Архив / 2007 / №1(29) / Автоматизация технологических процессов

Оптимизация распределения нагрузок в тепловой сети

Объединенный институт высоких температур Российской Академии наук (ОИВТ РАН) выполнил энергетическое обследование Ракетно-космического завода Государственного космического научно-производственного центра (РКЗ ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева. В работе были активно задействованы контрольно-измерительные приборы и регуляторы производственного объединения ОВЕН.

При проведении энергетического обследования РКЗ ГКНПЦ было определено, что тепловые нагрузки на предприятии, зало женные в проект системы теплоснабжения, не соответствуют фактическим нагрузкам, гидравлика сети сильно разрегулирова на, изменился режим работы вентиляционных систем. Из за увеличившейся тепловой нагрузки сети температурный график не соответствует проектному. Возникающие в процессе эксплу атации системы теплоснабжения проблемы, связанные с недос таточным обеспечением теплом отдельных абонентов, решаются неэффективно.

Опыт работы с тепловыми сетями аналогичной сложности пока зывает, что регулировка сети даже на уровне крупных абонентов приводит к существенному (на 15–20%) снижению потребления тепловой энергии, к уменьшению расхода топлива в котельных, уменьшению затрат электроэнергии для работы сетевых насосов, снижению выбросов вредных продуктов сгорания топлива в атмосферу.

Рис. 1. Структурная схема шкафа верхнего уровня
Рис. 1. Структурная схема шкафа верхнего уровня

Современные технические решения в области автоматики и программирования позволяют решать задачи оптимизации теп лопотребления. Применительно к тепловой сети РКЗ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева на базе разработанной ОИВТ РАН компьютер ной модели тепловой сети предприятия, позволяющей моделиро вать реальные тепловые и гидравлические режимы сети, был раз работан программно технический комплекс (ПТК) оптимизации распределения тепловых нагрузок.

ПТК теплосети РКЗ является территориально распределённой системой с централизованным управлением и мониторингом, построенной на базе двухуровневой иерархической модели.

Верхний уровень комплекса находится на диспетчерском пунк те, размещаемом в котельной завода. Диспетчерский пункт состо ит из управляющего компьютера с программным обеспечением, принтера, источника питания, датчика температуры окружающего воздуха и радиомодема.

На нижнем уровне комплекса находятся пункты автоматическо го регулирования теплопотребления, каждый из которых состоит из узла регулирования, включающего регулирующий затвор с электрическим исполнительным механизмом, датчики расхода, давления и температуры, а также шкаф управления, содержащий автоматический микропроцессорный ПИД-регулятор, многока нальное цифровое измерительное устройство, систему технологи ческой и аварийно предупредительной светозвуковой сигнализа ции, радиомодем, источники питания.

Задачи верхнего уровня комплекса – мониторинг параметров и состояния технологического оборудования, дисплейное предс тавление информации оператору технологу в виде мнемосхем, графических зависимостей и табличных форм, рекомендаций по поддержанию оптимальных температурных режимов теплоноси теля в прямой и обратной магистралях, сигнализация и регистра ция отклонений контролируемых параметров от допустимых зна чений, вычисление уставок для регуляторов и автоматический ввод значений этих уставок в ПИД-регуляторы, вычисление теку щих и интегральных значений тепловой мощности и тепловой энергии, потребляемых абонентами теплосети, архивирование и предоставление в виде отчётов информации о параметрах технологического процесса и событиях в системе.

Рис. 2. Структурная схема шкафа управления нижнего уровня
Рис. 2. Структурная схема шкафа управления нижнего уровня

Задачи нижнего уровня ПТК – поддержание расхода теплоно сителя в соответствии с уставками, задаваемыми верхним уров нем комплекса, сбор, обработка и передача информации на верх ний уровень системы, обеспечение возможности ручного управления количеством потребляемого тепла при возникновении временных отказов в аппаратуре автоматики.

В шкафах верхнего и нижнего уровней управления применяются контрольно измерительные приборы и регуляторы производ ственного объединения ОВЕН.

Компьютер диспетчерского пункта подключен к шкафу верхнего уровня через интерфейс RS-232. Шкаф верхнего уровня (рис. 1) содержит преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485. К шине RS-485 подключен радиомодем, предназначенный для обмена информацией с нижним уровнем комплекса, и измеритель регу лятор ОВЕН ТРМ138 для измерения температуры окружающей среды.

Структурная схема шкафа управления нижнего уровня пред ставлена на рисунке 2. В шкафу управления нижнего уровня применяются следующие контрольно измерительные приборы и регуляторы ОВЕН:

  • универсальный восьмиканальный измеритель регулятор ТРМ138 предназначен для измерения значений давления и температу ры воды в прямом и обратном трубопроводах контура теплос набжения;
  • аналоговый модуль ввода МВА8 предназначен для сбора информации о состоянии затворов (открыт, закрыт, в среднем положении); 
  • универсальный двухканальный программный ПИД регулятор ТРМ151 реализует функции автоматического регулирования расхода теплоносителя.

Все указанные приборы объединены в сеть с протоколом обме на информацией RS-485. Наличие в сети радиомодема позволяет верхнему уровню комплекса получать измеренные значения рас хода теплоносителя, температуры, давления, состояния затворов и устанавливать параметры контура автоматического регулирова ния расхода теплоносителя.

Пункт автоматического регулирования может работать и в авто номном режиме. В этом случае расход теплоносителя может быть задан локально – с клавиатуры ПИД регулятора ОВЕН ТРМ151. Также возможна подача команд на открытие или закрытие регу лирующего затвора в режиме ручного управления. Помимо этого регулирующие затворы оснащены устройствами ручного управле ния по месту – с помощью штурвала.

 

Состояние затворов отображается трёхцветными светодиодны ми индикаторами, расположенными на передней панели шкафа. Значения измеренных параметров отображаются на встроенных в приборы цифровых индикаторах. Шкаф управления снабжён аварийной световой и звуковой сигнализацией выхода за допустимые пределы значений давлений и температур контура отопления.

Пункты автоматического регулирования распределены по тер ритории завода на удалении до 1200 метров от диспетчерского пункта. В 2005 г. было установлено 10 пунктов автоматического регулирования. В ходе опытной эксплуатации в отопительный период 2005 2006 гг. экономия тепловой энергии составила от 7 до 22 %.

Литература:
Е. П. Гусаков, Л. Б. Директор, В. М. Зайченко, М. Е. Яковлев. Опыт применения тарифа экономического развития для реали зации энергосберегающих проектов на крупном промышленном предприятии. Сборник трудов Международной научной кон ференции «Электротехника, энергетика, экология – 2004», 12–15 сентября, Санкт Петербург, стр.133–136

Е. П. Гусаков, В. М. Зайченко, М. А. Коростина, А. А. Чернявский