1.1.2 Регулирование отпуска теплоты

Потребители теплоты проектируют и строят, ориентируясь на расчетную мощность.

Для систем отопления расчетной мощностью является количество теплоты, необходимое для возмещения тепловых потерь зданием при расчетной наружной температуре для отопления. Мощность системы горячего водоснабжения определяется максимальным значением водоразбора при заданной температуре горячей воды. Расчетная мощность при эксплуатации систем теплопотребления совпадает с фактической только при расчетных условиях. В остальное время требуемое количество теплоты для систем значительно ниже расчетной мощности, и ее значение зависит: для систем отопления – от изменения температуры наружного воздуха; для систем горячего водоснабжения – от значения водоразбора.

1.1.3 Гидравлический режим в водяных тепловых сетях

Различаются два режима: динамический и статический. Задачей динамического режима является обеспечение циркуляции теплоносителя во всех звеньях системы теплоснабжения (теплообменниках источника теплоты, трубопроводах тепловой сети, потребителях). К динамическому режиму предъявляются следующие требования: напоры перед ЦТП должны быть достаточными для подачи соответствующего расхода воды в местные системы теплоснабжения; давление в подающем трубопроводе на всем его протяжении должно быть не ниже давления, обеспечивающего невскипание в трубопроводе воды; давление в обратном трубопроводе должно быть выше статической высоты большинства отопительных систем для обеспечения их залива; давление в обратном трубопроводе должно максимально обеспечивать зависимое присоединение систем отопления, то есть оно не должно приводить к разрушению отопительных систем; давление в обратном трубопроводе перед сетевыми насосами для исключения кавитационного разрушения должно быть не ниже 0,05 Мпа.

Динамический режим обеспечивается: работой сетевых насосов, устанавливаемых на источнике теплоты и в промежуточных точках сети (на подстанциях), работой подпиточных насосов, дроссельными устройствами, устанавливаемыми в промежуточных точках сети.

Задачей статического режима является обеспечение заполнения систем отопления при отсутствии циркуляции. При статическом режиме давление в точках присоединения систем отопления должно быть выше статической высоты систем отопления и в то же время ниже давления, допустимого для системы отопления по условиям прочности. Статический режим обеспечивается работой соответствующих регулирующих устройств.

1.2 Описание конструкции промышленной установки

В дипломном проекте рассматривается центральный тепловой пункт № 32 (ЦТП № 32), упрощенная технологическая схема которого представлена на рисунке 2.

Водяные системы теплоснабжения применяются двух типов : закрытые (замкнутые) и открытые (разомкнутые). В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается.

В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.

ЦТП № 32 предназначен для присоединения к тепловым сетям источника тепла ТЭЦ 1 по закрытой системе теплоснабжения к городским водопроводным сетям и местных систем холодного и горячего водоснабжения жилых, коммунально-бытовых и общественных зданий.

Для централизованного снабжения присоединяемых зданий теплом и водой принята двухступенчатая смешанная схема присоединения водоподогревателей ГВС с ограничением максимального расхода воды из тепловой сети на вводе при изменении регулирующих клапанов расхода на отопление с зависимым присоединением системы отопления.

Здание ЦТП № 32 оборудовано водопроводом, канализацией, водостоком, приточно-вытяжной вентиляцией, общим и ремонтным освещением.

Для обеспечения бесперебойной работы системы ГВС параллельно установлены две установки скоростных двухступенчатых подогревателя, которые предназначены для нагрева водопроводной воды, каждая из которых рассчитана на 50 % производительности. Сетевая вода от ТЭЦ разветвляется на два параллельных потока, один поступает к водонагревателям второй ступени, другой в систему отопления. Пройдя межтрубное пространство вторых ступеней подогревателей ГВС, сетевая вода смешивается с обратной водой системы отопления, проходит межтрубное пространство первых ступеней подогревателей и по обратной линии теплового узла возвращается к источнику тепла ТЭЦ 1. Водопроводная вода от хозяйственно-питьевых насосов параллельно подается в трубное пространство первых ступеней подогревателей ГВС и пройдя их нагревается от 5С до 25С-30С, за счет обратной сетевой воды от системы отопления.

Смешавшись с циркуляционной водой, под давлением от хозяйственно-питьевых насосов, подается в трубное пространство вторых ступеней подогревателей, где догревается до требуемой температуры. Циркуляционные трубопроводы позволяют осуществлять непрерывное движение воды по замкнутому контуру: теплообменник-разводящий трубопровод- водоразборный кран- циркуляционный трубопровод- теплообменник, и тем самым поддерживать температуру горячей воды у водоразборного крана на требуемом уровне. Согласно СНиП II-34-76, температура горячей воды в местах водоразбора для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединенных к тепловым сетям через теплообменники, должна быть не ниже 50С. Постоянная температура нагреваемой воды ( 60С ) поддерживается с помощью регулируемого клапана типа ЕСПА-02-РН по сигналу от электронного регулятора Т-48м-6 .

Система отопления работает по зависимой схеме, то есть вода из тепловой сети поступает в приборы абонентской установки, при которой регулирование отпуска тепловой энергии осуществляется путем изменения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети в зависимости от температуры наружного воздуха. Изменение температуры теплоносителя осуществляется автоматически при помощи электронного регулятора Т-48м-6 и регулируемого клапана 25ч14нж, путем подмеса теплоносителя из обратного трубопровода в подающий. По импульсу термометров сопротивления и команде электронного регулятора поддерживается перепад температуры местной воды, соответствующий температуре наружного воздуха только в пределах общего ограниченного расхода сетевой воды на вводе.

Наличие неудовлетворительной работы систем отопления отдельных зданий наблюдается чаще всего на конечных участках тепловых сетей, где располагаемые перепады давлений в системах отопления этих зданий недостаточны. Для устранения этого явления на ЦТП устанавливают центробежные насосы для изменения давления теплоносителя в системе отопления зданий. Наибольшее предпочтение отдается центробежным насосам типа К, которые просты по устройству, надежны в работе и сравнительно просты при обслуживании и ремонте [1].

На ЦТП № 32 установлены три циркуляционных насоса отопления типа К 90/35 (два рабочих, один резервный) установленных на подающем трубопроводе системы отопления после узла смешения. На ЦТП № 32 так же установлены хозяйственные насосы: водопроводная вода из городской сети по двум вводам поступает через водомерный узел к двум насосам, включенных последовательно (один рабочих, один резервный ). Рабочий насос рассчитан на подачу необходимого расхода воды на нужды холодного и горячего водоснабжения, а его напор обеспечивет необходимый свободный напор у самого отдаленного водоразборного крана холодной воды здания с наивысшей геодезической отметкой. Хозяйственными насосоми водопроводная вода подается во внутреннее трубное пространство первой ступени подогревателей ГВС[3].

Осаждение и удаление взвешенных веществ из потока циркулируемой воды в системе отопления с искусственной циркуляцией достигается с помощью грязевиков. В трубопроводах воздух создает воздушные мешки, которые нарушают нормальный режим циркуляции воды в системе отопления. Поэтому воздух из системы отопления должен периодически удаляться. Для удаления воздуха предусмотрены воздухосборники, установленные в самой верхней точке системы отопления.

Технические характеристики ЦТП № 32:

Т1 - текущее значение температуры прямой сетевой воды от ТЭЦ 1;

Т2 - текущее значение температуры обратной сетевой воды на ТЭЦ 1;

Т3 - текущее значение температуры воды с ЦТП на микрорайон;

Т4 - текущее значение температуры воды из микрорайона на ЦТП;

Тн - текущее значение температуры наружного воздуха;

Значения этих величин определяются по температурному графику на – 2001-2002 года представленному на рисунке 3 и в таблице 1.

Тг - значение температуры горячей воды , подаваемой в систему ГВС (Тг = 60 С);

Р1 - расчетное значение давления на вводе в ЦТП (Р1 = 5,86 кг/см );

Р2 - расчетное значение давления из ЦТП на ТЭЦ-1 (Р2 =4,71 кг/см );

Р3 - расчетное значение давления подачи на микрорайон (Р3=7,16 кг/см );

Р4 - расчетное значение давления обратного из микрорайона (Р4 = 5,22 кг/см );

U - коэффициент смешения;

qот f ( Тн ) - общая нагрузка;

Gот - расчетное значение расхода воды на систему отопления;

GПСВ - расчетное значение расхода прямой сетевой воды в подающем трубопроводе от ТЭЦ 1;

Gоб - расчетное значение расхода воды в обратном трубопроводе.

Данные значений вышеперечисленных величин определяются по таблице 1 в зависимости от температуры наружного воздуха.

Максимальная температура воды на отопление 95 С;

Минимальная температура воды на отопление 65 С;

Температура воды на горячее водоснабжение 60 С;

Таблица 1 - Технические характеристики ЦТП №32

Tн	T1	Т3	Т4	Т2	U	q от.f(tн)	GОТ	GПСВ	GОБ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
4	75,00	59,66	53,75	48,75	2,60	0,31	53,32	14,82	38,50
3	75,00	60,52	53,44	48,44	2,05	0,33	47,25	15,52	31,74
2	75,00	61,38	53,13	48,13	1,65	0,35	42,92	16,19	26,72
1	75,00	62,24	52,81	47,81	1,35	0,37	39,66	16,85	22,80
0	75,00	63,10	52,50	47,50	1,12	0,39	37,12	17,49	19,63
-1	75,00	63,97	52,19	47,19	0,94	0,41	35,09	18,12	16,97
-2	75,00	64,83	51,88	46,88	0,79	0,43	33,43	18,72	14,70
-3	75,00	65,69	51,56	46,56	0,66	0,45	32,04	19,31	12,73
-4	75,00	66,55	51,25	46,25	0,55	0,47	30,87	19,89	10,98
-5	75,00	67,41	50,94	45,94	0,46	0,49	29,86	20,45	9,41
-6	75,00	68,28	50,63	45,63	0,38	0,51	28,99	20,99	8,00
-7	75,00	69,14	50,31	45,31	0,31	0,53	28,23	21,52	6,70
-8	75,00	70,00	50,00	45,00	0,25	0,55	27,55	22,04	5,51
-9	76,38	70,86	50,69	45,69	0,27	0,57	28,29	22,22	6,08
-10	77,76	71,72	51,38	46,38	0,30	0,59	29,02	22,38	6,64
-11	79,14	72,59	52,07	47,07	0,32	0,61	29,74	22,54	7,20
-12	80,52	73,45	52,76	47,76	0,34	0,63	30,44	22,69	7,75
-13	81,90	74,31	53,45	48,45	0,36	0,65	31,13	22,83	8,30
-14	83,28	75,17	54,14	49,14	0,39	0,67	31,81	22,97	8,85
-15	84,66	76,03	54,83	49,83	0,41	0,69	32,48	23,09	9,39
-16	86,03	76,90	55,52	50,52	0,43	0,71	33,14	23,22	9,92
-17	87,41	77,76	56,21	51,21	0,45	0,73	33,79	23,33	10,46
-18	88,79	78,62	56,90	51,90	0,47	0,75	34,43	23,45	10,98
-19	90,17	79,48	57,59	52,59	0,49	0,77	35,06	23,56	11,50
-20	91,55	80,34	58,28	53,28	0,51	0,79	35,67	23,66	12,02
-21	92,93	81,21	58,97	53,97	0,53	0,81	36,28	23,76	12,52
-22	94,31	82,07	59,66	54,66	0,55	0,83	36,88	23,85	13,03
-23	95,69	82,93	60,34	55,34	0,56	0,85	37,47	23,94	13,53
-24	97,07	83,79	61,03	56,03	0,58	0,87	38,05	24,03	14,02
-25	98,45	84,65	61,72	56,72	0,60	0,89	38,62	24,12	14,51
-26	99,83	85,52	62,41	57,41	0,62	0,91	39,19	24,20	14,99
-27	101,21	86,38	63,10	58,10	0,64	0,93	39,74	24,28	15,47
-28	102,59	87,24	63,79	58,79	0,65	0,94	40,29	24,35	15,94
-29	103,97	88,10	64,48	59,48	0,67	0,96	40,83	24,43	16,40
-30	105,34	88,96	65,17	60,17	0,69	0,98	41,36	24,50	16,87
-31	106,72	89,83	65,86	60,86	0,71	1,00	41,89	24,56	17,32
-32	108,10	90,69	66,55	61,55	0,72	1,02	42,40	24,63	17,77
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
-33	109,48	91,55	67,24	62,24	0,74	1,04	42,91	24,69	18,22
-34	110,86	92,41	67,93	62,93	0,75	1,06	43,41	24,76	18,66
-35	112,24	93,27	68,62	63,62	0,77	1,08	43,91	24,82	19,09
-36	113,62	94,14	69,31	64,31	0,78	1,10	44,40	24,87	19,52
-37	115,00	95,00	70,00	65,00	0,80	1,12	44,88	24,93	19,95

1.3 Постановка и декомпозиция задачи управления

На ЦТП №32 используется качественное регулирование отпуска теплоты на отопление. В данном дипломном проекте предлагается переход к качественно-количественному регулированию путем введения дополнительного контура регулирования расхода теплоносителя на отопление.

Снижение расхода сетевой воды обеспечивается за счет выравнивания тепловой нагрузки жилых зданий применением связанного регулирования установок отопления и горячего водоснабжения. В период пиков нагрузки горячего водоснабжения уменьшается подача воды на отопление. Недоданная теплота компенсируется в период малых нагрузок горячего водоснабжения, в том числе в ночное время. В качестве теплового аккумулятора используются строительные конструкции отапливаемых зданий. Процесс связанного регулирования осуществляется за счет использования устройства ограничения максимального расхода сетевой воды на ЦТП, которое имеет регулирующий клапан 7-6. Устройство ограничения расхода содержит датчик расхода. При прохождении пика нагрузки горячего водоснабжения, когда расход сетевой воды на ЦТП, увеличиваясь, достигает расчетного, клапан 7-6 прикрывается, снижая расход сетевой воды на отопление. Здания в этом случае не дотапливаются. При малой нагрузке горячего водоснабжения снижается расход воды, при этом клапан 7-6 открывается, вследствие чего увеличивается расход теплоты на отопление и компенсации недодачи теплоты зданиям. В этом режиме регулятор обеспечивает такую подачу теплоты в здания, чтобы их суточные теплопотери были покрыты суточным расходом теплоты на отопление.

Таким образом задачи автоматизации ЦТП заключаются в следующем:

а) регулирование температуры теплоносителя на отопление зданий;

б) регулирование температуры теплоносителя на ГВС;

в) ограничение максимального расхода сетевой воды на ЦТП;

и) включение резервных насосов;

к) измерение рабочих давлений в системе с сигнализацией предельных (аварийных) значений;

Декомпозиция задачи управления представлена в таблице 2.

Таблица 2 – Декомпозиция задачи управления

№ контура регули-рования		Наименование контура регулирования	Назначе-ние контура регулиро-вания	Наиме-нование параме-тра	Величи-на парамет-ра	Степень автомати-зации
1		Контур регулирования температуры на отопление	Подача горячей воды на отопление	Темпера-тура		Автомати-ческое регулиро-вание
Подача горячей воды на горячее водоснабжениеТемпература	2
60 ˚СКонтур регулирования температуры на горячее водоснабжение		Автомати-ческое регулирование
3		Контур регулирования расхода на отопление	Поддержа-ние расхода горячей воды на отопление на заданном уровне	Расход	1,2 т/ч	Автомати-ческое регулирование