды после подогревателя).

Примерная схема теплового контроля и автоматики теплового пункта потребителя при закрытой тепловой сети с двухступенчатой схемой (последовательной или смешанной) горячего водоснабжения приведена на рис. 5. )

Рис. 5. Примерная схема теплового контроля и автоматики теплового пункта потребителя при закрытой тепловой сети с последовательным включением подогревателей горячего водоснабжения

1 -- подогреватель горячего водоснабжения, 2 -- трубопровод местной горячей воды; 3 -- циркуляционный насос; 4 -- циркуляционный трубопровод; 5--подающий трубопровод системы отопления

теплоснабжение трубопровод автоматика потребитель

Рассматриваемая схема может быть применена как для элеваторного, так и насосного смешения тепловых потоков зданий, а также для центральных тепловых пунктов.

Системы отопления и вентиляции общественных зданий с тепловым потоком на вентиляцию менее 0,5 МВт рекомендуется присоединять к двухтрубным тепловым сетям также по зависимой схеме.

Ш непосредственно, если гидравлический и температурный режимы тепловой сети и внутренней сети абонента совпадают. При этом, если мощность потребителя менее 4 МВт, его присоединение к сети с тепловым потоком более 100 МВт не допускается,

Ш через подкачивающие насосы на обратном трубопроводе системы отопления абонента перед выходом из теплового пункта. Если при этом давление в обратном трубопроводе окажется ниже давления в системе абонента,

Элеваторы выпускаются с регулируемым сечением выходного сопла для местного количественного регулирования отопительной нагрузки. Уменьшение проходного сечения сопла (вворачивание иглы) уменьшает расход горячей воды, одновременно увеличивая коэффициент инжекции.

Для работы элеватора необходимо, чтобы разность напоров в подающей линии теплосети (располагаемый напор) составлял примерно не менее

Н1 = 1,4 ДH (1+U)2 м вод. ст.

ДH - потери напора в системе отопления здания после элеватора, м. Принимаются обычно не более 1,5 - 2 м вод. столба.

Помимо располагаемого напора, давление, создаваемое элеватором, зависит от коэффициента смешения элеватора (коэффициента инжекции) U, представляющего собой отношение расхода подмешиваемой воды (охлажденной) к расходу рабочей горячей воды.

Поскольку инжекцию элеватора обеспечивает располагаемый напор, при прекращении подачи сетевой воды, например, из-за аварии теплосети прекращается циркуляция воды в отопительной системе здания, что может привести (и приводит) к ее замораживанию. Чтобы этого избежать, дополнительно к элеватору устанавливают центробежный насос, который в нормальных условиях выключен и включается в работу только при аварийных ситуациях в теплосети, когда он в течение 10-12 часов, необходимых для ремонта теплосети, поддерживает циркуляцию в отопительной установке здания.

Кроме того, насос позволяет осуществить количественное регулирование температуры в каждом здании, например, перевод административных и производственных зданий в режим дежурного отопления в не рабочее время суток, что необходимо при осуществлении внешнего, качественного регулирования (температурой сетевой воды).

Для поддержания постоянного расхода прямой сетевой воды на вводе абонента устанавливается регулятор расхода использующий в качестве импульса перепад давления на сопле элеватора. Эта же задача поддержания постоянства расхода на вводе в здание может быть решена и более просто при использовании регулирующей задвижки.

Система горячего водоснабжения в рассматриваемой открытой схеме имеет свой регулятор температуры, управляющий подмешиванием прямой сетевой воды к обратной, если температура последней будет ниже 550С установленных для системы горячего водоснабжения. Это может иметь место в теплые дни, когда при качественном регулировании теплосети температура в обратной линии окажется ниже 55 0С.

Несвязанное регулирование

Присоединение установок по схеме несвязанного регулирования обеспечивает независимость работы обеих установок, т. е. изменение расхода воды на горячее водоснабжение в широких пределах от нуля (в ночные часы) до максимального, практически не оказывает влияния на работу системы отопления.

Для этого расход воды в подающей линии должен быть равен суммарному расходу воды на отопление - вентиляцию и горячее водоснабжение. Причем, расход воды на ГВС должен приниматься по максимальной нагрузке горячего водоснабжения и минимальной температуре воды в подающей линии, т. е. в режиме, когда нагрузка ГВС полностью покрывается из подающей линии (если у потребителя не установлены баки-аккумуляторы).

Расходы воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и суммарные расходы воды каждым абонентом сети не зависят от конфигурации сети. Рассчитанный расход абонентом устанавливают с помощью дроссельной диафрагмы, диаметр отверстия которой определяют по формуле (п.4.17 СП 41-101-95)

d=10

где G - расчетный расход воды в трубопроводе, равный Gобщ т/час

ДН - напор, гасимый диафрагмой, м

Минимальный размер отверстия диафрагмы - 3 мм

Автоматизация системы подпитки

Автоматизированные подпиточные устройства поддерживают постоянное или изменяющееся по определенному закону давление воды в точке подпитки сети.

Для тепловых сетей с относительно небольшими потерями напора в магистралях и благоприятным профилем местности давление в точке подпитки при всех режимах (включая режим при остановленных сетевых насосах) поддерживается постоянным. Предусматривается поддержание постоянного давления в обратном коллекторе перед сетевыми насосами при помощи регулятора давления «после себя (регулятора подпитки), установленного на трубопроводе подпиточной воды.

В случае, когда статическое давление тепловой сети превышает давление в обратном коллекторе котельной при работе сетевых насосов, перестройка на статическое давление осуществляется вручную. Давление воды измеряют в напорных патрубках подпиточных насосов местными показывающими и сигнализирующими манометрами, дающими импульс на включение резервного насоса, а в обратном коллекторе -- показывающими, самопишущими и сигнализирующим манометрами на местном щите. На местном щите предусматривают также установку вторичного прибора показывающего, самопишущего и сигнализирующего расходомера для измерения расхода подпиточной воды и вторичного прибора самопишущего и сигнализирующего кислородомера для измерения содержания кислорода в подпиточной воде. Термометр сопротивления на подпиточной линии подключают к общему самопишущему прибору, регистрирующему одновременно температуру сетевой воды.

В открытых тепловых сетях при установке центральных баков-аккумуляторов давление в обратном трубопроводе регулируют автоматически двумя регулирующими клапанами, из которых первый установлен на перепускном трубопроводе избыточной сетевой воды к бакам-аккумуляторам, а второй -- на трубопроводе от баков-аккумуляторов после перекачивающих насосов. В часы, когда нагрузка горячего водоснабжения ниже среднесуточной, перекачивающие насосы отключены, и давление в обратном трубопроводе регулируется первым клапаном. В часы, когда нагрузка горячего водоснабжения выше среднесуточной, автоматически включаются перекачивающие насосы, закрывается первый регулирующий клапан, и регулятор давления переключается на регулирующий клапан, установленный после перекачивающих насосов.

Для обеспечения постоянного расхода подпиточной воды в открытой тепловой сети на напорном трубопроводе подпиточных насосов устанавливается регулятор расхода.

Уровень воды в деаэраторном баке подпитки поддерживается регулирующим клапаном на линии химически очищенной воды. Если вместо вакуумного деаэратора, работающего на скользящем давлении, будет применен атмосферный, то дополнительно устанавливают регулятор, поддерживающий постоянное давление в колонке деаэратора. Схема предусматривает аварийную остановку рабочих: подпиточного и перекачивающего насосов и автоматическое включение резервных, а также сигнализацию давления в обратном трубопроводе уровня в баке деаэратора подпитки и баках-аккумуляторах сетевой воды и содержания кислорода в подпиточной воде.

Автоматизация и диспетчеризация систем водоснабжения

Объектами автоматизации и диспетчеризации в водопроводных системах предприятий железнодорожного транспорта являются водозаборные сооружения, насосные станции первого и второго подъёма, резервуары чистой воды и водонапорные башни, системы очистки воды, установки по охлаждению воды в системах оборотного водоснабжения.

Нормальное функционирование всей системы невозможно без согласованной работы всех её элементов. Поэтому для управления работой системы и повышения её надежности создается АСУ ТП, важное место в которой отводится диспетчерской службе, в задачу которой входит управление всеми ответственными и решающими узлами системы.

Диспетчер

Ш контролирует главные эксплуатационные параметры давление, расход, температура

Ш получает сигналы о неисправностях и авариях на контролируемых объектах

Ш может управлять насосными агрегатами

Ш переключать задвижки в сетях непосредственно воздействуя на исполнительные механизмы задвижек

Для получения информации и передачи управляющих воздействий на объекты при больших расстояниях (свыше 300-400 м) используются модемы, оптоволоконная сеть, а также GSM - телеметрия. Для отражения информации у диспетчера используется мнемосхема.

В ряде агрегатов управление может быть как диспетчерским (дистанционным или местным) так и автоматическим.

Автоматизация управления насосными агрегатами осуществляется путем подачи импульсов, воздействующих на пускатели электродвигателей насосов и задвижек.

В качестве импульса на автоматический пуск или отключение насоса может быть сигнал:

Ш по положению уровня воды в РЧВ или водонапорной башне,

Ш изменение давления воды у сети непосредственно у потребителя

Ш величина потребляемого насосом тока

Ш появление в воде нежелательных примесей и т.п.

При неравномерном графике водопотребления для управления работой насосной станцией используется импульс по положению уровня в водонапорной башне, в зависимости от которого осуществляется прерывистый график работы насосов или изменяется число работающих насосов. При отсутствии башни используется частотное регулирование, при котором в зависимости от напора развиваемого насосами изменяется число оборотов, а, следовательно, и подача регулирующего насоса.

Насосные станции для забора воды из артезианских скважин управляются специальными станциями управления, которые могут работать в автоматическом режиме. Станции обеспечивают

Ш защиту электродвигателя насоса от сухого хода

Ш защиту от обрыва и перекоса фаз

Ш защиту от перегрузки, а также пуск и останов насоса.

Автоматический пуск и останов насосов может производиться в зависимости от положения уровня воды в башне или резервуаре чистой воды, а также по показанию электроконтактного манометра, установленного у потребителя.

Литература

теплоснабжение трубопровод автоматика потребитель

1.Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования, издание третье, исправленное. Москва, издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 2007.

2.Зайцев Г. Ф. Теория автоматического управления и регулирования.-- 2-е изд., перераб. и доп. Киев, Издательство Выща школа Головное издательство, 2009.

3.Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 288 с. - ISBN 5-9221-0379-2.

4.Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 64 с. - ISBN 5-9221-0534-5.

5.Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления/ Под редакцией В. А. Бесекерского. - M.: Наука, 2008.

Размещено на Allbest.ru