СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ТЕПЛОВОГО ПУНКТА
HEAT STATION PROTECTION SYSTEM

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть широко реализовано в тепловых пунктах с зависимой схемой присоединения систем отопления и вентиляции к тепловым сетям.
Известна система защиты теплового пункта, состоящая из ручной запорной арматуры, устройства контроля давления, установленных на подающем трубопроводе рабочей среды от сетевого подающего трубопровода к тепловому пункту, и ручной запорной арматуры, приборов контроля давления и предохранительного клапана, установленных на обратном трубопроводе от теплового пункта к сетевому обратному трубопроводу (см. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование, Киев, Такi справи, 2007 г., стр.38-44 и рис.8.8.).
Существенный недостаток известной системы, несмотря на ее простоту, состоит в том, что в случае срабатывания предохранительного клапана сброс значительных объемов рабочей среды должен производиться в специальные накопительные емкости, а в крайнем случае - в канализацию.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является система защиты теплового пункта, содержащая отсечной клапан нормально закрытого типа с электронным блоком управления и датчик давления, установленные на подающем трубопроводе рабочей среды от сетевого подающего трубопровода к тепловому пункту, а также отсечного клапана нормального закрытого типа, управляемого от электронного блока, установленного на обратном трубопроводе от теплового пункта к сетевому обратному трубопроводу (см. Бриггеман А., Рухлов Ю. Приглашение к размышлению о применении систем HIPPS // журнал «Мегапаскаль» №1, 2008, стр.36-38). Данная система, позволяя исключить или минимизировать потери рабочей среды за счет автоматического отключения теплового пункта от источника аварийного давления, обладает рядом недостатков:
- возможность возникновения гидроударов в тепловых сетях из-за нерегламентируемой скорости закрывания отсечных клапанов;
- установка клапанов нормально закрытого типа создает возможность размораживания магистралей теплового пункта в зимнее время при длительном отключении теплового пункта от сетевых трубопроводов в случае аварийного срабатывания системы;
- необходимость в двухуровневой системе управления отсечными клапанами;
- необходимость дублирования датчиков давления, установки резервного электропитания из-за возможного отказа основного источника питания и датчиков;
- возможность отказа электронного блока управления;
- высокая стоимость системы и обязательность в высококвалифицированном обслуживающем персонале.
Решаемая задача - повышение надежности системы защиты за счет использования энергии самой рабочей среды, алгоритма закрытия и открытия отсечного клапанов и организации безопасного скоростного режима их работы.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором отражена схема предлагаемой защиты теплового пункта. Система защиты состоит из отсечного клапана 1 нормально открытого типа с поршневым приводом 2 и пружиной 3, установленного на подающем трубопроводе 4 рабочей среды к тепловому пункту 5 от сетевого подающего трубопровода 6, а также отсечного клапана 7 нормально открытого типа с поршневым приводом 8 и пружиной 9, установленного на обратном трубопроводе 10 от теплового пункта 5 к обратному сетевому трубопроводу 11, при этом усилие пружины 9, удерживающей через поршневой привод 8 отсечной клапан 7 в открытом положении, выполнено на 30…40% сильнее пружины 3 в отсечном клапане 1. Кроме того система защиты включает импульсный клапан 12 и арматурный блок 13, при этом импульсный клапан 12 с одной стороны подключен с помощью импульсной трубки 14 непосредственно к сетевому обратному трубопроводу 11, а с другой стороны - через арматурный блок 13 к поршневым приводам 2 и 9 отсечных клапанов 1 и 7 посредством импульсных трубок 15 и 16, а кроме того, в арматурном блоке 13 выполнено два регулирующих дросселя, один дроссель 17, регулируя расход рабочей среды, поступающей в арматурный блок 13 после импульсного клапана 12, обеспечивает безопасную скорость закрытия отсечного клапана 1 и 7, а другой дроссель 18, корректируя расход рабочей среды, поступающий к приводу отсечного клапана 7, обеспечивает компенсацию влияния сопротивления импульсной трубки 15 на скорость закрытия отсечного клапана 1, ибо длина трубки 15 из-за монтажа арматурного блока 13 и импульсного блока 12 в непосредственной близости от клапана 7 во много раз может быть больше длины импульсной трубки 16. В арматурном блоке 13 установлена также дюза 19, обеспечивающая сброс рабочей среды из приводов отсечных клапанов 1 и 7 в дренаж с помощью импульсной трубки 20.
Работа системы защиты теплового пункта происходит следующим образом. В работе разветвленной тепловой сети с зависимой схемой присоединения потребителей тепла, отличающих как по расходным, так и напорным характеристикам, могут происходить отказы в работе оборудования, например, отключение насосов перекачивающих станций (на схеме не показаны), которые в конечном итоге приводят к росту давления рабочей среды в обратном сетевом трубопроводе 11 и присоединенном к нему обратном трубопроводе 10 до значения, требующего включения защиты теплового пункта 5. При повышении давления в обратном сетевом трубопроводе 11 до настроечного значения импульсный клапан 12, который соединен импульсной трубкой 14 непосредственно с обратным сетевым трубопроводом 11 и который работает по схеме регулятора прямого действия «до себя», открывается, и рабочая среда поступает в арматурный блок 13. В арматурном блоке 13 рабочая среда, пройдя через регулирующий дроссель 17, поступает по импульсной трубке 15 к поршневому приводу 2 отсечного клапана 1, а через регулирующий дроссель 18 по импульсной трубке 16 к поршневому приводу 8 отсечного клапана 7, а кроме того, небольшой расход рабочей среды через дюзу 19 и импульсную трубку 20 сбрасывается в дренаж. Под действием давления рабочей среды, поступающей в поршневые приводы 2 и 8 отсечных клапанов 1 и 7, последние закрываются и отсекают тепловой пункт 5 от сетевых трубопроводов 6 и 11. При снижении давления в обратном сетевом трубопроводе 11 и соответственно на входе импульсного клапана 12 ниже давления настройки, импульсный клапан 12 закрывается и теплоноситель из приводов отсечных клапанов 1 и 7 сбрасывается через дюзу 19 и импульсную трубку 20 в дренаж, отсечные клапаны 1 и 7 под действием пружин 3 и 8, действующих через поршневые привода 2 и 9, открываются.
Для безопасного отключения и подключения теплового пункта 5 к сетевым трубопроводам 6 и 11 в соответствии с правилами эксплуатации тепловых сетей закрытие и открытие отсечных клапанов 1 и 2 при срабатывании системы защиты должно происходить в следующей последовательности:
- при закрытии первым закрывается отсечной клапан 1, установленный на подающем трубопроводе 4, а затем - отсечной клапан 7 на обратном трубопроводе 10;
- при открытии - наоборот, первым должен открываться отсечной клапан 7 на обратном трубопроводе 10.
Такая последовательность срабатывания отсечных клапанов 1 и 7 достигается тем, что отсечной клапан 7 на обратном трубопроводе 10 отстроен за счет пружины 9 привода 8 на усилие закрытия на 30-40% выше, чем усилие закрытия отсечного клапана 1 на подающем трубопроводе 9.
Для исключения гидроударов, особенно при высоких давлениях настройки, предусмотрена возможность регулирования скорости закрытия отсечных клапанов 1 и 7. В зависимости от конкретной тепловой сети безопасная скорость закрытия отсечных клапанов 1 и 7 достигается с помощью регулирующего дросселя 17. Кроме того, как отмечалось ранее, для компенсации влияния сопротивления импульсной трубки 15 на скорость закрытия отсечного клапана 1 подача рабочей среды в привод 8 отсечного клапана 7 производится через регулирующий дроссель 18.
Таким образом, в предлагаемой системе защиты производится безопасное отключение теплового пункта 5 при аварийном повышении давления в обратном сетевом трубопроводе 11 и его автоматическое подключение при устранении причины срабатывания, при этом надежность работы системы гарантируется за счет предложенной схемы и принципа ее работы, за счет использования энергии самой рабочей среды при соблюдении заданного алгоритма закрытия и открытия отсечных клапанов 1 и 7 со скоростью, исключающей возникновение гидроударов в тепловых сетях.
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и промышленная применяемость.