Проектирование котельных

Основные принципы проектирования систем управления автономными газовыми котельными.

Состав системы управления (СУ) котельным оборудованием (марки проекта АК, АТМ, АГСВ... - далее АК) определяется установленным оборудованием проекта тепломеханических решений котельной (марки ТМ, ОВ, ВК... - далее ТМ) и проекта внутреннего газоснабжения котельной (марка ГСВ).

Средства управления автономной котельной установкой можно разделить на локальные (местное управление отдельным устройством) и общекотельные. Конструктивно общекотельная автоматика за исключением датчиков и исполнительных механизмов располагается в шкафу управления ШУ, для питания электрооборудования организуются силовые шкафы ШС1 и ШС2 (по числу секций питания) и шкаф электроосвещения ШО.

В разделе АК кроме средств автоматизации определяются не связанные с автоматикой манометры, термометры, тягонапоромеры и т.п.

В процессе проектирования котельной обычно выделяют следующее оборудование:

1. Водогрейные котлы.
   Оснащаются датчиками температуры воды для локальной системы управления горелкой, термостатами определения аварийно-высокой температуры воды и прессостатами определения аварийно-высокого давления воды. Сигналы от термостатов и прессостатов блокируют работу горелок и передаются в общекотельную автоматику для контроля аварийной ситуации. Некоторые производители котлов устанавливают датчики протока воды, по существующей нормативно-технической документации (НТД) это не требуется, достаточно определения аварийно-низкого давления общей обратной котловой воды и блокировки котлов при полном отказе насосов котлового контура. При работе котлов на открытый контур теплоснабжения требуется установка насосов рециркуляции, управление насосами производится по температуре поступающей обратной котловой воды, при работе котлов на теплообменники данные наосы не устанавливаются. Если поставлена задача диспетчеризации работы нескольких водогрейных котлов, то по разделу ТМ устанавливаются задвижки, отсекающие проток воды при выключении котла из работы. Задвижки управляются общекотельной автоматикой, горелки блокируются при закрытом состоянии задвижки. Определение числа включенных в работу котлов может производится различными способами - по датчику температуры наружного воздуха, по температуре обратной котловой воды, по определению тепловой нагрузки на котельную через тепловычислитель. Изменение числа работающих котлов приводит к необходимости изменять режим работы насосов котлового контура  (в простейшем случае - изменять число работающих насосов, для насосов с частотно-регулируемыми приводами (ЧРП) - менять задание ЧРП по датчику расхода воды). При большом числе котлов (более 4) и работе их на общий теплообменник возможен отказ от котловых задвижек (это должен определять разработчик раздела ТМ по тепловому расчету для всех вариантов работающих/отключенных котлов). Следует отметить, что при проектировании котельной широко рекламируемые зарубежные контроллеры для диспетчеризации работы котлов практически непригодны в эксплуатации - про котловые задвижки им неведомо (а там требуются определенные временные выдержки для включения/отключения горелки), отключение горелок производится в случайный момент времени, что приводит к срабатыванию систем защиты газового оборудования (в принципе, необходимо вначале вывести горелку на минимальную мощность, а потом только отключить).
   
   
2. Паровые котлы.
   Оснащаются датчиками давления пара для локальной системы управления горелкой,  прессостатами определения аварийно-высокого давления пара. В контур поддержания требуемого уровня воды в котле входят измерительные и предельные датчики уровня воды (по верхнему и нижнему уровню). Управление подпиткой котла производится либо через регулирующий клапан, либо при соответствующем управлении ЧРП питательного насоса. Зарубежные производители нередко рекомендуют поддержание уровня воды осуществлять старт-стопным управлением насосов, это экономит электроэнергию, но существенно снижает ресурс работы насосов, в отечественной практике принята постоянная работа насосов с организацией разгрузочной линии. Сигналы от прессостатов и системы поддержания уровня воды в котле блокируют работу горелок и передаются в общекотельную автоматику для контроля аварийной ситуации. Основными принципами проектирования паровых котельных является то, что большинство паровых котлов оснащаются системами "верхней продувки" (обычно это локальное управление продувочным клапаном по датчику солесодержания) и "нижней продувки" (продувочный клапан открывается циклически с параметрами, определяемыми по результатам пуско-наладочных работ ПНР).
   
   
3. Деаэратор.
   Оснащается датчиками уровня и температуры воды. По датчику уровня производится управление питательным клапаном, по датчику температуры контролируется режим работы деаэратора. Требуемая температура воды достигается подачей пара определенного давления в деаэратор, в обычных системах достаточно механических регуляторов давления пара, распределение потоков пара в колонку и барботажное устройство определяется в результате ПНР. Система возврата конденсата обычно оснащается датчиками уровня конденсата в баке возврата конденсата и насосами, работа которых зависит от уровня конденсата, нередко насосы оснащаются ЧРП для предотвращения залповой подачи конденсата в деаэратор. Управление оборудованием деаэратора осуществляется общекотельной автоматикой, по аварийным сигналам уровня воды принимается решение о блокировке работы паровых котлов.
   
   
4. Горелочные устройства котельной.
   Локальная система управления горелки включает в себя командоаппарат (релейный типа LFL1xxx или электронный "менеджер горения" - Weishaupt, Oilon...), датчик контроля пламени, сервоприводы для поддержания требуемых соотношений воздух - газ - дизтопливо при различных мощностях, отсечные и регулирующие газовые и/или дизтопливные клапана, датчики-реле давления воздуха, газа, дизтоплива. В состав локальной системы обычно входит технологический регулятор управления мощностью горелки (RWF40 Siemens, KS40 Philips и т.п.). Котлы старых типов (ДКВр, ДЕ) требуют другого подхода, там надо самостоятельно собирать все вышеперечисленное, если только не производится замена на современное горелочное устройство. Основной задачей при управлении горелкой является "вытаскивание" из ее схемы сигналов аварии и состояния, введение дополнительных блокировок и режимов работы. Долгое время бюджетные горелки не имели даже сигнала "авария горелки", в большинстве горелок до сих пор отказ горелки определяется по остановке цикла командоаппарата (расшифровка конкретной причины при этом непонятна оператору). Для соответствия требованиям НТД в дополнение к существующим приходится организовывать дополнительные шкафы управления котлов ШК1, ШК2... где размещаются дополнительные реле, элементы индикации, переключатели, технологические регуляторы для управления задвижками, продувками и передачей сигналов в общекотельную автоматику.
   
   
5. Газовое оборудование котельной (раздел ГСВ).
   При проектировании газового оборудования котельной основной задачей системы автоматизации является управление главным газовым клапаном, учет газа с передачей информации в службу учета. Газовый клапан отключается при аварийно-высоком/низком давлении газа на входе, при пожаре, 2-м пороге загазованности, по команде оператора.
   
   
6. Дизтопливное оборудование котельной (раздел ТМ2).
   В помещении котельного зала обычно устанавливается расходный бак дизтоплива для работы в аварийном режиме (при отключении газа). При заполнении бака от автозаправщика необходима установка дискретных датчиков уровня для блокировки подачи топлива при помощи отсечного клапана. Если дизтопливо применяется в качестве резервного, то организуется циркуляционная линия из внешнего резервуара.
   
   
7. Насосы.
   В котельных, в соответствии с требованиями п.16.14 СП 89.13330.2016 Котельные установки (актуализированная редакция) требуется АВР насосов, неисправный насос отключается, включается резервный. Существует несколько покупных блоков АВР насосов где данный принцип не выдерживается, лучше применять достаточно простую релейную схему, если же СУ на основе свободно программируемого контроллера, то решение еще проще, для насосов с ЧРП в последнем случае можно все управление производить по протоколу Modbus.
   
   
8. Отопление и вентиляция котельной (раздел ОВ).
   Для отопления обычно применяются тепловентиляторы (локальная система управления от встроенного или выносного термостата). При установке принудительной вентиляции следует ввести дополнительное автоматическое управление - включение при достижении 1-го порога загазованности помещения и отключение при пожаре в помещении.
   
   
9. Водопровод и канализация (раздел ВК).
   Здесь роль автоматизации сводится к учету расхода водопроводной воды, для паровых котельных требуется ограничение температуры воды из сепаратора продувок (барботера).Иногда в этот раздел тепломеханики включают устройства химводообработки (ХВО). Для водогрейных котельных при нормальном качестве исходной воды ХВО заключается в установке насос-дозаторных установок, добавляющих реагент пропорционально расходу воды (локальная система, с общекотельной автоматикой обычно не связана. Для паровых котельных дозаторов может быть больше, добавляются регенерационные фильтры, управление которыми также локальное.
   
   
10. Система контроля загазованности газовой котельной.
    Общепринято анализировать два порога загазованности помещения по метану и оксиду углерода, для этого существует множество типов газоанализаторов. Для определения норм по установке датчиков контроля загазованности по окиси углерода СО существовала РД12-341-00 (отменена без замены), так что сейчас ее можно применять только без ссылок на нее (требования по контролю загазованности остались). Несмотря на наличие сертификатов, некоторые из газоанализаторов не соответствуют требованиям п.5.9 ПБ 12-529-03 в части контроля исправности (нет контроля исправности датчиков, не контролируется обрыв шлейфа датчиков). Для котельных, использующих СУГ в качестве топлива, требуется анализировать загазованность по пропану. Иногда инспектирующие органы бездоказательно настаивают на контроле за парами дизтоплива (по пропану), встречаются и более экзотические требования по парам мазута (гептан). Здесь следует отметить, что существующие датчики контроля загазованности несмотря на все заявления, не обладают селективностью по парам (газам), их химические ячейки реагируют в общем на окисление или восстановление, в термодатчиках идет процесс дожигания любого горючего вещества. Датчик может одинаковым образом реагировать на сигаретный дым и контрольную поверочную концентрацию СО или любого другого газа.
    
    
11. Учет потребления энергоресурсов котельной (п.21.7 СП 89.13330.2016).
    Учет расхода тепла производится при помощи тепловычислителя, связанного с датчиками температуры и расхода (по воде) и датчиками давления, температуры и расхода (по пару). Принцип построения системы учета (определяется разделом ТМ) заключается в получении баланса между отдаваемой и получаемой энергией, например, для водогрейной котельной датчики устанавливаются на прямом и обратном трубопроводе и трубопроводе подпитки сети (котлового контура), для коммерческого учета датчики устанавливают для каждого потребителя отдельно. При коммерческом учете тепла обычно требуется передача данных в соответствующую службу учета. Учет расхода газа (по требованиям раздела ГСВ) обычно выполняется автономным, так как внешние службы учета не допускают вмешательство в канал передачи данных. Учет потребления электроэнергии в последней версии СП 89.13330.2016 не конкретизирован, ранее требовался технический учет (что и рекомендуется), обычно счетчики электроэнергии устанавливаются в каждой секции (ШС1 и ШС2), при больших токах потребления измерения производятся при помощи токовых трансформаторов, при этом необходимы испытательные клеммные коробки (п.1.5.23 ПУЭ).
    
    
12. Диспетчерский пункт ДП котельной (п.16.31 СП 89.13330.2016).
    
    Минимальный перечень сигналов:

• загазованность помещения по метану 1-й порог;
• загазованность помещения по метану 2-й порог;
• загазованность помещения по окиси углерода 1-й порог;
• загазованность помещения по окиси углерода 2-й порог;
• главный газовый клапан открыт;
• главный газовый клапан закрыт;
• суммарный сигнал отказа оборудования.
  
  

Для СУ на релейных схемах возможно применение блока сигнализации БС-2 (ИПФ "Бертекс"), при необходимости расширения списка сигналов ДП изготавливается самостоятельно, следует отметить, что при длинных линиях связи необходимо применять экранированные кабеля и передавать сигнал не прямо, а через обмотки дополнительных реле ДП для устранения наводок. Для СУ на контроллерах ограничения по числу сигналов практически отсутствуют, при организации связи по GSM каналу в ДП располагаются приемный модем, контроллер и панель оператора (дисплей). Для передачи данных на АРМ оператора (SCADA систему) требуется согласовать протокол обмена и перечень сигналов для визуализации работы котельной.

За последнее время системы управления котельными получили бурное развитие за счет появления на рынке контроллеров множества производителей. При проектировании новой системы управления котельной обычно всегда встает вопрос о том, что следует выбрать для данного случая. По рекламе у всех производителей все прекрасно, проблемы обычно возникают тогда, когда все закуплено, смонтировано, а результат далек от ожидаемого, для исправления ситуации необходимо покупать дополнительное оборудование или разрешение на программирование, а договорная сумма не подлежит корректировке. Для того, чтобы не попасть в подобную ситуацию, требуется понимание реальных возможностей используемого оборудования СУ. С другой стороны, на этапе проектирования котельной требуется тесное взаимодействие разработчиков разделов АК и ТМ, ведь если в раздел ТМ не заложены необходимые регуляторы, счетчики, или алгоритм управления вообще неосуществим, то это надо менять на бумажной стадии проекта. Иногда разработчик АК может существенно изменить построение раздела ТМ для реализации требуемых решений.

Полезные статьи по проектированию котельных:

• Основные принципы проектирования систем управления автономными газовыми котельными на основе программируемых контроллеров
• Общий обзор норм и принципов построения систем автоматизации при проектировании котельных
• Взаимосвязь разделов марок АК и ЭМ (Силовое электрооборудование) при проектировании котельных установок

Свяжитесь с нашими специалистами по тел. (812) 642-94-94 или эл. почте ensistemaru@yandex.ru   и мы подготовим для Вас предложение на проектирование котельной.

Контактная информация

Санкт-Петербург,
ул. Бумажная, 16,
Бизнес-центр «Портал»

Электронная почта:
info@ensistema.ru