Оптимизация распределения нагрузок в тепловой сети

Объединённый 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, заложенные в проект системы теплоснабжения, не соответствуют фактическим нагрузкам, гидравлика сети сильно разрегулирована, изменился режим работы вентиляционных систем. Из-за увеличившейся тепловой нагрузки сети температурный график не соответствует проектному. Возникающие в процессе эксплуатации системы теплоснабжения проблемы, связанные с недостаточным обеспечением теплом отдельных абонентов, решаются неэффективно.

Опыт работы с тепловыми сетями аналогичной сложности показывает, 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.

Современные технические решения в области автоматики и программирования позволяют решать задачи оптимизации теплопотребления. Применительно к тепловой сети РКЗ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева на базе разработанной ОИВТ РАН компьютерной модели тепловой сети предприятия, позволяющей моделировать реальные тепловые и гидравлические режимы сети, был разработан 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 пункте, размещаемом в котельной завода. Диспетчерский пункт состоит из управляющего компьютера с программным обеспечением, принтера, источника питания, датчика температуры окружающего воздуха и радиомодема.

На нижнем уровне комплекса находятся пункты автоматического 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, многоканальное цифровое измерительное устройство, систему технологической и аварийно-предупредительной светозвуковой сигнализации, радиомодем, источники питания.

Задачи верхнего уровня комплекса – мониторинг параметров и состояния технологического оборудования, дисплейное представление информации оператору-технологу в виде мнемосхем, графических зависимостей и табличных форм, рекомендаций по поддержанию оптимальных температурных режимов теплоносителя в прямой и обратной магистралях, сигнализация и регистрация отклонений контролируемых параметров от допустимых значений, вычисление уставок для регуляторов и автоматический ввод значений этих уставок в ПИД-регуляторы, вычисление текущих 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.

Задачи нижнего уровня ПТК – поддержание расхода теплоносителя в соответствии с уставками, задаваемыми верхним уровнем комплекса, сбор, обработка и передача информации на верхний 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 производственного 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-регулятор ОВЕН ТРМ138 для измерения температуры окружающей среды.

Структурная схема шкафа управления нижнего уровня представлена 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 температуры воды в прямом и обратном трубопроводах контура теплоснабжения;
• 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 обмена информацией RS-485. Наличие в сети радиомодема позволяет верхнему уровню комплекса получать измеренные значения расхода теплоносителя, температуры, давления, состояния затворов и устанавливать параметры контура автоматического регулирования расхода теплоносителя.

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

Состояние затворов отображается трёхцветными светодиодными 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 территории 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 %.

Е. П. ГУСАКОВ, РКЗ ГКНПЦ им. М. В. Хруничева,

В. М. ЗАЙЧЕНКО, М. А. КОРОСТИНА, ОИВТ РАН,

А. А. ЧЕРНЯВСКИЙ, НИПИ «Ростовтеплоэлектропроект»

Статья опубликована в журнале «Автоматизация и производство» №1 2007