Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Теплоснабжение

Microsoft Excel

Системы централизованного теплоснабжения

Системы централизованного теплоснабжения - источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла.

3. Приборы и устройства для оснащения автоматизированных тепловых пунктов

Температурные датчики

Для автоматического управления технологическими процессами необходимо присутствие различного рода датчиков. В частности, в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения, основным параметром, по которому ведется регулирование, является температура. К электронным регуляторам ECL Comfort должны быть подключены температурные датчики в виде платиновых преобразователей сопротивления Pt 1000.

Зависимость сопротивления датчиков Pt1000 от температуры.
Зависимость сопротивления датчиков Pt1000 от температуры.

Тип и количество датчиков выбираются в зависимости от конкретной технологической схемы автоматического регулирования, а также от диаметра трубопроводов, на которых устанавливаются датчики.

Датчик температуры наружного воздуха или температуры окружающей среды. Наличие этого датчика необходимо потому, что контроллер, управляющий системой, по показаниям данного датчика производит включение или отключение системы отопления. Именно в соответствии с этой температурой строится отопительный график, по которому ведется управление системой отопления.

Датчик температуры наружного воздуха ESMT.
Датчик температуры наружного воздуха ESMT.

При установке этого датчика необходимо учитывать следующие моменты. Датчик наружного воздуха рекомендуется устанавливать на северном фасаде здания или в защищенном от воздействия солнечных лучей месте. Для того, чтобы избежать неточности при измерении температуры окружающего воздуха и, соответственно, ошибок при регулировании, не следует устанавливать этот датчик над окном, а также вблизи выбросных вентиляционных шахт и отверстий где поток теплого воздуха будет нагревать датчик, и его показания не будут соответствовать действительности. а также вблизи выбросных вентиляционных шахт и отверстий.

Датчик температуры воздуха в помещении. Внешний вид датчика внутреннего воздуха показан на рисунке ниже. В соответствии с показаниями этого датчика контроллер выдает корректирующий сигнал на исполнительный механизм системы отопления. По показаниям этого датчика контроллер определяет фактическую температуру воздуха в помещении.

Датчик температуры воздуха в помещении  ESM-10.
Датчик температуры воздуха в помещении ESM-10.

Погружной датчик температуры теплоносителя ESMU. На рисунке ниже представлен общий вид погружного датчика температуры типа ESMU.

Погружной датчик температуры ESMU.
Погружной датчик температуры ESMU.

Датчик ESMU имеет погружную часть длиной 100 мм из меди или нержавеющей стали и размещается внутри трубопровода условным диаметром, как правило, 65 мм и более. Так же существует исполнение датчика ESMU с погружной частью 250 мм для установки в воздуховоде системы вентиляции, а также на трубопроводе больших диаметров. Датчик может быть установлен и на трубопроводе меньшего диаметра в отводе или специальном расширителе. Как правило, рекомендуется применять датчик с медной погружной частью. Для предотвращения его повреждений, коррозии и обеспечения демонтажа погружного датчика без опорожнения трубопровода целесообразно предусматривать его установку в гильзу из нержавеющей стали, которая вворачивается в стальную муфту с внутренней резьбой, привариваемую к трубопроводу. Погружной датчик, используемый для контроля температуры горячей (нагреваемой) воды в системе ГВС, рекомендуется устанавливать без гильзы в целях уменьшения времени реагирования на изменение температуры воды. В этом случае следует применять датчик ESMU c погружной частью из нержавеющей стали. Датчик располагается в трубе с наклоном против движения теплоносителя.

Установка погружного датчика температуры ESMU.
Установка погружного датчика температуры ESMU.

Накладной датчик температуры. Если монтаж погружного датчика температуры вызывает определённые трудности, из-за малого диаметра трубопровода (Ду = 15–50 мм), на которые он должен быть установлен, можно использовать накладные датчики температуры. Накладной датчик крепится на поверхность трубопроводов с помощью прилагаемого пластикового хомута. Перед закреплением датчика на трубе необходимо зачистить место установки от ржавчины или краски. Для более точного измерения и защиты поверхности от коррозии рекомендуется место соприкосновения трубопровода и датчика обработать теплопроводящей пастой.

Регулирующие клапаны с электроприводами

Регулирующие клапаны с электроприводами.
Регулирующие клапаны с электроприводами.

Клапаны различаются:

  • по количеству регулируемых потоков — проходные (двухходовые), трехходовые;
  • по принципу действия — все приведенные в пособии клапаны седельные. Седельные клапаны бывают нажимного действия и возвратно-поступательного. Закрытие клапана первого типа происходит под воздействием электропривода, а открытие (подъем штока) — за счет возвратной пружины штока. Шток такого клапана механически не связан со штоком привода. Перемещение штока клапана второго типа происходит с помощью электропривода, который то надавливает на шток клапана, то тянет его вверх. Без привода шток такого клапана может находиться в любом промежуточном положении. Следует обратить внимание на то, что у трехходовых клапанов при перемещении штока вниз прямой проход открывается, а «байпасный» — закрывается. Это необходимо учитывать при подключении кабелей управляющих сигналов от электронных регуляторов;
  • по виду расходной характеристики — линейная составная, равнопроцентная (логарифмическая). Трехходовые клапаны по прямому проходу имеют равнопроцентную расходную характеристику, а со стороны подмеса — линейную;
  • по максимально допустимому перепаду давлений на клапане — разгруженные и неразгруженные по давлению. Неразгруженные клапаны — клапаны, у которых на затвор сверху и снизу действуют разные давления. Причем, чем больше диаметр клапана и больше площадь затвора, тем больше разница давлений, которая мешает приводу закрывать клапан. Так как усилия, развиваемые электрическими приводами, ограничены, предельно допустимый перепад давлений на неразгруженных клапанах также лимитирован. Он зависит от диаметра клапана и типа привода (развиваемого им усилия). Разгруженные по давлению седельные регулирующие клапаны имеют различные по конструкции устройства, выравнивающие давление с обеих сторон затвора:
    • сильфонная система разгрузки;
    • поршневая система;
    • мембранная.
    Для таких клапанов значение предельно допустимого перепада давлений практически совпадает с величиной условного давления и в малой степени зависит от диаметра клапана. Закрыть разгруженные клапаны способны маломощные электроприводы при большом перепаде давлений;
  • по предельным параметрам перемещаемой среды (температуре и условному давлению). Максимальная температура перемещаемой среды для клапанов различных типов лежит в диапазоне от 130 до 150 °C, а условное давление — от 16 до 25 бар;
  • по способу присоединения к трубопроводам — резьбовые (с наружной и внутренней резьбой) и фланцевые. Для клапанов с наружной резьбой необходимо использовать резьбовые или приварные присоединительные фитинги с накидными гайками, которые заказываются отдельно;
  • по диапазону условного прохода и пропускной способности;
  • по материалу корпуса — цветные металлы (латунь, бронза), чугун (серый, ковкий) и сталь.
Расходные характеристики: а) – проходных клапанов, б) – трехходовых клапанов.
Расходные характеристики: а) – проходных клапанов, б) – трехходовых клапанов.
Поршневая система разгрузки регулирующего клапана.
Поршневая система разгрузки регулирующего клапана.

Электрические приводы

Для управления клапанами от регуляторов применяются редукторные электроприводы.

Электрические приводы для регулирующих клапанов различаются:

  • по способу соединения с клапаном. Приводы предназначены для соединения только с определенными типами регулирующих клапанов. Некоторые электроприводы могут стыковаться с клапанами только через специальные адаптеры;
  • по величине хода штока (от 10 мм до 50 мм). Ход штока электропривода должен быть всегда равен или быть больше хода штока клапана, которым он управляет;
  • по развиваемому усилию (от 450 Н до 5000 Н);
  • по типу управляющего сигнала. Электрические приводы управляются трехпозиционным импульсным сигналом, который поступает от регуляторов. Шток этих приводов и, соответственно, клапанов перемещается на величину, пропорциональную длительности импульса питающего напряжения;
  • по наличию защитной функции (возвратной пружины), опускающей шток электропривода клапана при обесточивании системы управления;
  • по быстродействию, т.е. по времени перемещения штока на 1 мм. В зависимости от этого параметра приводы могут быть «медленные» (время перемещения штока 8–15 с) и «быстрые» (соответственно 3–4 с). «Медленные» приводы предназначены для управления инерционными системами (система отопления или узел централизованного приготовления теплоносителя для теплоснабжения вентиляционных установок), а «быстрые» — для работы в малоинерционных системах (установках нагрева воды со скоростным водоподогревателем в системах ГВС).

Гидравлические регуляторы давления

Компания «Данфосс» располагает большой номенклатурой гидравлических регуляторов давления с различными конструктивными особенностями и технологическими возможностями, среди которых в пособии представлены:

  • регуляторы перепада давлений;
  • регуляторы перепада давлений с автоматическим ограничением расхода;
  • регуляторы перепуска;
  • регуляторы «после себя»;
  • регуляторы давления «до себя».

По конструктивному исполнению регуляторы бывают моноблочными и составными.

Моноблочные регуляторы Моноблочные регуляторы состоят из проходного клапана и регулирующего блока, собранных в единую конструкцию на заводе-изготовителе. Моноблочные регуляторы всех типов с резьбовыми клапанами соединяются с трубопроводом с помощью дополнительно заказываемых фитингов с наружной резьбой или под приварку. При температуре теплоносителя до 100 °C моноблочные регуляторы могут устанавливаться в любом положении, а при более высоких температурах — только регулирующим блоком вниз.

Моноблочные регуляторы давления.
Моноблочные регуляторы давления.

Составные регуляторы Составные регуляторы состоят из универсального проходного, разгруженного по давлению клапана, регулирующего блока и импульсных трубок, которые заказываются и поставляются отдельно. Установка составных регуляторов с клапаном Ду 15–80 может производиться в любом положении при Т < 120 °C, в остальных случаях — регулирующим блоком вниз. Внешние импульсные трубки составных регуляторов давления присоединяются к трубопроводам системы с помощью фитингов, которые поставляются в комплекте с трубкой. Импульсные трубки рекомендуется подключать к трубопроводу через запорные шаровые краны для удобства эксплуатации (промывки трубок) и присоединять их к горизонтальным трубопроводам системы сверху или сбоку.

Составные регуляторы давления.
Составные регуляторы давления.

Тепломеханическое и вспомогательное оборудование

Средства автоматизации теплового пункта, представленные в пособии, служат приложением к тепломеханическому оборудованию (водоподогреватели, насосы и т. д.). Поэтому ниже приводятся общие сведения о некоторых из этих устройств, производимых компанией «Данфосс». Данная информация не только полезна для общего понимания вопроса, но и необходима при выборе технических решений автоматизации тепловых пунктов и оценке их конструктивных исполнений.

Теплообменники Тепловые пункты могут оснащаться пластинчатыми теплообменниками Ридан и Danfoss, которые разработаны специально для систем централизованного теплоснабжения. Широкая номенклатура теплообменников позволяет использовать их в системах тепло- и холодоснабжения. Основой теплообменника являются профилированные тонколистовые пластины из нержавеющей стали различных размеров, которые собираются в пакеты в зависимости от индивидуальных теплотехнических, гидравлических и конструктивных требований. Компания Данфосс предлагает теплообменники Ридан с традиционным шевронным рифлением теплообменных пластин и теплообменники Данфосс с новой технологией рифления теплообменных пластин — Danfoss Microplate. Технология Danfoss Microplate примечательна тем, что использует совершенно новый тип рифления пластины, представляющий собой дискретно нанесенные на поверхность углубления различной формы. Такой тип рифления предоставляют значительный уровень свободы в разработке пластин, так как переменными величинами являются глубина штамповки, относительный шаг расположения, тип расположения — шахматный, коридорный или комбинированный, форма углубления — сферическая, овальная и т. д. Кроме этого, подобный рельеф относится к вихревым средствам интенсификации теплообмена, которые, в отличие от прочих средств интенсификации, обеспечивают практически равноценный рост коэффициента теплоотдачи и гидравлического сопротивления. За счет использования новой технологии рифления, теплообменные аппараты с применением данной технологии предоставляют следующие преимущества:

  • высокий коэффициент теплоотдачи в сочетании с высоким эффектом самоочистки за счет применения средств вихревой интенсификации теплообмена;
  • повышенная устойчивость к гидроударам за счет улучшенного дизайна канавки для уплотнений и увеличенного количества точек касания пластин между собой;
  • снижение массогабаритных характеристик теплообменных аппаратов за счет увеличения эквивалентной термической длины пластины.
Движение потока теплоносителя в микроканальных и шевронных теплообменниках.
Движение потока теплоносителя в микроканальных и шевронных теплообменниках.
Паяный и разборный теплообменники.
Паяный и разборный теплообменники.

В зависимости от технологии изготовления теплообменники могут быть паяными или разборными, одноходовыми или двухходовыми. Паяные теплообменники компактны, надежны, легки, но не подлежат ремонту или модернизации. Очистка паяного теплообменника производится методом промывки специальным раствором. Разборные теплообменники изготавливаются, как правило, в одноходовом исполнении и позволяют видоизменять подогреватель (наращивать или уменьшать поверхность теплообмена), производить его ремонт (заменять пластины или прокладки), механически чистить пластины в процессе эксплуатации, однако они более громоздкие и дорогие. В тепловом пункте могут применяться двухходовые теплообменники, предназначенные для работы в двухступенчатой системе ГВС, в которых обе ступени объединены в едином блоке.