книги из ГПНТБ / Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения
.pdf
А. П. С А Ф О Н О В
АВТОМАТИЗАЦИЯ
СИСТЕМ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
« ЭНЕРГИЯ» • МОСКВА • 1974
6С94 С 21
УДК697.34
Сафонов А. П.
С 21 Автоматизация систем централизованного тепло снабжения. М., «Энергия», 1974.
272 с. с ил.
В книге изложены общие принципы и схемы автоматизации от* дельных узлов водяных систем централизованного теплоснабжения, приведены экспериментальные характеристики различных регуляторов и их элементов, а также методы теоретического расчета этих харак теристик. Приведены экспериментальные и теоретические характери стики объектов регулирования. Определенное внимание уделено расчету экономической эффективности автоматизации систем теплоснабжения.
Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работни ков, занимающихся вопросами автоматизации систем централизован ного теплоснабжения. Она также может быть полезна студентам вузов соответствующей специальности.
30302-554
051(01)-74 |
6С94 |
|
©Издательство «Энергия», 1974 г.
Александр Петрович Сафонов
Автоматизация систем централизованного теплоснабжения
Редактор А. Ц. Червяковский
Редактор издательства Л. Н. Синельникова Переплет художника В. И. Карпова Технический редактор Л. М. Кузнецова
Корректор А. Д. Халанская
Сдано в набор 3/Х 1973 г. Подписано к печати 22/VII 1974 г. Т-12 859
Формат 84X |
108,/зя |
|
Бумага типографская № 2 |
Уел. печ. л. |
14,28 |
|
Уч.-изд. л. 15,82 |
Тираж 10 000 экз. |
Зак. 423 |
Цена 1 р. 03 к. |
|
Издательство «Энергия». 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 |
Союзполиграфпрома |
при Государственном комитете |
Совета Министров СССР ■ |
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. |
|
Москва, М-114, Шлюзовая наб., |
10. |
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге рассмотрены вопросы автоматизации водя ных систем централизованного теплоснабжения. Особое внимание уделено регуляторам, использующим энергию регулируемой или регулирующей среды (гидравлические регуляторы), которые получили наибольшее распростра нение на центральных и индивидуальных тепловых пунк тах. Вопросы автоматизации теплоподготовительных установок ТЭЦ ограничены рассмотрением автоматиза ции подпиточных устройств, деаэраторов подпиточной воды и сетевых подогревателей. Объем книги не позво лил рассмотреть вопросы автоматизации паровых сетей и вопросы телемеханизации.
Некоторые теоретические вопросы сопровождаются примерами расчета, облегчающими их понимание.
В книге за основу принята Международная система единиц (СИ). Поскольку в этой системе единица давле ния Па очень мала, то в таблицах и тексте широко используется единица давления МПа. Соотношения меж ду единицами давления системы СИ и системы МКГСС следующие:
1 МПа = 10° Па = 10,2 кгс/см2—10 кгс/см2; 1 кгс/см2= 0,0981 -106 Па = 0,0981 МПа~0,1 МПа.
Если необходимость в высокой точности отсутствова ла (при написании значений условного давления и т. п.), то использовались округленные соотношения
1 МПа —10 кгс/сМ2 и 1 кгс/см2~0,1 МПа.
Система единиц МКГСС использована в книге там, где приведены результаты испытаний по приборам (ма нометрам), шкала которых градуирована в этой системе единиц. Также встретилась необходимость использова
3
ния единицы потери давлеиия в кгс/см2 при указании величин условной пропускной способности регулирующих клапанов, поскольку соответствующие ГОСТ еще не из менены. Наконец, в примерах гл. 10 использованы те пловые единицы, основанные на калории.
Графические и буквенные обозначения и термины в основном приняты в соответствии с действующими стандартами. При рассмотрении конкретных приборов и устройств автор был вынужден использовать обозначе ния и термины по документации изготовителей.
При составлении книги широко использованы мате риалы экспериментальных исследований автоматических регуляторов и систем автоматического регулирования, выполненных под руководством автора в Теплосети Мосэнерго и в МИЭИ.
(§ 8-2-т8-4) написаны совместно с канд. техн. наук И. А. Сафоновой.
Автор выражает сердечную благодарность А. Ц. Червяковокому за большой труд по редактированию книги. Особую благодарность автор выражает доктору техн. наук Л. Г. Скрицхому за весьма ценные советы и за мечания, высказанные им при рецензировании рукописи.
Автор
Г Л А В А П Е Р В А Я
ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
1-1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971— 1975 гг. предусматривается, в частности по энергетиче ской базе, рациональная концентрация и централизация производства пара и горячей воды для технологических и отопительных нужд, постепенная ликвидация мелких котельных и электросиловых установок, строительство ряда новых ТЭЦ. Директивами предусматривается ши рокое внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами на предприятиях.
В связи с вышеуказанным автоматизация систем цен трализованного теплоснабжения приобретает важное значение.
Автоматизация систем централизованного теплоснаб жения осуществляется при помощи ряда устройств, основными из которых являются устройства автомати ческого регулирования, устройства автоматического управления операциями пуска и остановки установок и автоматическая защита. К. устройствам автоматизации относят также устройства автоматического контроля и дистанционного управления, которые в настоящей книге не рассматриваются.
В настоящее время преимущественное распростране ние получили водяные двухтрубные системы теплоснаб жения, которые обеспечивают отпуск тепла одновремен но на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Дальнейшее изложение относится именно к этим систе мам теплоснабжения.
5
Система централизованного теплоснабжения пред ставляет собой сложный комплекс установок и устройств (ТЭЦ или котельная, тепловая сеть, потребители тепла), работа которых характеризуется взаимосвязанностью режима и непрерывностью технологического процесса. Нарушение нормального режима работы в одном из звеньев этой системы неизбежно отражается на режиме работы остальных. Положение усложняется тем, что системы централизованного теплоснабжения охватывают целые города или большие районы городов, где сотни или тысячи пунктов автоматизации разбросаны на боль шой территории.
К сказанному следует добавить, что режимы отпуска тепла для каждого из перечисленных видов потребления различны. Если потребление тепла на отопление в основ ном зависит от температуры наружного воздуха и,’ как правило, не меняется в течение суток, то потребление тепла на горячее водоснабжение практически не зависит от температуры наружного воздуха в течение отопитель ного периода, но резко изменяется в течение суток, а так же частично изменяется по дням недели. Потребление тепла на вентиляцию зависит от температуры наружного воздуха, причем это потребление тепла чаще всего имеет место только втечение некоторого периода суток.
При указанных условиях ручное управление такими системами потребовало бы весьма многочисленного пер сонала, что исключает возможность его практического осуществления. Надежная и экономичная работа систем централизованного теплоснабжения возможна лишь при автоматизации режима их работы.
1-2. ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Автоматизация водяных теплоснабжающих ' систем обеспечивает поддержание заданных гидравлических (давления, разности давлений) и тепловых (температу ры) режимов в различных звеньях этих систем. Основ-, ную роль в решении указанных задач играют устройства автоматического регулирования.
Поскольку с помощью одного центрального метода регулирования на ТЭЦ или в котельной невозможно обеспечить гидравлические и тепловые режимы у много численных потребителей тепла, то применяют несколько ступеней (до четырех) регулирования. В дополнение к центральному регулированию вводят, например, еще
6
групповое регулирование на центральных тепловых пунк
тах |
(ЦТП) и местное общее или позонное на |
абонент |
ских вводах—индивидуальных тепловых пунктах |
(ИТП). |
|
В |
идеальном случае центральное, групповое |
и мест |
ное регулирование режима отпуска тепла должно было бы дополняться индивидуальным автоматическим регу лированием непосредственно в месте потребления тепла. При таком многоступенчатом автоматическом регулиро вании каждая ступень регулирования облегчает работу последующей ступени.
Необходимо отметить, что в тепловых сетях большой протяженности с неблагоприятным рельефом местности возникает необходимость сооружения насосных подстан ций, которые обычно являются дополнительной ступенью регулирования гидравлического режима для тепловой сети за этой подстанцией.
На рис. 1-1 в качестве примера приведена упрощен ная схема водяной двухтрубной закрытой системы цен трализованного теплоснабжения от ТЭЦ, на которой указаны пункты, где осуществляется автоматическое ре гулирование и автоматическая защита. Отметим, что в этих же пунктах могут применяться другие устройства автоматизации (автоматическое управление периодиче скими операциями и пр.). Таким образом, рассматривае мая схема позволяет составить общее представление об основных задачах и принципах автоматизации систем централизованного теплоснабжения.
На этой схеме для 1-й части тепловой сети (до на сосной подстанции) изображен вариант ступенчатого регулирования при наличии ЦТП, а для 2-й части те пловой сети (за насосной подстанцией) — вариант сту пенчатого регулирования без ЦТП.
На теплоподготовительной установке ТЭЦ осуществ ляется регулирование давления воды перед сетевыми на сосами /, защита от повышенного давления сетевой воды, регулирование температуры сетевой воды в подаю щем трубопроводе (за основными подогревателями 2 или за пиковыми водогрейными котлами 3), регулиро вание уровня конденсата в подогревателях и защита их от переполнения конденсатом, а также регулирование деаэраторов подпиточной воды 4.
На насосной подстанции автоматизируются в первую
очередь |
сами |
насосы |
(блокировка, включение резерва |
и пр.). |
Вместе |
с этим |
на насосных подстанциях на об- |
7
ГО_,
|
~ 0 _ |
|
|
A |
^ j s |
f o |
j |
V |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
----------------jjj—i |
1Ш |
|
|
------S ------Щ~п |
|||
Ш |
|
|
9-РГТ1 I |
|
|
E |
||
ш |
E |
|
|
1//777 |
Ж | |
|
|
ИТП |
|
|
I |
|
|
|
|||
L . |
|
|
I |
10 L |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л II s l X |
J |
\ m k\ |
|
|
|
|
|
|
ta |
|
|
■I |
|
|
|
|
|
ТПУ |
|
|
!5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 e> |
|
|
|
|
|
/k\ |
|
|
НП ■->Ш |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
Рис. 1-1. Пункты автоматизации в |
закрытой водяной системе централизованного теплоснабжения. |
|||||||
ТПУ — теплоподготовительная |
установка |
ТЭЦ; |
ЯЛ — насосная подстанция; |
ЦТП — центральный тепловой пункт; |
||||
У т л — индивидуальный тепловой пункт; |
ОЛ — отапливаемое помещение; |
р, |
Др, |
Я, < — регулируемые величины |
||||
или параметры защиты соответственно: |
давление, перепад давления, уровень, температура. |
|||||||
□ -автоматическое регулирование; А - |
автоматическая защита; |
/-цен тральное |
регулирование; //-груп п овое |
|||||
регулирование; I I I — местное |
регулирование; |
IV — индивидуальное |
регулирование. |
|
||||
ратном трубопроводе в ряде случаев необходимо регу лирование давления перед насосами 5 и защита от по вышенного давления.
На ЦТП для отопительных и вентиляционных систем осуществляется групповое регулирование температуры воды после насосов смешения 6 (или местной воды за отопительными подогревателями) по отопительному графику, а также регулирование в подогревательной установке горячего водоснабжения 7 (или смесительной установке) температуры местной воды.
На абонентских вводах при наличии ЦТП осуществ ляется местное регулирование режима отпуска тепла на отопление на отопительных узлах 8 и местное регули рование температуры приточного воздуха вентиляцион ной установки 9.
В данном случае местное регулирование на отопи тельных узлах целесообразно осуществлять при позонной системе отопления, когда указанные отопительные узлы сооружаются на отдельных ветвях отопительной системы. Местное регулирование при позонной системе отопления позволяет нейтрализовать возмущающие воз действия ветра и солнечной радиации, которые одинако во влияют на каждый из фасадов здания (например, северный и южный).
При схемах тепловых сетей без ЦТП отпадает сту пень группового регулирования и осуществляется мест ное (общее или позонное) регулирование отпуска тепла на отопление на отопительных узлах 10 абонентских вво дов. Там же в узлах горячего водоснабжения 11 осу ществляется регулирование температуры воды, посту пающей в систему горячего водоснабжения.
Изменение расхода сетевой воды регулятором в ка ком-либо одном объекте регулирования неизбежно при водит к изменению перепадов давления на всех осталь ных объектах вследствие гидравлической разрегулиров ки тепловой сети. В связи с этим для нейтрализации этого возмущающего воздействия целесообразно преду сматривать на каждом ЙТП регулирование перепада давления. Если тепловая сеть имеет ЦТП, то регулиро вание перепада давления целесообразно вести на этих ЦТП, что позволит существенно сократить число уста новленных регуляторов.
В ряде случаев на ИТП или ЦТП приходится вести регулирование давления в обратной линии тепловой
9