Автоматизация насосного оборудования в центральных тепловых пунктах

В центральных тепловых пунктах установ­лены следующие группы насосов: хозяйствен­ные (основной, дополнительный и резерв­ный); циркуляционные — в системах горячего водоснабжения (ГВС) (основной и резерв­ный); циркуляционные — в системах отопле­ния (основной и резервный); смесительные (основной и резервный); пожарные (основной и резервный); дренажный.

Рис. 4.67. Автоматизация двух хозяйственных на­сосов

ХН1, ХН2, ЦПН1, ЦПН2 — насосы; ВВ — водомер; РД — регулятор

Назначение насосов:

хозяйственных — обеспечить расчетное дав­ление холодной и горячей воды, поступающей к потребителям, независимо от изменений давления в городском водопроводе;

циркуляционных ГВС — обеспечить посто­янную циркуляцию воды в системе горячего водоснабжения, чтобы предотвратить ее осты­вание и соответственно бесполезный слив остывшей воды. Насосы установленные по циркуляционно-повышающей схеме (рис. 4.67), дополнительно увеличивают давление в систе­ме ГВС, что позволяет снизить мощность хо­зяйственных насосов, а следовательно, и сум­марный расход электроэнергии на перекачку воды в ЦТП;

циркуляционные отопления — обеспечить расчетный расход теплоносителя в системе отопления при ее независимом подключении к тепловой сети;

подпиточных системы отопления — обеспе­чить постоянное заполнение системы отопления за счет периодического заполнения водой рас­ширительного бака;

смесительных — обеспечить температуру теплоносителя, подаваемого в систему отопле­ния, в соответствии с температурным графиком за счет подмеса в подающий трубопровод части обратной воды;

пожарных — обеспечить повышенное дав­ление холодной воды при срабатывании проти­вопожарной автоматики;

дренажного — периодически откачивать дренируемые воды, поступающие в приямки заглубленных ЦТП.

Выбор хозяйственных и циркуляционных насосов при циркуляционно-повышающей уста­новке насосов ГВС. Требуемое число хозяй­ственных насосов (ХН) определяется продол­жительностью их работы в течение суток и мощ­ностью ЦТП. Для ЦТП суммарной мощ­ностью до 3 Гкал/ч при продолжительности работы насосов менее 6 ч в сутки устанавли­вают два насоса: ХН-1 —основной и ХН-2 — резервный. Для ЦТП мощностью более 3 Гкал/ч, а также при продолжительности работы насо­сов более 6 ч в сутки требуются три насоса: ХН-1 —основной, ХН-2 — дополнительный, ХН-3 — резервный.

При установке на ЦТП двух насосов каж­дый из них должен обеспечивать максималь­ную (расчетную) подачу и расчетное давление в системе холодного водоснабжения при ми­нимальном (расчетном) давлении в городском водопроводе. При установке трех насосов по­дачу и напор каждого насоса выбирают в за­висимости от суточных колебаний давления холодной воды на вводе в ЦТП.

Если разница между максимальным и мини­мальным давлением в течение суток не превы­шает 1,0 кгс/см² (0,1 МПа), параллельно устанавливают три одинаковых насоса. Каждый насос должен быть рассчитан на максимально необходимый напор (только для системы хо­лодного водоснабжения) и расход, равный 60% расчетного. При разнице между макси­мальным и минимальным давлением более 3,0 кгс/см² (0,3 МПа) три одинаковых насоса устанавливают по последовательной схеме. Каждый насос обеспечивает расчетный расход и половину расчетного напора для системы холодного водоснабжения (при минимальном давлении в водопроводе). Расчетный расход воды определяют по табл. 4.15.

 

Таблица 4.15. Определение расчетного расхода воды для хозяйственных насосов

При разнице между максимальным и мини­мальным давлением 1—3,0 кгс/см² (0,1 — 0,3 МПа) параллельно устанавливают три на­соса разной подачи. При этом ХН-2 и ХН 3 должны обеспечить требуемое давление в си­стеме холодного водоснабжения при минималь­ном давлении в городском водопроводе. На­сос ХН-1 (низконапорный) должен обеспечить требуемое давление в системе холодного водо­снабжения в дневное время при гарантийном давлении в водопроводе. Дополнительный и резервный насосы (ХН-2, ХН-3) должны иметь максимальную подачу в соответствии с табл. 4.15, а основной насос ХН-1 должен обес­печить расход, равный 50% максимального. Последний вариант является наиболее эко­номичным с точки зрения расхода электро­энергии и воды, но требует расширения но­менклатуры применяемых насосов, что затруд­няет их эксплуатацию.

Циркуляционные насосы системы ГВС уста­навливают между подогревателями I и II сту­пеней по циркуляционно-повышающей схеме. В этом случае насосы не только осуществляют циркуляцию воды в системе горячего водоснаб­жения, но и за счет развиваемого напора пол­ностью компенсируют потери давления в подо­гревателе II ступени. Максимальная подача каждого циркуляционного насоса должна рав­няться величине расчетного водоразбора в системе горячего водоснабжения без учета расхода воды на циркуляцию. Чтобы исключить возможность обратной циркуляции в часы интенсивного водоразбора, циркуляционный трубопровод присоединяют к насосам через обратный клапан.

Общие положения автоматизации ЦТП

В качестве датчиков, управляющих работой насосного оборудования (см. рис. 4.67), при­меняют электроконтактные манометры (1, 7)и датчики перепада давлений РКС (2 — 6; 8 — 10). В группах хозяйственных и циркуляционно-повышающих насосов датчики 3, 4, 5 и 8, 9 контролируют перепад давлений на каждом из насосов, в остальных группах один датчик контролирует работу двух насосов. Нельзя применять один датчик перепада давлений для контроля за работой параллельно работающих насосов, так как при выходе из строя одного из насосов перепад давлений сохраняется либо за счет параллельно работающего насоса, либо за счет статического давления (для системы ХВС), и в схему управления не поступает сигнал аварии.

Каждый насос ключом «Выбор режима работы» можно перевести в режим ручного или автоматического управления. В каждой группе любой насос может выполнять функ­ции как основного, так и резервного или до­полнительного. При включении резервного на­соса схема управления основного обесточи­вается, и на щит управления поступает сигнал «Авария насоса». Ключи управления установ­лены на лицевой панели щита управления. Электрическая схема предусматривает защиту электродвигателей насосов от перегрузки и ко­роткого замыкания.

Давление воды регулируется грузовым ре­гулятором давления РД типа 21ч10нж. Регуля­тор установлен на трубопроводе после хозяй­ственных насосов, но регулирует давление р_в на выходе водоподогревателя I ступени. Вели­чину настройки регулятора устанавливают равной величине статического давления системы ХВС, т. е. она определяется высотой самого высокого здания, подключенного к ЦТП. При наличии водоразбора фактическое давление воды, подаваемой в систему ХВС, будет всегда выше статического на величину потерь давле­ния в I ступени водоподогревателя, а давление воды, подаваемой в систему ГВС, будет выше статического на величину напора, раз­виваемого насосами ГВС ∆Н_цпн за минусом потерь во II ступени водоподогревателя ∆Н_{II гвс}, т. е. р₇=р₅+∆Н_цпн +∆Н_{II гвс}

Таким образом, давление холодной воды Р_и возрастает с увеличением водоразбора, дав­ление горячей воды поддерживается в норме.

Автоматизация двух хозяйственных насосов одинаковой производительности (см. рис. 4.67).

При автоматизации двух хозяйственных насосов одинаковой производительности основной насос ХН1включается при падении давления р₁ в городском водопроводе ниже расчетного и от­ключается при увеличении этого давления до заданной величины, командами на включение и отключение служит замыкание соответствен­но минимальных и максимальных контактов датчика 1.

Резервный насос ХН2включается при вы­ходе из строя основного насоса. Включение производится по командам от датчиков 1 (давление в городском водопроводе мало) и 3(нет перепада давлений на хозяйственных насосах). Резервный насос отключается при увеличении давления в городском водопрово­де при замыкании максимальных контактов датчика 1.

Рис. 4.68. Автоматизация трех хозяйственных на­сосов

одинаковой производительности:

ХН1, ХН2, ХНЗ, ЦПН1, ЦПН2 — насосы; ВВ — водомер; РД — регулятор

Автоматизация трех хозяйственных насо­сов одинаковой подачи (рис. 4.68). Основной насос ХН1 включается при падении давления в городском водопроводе ниже расчетной ве­личины и выключается при увеличении давле­ния до заданного предела (регулятор 1). Допол­нительный насос ХН2включается параллельно основному при уменьшении давления после I ступени водоподогревателя р ₅ ниже стати­ческого (регулятор 7). Отключается насос после окончания интенсивного водоразбора, команда на отключение поступает от регулятора 2 при уменьшении перепада давлений на водомере ВВ. При отсутствии датчика с малыми пре­делами настройки аналогичный сигнал можно получить, замеряя перепад давлений на водоподогревателе I ступени.

Резервный насос ХНЗвключается при вы­ходе из строя любого работающего насоса, команда на включение резервного насоса по­ступает от датчика 1 и одного из датчиков 3, 4, 5.

 

 

Рис. 4.69. Автоматизация трех хозяйственных на­сосов разной производительности:

ХН1, ХН2, ХНЗ, ЦПН1, ЦПН2 — насосы; ВВ — водомер; РД — регулятор

Автоматизация хозяйственных насосов раз­ной подачи (рис. 4.69). Основной хозяйствен­ный насос ХН1 (маломощный) включается при падении давления после водоподогревателя I ступени р ₅ ниже статического (регулятор 7). Отключается насос по команде от регулятора 6, когда разность давлений в системе ХВС(р ₄)и в водопроводе (р ₂)достигнет минимальной вели­чины, т. е. весь напор, развиваемый насосом, будет дросселироваться регулятором РД.

Дополнительный насос ХН2включается, когда основной насос не справляется с нагруз­кой, т. е. при работе насоса ХН1давление р ₃падает ниже статического. Команда на вклю­чение дополнительного насоса поступает от датчиков 7, 3. Основной насос ХН1при вклю­чении дополнительного отключается. Если при работе насоса ХН2 давление падает снова, параллельно дополнительному насосу включа­ется резервный ХНЗпо командам от датчиков 7, 3, 5. Параллельно работающие насосы от­ключаются от датчика 6, когда разность дав­лений на выходе системы ХВСи в водопроводе достигает минимальной величины. Отключаются последовательно насосы ХНЗи ХН2. При отключении ХН2включается насос ХН1(отключение его описано выше). Резервный насос ХНЗвключается также при выходе из строя основного или дополнительного насоса по командам от датчиков 7, 3, 5.

Автоматизация последовательно установленных хозяйственных насосов (рис. 4.70). Основной насос ХН1 включается при падении давления в городском водопроводе ниже заданной величины (датчик 1). Дополнительный насос ХН2включается, если при работе давление после водоподогревателя I ступени будет ниже статического (датчики 3, 7). Резервный насос ХНЗвключается при выходе из строя любого из работающих насосов (датчики 7, 3, 5). Работающие насосы отключаются по команде от датчика 6, когда разность давлений на выходе системы ХВС и в водо­проводе достигнет минимальной заданной вели­чины. Насосы отключаются последовательно: сначала дополнительный, потом основной. Кроме того, на случай выхода из строя регу­лятора РДпредусмотрено отключение насосов по команде от датчика 7 при повышении дав­ления р ₅ выше заданного предела.

Автоматизация циркуляционно-повышающих насосов (ЦПН) (см. рис. 4.70). Основной насос ЦПН-1находится в работе постоянно. Резервный насос ЦПН-2выполняет одновре­менно функции дополнительного и подключа­ется в часы интенсивного водоразбора. Это позволяет не допускать предельных режимов работы основного насоса и в то же время обеспечивает достаточное его резервирование. Команда на включение насоса ЦПН-2как до­полнительного поступает либо от датчика 2, контролирующего интенсивность водоразбора по перепаду давлений на водомере, либо от датчика 10, когда давление р₇ в системе ГВС будет ниже, чем давление р ₅ в системе ХВС. Выключение насоса ЦПН-2 происходит при нормализации указанных параметров. В ка­честве резервного насос ЦПН-2 включается при выходе из строя основного насоса по команде от датчика 9.

Компоновка насосной станции

Компоновка оборудования должна обес­печивать удобное и безопасное обслужива­ние этого оборудования при минимальных габаритах помещения. Применяются следую­щие схемы размещения насосных агрегатов в машинном зале (рис. 4.71, а — г):

однорядное с расположением оси агрега­тов параллельно продольной оси здания;

однорядное с направлением оси агрега­тов, перпендикулярным продольной оси зда­ния;

двухрядное шахматное;

двухрядное симметричное.

Рис. 4.71. Схемы размещения насосных агрегатов

в машинном зале

Первая схема позволяет уменьшить поперечные размеры здания; одновременно она увеличивает его длину. Эта схема целесооб­разна при малом числе крупных агрегатов (с насосами типа Д, СЭ и др.). Вторая схема дает возможность сократить длину зда­ния. Эта схема наиболее распространена; рекомендуется при увеличенном числе круп­ных агрегатов и при установке насосов консольного типа (типа К).

В случае большого числа крупных агрегатов применяются схемы с двухряд­ным шахматным или симметричным располо­жением этих агрегатов.

Подпиточные и дренажные насосы реко­мендуется располагать на свободных участках машинного зала с тем, чтобы они не увеличивали габаритов помещения.

В случае насосных агрегатов с электро­двигателями напряжением до 1000 В при диаметре напорного патрубка до 100 мм до­пускается установка двух агрегатов на общем фундаменте без прохода между ними, а также размещение агрегата у стены без прохода между стеной и агрегатом.

Для осуществления монтажа и выполне­ния ремонта насосных агрегатов, вспомо­гательного оборудования, трубопроводов и арматуры в помещении машинного зала пре­дусматривается монтажная площадка. При определении ее размеров учитываются раз­меры наибольшего из насосных агрегатов, размеры транспорта для перевозки груза, ширина прохода вокруг агрегата либо транс­порта, расположенных на монтажной площад­ке (не менее 0,7 м), возможность прибли­жения крюка грузоподъемного устройства к разгружаемому оборудованию.

Рис. 4.72. Определение минимальной высоты насосной станции:

Н _н — высота насосной станции; Н_уст — высота уста­новленного оборудования; Н_у — расстояние от ни­за транспортируемого узла до точки закрепления строп (либо до верха узла); Н_с — вертикальная проекция длины строп; Н_к — высота от крюка до низа строительной конструкции перекрытия; Н_кр — высота крана; h_р — высота подкрановых рельсов; h_стр — расстояние от верха подкрановых рельсов до низа строительных конструкций перекрытия; h₃ — зазор между установленным оборудованием и транспортируемым узлом

Высота надземной части машинного зала (рис. 4.72) определяется с учетом высоты платформы транспортных средств для пере­возки оборудования и наибольших размеров транспортируемого узла в собранном виде (насосного агрегата, насоса или электродвига­теля). При этом следует учитывать длину строп (не менее 0,5 — 1 м), условия транспор­та перемещаемого узла (над полом либо над установленным оборудованием).

Минимальное расстояние от перемещае­мого узла до пола либо установленного оборудования рекомендуется принимать не менее 0,3 — 0,5 м. Следует также учитывать расстояние от крюка грузоподъемного устройства до низа подкрановой балки.

Надземная часть машинного зала вы­полняется высотой не менее 3 м.

Размеры бытовых помещений насосной станции принимаются согласно СНиП II-92-76 «Вспомогательные здания и помещения про­мышленных предприятий».

Размеры ворот (или дверей) для въезда транспорта определяются по наибольшим габаритным размерам оборудования либо транспорта. Минимальная ширина ворот (две­рей) для выезда транспорта — 2 м.

Для проведения монтажа крупных бло­ков в стенах либо в перекрытиях насосной станции предусматриваются монтажные прое­мы. Монтажные проемы выполняются в тор­цевой стене, со стороны возможного расши­рения насосной станции. Размеры монтажных проемов определяются габаритами наиболь­шего из блоков (узлов) оборудования и трубопроводов.

Пример компоновки подкачивающей на­сосной станции приведен на рис. 4.73.

 

Рис. 4.73. Пример компоновки подкачивающей насосной станции:

а — машинный зал; 6 — помещение распределительных устройств; в — трансформаторная; г — сан­узел; 1 — подкачивающий насос; 2 — электродвигатель подкачивающего насоса; 3 — подпиточный насос; 4 — электродвигатель подпиточного насоса; 5 — грязевик; 6 — подвесной однобалочный кран; 7 — щит управления; 8 — сборка насосной; 9 — шкаф питания цепей управления; 10 — шкаф управ­ления подпиточным насосом; 11 - шкаф КРУ; 12 - силовой трансформатор; 13 – конденсаторная установка

Соединения трубопроводов выполняются сварными. В местах присоединения трубо­проводов к насосам и фланцевой арматуре применяются фланцевые соединения.

Расположение трубопроводов в насосной станции должно обеспечивать возможность свободного доступа к оборудованию и арма­туре, удобство обслуживания их и ремонта.

При прокладке трубопроводов над по­верхностью пола для возможности прохода над трубопроводами предусматриваются перекидные мостики.

Прокладка в подпольных каналах при­меняется в случаях, когда размещение трубопроводов над полом вызывает большие осложнения.

При прокладке над полом и в каналах подвижные опоры трубопроводов должны устанавливаться на железобетонных опор­ных подушках.

Размещение подвижных и неподвижных опор следует выполнять с учетом необходи­мости разгрузки насосов от усилий, возни­кающих при температурных деформациях трубопроводов, а также от весовых нагрузок.

В местах присоединения трубопроводов к насосам (при диаметрах трубопроводов, превышающих диаметры патрубков насосов) должны предусматриваться переходные патрубки, обеспечивающие плавное изменение скорости воды.

Длину L переходных патрубков рекомен­дуется принимать равной

L = a (D₁ - D₂ ), (4.14)

где D₁ - диаметр трубопровода; D₂ — диа­метр патрубка насоса; а — постоянный коэф­фициент, а = 5 ÷ 6.

Патрубки следует устанавливать таким образом, чтобы исключить образование воздушных мешков.

Все трубопроводы сетевой воды в здании насосной станции изолируются. При этом температура на поверхности изоляции не должна быть выше 45°.

В нижних точках трубопроводов устанав­ливается дренажная арматура, в верхних — арматура для выпуска воздуха.

Арматура должна располагаться в местах, удобных для обслуживания. При размещении арматуры на высоте 1,4 м и более от пола следует предусматривать площадки и мостики.

При проектировании площадок и мости­ков должна учитываться высота над полом ручных и электрических приводов задвижек и другой арматуры.

Все задвижки диаметром 500 мм и выше должны иметь электрический привод. В случае дистанционного управления запорной армату­рой электрический привод следует устанав­ливать на этой арматуре независимо от ее диаметра.

Для применения индустриальных мето­дов изготовления трубопроводов на заводе либо в заготовительных мастерских следует предусматривать разбивку трубопроводов на отдельные узлы (блоки).

Разбивка трубопроводов на блоки вы­полняется с учетом габаритов платформы железнодорожного либо автомобильного транспорта; максимальной массы груза, пере­мещаемого подъемно-транспортным обору­дованием насосных станций; габаритов мон­тажных и дверных проемов; необходи­мости обеспечения достаточной жесткости конструкции блоков; условий выполнения сва­рочных работ в местах стыковки блоков.

Для выполнения монтажа оборудования, арматуры и трубопроводов после возведения строительных конструкций и проведения ре­монтных работ на перекачивающих насос­ных станциях устанавливается подъемно-транспортное оборудование.

При выборе подъемно-транспортного оборудования учитывается в зависимости от условий поставки максимальная масса уста­навливаемого оборудования (насоса, электро­двигателя) либо масса агрегата в собран­ном состоянии. Следует также, учитывать возможность увеличения массы груза в слу­чае замены установленного оборудования на более мощное.

При длине машинного зала до 18 м и подъеме груза на высоту до 6 м рекомен­дуются следующие виды подъемно-транс­портного оборудования с ручным управ­лением: при массе груза до 1 т — непод­вижная балка с кошками либо подвесной однобалочный кран; при массе груза до 5 т — подвесной однобалочный кран; при массе гру­за более 5т — мостовой кран.

В тех случаях, когда длина машинного зала превышает 18 м, а высота более 6 м, следует использовать подъемно-транспорт­ное оборудование с электрическим приво­дом.

Для монтажа оборудования массой до 500 кг могут также применяться переносные треноги с талями.