СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ В ГРАДИРНЕ С ВЕНТИЛЯТОРОМ
RECIRCULATED WATER COOLING CONTROL METHOD IN FAN COOLING TOWER

Изобретение относится к способам управления процессом охлаждения оборотной воды в вентиляторных градирнях и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, энергетической отраслях промышленности.
7
Известен способ охлаждения жидкости в градирне энергетической установки, заключающийся в том, что получают факел капель жидкости с размерами частиц величиной в среднем 0,7-0,9 мм эквивалентного диаметра, причем угол отклонения оси факела капель жидкости от вертикали устанавливают не более 30° и направляют раздробленную жидкость во внутрь шахты при скорости движения жидкости в нижней части шахты 8-9 м/с [Патент РФ №2168131, МПК F28C 1/00, опубл. 27.05.2001 в бюл. №15 (ч. II)].
Недостатком известного способа является то, что в нем отсутствует регулирование расхода воздуха в градирню на охлаждение воды.
7
Известен способ охлаждения жидкости в градирне с вентилятором, включающий подачу воды, ее распыление и теплообмен с охлаждающим воздухом, причем охлаждение ведут в активных зонах градирни, образованных потоками охлажденного воздуха, которые не совпадают по направлению и величине со скоростью частиц распыляемой форсунками жидкости и которые получают за счет принудительного удаления воздуха из верхней части градирни [Патент РФ №2228501, МПК F28C 1/00, опубл. 10.05.2004 в бюл. №13 (ч. III)].
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет регулировать расход воздуха в градирню на охлаждение воды воздействием на скорость вращения вала вентилятора.
7
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ управления процессом охлаждения оборотной воды в блоке градирен с вентиляторами, установленными на вертикальных валах с приводом, включающим редуктор, гидромуфту, маслохолодильники, масляные фильтры и электродвигатель, предусматривающий определение охладительной характеристики каждой градирни, распределение заданной нагрузки по горячей воде на водоблок между градирнями в зависимости от их охладительных характеристик и среднего значения этой характеристики, регулирования скорости вращения вала вентилятора с учетом температуры холодной воды на выходе градирни [Патент РФ №2361165, МПК F28C 1/00, опубл. 10.07.2009 в бюл. №19 (ч. III)].
Недостатком известного способа является то, что при регулировании скорости вращения вала вентилятора не учитываются параметры работы привода вентилятора, от которого зависит надежность работы градирни по охлаждению оборотной воды, в результате чего снижается эффективность процесса охлаждения и повышается его аварийность.
Техническая задача изобретения заключается в повышении эффективности охлаждения оборотной воды за счет повышения надежности работы градирни и снижения аварийности процесса.
з
з
з
min
min
min
min
min
min
Для решения технической задачи изобретения предложен способ управления охлаждением оборотной воды в градирне с вентилятором, характеризующийся тем, что вентилятор установлен на вертикальном валу с приводом, расположенным в машинном зале под градирней и состоящим из редуктора, гидромуфты, масляных холодильников и фильтров, электродвигателя, регулирующего скорость вращения вала вентилятора с учетом температуры охлажденной воды, причем при регулировании скорости вращения вала вентилятора дополнительно учитывают температуру и давление смазочного масла в редукторе и гидромуфте, степень вибрации вала вентилятора и температуру его направляющих подшипников, температуру опорных подшипников вала электродвигателя, давление и расход холодной воды в маслохолодильниках, перепады давления масла на масляных фильтрах, силу электрического тока, проходящего через обмотку электродвигателя, уровень воды в машинном зале градирни, при этом измеренные значения параметров сравнивают с заданными предупредительными и предаварийными значениями и по результатам сравнения корректируют задание регулятору скорости вращения вала вентилятора, если значение одного из параметров находится между предупредительным и предаварийным значениями, то следует корректировка задания по скорости вращения вала вентилятора, которое становится равным n*-Δn, где n* - первоначальное значение задания регулятору скорости вращения вала вентилятора; Δn - заданное значение шага корректировки числа оборотов вала вентилятора, если значение параметра не достигло предупредительного значения, то величина задания n* остается без изменений, если температура холодной воды на выходе из градирни меньше или равна минимальной Т14≤T14, где Т14 - температура холодной воды; T14 - предупредительное значение температуры холодной воды, а число оборотов вала вентилятора больше минимального n15>n15, где n15 - измеренное значение числа оборотов вала вентилятора; n15 - минимальное значение числа оборотов вала вентилятора, то задание регулятору уменьшается на величину Δn, если измеренное значение числа оборотов вала меньше или равно минимальному, то задание обнуляется n*=0, когда протока воды нет, то также задание регулятору скорости вращения вала обнуляется n*=0, если скорректированное значение задания не равно нулю, но меньше минимально допустимого значения n15, то оно приравнивается к минимально допустимому значению n*=n15.
Технический результат изобретения заключается в регулировании скорости вращения вала вентилятора в зависимости от температуры охлажденной воды, температуры и давления смазочного масла в редукторе и гидромуфте, степени вибрации вала вентилятора и температуры его направляющих подшипников, температуры опорных подшипников вала электродвигателя, давления и расхода холодной воды в маслохолодильниках, перепада давления масла на масляных фильтрах, силы электрического тока, проходящего через обмотку электродвигателя, уровня воды в машинном зале градирни, при этом измеренные значения параметров сравнивают с заданными предупредительными и предаварийными значениями и по результатам сравнения корректируют задание регулятору скорости вращения вала вентилятора, что позволяет повысить эффективность охлаждения оборотной воды за счет повышения надежности работы градирни и снижения аварийности процесса.
На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа, а на фиг.2 - блок-схема алгоритма, по которому работает блок управления 33 из фиг.1.
Способ управления процессом охлаждения оборотной воды в градирне с вентилятором осуществляется следующим образом.
Горячая вода подается в водораспределитель 1 градирни 2. Вода, пройдя через ороситель 3, охлаждается, собирается в бассейне 4 и далее направляется потребителям. В подвале 5 градирни расположен привод вентилятора 6, соединенного трубовалом 7 с редуктором 8, гидромуфтой 9 и электродвигателем 10. Смазочное масло редуктора и масло гидромуфты охлаждается в холодильниках 11 и 12 холодной водой, масляные фильтры 13 служат для очистки масла редуктора от механических примесей. Температура холодной воды на выходе из градирни измеряется датчиком 14, скорость вращения вала вентилятора - "n"-датчиком 15, температура направляющих подшипников 16 вала измеряется датчиком 17, а степень вибрации вала - датчиком 18. Давление холодной воды, подаваемой в маслохолодильники 11 и 12, измеряется датчиками 19, а расход воды - датчиками протока 20. Перепад давления масла на фильтрах 13 контролируется датчиком перепада 21. Температура и давление масла в редукторе 8 и гидромуфте 9 измеряются соответственно датчиками температуры 22, 23 и давления 24, 25. Температура опорных подшипников электродвигателя контролируется датчиками температуры 26, а сила тока, проходящего через обмотку электродвигателя - амперметром 27. Уровень воды в машинном зале градирни контролируется датчиком уровня 28. Регулирование скорости вращения вала вентилятора осуществляется либо с помощью рычага гидромуфты 29, либо частотным регулятором 30. Переключение режимов управления (автоматический - автоматизированный) реализуется оператором 31 с помощью переключателя 32. В простейшем случае вместо частотного регулятора 30 может быть использован магнитный пускатель.
Информация от датчиков температуры 14, 17, 22, 23, 26, скорости вращения вала вентилятора 15, степени вибрации вала 18, давления воды 19, давления масла в редукторе 24, давления масла в гидромуфте 25, протока воды 20, перепада давления масла 21, силы тока в обмотке электродвигателя 27, уровня воды в машинном зале 28 поступает на входы блока управления 33. На отдельный вход блока управления 33 поступает задание регулятору скорости вращения вала вентилятора n*. В рассматриваемом случае величина сигнала задания зависит от охладительной характеристики градирни, давления, температуры и влажности атмосферного воздуха и является переменной в течение суток. В то же время, на определенном промежутке времени (например, в течение смены) сигнал задания можно считать постоянным, в связи с чем на схеме не показано, откуда поступает этот сигнал в блок управления 33. Блок управления 33 анализирует (фиг.2) поступающую на него информацию от подключенных датчиков путем сравнения измеренных значений параметров с их допустимыми заданными значениями и на основе этого анализа корректирует поступившее на его отдельный вход задание по скорости вращения вала вентилятора. Скорректированное значение задания (или оставленное по результатам анализа без изменений) поступает через переключатель 32 на регулятор 30. В простейшем случае вместо частотного регулятора 30 может быть использован магнитный пускатель, реализующий функцию автоматического отключения электропитания вентилятора при n*=0. В резервном автоматизированном режиме управления значение управляющего воздействия выдается блоком 33 в качестве задания оперативному персоналу 31, который устанавливает требуемую скорость вращения вала вентилятора посредством воздействия на рычаг 29 гидромуфты 9.
На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма работы блока управления 33. На блок-схеме приняты следующие обозначения:
min
T14 - минимально допустимое значение температуры холодной воды при работающем вентиляторе;
min
n15 - минимально значение числа оборотов вала вентилятора;
П,A
min
Р24  - соответственно предупредительное и предаварийное минимально допустимое значение давления масла в редукторе;
П,A
max
ΔР21  - соответственно предупредительный и предаварийный максимально допустимый перепад давления масла на масляных фильтрах;
П,A
min
Р19  - соответственно предупредительное и предаварийное значение минимально допустимого давления холодной воды в маслохолодильники;
П,A
max
W18  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимой амплитуды вибрации вала вентилятора;
П,A
max
Т17  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимой температуры направляющих подшипников вала вентилятора;
П,A
max
Т22  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимой температуры масла в редукторе;
П,A
max
Т23  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимой температуры масла в гидромуфте;
П,A
min
Р25  - соответственно предупредительное и предаварийное значение минимально допустимого давления масла в гидромуфте;
П,A
max
Т26  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимой температуры опорных подшипников электродвигателя;
П,A
max
I27  - соответственно предупредительное и предаварийное максимально допустимое значение силы тока, проходящего через статор электродвигателя;
з
Δn - заданное значение шага корректировки числа оборотов вала вентилятора;
П,A
max
L28  - соответственно предупредительное и предаварийное значение максимально допустимого уровня воды в машинном зале градирни.
Анализ осуществляется блоком 33 следующим образом.
min
min
min
min
min
min
з
з
Когда температура холодной воды на выходе из градирни меньше или равна минимальной T14, а число оборотов вала вентилятора больше минимального n15, то блок 33 корректирует поступившее на него задание n*:=n*-Δn. Когда измеренное число оборотов вала меньше или равно минимальному при Т14≤T14, то блок уравнения 33 вырабатывает сигнал остановки вентилятора, обнуляя задание n*:=0. В блоках 6, 8, 10, 12, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 28 (фиг.2) последовательно проверяется на заданные границы давление масла в редукторе, перепад давления масла на фильтрах, давление холодной воды, подаваемой в маслохолодильники, степень вибрации вала и температура направляющих подшипников вала, температура масла в редукторе и гидромуфте, давление масла в гидромуфте, температура опорных подшипников вала электродвигателя, сила тока, проходящего через обмотку электродвигателя, уровень воды в машинном зале градирни. Когда значение параметра находится между предупредительным и предаварийным значениями, то следует корректировка задания по скорости вращения вала вентилятора n*:=n*-Δn. Когда значение параметра не достигло предупредительного значения, то величина n* пропускается блоком 33 без изменений. В блоке 12 (фиг.2) анализируется наличие протока холодной воды через маслохолодильники. Когда протока воды нет, то задание регулятору скорости вращения вала обнуляется n*=0. В блоке 29 (фиг.2) проверяется скорректированное задание n*. Когда n*≠0 и n*≤n15, то задание n*=n15. Когда n*=0 или n*>n15, то корректировки n* не происходит, и алгоритм заканчивает свою работу.
Таким образом, при достижении параметром привода вентилятора заданного предупредительного значения задание регулятору скорости вращения вала вентилятора автоматически уменьшается на заданную величину. Когда параметр привода вентилятора достигнет заданного предаварийного значения, тогда задание регулятору скорости вращения вала вентилятора приравнивается к нулю.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Заданные граничные значения параметров равны
min
min
min
2
A
T14=14°С; n15=22 об/мин; P24 =0,09 кгс/см;
П
A
П
min
2
max
2
mах
2
Р24 =0,11 кгс/см; ΔP21 =0,5 кгс/см; ΔР21 =0,45 кгс/см;
A
П
A
min
2
min
2
max
P19 =0,9 кгс/см; Р19 =1,0 кгс/см; W18 =50 мм;
П
A
П
mах
max
mах
W18 =40 мм; T17 =70°С; Т17 =65°С;
A
П
A
П
max
mах
max
mах
T22 =65°С; Т22 =60°С; T23 =90°С; Т23 =85°С;
A
П
A
min
2
min
2
max
P25 =0,3 кгс/см; Р25 =0,4 кгс/см; T26 =65°С;
П
A
П
mах
max
mах
Т26 =60°С; I27 =150 А; I27 =110 А;
П
A
з
mах
max
L28 =0,1 м; L28 =0,12 м; Δn=15 об/мин.
2
Датчик давления холодной воды в маслохолодильники показывает значение давление Р19=1,5 кгс/см, а реле потока FS 20 выдает сигнал, что расход воды через масляные холодильники недостаточен. Это говорит о том, что трубки маслохолодильника забиты отложениями и необходима их очистка. Поэтому блок 33 скорректировал поступившее на него задание n* и приравнял его к нулю.
max
з
з
Пример 2. Первоначальное значение задания по скорости вращения вала вентилятора равно n*=69 об/мин. Температура направляющих подшипников вала вентилятора равна 65°С. Измеренные значения остальных параметров находятся в норме. Так как Т17=T17=65°С, то блок 32 выработал сигнал уменьшения скорости вращения вала вентилятора на величину Δn=15 об/мин. Новое задание регулятору равно n*-Δn=69 об/мин - 15 об/мин=54 об/мин.
Как видно из примеров, предложенный способ управления охлаждением оборотной воды в градирне с вентилятором дает возможность безаварийно управлять данным процессом и за счет этого повысить эффективность охлаждения оборотной воды и надежность работы градирни.
Предложенный способ управления охлаждением оборотной воды в градирне с вентилятором позволяет:
- увеличить время безаварийной работы вентиляторной градирни;
- снизить энергопотребление электропривода градирни;
- повысить эффективность охлаждения оборотной воды и надежность работы градирни в целом.