Система мониторинга и автоматического регулирования теплоснабжения

С.А. Даниельян,

инж. – прогр., gahcep@dvo.ru,
Р.С. Кузнецов,

н.с., к.т.н., kuznetsov@dvo.ru,
В.В. Раздобудько,

вед. инж. – прогр., razdobudko@dvo.ru,
В.П. Чипулис,

зав. лаб., д.т.н., проф., chipulis@vira.dvo.ru,
ИАПУ ДВО РАН, г. Владивосток

В докладе приведен опыт разработки, внедрения и последующей промышленной эксплуатации информационно-аналитической системы на одном из крупных объектов теплоснабжения г. Владивостока. Особое внимание уделено анализу экономической эффективности коммерческого учета и автоматического регулирования тепловой энергии. Рассмотрены проблемы сведения энергобаланса.

The report is discussed an experience in the development, implementation and follow-up commercial operation of information-analytical system on the heating object in Vladivostok. Particular attention is paid to the analysis of economic efficiency of commercial accounting and automatic control of heat energy. The problems of the energy balance is considered.

В последнее десятилетие отмечается интенсивный процесс внедрения информационно-измерительных систем в теплоэнергетике. Он обусловлен возможностями современной измерительной базы, позволяющей не только выполнять измерения в полном объеме и с высокой точностью, но и организовать на их основе комплексные системы диспетчеризации и АСУ ТП с помощью разнообразных коммуникационных средств. Отличительной особенностью информационно-аналитических систем [1] (ИАС), разрабатываемых в ИАПУ ДВО РАН, является то, что акцент сделан на аналитической обработке ретроспективной информации, накопленной в базе данных, с целью решения широкого круга прикладных задач, возникающих в процессе эксплуатации энергетических объектов и систем.

В 2006 году сотрудниками ИАПУ ДВО РАН совместно с инжиниринговой компанией ИНФОВИРА начата разработка системы мониторинга и автоматического регулирования теплоснабжения (СМАРТ) завода «Радиоприбор». На территории завода находятся здания различного назначения (складские, административные, производственные), они объединены протяженной теплосетью, замыкающейся на узле гидравлической защиты, на котором ведется коммерческий учет. Помимо традиционных задач учета для отдельных тепловых узлов заказчиком были поставлены другие, специфичные для обычного объекта теплоснабжения задачи: мониторинг эксплуатационных режимов в едином диспетчерском пункте; анализ баланса расходов и потребляемой энергии; энергосбережение за счет регулирования и оценка эффективности работы автоматики. Решение поставленных задач выполнено в несколько этапов.

На первом этапе проведен анализ объекта автоматизации, выполнены проектные и монтажные работы, установлены приборы учета и новое оборудование на тепловых узлах завода. Создана информационная сеть, по которой осуществляется сбор результатов измерений с теплосчетчиков. Организован диспетчерский пункт, на котором установлено серверное оборудование с информационно-аналитической системой «СКУТЕР»[2]. С помощью ИАС осуществляется сбор данных, мониторинг теплоснабжения всего завода и отдельных корпусов, хранение накопленной информации, аналитическая обработка и представление результатов анализа в виде графиков, таблиц и отчетов.

Мониторинг теплоснабжения показан на рис.1. На мнемосхеме отображены основные параметры теплопотребления: расходы, температуры и давления теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах по каждому корпусу. При возникновении аварийных ситуаций соответствующие параметры отображаются красным цветом на пульте диспетчера. Для контроля баланса на мониторинг выведен суммарный расход по всем корпусам и общий расход по заводу.

Второй этап. Установка в 2007-2008 гг. на большинстве корпусов ОАО "Радиоприбор" автоматических контроллеров для систем отопления позволила осуществить регулирование температуры в контуре отопления и защиту системы от превышения температуры обратной воды в соответствии с температурным (отопительным) графиком. Наблюдение за тепловым режимом показало, что фактическая температура в обратном трубопроводе в сезоне 2006-2007 не соответствовала утвержденному температурному графику и превышала его при поддержании температуры в теплосети на уровне нижней срезки (60 град.С). Отметим, что при несоблюдении температур обратной воды абонент (потребитель) несет ответственность в соответствии с договором на теплоснабжение. Согласно договору среднесуточная температура обратной воды после систем отопления и вентиляции потребителей, присоединенных по зависимой схеме, может превышать заданную по температурному графику не более чем на 3 град.С. При сопоставлении температурного графика с уже установленными регуляторами с предыдущим сезоном (без них) становится очевиден эффект от регулирования по температуре в обратном трубопроводе, которая не превышает значений заданных по температурному графику даже в наиболее теплый период отопительного сезона. На рис.2 показано регулирование по температуре наружного воздуха (ось R2) на одном из корпусов завода. Расход (ось R1) и тепловая энергия (ось L1) изменяются в соответствии с изменением погодных условий. Ночью расход составляет около 10 т/ч. При повышении температуры наружного воздуха в дневные часы расход, а соответственно и теплопотреблении, уменьшается до 6,5 т/ч. В вечерние часы при похолодании задвижка срабатывает на открытие, расход увеличивается, покрывая необходимую тепловую нагрузку. Помимо регулирования по температуре наружного воздуха использованы таймеры для понижения температурного графика регулирования в нерабочие часы и дни. Уменьшение теплопотребления в ночные часы позволило добиться большего энергосбережения. Также дополнительная экономия получена за счет индивидуальной настройки коэффициентов и параметров регуляторов в соответствии с режимом функционирования и назначением отапливаемого объекта. Наиболее жесткие температурные режимы заданы для складских помещений и административных зданий с низким коэффициентом теплопотерь.

рис. 1 Мониторинг работы тепловых узлов

рис. 2 Погодное регулирование теплоснабжения (усреднение по часам суток)

Экономический эффект от установки систем автоматического регулирования определяется путем сравнения фактического (измеренного) теплопотребления с тем теплопотреблением (расчетным), которое соответствует гидравлическому режиму отопительного сезона 2006-2007 г.г. (до установки регуляторов), и погодным условиям и температурному графику источника теплоты отопительного сезона 2007-2008 г.г. (после установки регуляторов). На диаграмме рис.3 представлены значения показателя характеризующего относительную экономию (в процентах) теплопотребления за счет установки системы регулирования. Экономия, полученная за счет автоматического регулирования теплоснабжения, составляет порядка 30%, или (в абсолютном выражении) 2 818 Гкал за отопительный сезон. Наименьшая экономия наблюдается на корпусах №6 16,5% и №1 14,4%. Столь низкий процент экономии объясняется тем, что здесь проводились ремонтные работы внутренней системы отопления, в связи с этим тепловая автоматика была отключена. Наибольшая экономия достигнута на крупных корпусах, на долю которых приходится 70% от всей экономии по регулируемым корпусам.

На третьем этапе решена задача количественного регулирования теплоснабжения по заводу в целом. В 2009 году на центральном тепловом пункте (ЦТП) завода "Радиоприбор" установлен поворотный дисковый затвор (задвижка) с электроприводом фирмы AUMA. Управление задвижкой осуществляется с помощью блока управления электроприводом AUMATIC AC 1.1. Произведено конфигурирование блока управления электроприводом для более качественного регулирования и исключения риска возникновения гидравлического удара.

рис. 3 Оценка экономического эффекта автоматического регулирования

Для организации удаленного управления расходом (задвижкой) по всему заводу из диспетчерской, разработано программное обеспечение (рис. 4) и создан индивидуальный канал связи с блоком управления электроприводом независимый от существующей системы сбора данных с теплосчетчиков. Доступ к блоку управления электроприводом осуществляется по протоколу MODBUS/RTU через преобразователь ICP DAS RS232-RS485.

Программное обеспечение позволяет производить мониторинг состояния блока управления электроприводом и задавать «уставку» для открытия/закрытия задвижки в процентах. На мнемосхеме отображены индикаторы состояния, режима управления, текущего положения регулируемого механизма, а также элементы управления электроприводом (открытия/закрытия задвижки и выход на заданную оператором «уставку»).

рис. 4 Программное обеспечение для удаленного управления электроприводом

Основной эффект от внедрения системы «СМАРТ» заключается в том, что ее использование позволяет обеспечить качественно новый уровень управления теплоснабжением завода с использованием измерительного оборудования нового поколения и современных информационных технологий. Возможности системы ориентированы на обеспечение бесперебойного и качественного теплоснабжения, поддержание оптимальных (энергоэффективных) эксплуатационных режимов, а так же получение реального экономического эффекта за счет работы систем автоматического регулирования. В перспективе предполагается автоматизировать систему вентиляции на производственных корпусах с целью увеличения энергоэффективности предприятия.

Литература

1. А.Н. Виноградов, С.А Даниельян, Р.С. Кузнецов, В.П. Чипулис. Опыт разработки и эксплуатации информационно-аналитических систем в теплоэнергетике // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 314. – № 5. C. 48–54.

2. Д.И. Буженик, Р.С. Кузнецов, В.П. Чипулис. Информационно-аналитическое обеспечение теплоэнергетических систем // Энергетика в глобальном мире: сб. тезисов докладов первого международного научно-технического конгресса. – Красноярск: ООО «Версо», 2010 г. – C. 118-119.