Автоматизированная система управления градирней

АСУ ТП экономит средства предприятия

Активное внедрение и строительство вентиляторных градирен на производствах началось уже много лет назад, с 60х годов прошлого века. С течением времени совершенствовались методы расчета, конструкция испарительных установок, материалы, применяемые в строительстве. В первую очередь, все это делалось для повышения эффективности и снижения затрат при эксплуатации охлаждающих аппаратов.

С середины 1990х - начала 2000х годов на предприятиях стали все чаще применять автоматические системы управления работой градирен. Даже на небольших заводах такие системы подтвердили свою эффективность. Там, где охлаждающих установок используется много, экономия оказалась еще больше.

Связано это, в первую очередь, с особенностями климата России. На большей территории нашей страны около полугода температура воздуха на улице ниже 0⁰ С. При таких условиях охлаждение оборотной воды происходит значительно проще и не требует постоянной работы вентиляторных установок.

Эффективно регулировать скорость вращения рабочего колеса как раз позволяет система автоматизации градирни. При этом можно добиться значительной экономии электроэнергии.

В среднем, использование в управлении вентустановкой частотных преобразователей позволяет сократить расходы на электроэнергию до 40-50%. При этом увеличивается межремонтный интервал электродвигателей.

Для примера, вентилятор ВГ-50 оснащен двигателем мощностью 30 кВт, а ВГ-70 приводом на 75 кВт. Годовой фонд рабочего времени вентиляторной установки составляет 8640 часов. Если экономия от применения АСУ ТП градирни составит всего 30%, то это будет 2592 часа, или 108 дней. При средней стоимости энергоресурса в 6 рублей получим: 2592 часа * 75 кВт * 6 рублей = 1 166 400 рублей в год! И это только от одного вентилятора!

Для крупных водоблоков экономия от использования позволяет окупить автоматическую систему управления в течение года.

Кроме того, автоматика градирни позволяет функционировать оборудованию без участия оператора, что значительно упрощает процесс работы всего технологического цикла и сокращает до минимума количество ошибок из-за человеческого фактора.

Комплектация и схемы автоматики градирни

В комплект поставки могут входить преобразователи частоты, датчики, шкаф автоматики и/или шкафы управления вентиляторной градирней.

В зависимости от реальных условий функционирования предусмотрено 2 варианта построения системы управления. Они отличаются схемой коммутации и количеством частотных преобразователей.

 Для каждого из двигателей используют собственный частотный преобразователь. Количество шкафов управления будет соответствовать количеству вентиляторов градирни.

Преобразователь частоты монтируется снаружи шкафа на задней или боковой стенке в зависимости от места расположения шкафа у Заказчика. Он может также монтироваться рядом со шкафом на стене, стойке или дополнительной секции шкафа. Внешнее расположение ПЧ позволяет обеспечить наилучшее охлаждение, внутреннее позволяет исключить случайное прикосновение к токоведущим частям, а также снизить влияние окружающей среды на оборудование.

Схема 2 Используют один ПЧ для нескольких электродвигателей. Реализованный принцип довольно прост: в каждый момент времени регулируется только один двигатель, остальные или стоят, или вращаются с максимальной скоростью.

В зависимости от повышения или понижения температуры воды относительно заданного параметра, автоматика подключает (отключает) двигатель следующей секции градирни. Частотный преобразователь регулирует скорость вращения двигателя, поддерживая заданную температуру. При этом уже работающие двигатели подключаются напрямую, минуя частотный преобразователь.

При такой компоновке нескольких секций используется один шкаф управления. Данное решение позволяет снизить стоимость системы.

Высокая надежность работы градирни обеспечивается техническими решениями силовых шкафов, постоянной диагностикой состояния силового электрооборудования и алгоритмами управления.

Для обеспечения устойчивости системы в силовых шкафах электродвигатель вентилятора может быть подключен к сети, либо через преобразователь частоты, либо через байпасный контактор. В случае выхода из строя одного из путей подключения, система сама определит поломку и автоматически задействует резервное подключение, выдав аварийный сигнал. Технологически процесс охлаждения продолжится без остановки. Кроме того, в автоматическом режиме АСУ получает от оператора команды и организует безаварийное переключение оборудования, исключая ошибочные действия оператора, которые могли бы привести к авариям.

В состав системы управления входят местные посты аварийного останова, которые размещаются в непосредственной близости от вентилятора градирни. Они позволяют отключить вентилятор секции, а также заблокировать возможность запуска секции при проведении работ у вентилятора.

Сигналы от датчиков поступают в контроллер, который по заранее заданной программе управляет работой системы в целом. Он осуществляет прием и обработку сигналов состояния оборудования и команд оператора системы, формирует управляющие сигналы.

К контроллеру подключена панель оператора, позволяющая вводить данные и отслеживать текущее состояние.

        Для контроля состояния и аварийного отключения редуктора используются датчики:

• протока и давления масла
• температуры масла
• вибрации
   
  
  Для контроля состояния электродвигателя применяются следующие датчики:
• температуры обмоток статора
• температуры верхнего и нижнего подшипника
• вибрации

   
  Для получения информации об окружающей среде датчик:

• температуры воздуха

Для сбора данных о текущих показателях ВОЦ расходомеры и термометры:

• объема поступающей воды;
• температуры воды на входе и выходе
• уровня воды в бассейне

Рассмотрим как это происходит более подробно.

Описание режимов автоматического управления градирни

Зимний режим работы

Зимой, когда конструкции подвержены обледенению, система управления автоматически осуществляет оттаивание льда путем включения реверсного вращения лопастей. При этом теплый воздух подается обратно в градирню и, выходя через окна, размораживает лед.

Активация режима при ручном управлении осуществляется нажатием кнопки «Реверс». В автоматическом режиме контроллер переключает двигатели в режим «Антиобледенение» через некоторое время после падения температуры наружного воздуха ниже заданной величины. Продолжительность режимов «Работа» (1 – 24 часа) и «Антиобледенение» (1 – 50 минут), а также температура смены режимов задается в меню настроек.

Еще одна «зимняя» функция – режим прогрева, или сушки двигателя. Он необходим для предстартового прогрева двигателя в случае его длительного простоя. В этом режиме на двигатель подается небольшое стартовое напряжение, что позволяет произвести сушку обмоток электродвигателя, тем самым избегая пробоя и их короткого замыкания. Работает «Сушка» только в автоматическом режиме. Время выполнения (1 – 50 минут) задается в меню контроллера.

При работе вентилятора на малых оборотах, исключается возможность набора влаги изоляцией электродвигателя, поэтому отпадает необходимость дополнительной сушки обмоток.

Летний режим работы градирни

Летом градирня управляется автоматикой по описанным выше алгоритмам. Помимо ускорения или замедления вентиляторов, летом важно отслеживать параметры силового оборудования, т.к. возможен его перегрев.

Система автоматического управления включает в себя и мониторинг аварийных состояний, ведет журнал аварий.

Журнал событий – хранит записи 200 последних аварийных событий, таких как ошибка датчиков, превышение аварийных\предаварийных значений температуры и т.п. Дата и время событий фиксируются автоматически.

В зависимости от комплектации электродвигателя, или редуктора система фиксирует следующие параметры:

• сигнал аварии частотного преобразователя
• температуру верхнего подшипника двигателя
• температуру обмотки двигателя
• температуру нижнего подшипника
• уровень масла в картере редуктора
• давление масла в редукторе
• наличие протока масла через редуктор
• уровень вибрации вентилятора ВГ

По каждому из них в настройках контроллера системы можно задать пороговые значения, при превышении которых автоматика остановит оборудование, занесет значение ошибки в журнал и выдаст звуковой и световой сигнал. Лампа аварийной сигнализации расположена на панели оператора.

Похожим образом система работает с журналом параметров оборотного цикла и фиксирует:

• температуру подаваемой воды
• температуру охлажденной воды
• температуру окружающего воздуха
• тепловую мощность установки

Все эти данные могут передаваться в систему верхнего уровня для хранения, а также записываются в локальный журнал контроллера АСУ ТП градирни. По ним возможно построить наглядный график.

Показания тренда, которые хранятся в контроллере 3 месяца (или больше, в зависимости от настроек и пожеланий клиента) можно при желании передать на верхний уровень или сохранить на USB-носитель в удобном формате ****.csv, который открывается в виде таблицы программой Microsoft Excel.

Выводы

Подводя итог вышеизложенному, дадим определение, что же понимается под автоматической системой управления градирней. Автоматизация – усовершенствование технологического процесса с сокращением необходимости вмешательства человека в этот процесс. Автоматизация градирни подразумевает под собой три направления:

• Предупреждение возникновения аварий на водооборотном цикле
• Поддержание температуры воды на выходе из градирни
• Поддержание воды на определенном уровне

Рассмотрим чуть шире эти три направления.

Предупреждение возникновения аварий на водооборотном цикле

У щита управления градирней есть световые индикаторы, с помощью которых оператор удаленно производит контроль за работой системы. Кроме этого на котроллере показывается текущая температура воды, находящейся в системе. Градирня может быть укомплектована резервным электродвигателем, который при выходе из строя главного продолжает работать, не останавливая систему и не привлекая к использованию еще одной градирни.

Поддержание температуры воды на выходе

Поддержание воды на определенном уровне

При работе градирни необходимо восполнять испарившееся количество оборотной воды, а также воду, сливаемую в процессе продувки. Восполнение воды происходит из трубопровода подпитки. Данный процесс можно автоматизировать, построив контур управления подпиткой и продувкой.
Продувка необходима для снижения концентрации солей в оборотной воде. АСУ может отслеживать концентрацию солей с помощью датчика проводимости и запускать процесс продувки по предельному значению концентрации или по таймеру, через определённый промежуток времени.
В процессе продувки АСУ открывает задвижку в линии продувки, часть оборотной воды сливается, после чего задвижка в линии продувки закрывается и открывается задвижка в линии подпитки, для восполнения уровня до рабочего значения свежей водой.
При снижении уровня воды в бассейне в виду испарения АСУ также открывает задвижку в линии подпитки для восполнения уровня до рабочего значения свежей водой.

Не знаете, как усовершенствовать работу градирни? Обращайтесь к нам и мы подберем АСУ ТП с учетом особенностей вашего производственного цикла. Звоните по телефону 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40, пишите на почту acs@acs-nnov.ru