Модернизация котельных
Котельная установка, даже незначительной мощности, — это сложный технологический агрегат, автоматизация которого требует определенных технических ресурсов. Автоматизация котельных установок на базе ПЛК обеспечивает более согласованную работу всех элементов котельной, чем при применении разрозненных устройств автоматики. Оборудование и соответственно котельную автоматику выпускают достаточно много различных производителей, и зачастую в одной котельной установке могут использоваться блоки автоматики более чем от пяти различных производителей, что не позволяет создать в полной мере согласованную, а значит, энергоэффективную систему.
Функции котловой автоматики
Функции котловой автоматики можно определить следующим образом:
- управление мощностью горелок как в 2-3-ступенчатых режимах, так и модулируемых горелок, в импульсном или аналоговом режимах осуществляется по ПИД-закону;
- каскадное регулирование мощности котельной в целом (причем температура котлового коллектора может рассчитываться по погодозависимому графику), что особенно актуально на конденсатных котлах — при недостаточной мощности ведущего котла происходит автоматическое включение ведомого котла или всех котлов;
- отслеживание контроллерами состояния горелочных устройств, что позволяет повысить надежность системы в целом — при выходе из строя ведущего котла включается резервный котел;
Котельная установка, даже незначительной мощности, — это сложный технологический агрегат, автоматизация которого требует определенных технических ресурсов
- отслеживание положения дроссельных заслонок и исполнительных механизмов горелок посредством реостатных датчиков;
- подключение к системе наиболее распространенных типов датчиков, что делает возможным обеспечить защиту котлов и технологического оборудования по всем параметрам согласно существующей нормативной документации, более того, при использовании аналоговых датчиков возможна регистрация параметров в виде графиков и таблиц, что необходимо при эксплуатации котлоагрегатов;
- управление насосными группами по различным алгоритмам (для двух или большего числа насосов): автоматическое включение резервных насосов (АВР); их защита от сухого пуска (включение в работу только при необходимом давлении воды); контроль состояния работы (с помощью датчиков — реле или аналоговых датчиков перепада давления);
- контроль (при использовании частотных приводов) потребляемой электроэнергии, частоты вращения привода и ряда других параметров — применение частотных приводов позволяет не только добиться оптимальных показателей технологических процессов (обеспечить необходимый расход и постоянное заданное давление), но и снизить энергопотребление и увеличить ресурс работы двигателей насосов;
- управление приточной и вытяжной вентиляцией, а также агрегатами воздушного отопления (АВО) котельной по заданному алгоритму (загазованность помещения, поддержание нужной температуры в котельной);
- аварийное отключение всех работающих электродвигателей при превышении порога допустимой концентрации летучих соединений метана (CH4);
- связка работы оборудования котельной и различных приборов технологической сигнализации (детекторы содержания CO и CH4) и вспомогательной автоматики (пожароохранная автоматика котельной), что позволяет значительно упростить релейные схемы автоматизации;
- подключение периферийных устройств (тепловычислителей, расходомеров, газовых корректоров и т.д.), имеющих соответствующие цифровые интерфейсы, что позволяет получить полную информацию о технологических процессах котельной, причем параметры расхода, полученные с помощью вычислителей, также могут быть использованы для выбора режима работы котельной установки;
Детальная информация об органах управления приведена на специальных «всплывающих» мнемосхемах, появляющихся при нажатии на соответствующие изображения устройств
- приготовление подпиточной воды для котлов — химочистка (фильтры предварительной очистки, угольные фильтры, фильтры на ионообменных смолах), а также деаэрация (особо актуально для паровых котлов) — удаление кислорода и других коррозийно-активных содержаний, растворенных в исходной воде;
- контроль давления на обратном трубопроводе нагреваемого контура и подпитка контура теплоносителя добавлением подготовленной воды;
- четкое соблюдение графика температур подаваемой воды в зависимости от уличной температуры (график задается местными коммунальными службами);
- поддержание требуемой температуры воды (для систем горячего водоснабжения), обычно задаваемое в диапазоне 55-60 °C, регулирование происходит по ПИД-закону.
Следует отметить, что котельная установка относится не ниже чем к II-й категории электропотребления, поэтому необходимо осуществлять электропитание котельной от двух независимых источников и использовать автоматическое включение резерва (АВР) электропитания (выполняется в виде отдельного щита АВР, на котором расположены приборы контроля фаз, их чередования и сдвиг по фазе). Переключение вводов происходит при исчезновении питания на основном вводе, перекосе фаз или их внезапной смене (случай неправильной перекоммутации на внешних линиях подачи питания).
Основное и резервное топливо
В некоторых случаях условиями топливного режима, помимо основного горючего — природного газа, необходимо предусмотреть использование резервного (мазут, дизель, газовый конденсат широкой фракции и т.д.). Тогда устанавливаются так называемые комбинированные горелки, допускающие использование нескольких видов топлива. Большинство производителей горелок предусматривают модулирующий режим управления на основном топливе (плавное управление мощностью горелки) и двухступенчатый (трехступенчатый) — на резервном. В этом случае необходимо усовершенствовать алгоритм работы обычного регулятора: ПИД-закон управления дополняется переключателем выбора режима работы горелки «резервное топливо/газ», который задает дискретный режим управления.
Он состоит в следующем: при выбранном режиме «резервное топливо» при достижении заданного значения температуры в водогрейном котле или давления в паровом котле горелка переходит в режим «малое пламя» и возвращается при снижении значения параметра в обратную сторону.
Точное регулирование
Режим ПИД-регулятора может обеспечивать точное регулирование параметров поддерживаемой температуры (или давления) при постоянном расходе воды (производительности по пару). Возникают ситуации, когда расход воды или производительность по пару резко изменяются. В этом случае необходимо останавливать режим ПИД-регулирования, чтобы не произошло резкого движения на открытие/закрытие и такого же резкого возврата к точке регулирования. Такое возможно, например, в котельных при процессах деаэрации (предварительное удаление кислорода из воды, подаваемой в котел).
В котельной ОАО «МАКФА» установлены три водогрейных котла типа Vapor TTKV-50-50 с экономайзером общей мощностью 5 МВт
В данной ситуации быстрое изменение расхода деаэрируемой (исходной) воды приводит к резкому изменению температуры, а следовательно, к ухудшению (иногда и прекращению) процесса деаэрации и даже «заражению» кислородом приготовленной в деаэрационном баке воды. Точная настройка параметров деаэратора требует аккуратности и времени инженеров-наладчиков из-за тонкости технологии процесса.
Диспетчеризация котельных
Котельные установки относятся к объектам повышенной ответственности и обязаны бесперебойно функционировать и поддерживать заданные температурные условия. Поэтому создание диспетчерских систем управления для котельных важно и часто является необходимым требованием на этапе проектирования новых котельных при модернизации старых. Вывод данных о течении технологических процессов и своевременное оповещение оператора (диспетчера) о нештатных ситуациях — необходимое условие нормальной работы котельной.
Котельная завода «МАКФА»
Газовая котельная агропромышленного объединения «МАКФА» расположена в поселке Рощино Челябинской области и обеспечивает горячей водой технологическую сеть и систему отопления здания. В котельной ОАО «МАКФА» установлены три водогрейных котла типа Vapor TTKV-50-50 с экономайзером общей мощностью 5 МВт. Котлы оборудованы плавно модулирующими газовыми горелками фирмы Oilon типа GP-500M со шкафами управления ОК-100. Горелки соответствуют всем нормам и требованиям, есть необходимые сертификаты соответствия и разрешения РГТН. Горелочные устройства полностью автоматизированные. Процессы пуска, останова и аварийного останова горелок осуществляет и контролирует автоматика, установленная в ЩУ горелки ОК-100, марки Oilon.
Программируемый комплекс «Контар» (МС8 — 2 шт. и MR8 — 4 шт.) выполняет автоматическое управление всеми технологическими процессами в котельной:
- смена ведущего и ведомых котлов в зависимости от наработки (количество часов) и готовности каждого к пуску;
- управление группами насосов системы отопления (АВР насосов и повременная смена ведущего насоса), технологической сети (управление группой из трех насосов), подпитки СО, подпитки технологической сети, общей подпитки (смену насосов основной/резервный и резервного при выходе из строя основного);
- управление насосами экономайзеров котлов (включение и выключение осуществляется совместно с горелками соответствующих котлов), причем если насосы экономайзеров находятся в аварии, запуск горелок не осуществляется;
Котельная оборудована всеми необходимыми средствами защиты и автоматизации технологического процесса. Все пуски и остановы происходят полностью автоматически
- сигнализация снижения температуры воды на входе котлов;
- поддержание заданного уровня в баках СО и технологической сети;
- сигнализация превышения и снижения уровня в баках СО и технологической сети;
- сигнализация температур в баках СО и технологической сети;
- управление вытяжным канальным вентилятором котельной;
- управление агрегатами воздушного отопления котельной;
- сигнализация всех основных параметров температуры и давления рабочих сред котельной.
Контроллер осуществляет останов котлоагрегатов при возникновении сигналов: пожар; загазованность по СО (порог 2); загазованность по СН4. Кроме того, при загазованности котельной по СН4 контроллер осуществляет остановку всех работающих насосов, а при достижении порога 1 по СО — включение вытяжного канального вентилятора.
Котельная оборудована всеми необходимыми средствами защиты и автоматизации технологического процесса. Все пуски и остановы происходят полностью автоматически, без участия обслуживающего персонала. При этом аварийные сигналы фиксируются в энергонезависимой памяти контроллера в режиме реального времени. Также есть возможность удаленного доступа через сеть Internet или локальную сеть Intranet через субмодуль контроллера MC8 WebLinker
Диспетчеризация осуществляется в виде графической мнемосхемы с возможностью удаленного управления изменением параметров работы котельной с диспетчерской станции АРМ (автоматизированное рабочее место) по RS-232 (COM-порт).
Интерфейс АРМ-оператора на диспетчерской станции организован с помощью нескольких мнемосхем, отражающих основные этапы функционирования котельной. Мнемосхемы: главная; схема котлов; схема водоподготовки; схема газопровода.
Более детальная информация об органах управления приведена на специальных «всплывающих» мнемосхемах, которые появляются при нажатии на соответствующие изображения устройств. Органы управления АРМ-диспетчера позволяют осуществлять операции: ручной пуск и останов котлов; ручной пуск и останов насосов технологической сети; ручной пуск и останов насосов системы отопления; ручной пуск вытяжки и изменение установки автоматического пуска вытяжки; пуск алгоритма автоматической подпитки технологической сети; пуск алгоритма автоматической подпитки системы отопления; изменение различных установок по давлению и температурам.
Также у диспетчера котельной на экране выводятся сообщения о возникающих неисправностях, сопровождающиеся звуковым сигналом. Также доступны многочисленные опции: просмотра журнала тревог, архива данных (трендов), а также настройки прав пользователей (операторов).
