CC BY
38
УДК 697:631.22
1ННОВАЦИ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ - ТЕХН1ЧНЕ Д1АГНОСТУВАННЯ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
-□ □-
Розглянутi питання забезпечення потреб украгнських споживачiв енергоресурсами крагни. Дослиджуеться система централi-зованого теплопостачання. Запропонована система автоматизованого управлтня тепловим пунктом Í3 тдсистемою техтч-ного дiагностування використовуеться як ефективний метод енергозбереження
Ключовi слова: енергозбереження, тех-тчне дiагностування, алгоритми розтзна-вання
□-□
Рассмотрены вопросы обеспечения нужд украинских потребителей в энергоресурсах страны. Исследуется система централизованного теплоснабжения. Предложенная система автоматизированного управления тепловым пунктом с подсистемой технической диагностики используется в качестве эффективного метода энергосбережения
Ключевые слова: энергосбережение, техническое диагностирование, алгоритмы
распознавания
□-□
Considered questions of providing of necessities of the Ukrainian users by power resources of country. The system of centralized heating is probed. The offered system of the automated management of thermal point with the subsystem of the technical diagnosticating is used as an effective method of energy-savings
Keywords: energy-savings, technical diagnosticating, algorithms of recognition -□ □-
1. Вступ
Украша не е енергонезалежною державою, так як пльки на 40% забезпечена власними енергоресурсами. В умовах постшного зростання щн на енергоносп на свиовому ринку забезпечення 1х економп в структурi централiзованого теплопостачання вкрай актуально, особливо зважаючи на рiвень абсолютних величин енергоспоживання щею галуззю.
Централiзоване теплопостачання було i залиша-еться стратепчною концепщею забезпечення теплом споживачiв Украши. Потреби мшт в тепловш енергп задовольняються ТЕЦ на 40%, районними котельними приблизно на 30%. Житлово-комунальне господарство вщлому споживае близько 25% паливних ресурив краши (що оцiнюеться величиною 75 млн.т. умовного палива), з них 80% складае опалення. Варпсть енерго-ресурсiв пльки по газу та теплу, що використовуеться за рж, становить майже 3,5 млрд. грн. Тому питання оснащення ще1 галузi засобами облжу споживання теплово! енергii та ефективного и використання стае особливо важливим.
Дослiдження i впровадження прогресивних енер-гозберiгаючих технологш дають можливiсть реаль
К.Ю. Федоренко*
Контактний тел.: 063-730-58-11
В. Ф. М и с а к
Кандидат техшчних наук, доцент, заступник декана по
учбово-методичнт робол* Контактний тел.: (044) 406-80-70 *Кафедра автоматизованого управлшня теплоенергетичними процесами Теплоенергетичний факультет Нацiональний техшчний унiверситет УкраТни «КиТвський
полiтехнiчний шститут» вул. Полiтехнiчна, 6, 5 корпус, м. КиТв, УкраТна, 03056
зувати велик обсяги заощадження eHepropecypciB в Укра1ш i пiдвищити показники енергоефективност до PÍbhíb провiдних краш свггу [1]. KoHKpeTHi рiшення в побyдовi енергозберiгаючоi системи опалення можуть складатися як на основi розробки i проектування новоi промисловоi, адмiнiстративноi або житловоi бyдiвлi, так i на основi модернiзацii вже iснyючих.
Техшчне дiагностyвання в системi опалення е одним з iнновацiйних методiв енергозбереження. Мо-дернiзацiя дiючих систем теплопостачання повинна виконуватися iз врахуванням впровадження сучасних систем дiагностyвання, що значно тдвищить надш-нiсть теплопостачання.
2. Дослщження техшчного д1агностування в системах теплопостачання
Впровадження автоматизованих систем управлшня технолопчними процесами в практику централь зованого теплопостачання дозволяе рiзко тдвищити технiчний рiвень експлyатацii цих систем та забез-печити значну економж палива. Окрiм цього, автома-тизацiя цих систем дозволяе полшшити якiсть опалю-
вання будiвель, тдвищити рiвень теплового комфорту та ефектившсть промислового та альськопереробного виробництва в примiщеннях та будiвлях, а також над-iйнiсть теплопостачання, зменшити кiлькiсть обслуго-вуючого персоналу [2].
Потрiбно зазначити, що структура теплопостачання буд1вель мае склад-ний та ieрархiчний характер, шнуе вплив багатьох випадкових факторiв на режим ро-боти. Тому, в залежно-сп вiд кiлькостi та типу опалюваних будiвель застосовуються тепло-вi пункти.
Схема ТП залежить з одного боку вщ осо-бливостей споживачiв теплово! енергп, що об-слуговуються тепловим
пунктом, з шшого боку вiд особливостей джерела, яке забезпечуючуе ТП тепловою енергiею. Для того щоб забезпечити ефективне теплопостачання необхщно розпiзнати стан технiчноi системи в умовах обмежено! iнформацii. Це е основним завданням техшчного дь агностування. Технiчне дiагностування завдяки ран-ньому виявленню дефектiв та несправностей дозволяе усунути вщмови в процес технiчного обслуговування, що збiльшуе надшшсть та ефективнiсть експлуатацii. Структура техшчного дiагностування характеризу-еться двома взаемнопроникаючими та взаемоповяза-ними напрямками: теорiею розпiзнавання та теорiею контролездiбностi. Теоретичним фундаментом для ви-рiшення основно! задачi дiагностування слiд вважати загальну теорж розпiзнавання. Алгоритми розтзна-вання в техшчнш дiагностицi частково базуються на дiагностичних моделях, що встановлюють зв'язок мiж станами дiагностичноi системи та вiдображеннями в просторi дiагностичних сигналiв. Властивiсть засо-бу забезпечити яюсну оцiнку його техшчного стану i заздалегiдь виявити несправностi та вiдмови нази-ваеться контролездiбнiстю. Вона вiдтворюеться кон-струкцiею виробу та прийнятою системою технiчного дiагностування [3]. Типова структура технiчного дiаг-ностування наведена на рис. 1.
Застосуемо запропоновану структуру техшчного дiагностування для системи опалення. Об'ектом управлшня постае типовий шдивщуальний тепловий
пункт, що виконуе функцп розпод^ення теплово! енергп iз контрольованими параметрами до спожива-чiв.
Принципова схема теплопункту iз залежною схемою приеднання з системою автоматичного регулю-вання зображена на рис. 2.
Рис. 1. Структура техшчного дiагностування
Рис. 2. Функцюнальна схема теплопункту
Основними елементами системи автоматизацп е: контролер, давачi температури, тиску, циркуляцiйнi насоси (1), лiчильник тепла, регулятор тиску (2), регулятор перепаду тиску, електричш засувки (3,5).
В процес роботи технолопчного процесу автоматичною системою регулювання виконуються наступнi функцп:
• регулювання температури теплоноия, що йде до споживача;
• регулювання перепаду тиску перед контролером;
• регулювання тиску прямо! води перед розподь ленням мiж споживачами;
• регулювання роботи циркуляцшних насосiв;
• ведення комерцшного облiку тепла;
• забезпечення захисту та блокування устаткуван-
ня.
З метою оптимiзацii витрат теплово! енергп в системах опалення передбачаеться автоматичне ре-гулювання температури теплоноая по температурi води в подавальному та зворотному трубопроводах за температурним графжом з корекщею по температурi зовнiшнього повггря за допомогою регулювального клапану, встановленому на подачi тепломережно! води до вузла змшування. Циркуляцiйнi насоси працюють постшно пiд час всього опалювального сезону.
Контролер реалiзуе перерахованi вище управлшсь-кi функцп, а також здшснюе цифрову та свiтлову шди-кацiю параметрiв, уставок.
Регулятор перепаду тиску, що знаходиться перед вузлом змшу-вання, призначений для пiдтримання допустимого перепаду тиску для безпечно! роботи контролера. Регулятор тиску, що встановлений у вузлi змшування, забезпечуе врiвнова-ження тиску у випадку його рiзкоi змши в ма-гiстральних гiлках спо-живачiв.
Функщю облжу те-плоспоживання вико-нуе тепловий лiчильник. KpiM основно! функцп вш дозволяе архiвува-ти результати вимiрiв, щоб надалi можна було аналiзувати режими роботи системи тепло-постачання, фiксувати позаштатш та аварiйнi ситуацiï i тому подiбне. Таким чином, тепловий лiчильник виконуе одразу два завдання: за-безпечуе комерцiйний облiк, результати якого використовуються при розрахунках мiж поста-чальником i споживачем тепла, а також е засобом технолопчного контролю в системах теплопо-стачання.
Для отримання дь агностично! iнформацiï про стан системи опа-лення було проведено дослiдження по двом напрямкам:
- Вивчення неперед-бачуваних змiн техноло-гiчних параметрiв. Цей напрямок важливий тим, що незалежно вщ
виду технологiчного процесу, в ньому в будь-який момент можуть виникнути збурення, яю викликаються зовшшшми та внутрiшнiми чинниками.
- Виявлення несправностей в техшчних засобах теплопостачання. Надшшсть автоматичноï системи регулювання забезпечуеться насамперед безпечними та надшними засобами вимiрювання та автоматизацп. Тому важливо контролювати '¿х роботу та застосовува-ти необхщш виправнi заходи у випадку виходу з ладу кожного з них, щоб не зашкодити нормальному про-тжанню технологiчного процесу.
На основi отриманоï iнформацiï по цим двом пунктам було забезпечено контроль стану за рахунок удосконалення системи автоматичного регулювання технолопчним процесом.
Результати дослщжень щодо можливих типових несправностей в тепловому пунки зведеш у таблицi 1 разом iз перелiком виправних дiй, що необхщш для '¿х усунення або запобпання виникненню бiльш серйоз-них аваршних ситуацiй.
Першi двi неполадки пов'язаш iз невiдповiднiстю технологiчних параметрiв (тиску) припустимим зна-ченням: а саме, тиск перед циркуляцшними насосами менше 0,3 атм (характерно для ситуацп витоку тепло-носiя iз системи i можливому виходу з ладу насошв), перевищення тиску у зворотному трубопроводi б^ь-ше 5,7 атм (може привести до руйнування елеменпв системи опалення). Задля усунення цих неполадок необхщно в першому випадку припинити циркулящю
Рис. 3. Фрагмент схеми застосування техшчного дiагностування для виявлення витоку теплоноая в циркуляцшнш мaгiстрaлi системи опалення
теплоносiя (вдамкнути циркуляцiйнi насоси), у дру-гому-знизити тиск за рахунок спускання теплоноая в дренаж.
Таблиця 1
Основш вщхилення та несправносй Необхщш заходи
1. Тиск Р2 перед циркуляцшними насосами ( поз.1) менше 0,3 атм. 2. Тиск Р2 у зворотному трубопровод! бшьше 5,7 атм. На абонентському ввод1 споживача закривають клапан та припиняють циркулящю. Вмикання електричних засувок (поз.3) та спускання води в дренаж.
3.Забруднення грязьовика (поз.4) на зворотному ход1 вщ споживач1в (внаслщок чого сильно падае тиск). 4. Невщповщшсть положення штоку клапана. Вщкрити клапан на циркуляцшних насосах (поз.1) та прочистити грязьовик (поз.4), вмикаючи електричш засувки (поз.5) 1 спускаючи промивну воду в дренаж. Пщтримувати температуру за рахунок зменшення швидкост циркуляцй.
Третя неполадка пов'язана iз забрудненням гря-зьовика та щентифжуеться за величиною низького тиску у зворотному трубопроводь Усунення ще'1 не-справностi вимагае промивки грязьовика при ввiм-кненнi електричних засувок та спусканш води в дренаж.
Невщповщшсть положення штоку клапана в за-лежносп вiд величини регулюючо! дп контролера та температури теплоносiя на входi в систему опалення свщчить про поломку штоку клапана, що вимагае переходу на ручне регулювання процесом та замiни штоку.
Отже, вщштовхуючись вiд типово! структурно! схеми системи техшчно! дiагностики, зображено! на рис. 1, була створена власна структурна схема техшч-ного дiагностування системи опалення, фрагмент яко! наведений на рис. 3.
Для кожно! з розглянутих ситуацiй розробленi алгоритми розтзнавання ситуацiй, правила пошуку i виправлення неполадок, повiдомлення оперативному персоналу. Обов'язковою процедурою системи техшч-ною дiагностики е перевiрка дiагностичноi шформацп на достовiрнiсть:
• задання граничних меж технолопчних параме-трiв;
• слщкування за змiною параметрiв впродовж де-кiлькох крокiв опитування;
• ствставлення даних, отриманих з рiзних дже-рел;
• фiксування точного часу виникнення негативних ситуацш.
На рис. 4 наведений фрагмент загального алгоритму дiагностики, який iлюструе дiагностування витоку теплоноая та формування повiдомлення щодо усунен-ня неполадки.
Рис. 4. Алгоритм виправних дш при можливому витоку гарячого теплоноая та пошкодження насоав
Пiдсумувавши все вищесказане, можна стверджу-вати, що тдсистема технiчного дiагностування разом
iз системою автоматичного регулювання системи опалення створюють найкрашд умови для протжання технологiчного процесу, забезпечуючи одночасно його надшшсть та економiчнiсть.
Ведеться розробка програмного забезпечення на основi складеного алгоритму i реалiзацiя його в контролерах та виводом у СКАДА-системи для зручного використання операторами.
3. Висновки
Ращональне оснащення приладами та засобами ав-томатизацп обладнання та агрегаив системи теплопо-стачання забезпечуе економж паливно-енергетичних ресурсiв завдяки тдтриманню найбiльш економiчних режимiв роботи та облжу тепла (майже 65% економп тепла та 20-25% економп електроенергп). [4].
Для виправлення негативного впливу ввдхилення технологiчних параметрiв вiд норми, попередження виходу з ладу елеменпв систем теплопостачання для усунення аваршних ситуацш у житловому будинку рекомендовано створити разом iз системою автоматичного регулювання тепловим пунктом тдсистему техшчного дiагностування, що дозволяе значно тдви-щити надiйнiсть роботи системи опалення.
На пiдставi аналiзу техшчного стану об'екта, не-долiкiв кнуючо! системи управлiння розроблено спе-щальну структуру технiчного дiагностування, яка дозволяе виршити низку проблем, що виникають в процеа функцiонування автоматизовано! системи управлшня. Запропонована система забезпечуе тдви-щення надiйностi системи теплопостачання та довго-тривалу роботу обладнання завдяки попередженню наступних неполадок:
- можливий збш режиму опалення внаслщок витоку теплоноая;
- поломки циркулярних насоав;
- вихвд з ладу регулюючого клапану;
- можливi вiдхилення режимних параметрiв внас-лiдок забруднення грязьовика.
Визначено основш методи виправлення недо-лiкiв за допомогою засобiв автоматизацп на основi складеного алгоритму. Алгоритм тд час розтзна-вання стану об'екта працюе в режимi «порадника», тобто видае дiагностичнi повiдомлення для оператора, визначаючи вид несправносп та пропонуючи виправш дii.
Лиература
1. Офщшний сайт Нацюнально1' Академй Наук Украши http://www.nas.gov.ua/.
2. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления [Текст]: /С.А. Чистович, В.К. Аверьянов, Ю.Я. Темпель, С.И. Быков.-Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. - 248 с.
3. Биргер, И.А. Техническая д1агностика [Текст] / И.А. Биргер. - М.: «Машиностроение», 1978. - 240с.
4. Рекомендацй по модершзацй юнуючих та впроваджен-ню нових енергозбер1гаючих засоб1в облшу витрат енер-горесурав. Правовий портал Украши http://lawua.info/ bdata2 / ukr2935/pg-2.htm.
