Блочный автоматизированный унифицированный тепловой пункт
BLOCK AUTOMATED UNIFIED HEATING POINT

Техническое решение относятся к теплоэнергетике, а именно к системам тепловодоснабжения с независимой схемой подключения системы отопления к магистральной тепловой сети, с закрытой схемой системы горячего водоснабжения и с автоматическим регулированием температуры теплоносителя, подаваемого на отопление и горячее водоснабжение.
Известен блочный автоматизированный унифицированный тепловой пункт (Патент RU № 133592U1), который принят в качестве прототипа для заявляемого технического решения. Известный блочный автоматизированный унифицированный тепловой пункт (далее БТП) содержит блок ввода, содержащий подающий трубопровод, обратный трубопровод и трубопровод для подпитки системы отопления. На трубопроводах расположены оборудование, трубопроводная арматура, контрольно-измерительные приборы (далее КИП) и приборы для сбора данных о параметрах теплоносителя (горячей воде), а именно по меньшей мере три преобразователя расхода (далее ПР) и по меньшей мере два преобразователя температуры (далее ПТ). БТП содержит блок отопления, содержащий подающий и обратный трубопроводы, на которых расположены оборудование, трубопроводная арматура и КИП. БТП содержит один или два блока горячего водоснабжения (далее блок ГВС), каждый из которых содержит подающий трубопровод (трубопровод в систему ГВС), трубопровод циркуляции ГВС (трубопровод из системы ГВС) и трубопровод холодной воды, на которых расположены оборудование, трубопроводная арматура, КИП. БТП содержит по меньшей мере один вычислитель. Вычислитель предназначен для формирования импульсов, поступающих на преобразователи расхода, и для обработки сигналов, поступающих с преобразователей расхода и преобразователей температуры. Вычислитель накапливает данные о параметрах (расход, температура) теплоносителя и рассчитывает количество тепловой энергии. БТП содержит шкаф управления и диспетчеризации, в котором расположены программируемый контроллер, панель управления и устройство передачи данных на верхний уровень диспетчеризации и телеуправления, соединенное с программируемым контроллером и вычислителем.
Недостатком известного БТП является то, что он содержит приборы учета тепловой энергии только в модуле ввода, что позволяет осуществлять на тепловом пункте только учет отпущенной тепловой энергии. Конструктивный состав известного теплового пункта не позволяет осуществлять комплексный учет фактически потребленных энергоресурсов в каждой из систем тепловодоснабжения, а именно в системе ГВС, в системе отопления, в системе вентиляции. К тому же в известном тепловом пункте отсутствуют средства, с помощью которых можно было бы дистанционно (с верхнего уровня диспетчеризации) в режиме реального времени контролировать работу каждой из систем тепловодоснабжения.
Техническая проблема заключается в расширении арсенала средств блочных тепловых пунктов.
Предлагаемый БТП содержит дополнительные приборы учета тепловой энергии в блоке отопления, блоке ГВС и блоке вентиляции (при наличии блока вентиляции) и содержит дополнительные приборы учета электроэнергии, потребляемой двигателями насосов, входящих в состав блока отопления, блока ГВС и модуля холодного водоснабжения (далее модуля ХВС).
Дополнительные приборы учета обеспечивают технический (контрольный) учет фактически потребленных энергоресурсов (тепловой энергии и электроэнергии) в каждой из систем тепловодоснабжения, а именно в системе ГВС, в системе отопления и в системе вентиляции. При этом дополнительные приборы учета позволяют осуществлять контроль работы систем тепловодоснабжения, так как данные параметров теплоносителя и данные о работе оборудования теплового пункта передаются или могут быть запрошены в режиме реального времени на верхний уровень диспетчеризации. Это дает возможность определять проблемные участки и быстро реагировать на нештатные ситуации в работе теплового пункта, что в свою очередь позволяет осуществлять мероприятия, направленные на энергосбережение и повышение энергетической эффективности. К тому же технический учет энергоресурсов позволяет формировать учетную базу данных с целью дальнейшего статистического анализа полученных данных.
Технический результат достигается тем, что БТП включает в себя блок ввода, содержащий подающий трубопровод, обратный трубопровод и трубопровод для подпитки системы отопления, на которых расположены оборудование, трубопроводная арматура, контрольно-измерительные приборы и приборы для сбора данных о параметрах теплоносителя, а именно по меньшей мере три ПР и по меньшей мере два ПТ. БТП включает в себя блок отопления, содержащий два насоса отопления и два насоса подпитки системы отопления, подающий и обратный трубопроводы, на которых расположены трубопроводная арматура, контрольно-измерительные приборы и приборы для сбора данных о параметрах теплоносителя в блоке отопления, а именно по меньшей мере два ПР и по меньшей мере два ПТ. БТП включает в себя по меньшей мере один блок горячего водоснабжения, содержащий два насоса горячего водоснабжения, подающий трубопровод, трубопровод циркуляции горячей воды и трубопровод холодной воды, на которых расположены трубопроводная арматура, контрольно-измерительные приборы, приборы для сбора данных о параметрах теплоносителя в блоке горячего водоснабжения, а именно по меньшей мере два ПР и по меньшей мере два ПТ. БТП включает в себя модуль холодного водоснабжения, содержащий два насоса ХВС. БТП включает в себя по меньшей мере один вычислитель, имеющий возможность обрабатывать сигналы, поступающие с ПР и ПТ и имеющий возможность накапливать данные о значениях параметров теплоносителя и осуществлять расчет количества тепловой энергии. БТП включает в себя программируемый контроллер, устройство передачи данных на верхний уровень системы диспетчеризации и телеуправления, соединенное с вычислителем и программируемым контроллером. БТП содержит шкаф управления насосами отопления и насосами подпитки системы отопления, в состав которого входят первый и второй приборы учета, где первый прибор учета предназначен для учета электроэнергии потребляемой двигателями насосов отопления, а второй прибор учета предназначен для учета электроэнергии потребляемой двигателями насосов подпитки. БТП содержит шкаф управления насосами горячего водоснабжения, в состав которого входят два прибора учета, предназначенные для учета электроэнергии, потребляемой двигателями насосов горячего водоснабжения. БТП содержит шкаф управления насосами холодного водоснабжения, в состав которого входят два преобразователя частоты для управления двигателями насосов холодного водоснабжения и два прибора учета электроэнергии, потребляемой электродвигателями насосов холодного водоснабжения, при этом ПР и ПТ блоков ввода, отопления и горячего водоснабжения соединены с вычислителем, а приборы учета электроэнергии соединены с программируемым контроллером.
БТП может включать в себя блок вентиляции, содержащий подающий и обратный трубопроводы, на которых расположены оборудование, трубопроводная арматура, контрольно-измерительные приборы и приборы учета тепловой энергии, а именно по меньшей мере два ПР и по меньшей мере два ПТ.
Для последующего описания БТП приведены следующие фигуры:
Фиг. 1 - общая схема теплового пункта;
Фиг. 2 - лист 1 (левый) общей схемы теплового пункта с арматурой, оборудованием и контрольно-измерительными приборами;
Фиг. 3 - лист 2 (правый) общей схемы теплового пункта с арматурой, оборудованием и контрольно-измерительными приборами;
фиг. 4 - блок, состоящий из четырех модулей, где один из модулей это модуль ХВС, а другие три модуля относятся к блоку ввода и пожарных насосов.
Состав теплового пункта
БТП 1 состоит из функциональных блоков, которые размещены на участках помещения теплового пункта и соединены между собой трубами. В состав БТП 1 (фиг. 1) входят блок ввода 2, блок вентиляции 3, блок отопления 4, автоматическая установка поддержания давления (далее АУПД 5), блок ГВС 6, модуль 7 холодного водоснабжения (далее модуль ХВС 7) и блок 8 ввода и пожарных насосов. В состав БТП 1 также входят первый вычислитель 9 и второй вычислитель 10, вводно-распределительное устройство 11, шкафы управления 12, 13, 14, 15 и шкаф 16 автоматизации и диспетчеризации. Функциональные блоки состоят из объемных унифицированных модулей (фиг. 4). Монтаж блоков сводится к установке на фундамент теплового пункта модулей заводской готовности и соединению модулей между собой. Блоки предполагают несколько типоразмеров в зависимости от тепловой нагрузки и/или расхода воды.
Более детально состав БТП 1 описан далее.
Блок ввода 2 содержит подающий трубопровод от центрального источника теплоснабжения, обратный трубопровод к центральному источнику теплоснабжения и трубопровод для подпитки системы отопления. Блок ввода 2 (фиг. 2) содержит по меньшей мере три ПР, расположенные по одному на каждом из трубопроводов, и по меньшей мере два ПТ. ПР и ПТ являются приборами 17, предназначенными для сбора данных о текущих значениях параметров теплоносителя. В качестве ПР могут использоваться ультразвуковые ПР, а в качестве ПТ могут использоваться термометры сопротивления. На трубопроводах блока ввода расположено оборудование (грязевики), трубопроводная арматура (краны, затворы, клапана) и КИП (манометры, термометры). Блок ввода содержит преобразователи давления 18 (далее ПД), расположенные на подающем и обратном трубопроводах, и запорно-регулирующий клапан 19, предназначенный для поддержания постоянного перепада давления между подающим и обратным трубопроводами.
Для учета количества отпущенной на тепловой пункт тепловой энергии сигналы с приборов 17 блока ввода 2 поступают в первый вычислитель 9. Вычислитель 9 (счетчик) предназначен для формирования импульсов, поступающих на ПР, и для обработки сигналов, поступающих с ПР и ПТ. Вычислитель 9 накапливает данные о значениях параметров (расход, температура) теплоносителя и рассчитывает количество тепловой энергии. Для расчета количества тепловой энергии могут учитываться и данные с ПД.
С одной стороны блок ввода 2 подключается к трубопроводам теплосети, проложенным в здание теплового пункта, а с другой стороны к блоку ввода 2 присоединяются блок вентиляции 3 (при наличии), блок отопления 4 с АУПД 5 и блок (и) ГВС 6. От модуля ввода 2 теплоноситель по трубопроводам подается на греющие контуры теплообменников отопления, ГВС и вентиляции. Также к блоку ввода 2 подключены подпиточные насосы, расположенные в блоке отопления 4, которые подают теплоноситель из обратного трубопровода блока ввода 2 на подпитку отопления.
Блок вентиляции 3 состоит из подающего и обратного трубопроводов, на которых расположено оборудование (грязевик), трубопроводная арматура, КИП и приборы 20 для сбора данных о текущих значениях параметров теплоносителя. Блок вентиляции 3 может выполняться по зависимой и независимой схемам. Блок вентиляции содержит два ПД21, расположенные на подающем и обратном трубопроводах, и запорно-регулирующий клапан 22 с электроприводом, предназначенный для поддержания постоянного перепада давления между подающим и обратным трубопроводами, управление которым осуществляется в зависимости от данных поступающих с ПД 21. В составе блока вентиляции предусмотрен местный пульт управления.
Для учета количества фактически потребляемой тепловой энергии в системе вентиляции сигналы с приборов 20 блока вентиляции 3 поступают в первый вычислитель 9.
Блок отопления 4 и индивидуальный шкаф 12 управления циркуляционными насосами отопления и насосами подпитки расположены на участке 23 отопления теплового пункта. На подающем и обратном трубопроводах блока отопления 4 расположено оборудование (насосы отопления и насосы подпитки системы отопления, теплообменники), трубопроводная арматура, КИП и приборы 24 для сбора данных о текущих значениях параметров теплоносителя. Блок отопления 4 содержит по меньшей мере два ПР и по меньшей мере два ПТ. Первый ПР расположен на трубопроводе, подающем теплоноситель в систему отопления, и предназначен для сбора данных о параметрах теплоносителя и учета фактически потребленного количества тепловой энергии в системе отопления. Второй (дополнительный) ПР установлен на входе в блок отопления из системы отопления для контроля несанкционированного отбора теплоносителя. Для учета количества потребляемой тепловой энергии сигналы с приборов 24 блока отопления 4 поступают во второй вычислитель 10. Первый и второй ПР могут быть вынесены из блока отопления 4 для уменьшения размеров модулей блока. Блок отопления 4 содержит регулирующий клапан 25, предназначенный для регулировки температуры теплоносителя в подающем трубопроводе отопления в зависимости от температуры воздуха на улице, которая измеряется датчиком температуры 26. Блок отопления 4 содержит ПД 27 и предохранительный клапан 28 для сброса воды при превышении давления в системе отопления. Управление предохранительным клапаном 28 осуществляется в зависимости от данных поступающих с ПД 27.
Шкаф 12 управления насосами отопления и насосами подпитки предназначен для ручного местного или дистанционного управления электродвигателями насосных групп, защиты электродвигателей насосов от перегрузок по току и коротких замыканий, выдачи информации о состоянии оборудования в систему диспетчеризации и для технического учета электроэнергии. Для учета электроэнергии в шкафу 12 расположены два прибора учета 29 и 30. Первый прибор учета 29 предназначен для технического учета электроэнергии, потребляемой двигателя насосов отопления, которые обеспечивают постоянную циркуляцию теплоносителя в системе отопления потребителей. Второй прибор учета 30 предназначен для технического учета электроэнергии, потребляемой двигателями насосов подпитки, используемых для заполнения системы отопления при необходимости ее подпитки. В составе блока отопления 4 имеется местный пульт управления.
Блок отопления 4 соединен с блоком ввода 2 трубопроводом подпитки системы отопления. К блоку отопления 4 подключено АУПД 5 для автоматической подпитки системы отопления. В состав АУПД 5 входят оборудование, трубопроводная арматура, КИП, водомер (общая позиция 49) и индивидуальный шкаф 31 управления с контроллером 32.
Блок ГВС 6 и индивидуальный шкаф 13 управления насосами ГВС расположены на участке 33 горячего водоснабжения теплового пункта (фиг. 3). Блок ГВС 6 включает в себя оборудование (два насоса ГВС и теплообменник), подающий трубопровод (трубопровод в систему ГВС), трубопровод циркуляции ГВС (трубопровод из системы ГВС) и трубопровод холодной воды. На трубопроводах расположена трубопроводная арматура, КИП и приборы 34, предназначенные для сбора данных о текущих значениях параметров теплоносителя. Блок ГВС 6 содержит по меньшей мере два ПР и по меньшей мере два ПТ. Первый ПР расположен на подающем трубопроводе, а второй ПР установлен на трубопроводе циркуляции ГВС. Для учета потребляемого расхода горячей воды и для учета фактического количества потребляемой тепловой энергии сигналы с ПР и ПТ передаются в вычислитель 10. ПР могут быть вынесены из блока ГВС 6 для уменьшения размеров модулей блока. БТП 1 может содержать аналогичный первому второй участок горячего водоснабжения. На подающем трубопроводе блока ГВС 6 расположен запорно-регулирующий клапан 35, предназначенный для регулировки температуры теплоносителя, регулирование которым осуществляется в зависимости от показаний датчика температуры 36. На трубопроводе холодной воды блока ГВС 6 расположен запорно-регулирующий клапан 37, предназначенный для регулирования давления в системе ГВС. Управление клапаном 37 осуществляется в зависимости от данных поступающих с ПД38. Имеется местный пульт управления. Шкаф 13 управления насосами блока ГВС 6 предназначен для управления насосами горячего водоснабжения. Функциональные возможности шкафа 13 аналогичны шкафу 12. Шкаф 13 содержит первый 39 и второй 40 приборы учета, предназначенные для технического учета электроэнергии, потребляемой двигателя насосов горячего водоснабжения.
Вычислитель 10 может быть соединен с вычислителем 9. На БТП 1 может быть использован один вычислитель, если он имеет необходимое количество портов.
На участке 41 холодного водоснабжения и пожаротушения расположены блок 8 ввода и пожарных насосов, шкаф 14 управления пожарными насосами и электрозадвижкой, модуль ХВС 7 и шкаф 15 управления насосами ХВС.
Блок 8 ввода и пожарных насосов состоит из модуля ввода и двух модулей пожарных насосов, которые включают в себя пожарные насосы, оборудование (фильтр), трубопроводную арматуру и КИП. Модуль (и) ХВС 7 включает в себя насосы ХВС, оборудование (фильтр), трубопроводную арматуру и КИП. В зависимости от количества зон холодного водоснабжения у потребителей модуль (и) ХВС 7 включает в себя одну или две группы насосов, подающих холодную воду из водопровода в теплообменник блока ГВС 6 для нагрева и подачи потребителям. В состав шкафа 15 управления насосами ХВС входит система управления повысительными насосами ХВС через преобразователи частоты 42 и 43 поагрегатно. Шкаф 15 содержит первый 44 и второй 45 приборы учета электрической энергии, предназначенные для технического учета электроэнергии, потребляемой двигателя насосов холодного водоснабжения.
Вводно-распределительное устройство 11 предназначено для приема и распределения электроэнергии. Вводно-распределительное устройство 11 соединено силовыми кабелями со всеми шкафами теплового пункта.
В шкафу 16 автоматизации и диспетчеризации расположен программируемый контроллер 46 (далее ПЛК), соединенный по линии связи Ethernet с панелью управления 47. Для организации связи теплового пункта с верхним уровнем 50 системы диспетчеризации и телеуправления в шкафу 16 устанавливается устройство 48 передачи данных на верхний уровень системы диспетчеризации и телеуправления (GSM-модем или роутер). Также к шкафу 16 подключается кабель к антенне GSM-связи. Устройство 48 передачи данных по линии связи Ethernet соединено с ПЖ 46, а по линии связи RS-485 соединено с вычислителями 9 и 10. ПЛК 46 по линии связи RS-485 соединено со всеми приборами учета электроэнергии, потребляемой двигателями насосов. ПЛК 46 физическими линиями связи соединен с контрольно-измерительными приборами. ПЖ 46 физическими линиями связи соединен с индивидуальным шкафом 12 управления блока отопления, со шкафом 31 АУПД, с индивидуальным шкафом 13 управления блока ГВС и с индивидуальным шкафом 15 блока ввода и пожарных насосов. ПЛК 46 соединен с индивидуальным шкафом 15 управления модуля ХВС по линии связи RS-485. ПЛК 46 соединен по линии связи Ethernet с контроллером 32 АУПД.
Работа теплового пункта
ПЛК 46 предназначен для контроля и управления оборудованием БТП в режиме реального времени и для передачи данных в автоматизированную систему «Диспетчеризация» (далее АС) системы верхнего уровня.
ПЛК имеет следующие функциональные возможности:
- сбора и обработки информации о ходе технологического процесса на БТП и передачи текущих значений измеряемых параметров, архивов и журналов по запросу с АС;
- передавать мгновенное сообщение в АС при возникновении аварийной ситуации;
- осуществлять управление регулирующей арматурой и оборудованием при дистанционном управлении с АС;
- управлять регулирующей арматурой и оборудованием «по месту»;
- регулировать температуру в подающих трубопроводе системы отопления;
- регулировать температуру в подающем трубопроводе системы ГВС;
- обеспечивать привязку полученных данных к единому времени измерительной системы.
Автоматизация БТП включает следующие мероприятия:
- поддержание постоянного перепада давления между подающим и обратным трубопроводами блока ввода путем воздействия на электропривод запорно-регулирующего клапана 19 в зависимости от данных, поступающих в ПЛК 46 с ПД 18, расположенных на подающем и обратном трубопроводе блока ввода;
- регулирование температуры в системе отопления осуществляется в соответствии с температурным графиком, где температура в системе отопления зависит от температуры наружного воздуха. Регулирование осуществляется путем воздействия на электропривод регулирующего клапана 25 в зависимости от данных, поступающих в ПЛК 46 с датчика температуры 26, расположенного на улице;
- поддержание давления в системе отопления с использованием АУПД;
- заполнение и подпитку системы отопления путем включения (выключения) насосов подпитки;
- регулирование перепада давления в системе отопления путем воздействия на предохранительный клапан 28 в зависимости от данных, поступающих в ПЛК 46 с ПД 27;
- регулирование температуры в системе ГВС путем воздействия на электропривод запорно-регулирующего клапана 35 в зависимости от данных, поступающих в ПЛК 46 с преобразователя температуры 36;
- регулирование давления в системе ГВС путем воздействия на электропривод запорно-регулирующего клапана 37, в зависимости от данных, поступающих в ПЛК 46 с ПД 38;
- регулирование давления в системе ХВС путем изменения частоты вращения одного из насосов модуля 7 холодного водоснабжения.