Автоматизация теплоподготовительных установок ТЭЦ и котельных.

Схемами автоматизации предусматриваются:

1) управление подпиточными насосами и регулирование давление воды в обратном трубопроводе станции или на перемычке;

2) регулирование давления и уровня воды в теплофикационных деаэраторах;

3) регулирование теплопроизводительности сетевых подогревателей и их автоматическая защита;

4) автоматическое включение резервных сетевых насосов и защита от повышения давления сетевой воды.

Автоматизация подпиточных устройств. Подпиточные устройства поддерживают постоянное (или изменяющееся по определенному закону) давление воды во всасывающем коллекторе сетевых насосов. Для закрытых тепловых сетей с небольшими потерями давления воды в магистралях и благоприятном рельефе местности давление в точке подпитки при всех режимах (в том числе при остановленных сетевых насосах) поддерживается постоянным. Это достигается изменением подачи подпиточной воды (стока) из тепловой сети. Утечки воды в закрытой тепловой сети изменяются во времени и носят случайный характер. При аварийных ситуациях утечка воды значительно возрастает; в этом случае предусмотрены резервные подпиточные насосы, которые включаются автоматически.

В открытых тепловых сетях расход подпиточной воды определяется переменным водоразбором на горячее водоснабжение.

Схема автоматизации подпиточных устройств при закрытой системе теплоснабжения приведена на рис.1. Предусматривается поддержание постоянного давления в обратном коллекторе тепловой сети на станции перед сетевыми насосами регулятором подпитки (типа «после себя»). Обычно используют П- или ПИ- регуляторы. Если статическое давление воды при остановленных сетевых насосах превышает давление в обратном коллекторе при работе насосов, то перестройка осуществляется вручную или автоматически путем применения специальных схем перестройки. Подпиточные насосы снабжены автоматикой включения резерва (АВР).

Рис.1.Схема автоматизации при закрытой схеме теплоснабжения.

1- подпиточные насосы; 2- обратный трубопровод.

Условные обозначения на схеме по ГОСТ 21.404-85:

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту.

- Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на щите.

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения расхода, установленный по месту.

- Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий, установленный по месту.

- Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий с контактным устройством, установленный по месту.

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения качества продукта, установленный по месту.

- Прибор для измерения качества продукта показывающий с контактным устройством, установленный по месту.

- Прибор для измерения расхода регистрирующий, установленный по месту.

- Сигнализация.

- Регулятор давления, работающий без использования постороннего источника энергии (регулятор давления прямого действия) «до себя».

-

-

Автоматизация теплофикационных деаэраторов. При установке на станции на линии подпиточной воды вакуумного деаэратора осуществляется автоматическое регулирование уровня воды в деаэраторном баке (рис.2.)

Рис.2. Схема автоматизации установки с двумя деаэраторами.

Условные обозначения на схеме по ГОСТ 21.404-85:

- Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления (включение, выключение двигателя; открытие, закрытие запорного органа, изменение задания регулятору), установленная на щите.

-

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения уровня, установленный по месту.

-

- Сигнализация высокого - низкого уровня.

-

- Регулятор давления, работающий без использования постороннего источника энергии (регулятор давления прямого действия) «до себя».

- Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий с контактным устройством, установленный по месту.

-

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения качества продукта, установленный по месту.

-

В установившемся режиме среднее значение уровня должно быть постоянным, а в переходных допускается колебание ±200мм. По динамическим свойствам деаэраторный бак является интегрирующим звеном, для которого можно записать

где Т=FH₀ρ/G – время разгона, с, F – площадь бака, м²; Н₀ – номинальный уровень воды в баке, м; Н – текущее значение уровня, м; q=Н-Н₀/Н – относительное отклонение регулируемого уровня; λ=G_пр-G_ст/G – относительное возмущающее или регулирующее воздействие, G_пр, G_ст – приток и сток воды, кг/с; G – максимальный расход воды, кг/с; ρ – плотность воды, кг/м³; k – передаточный коэффициент.

Решая уравнение, получим

В атмосферном деаэраторе дополнительно предусматривается регулирование давления в колонке, что достигается изменением подачи пара в колонку деаэратора.

Относительное давление в колонке деаэратора можно рассматривать как апериодическое звено

где φ – относительное отклонение давления, λ – относительное воздействие подачей пара; Т – постоянная времени, с; Т≈180-360ºС.

Для регулирования уровня и давления применяются ПИ-регуляторы.

Автоматизация сетевых подогревателей. При автоматизации сетевых подогревателей одной из основных задач является регулирование температуры сетевой воды на выходе из подогревателей. Наиболее часто применяется центральное регулирование по отопительному графику с температурой воды в подающем трубопроводе 60-150ºС. Минимальная температура 60ºС обуславливается соблюдением гигиенических требований, предъявляемых к системам горячего водоснабжения.

При двухступенчатой последовательной схеме присоединения абонентских вводов возможно регулирование температуры сетевой воды по повышенному температурному графику (суммарной нагрузке). По метеорологическим данным требуемая температура сетевой воды устанавливается вручную задатчиком регулятора и поддерживается с точностью ±2ºС.

Регулирование температуры сетевой воды за подогревателями осуществляется путем дросселирования греющего пара или перепускном части сетевой воды в обход подогревателей (рис.3). Первый метод применяется при регулировании температуры сетевой воды за пиковыми подогревателями, второй метод – за основными подогревателями, когда выключены пиковые. При этом обеспечивается меньшее колебание давление греющего пара и уменьшается инертность регулируемого объекта. В обоих случаях применяются ПИ-регуляторы.

Рис.3. Схемы регулирования температуры сетевой воды за подогревателями перепуском части воды в обвод подогревателя с помощью регулирующего клапана на обводной линии (а), с помощью трехходового регулирующего клапана (в). Данная схема не практична, так как увеличение расхода воды ведет к увеличению расхода конденсата.

Условные обозначения на схеме по ГОСТ 21.404-85:

- Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления (включение, выключение двигателя; открытие, закрытие запорного органа, изменение задания регулятору), установленная на щите.

-

- Регулятор температуры бесшкальный, установленный по месту.

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту.

Пароводяные подогреватели в первом приближении можно рассматривать как инерционные объекты с запаздыванием. Для подогревателей типа СП (с максимальным расходом пара 28 кг/с) постоянная времени Т~50с и время запаздывания τ~18с.

В основных и пиковых сетевых пароводяных подогревателях требуется поддерживать уровень конденсата в допустимых пределах исходя из условий оптимального теплообмена в подогревателе и исключения возможности сброса воды в трубопровод греющего пара. Допускаемое отклонение уровня конденсата ±200мм. Участок регулирования подогревателя по уровню конденсата является интегрирующим звеном. Схема автоматического регулирования уровня конденсата и защиты подогревателей от переполнения представлена на рис.4. Для регулирования уровня применяются ПИ-регуляторы.

Рис.4. Схема регулирования уровня конденсата и защиты подогревателей от переполнения конденсатом.

Условные обозначения на схеме по ГОСТ 21.404-85:

- Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления (включение, выключение двигателя; открытие, закрытие запорного органа, изменение задания регулятору), установленная на щите.

- Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий, установленный по месту.

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту.

- Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения уровня, установленный по месту.

- Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на щите.

- Сигнализация высокого - низкого уровня.

-

-

-

Защита от переполнения конденсатом осуществляется путем автоматического закрытия задвижек на трубопроводах сетевой воды и пара и открытия задвижек на обводной линии. Одновременно с этим подаются световой и звуковой сигналы.

Автоматизация включения резервных сетевых насосов и защита от повышения давления сетевой воды.В процессе эксплуатации тепловых сетей не исключена возможность остановки части сетевых насосов, в результате чего может повыситься давление в обратном трубопроводе до недопустимых пределов и возникнут повреждения отопительных систем при непосредственном присоединении их к тепловой сети. Поэтому предусматривается автоматическое включение резервных насосов приостановке рабочих.

На схеме 5 показано, как осуществляется одновременное регулирование давления и разобщение тепловой сети. Для этой цели применен двухточечный двухкаскадный регулятор давления-защиты, разработанный ОРГРЭС, состоящий из четырех основных блоков: двух измерительно-усилительных трехсильфонных РД-3а-I – защиты и РД-3а-II – давления перед насосами, усилителя второго каскада У2 и общего мембранного регулирующего клапана с противовесом РК-1.

Оба измерительно-усилительных блока соединены импульсной линией И параллельно, но функционируют последовательно, так как настроены на разные давления. Основную роль выполняет регулятор давления, который действует при понижении давления следующим образом: импульс об изменении давления передается в сильфонную камеру К и заставляет сильфоны С растянуться и поднять связанную с ними заслонку З. Теперь рабочая вода, создававшая давление в надмембранной полости Н по линии Р, имеет возможность сливаться в дренаж Д, давление в полости упадет. Клапан под действием противовеса откроется, восстановив давление в сети. При повышении давления действие будет обратным. Регулятор работает с определенной неравномерностью, не допуская полного закрытия клапана, которое возлагается на автомат защиты.

Действие автомата защиты, настроенного на предельное давление, аналогично рассмотренному регулятору с той разницей, что рабочая вода после усилителя РД-3а-I идет на привод мембранного усилителя второго каскада У2, который реализует позиционный закон – закрывает РК, разобщая тем самым верхнюю и нижнюю зоны тепловой сети.

Обычная схема автоматического включения резервного насоса предусматривает пуск его при закрытой задвижке на напорном трубопроводе с последующим автоматическим открытием задвижки. Однако при этом значительно растягивается время восстановления первоначального режима, который имел место до момента остановки рабочего насоса, и такой режим АВР не устраняет временного повышения давления в обратном трубопроводе сверх допустимых пределов. Поэтому рекомендуется резервный насос включать на частично открытую задвижку.

Характер изменения давления при автоматическом переключении насосов существенно зависит от продолжительности времени между остановкой и включением электродвигателей переключаемых насосов. На рис.6 приведены экспериментальные кривые изменения давлений.

Рис.5. Одновременное регулирование давления и разобщение тепловой сети.

Условные обозначения на схеме по ГОСТ 21.404-85:

- Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий, установленный по месту.

Рис.6. Кривые изменения давления в подающем Р_п и обратном Р_о коллекторах ТЭЦ при кратковременном включении двух насосов из четырех.

При выключении насосов на 4с давление в обратном коллекторе поднялось на 2,4 кгс/см² (0,24 МПа), при увеличении времени выключения насосов до 9с – 2,9кгс/см² (0,29МПа).

Следовательно, чем короче перерыв в работе насосов, тем меньше повышение давления в обратной линии теплосети и меньше вероятность гидравлического удара при аварийных остановках сетевых насосов. Регулировать работу насосов можно плавно, без скачков и перерывов.