1 октября, 2018 19:44
Мазмұны
Кіріспе
1 бөлім. Жылу желілерін автоматтандыру туралы әдебиеттерге шолу
1.1 Жылумен қамтамасыз ету жүйесін зерттеу
1.2 Жылу пунктін автоматтандыру есебі
1.3 Жылу пунктін автоматтандыру жүйесінің аппараттық және
бағдарламалық жабдықтарына шолу
1.4 Есептің қойылымы
2 бөлім. Аппараттық қамтаманы құрастыру
2.1 Ақпараттық жабдықтаудың құрылымын жасау
2.2 Өндірістік контроллерді сипаттау
2.3 Байланыс жүйесін таңдау
3 бөлім. Бағдарламалық қамтаманы құрастыру
3.1 Жылу энергиясының шығынын есептеу
3.2 Жылу пунктінің диспетчерлік бақылау және басқару жүйесін құру
4 бөлім. Техника-экономикалық негіздеу
4.1 Жобаның бейнеленуі
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Автоматтандыру жүйесінің эксплуатацияға кететін шығындары
4.4 Қаржы жоспары
5 бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
5.1 Еңбекті қорғау бойынша заңдық және нормативтік актілер
5.2 Оператордың еңбек жағдайын талдау
5.3 Оператор бөлмесіндегі шуды есептеу
Қорытынды
Пайдаланған әдебиеттер тізімі
А қосымшасы
Кіріспе
Қазіргі кезде энергия тұтынатын елдердің басым көпшілігі энергияны
үнемдеу мәселесін шешу жолдарын іздеуде. ҚР Президентінің бұйрығымен
2012 жылғы 13 қаңтардағы «Энергия үнемдеу және энергия тиімділігін
арттыру» және «Энергия үнемдеу және энергия тиімділігін арттыру
мәселелері бойынша заңнамалық актілерге өзгертулер мен толықтыруларды
енгізу» туралы заңдары қабылданды. Энергия ресурстарын, соның ішінде
жылу энергиясын үнемдеу және тиімді пайдалану туралы мемлекеттік
бағдарламасын іске асыру автоматтандырылған басқару жүйелерін, бақылау
кешендерін, соның ішінде жеке автоматтандырылған жылу пункттерін
(ЖАЖП) енгізуді көздейді.
Бүгінгі таңда барлық жылу пункттерінде (ЖП) жылу энергиясының
шығынын есептеу буындары орнатылған. Жылу энергиясының есебін жүргізу
коммуналдық төлемдерді
нақты тұтынған мәні бойынша
жүргізуді
қамтамасыз еткенімен, энергияны үнемдеу мәселесін шеше алмайды.
Жылу беруді ауа райы температурасының шамасы бойынша реттеу және
түнгі уақыттар мен мейрамдарда ғимарат ішінде рұқсат етілетін минималды
температураны ұстап тұру арқылы энергия шығындарын қысқартуға болады.
Бұл жылу пункттерін автоматтандыру арқылы жүзеге асырылады.
Коммуналдық шығындарды қысқарту мақсатында Алматы энергетика
және байланыс университетінің үш оқу корпусы автоматтандырылған жылу
пункттерімен жабдықталған. Нақты уақытта объект туралы ақпаратты
қабылдау, технологиялық жабдықтардың күйін бақылау, қашықтықтан
басқару сияқты міндеттерді атқаратын SCADA жүйесінің болмауы қазіргі
автоматтандырылған жылумен қамтамасыз ету жүйесінің негізгі кемшілігі
болып табылады.
Жұмыстың мақсаты жылу пункттерінің үлгісі ретінде Инженерлік
кибернетика кафедрасында орнатылған Simatic контроллерлерін үлестірілген
өндірістік желісіне біріктіріп, орталықтандырылған диспетчерлік пунктін құру
болып табылады. Сонымен қатар, жылу пункттерінде орнатылған температура
және шығын датчиктерінен келген мәліметтерді архивтендіріп, тұтынылған
жылу энергиясын есептеу.
Қойылған мақсатты жүзеге асыру үшін көптеген артықшылықтары бар
Siemens фирмасының еркін программалынатын логикалық бақылауыштарына
(ЕПЛБ) арналған TIA Portal программалық жабдығын қолдану көзделуде.
7
1 бөлім. Жылу желілерін автоматтандыру туралы әдебиеттерге
шолу
1.1 Жылумен қамтамасыз ету жүйесін зерттеу
Ғимараттарды
жылумен қамамасыз ету жүйесі жылыған
жылутасымалдағышты қажет ететін инженерлік жүйелерін жылу
энергиясымен қамтамасыз ету үшін арналған.
Жылумен қамтамасыз ету жүйелері су немесе су буының қолданылуына
байланысты су және бу жылумен қамтамасыз ету жүйелері деп бөлінеді.
1.1 кестеде су мен будың артықшылықтары көрсетілген.
1.1 к е с т е – Су мен будың артықшылықтары
8
Қазіргі кезде, көбіне, жылутасымалдағыш ретінде жылытылған су
қолданылады. Көптеген кемшіліктеріне орай су буы жылумен қамтамасыз ету
жүйелерінде өте сирек қолданылады. Қазіргі таңда су буын технологиялық
қажеттіліктер үшін ғана өндірістік ғимараттарда жылутасымалдағыш ретінде
қолданады [1].
Жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің екі түрі бар:
орталықтандырылған және жергілікті. Үлкен қалалар үшін
орталықтандырылған жүйелер – болашақтың талаптарына сай және ұтымды
шешім болып табылады. Орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету
жүйелері отынды көп мөлшерде шығындауды қажет етпейді. Жылу көздерінің
аз болуы түтін мұржаларының санын азайтып, қоршаған ортаға шығарылатын
жану өнімдерінің көлемін қысқарту арқылы ауаны ластамайды. Сонымен
қатар, қаланың бойында таралған шағын қазандықтарға отынды тарату және
сол қатты отынды сақтау қоймаларын құру, күл мен қоқысты алып шығару
жұмыстарын қажет етпейді.
Осыған орай орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету жүйелері
экологиялық жағынан қауіпсіз әрі сенімді жүйе болып табылады. Орталық
қазандықта өндірілген жылу құбырлар арқылы бірнеше ғимараттарға
таралады. Заманауи отын жағу және қоқысты тазарту технологиялары
қоршаған ортаға жағымсыз әсерлерді азайтады.
Жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің тиімділігі жылу желісіне қосылу
түріне тәуелді болып келеді. Себебі, абоненттік енгізу сыртқы жылу желісі
мен жергілікті жылу тұтынушы арасындағы негізгі байланысу буыны болып
табылады.
Жергілікті жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің сұлбалары
гидравликалық байланыс белгісі жағынан тәуелді және тәуелсіз болып
бөлінеді [2].
Тәуелді байланысу жүйелерінде (1.1 сурет) жылутасымалдағыш жылу
желісінен тікелей жылумен қамдау құралдарына келіп түседі.
Сөйтіп, жылу желісінде айналып жүрген жылутасымалдағыш жылыту
жүйесінде де қолданылады. Сондықтан, жергілікті жылыту жүйесіндегі
қысым режимі сыртқы жылу желісінің қысым режимімен анықталады.
Тәуелді жылумен қамтамасыз ету жүйесінің негізгі кемшілігі – жылумен
қамдауды жылудың шамадан тыс берілетін жылыту маусымының басы мен
соңында реттеу мүмкіндігінің жоқтығы. Осы кемшілік тұтынушының
жайлылығы мен жылудың шығындалуына әсер етеді.
Энергияны үнемдеу мақсатында қазіргі кезде тәуелді жүйеден тәуелсіз
жүйеге өту белсенді түрде елең алуда. Бұл жылу энергиясының шығындарын
жылына 10-40%-ға дейін қысқартады.
9
1.1 сурет – Жылумен қамтамасыз етудің тәуелді жүйесі
Тәуелсіз сұлбаларда
жылутасымалдағыш
жылу желісінен
жылуалмастырғышқа келіп түседі де, жергілікті жылыту жүйесін толтырып
тұрған суды жылыту үшін ғана қолданылады. Жылу желісі мен жергілікті
жылыту жүйесі бір-бірінен толық изоляцияланған. Соның салдарынан
жергілікті құрылғылар жылу желісіндегі қысымның шамадан тыс арту немесе
кемуінен қорғалады. Әдетте, қысымның күрт өзгеруінен жылыту құралдары
бұзылып, жергілікті жылыту жүйелерінде жылутасымалдағыштың ағып кетуі
байқалады.
1.2 суретте жергілікті жылумен және ыстық сумен қамтамасыз
жүйесінің жылу желісіне екі құбырлы тәуелсіз сұлба бойынша қосылған
суреті көрсетілген.
Жылумен қамтамасыз етудің тәуелсіз жүйесі тәуелді жүйеге қарағанда
біршама артықшылықтарға ие:
— тұтынушыға берілетін жылу мөлшерін реттеу мүмкіндігі (екінші ретті
жылутасымалдағышты реттеу арқылы);
— сенімділігі жоғары;
— энергияны үнемдеу (жылуды 10-40%-ға дейін үнемдейді);
— жылутасымалдағыштың техникалық және эксплуатациялық сапасын
арттыру мүмкіндігі. Сол арқылы қазандық құрылғыларын ластанудан сақтау.
Осы артықшылықтардың арқасында жылумен қамтамасыз етудің
тәуелсіз жүйесі жылулық жүктемелері көп болып, жылулық желілері үлкен
ара қашықтықтарға тартылған ірі қалаларда белсенді түрде қолданылуда.
10
Қазіргі кезде тәуелді жүйелерді тәуелсіз жүйелерге ауыстыру технологиялары
құрастырылып, үлкен шығындарға қарамастан, көптеген жерлерде енгізілуде.
1.2 сурет – Жылумен қамтамасыз етудің тәуелсіз жүйесі
Жылытудың элеваторлық буындары. Тұрғын үйлер үшін жылыту
құралдарына баратын жылутасымалдағыштың санитарлық нормаларға [3] сай
температурасы 85°С-тан аспауы қажет. Ал жылу желілеріндегі (1.3 сурет)
ыстық судың температурасы 100-150°С-қа дейін болу мүмкін.
1.3 сурет – Жылыту элеваторының жұмыс принципі
11
Демек, жылутасымалдағыш температурасын қажетті шамаға дейін
төмендету керек. Бұл ғимараттың жылыту жүйесінің буынында орналасқан
элеватор арқылы жүзеге асырылады.
Элеватордың жұмыс жасау принципі келесіде: магистралдан келетін
жылыған су алмалы конус тәріздес соплоға келіп түседі. Бұл соплода судың
жылдамдығы лезде артады да, соның нәтижесінде соплодан араласу
камерасына баратын су ағыны кері құбырдағы салқындатылған сумен
элеватордың ішкі қуысында араласады (1.4 сурет).
1.4 сурет – Жылыту элеваторы
Толық алғанда, жылыту элеватор буыны бекітулі арматураларынан,
бақылау-өлшеу аспаптарынан, яғни манометрлер мен термометрлерден
тұрады. Элеватор буынының негізгі элементтері 1.5 суретте көрсетілген.
1 – тура құбыр; 2 – кері құбыр; 3 – жапқыштар; 4 – су өлшегіш; 5 – лай
жинағыштар; 6 – манометрлер; 7 – термометрлер; 8 – элеватор; 9 – жылыту
жүйесінің қыздырғыш аспаптары
1.5 сурет – Жылыту элеваторы буынының негізгі элементтері
Сонымен бірге, элеваторда жылыту жүйесінің ыстық және
салқындатылған судың араласуы орын алады. Сөйтіп, жылыту жүйесінің
12
құралдарына керекті температурадағы су келіп түседі. Элеватордың конусына
ірі бөлшектердің түсіп кетуін болдырмау үшін элеватордың алдына міндетті
түрде лай жинағышты орнату керек. Себебі, желідегі ірі қоқыстар элеваторды
толық істен шығаруы мүмкін.
Элеваторлардың кезінде үлкен қолданысқа ие болуы олардың жылу
желісіндегі жылулық және гидравликалық режимдердің өзгеріп тұруына
қарамастан тұрақты жұмыс істеуімен тікелей байланысты. Сонымен қатар,
элеваторлар тұрақты бақылауды қажет етпейді. Ал оның өнімділігін реттеу
тек соплосының диаметрін таңдаумен ғана байланысты [4]. Элеватордың
артықшылықтары мен кемшіліктері 1.6 суретте келтірілген.
1.6 сурет – Элеватордың артықшылықтары мен кемшіліктері
Бұрын суды араластыру үшін су сорғалағыш реттелмейтін (1.7а сурет)
және реттелетін (1.7б сурет) сорғыларды (гидроэлеватор) орнатқан болатын.
Біріншілердің жұмысқа жарамсыздығына (суретте тұтас сызықпен сызылған)
және екіншілердің тиімсіздігіне (суретте нүктелі сызықпен сызылған) орай
термореттегіші бар екі құбырлы жылумен қамтамасыз ету жүйелерінде электр
сорғысы бар сұлбалар кең етек алған.
Екі құбырлы жүйеде гидроэлеватордың қолданылмау себебі:
қондырғылардың гидравликалық режимімен сәйкессіздігі және энергия
қолдану тиімділігіне қажетті клапандардың үйлесуі үшін су қысымының
аздығы.
13
Гидроэлеватор тұрақты гидравликалық режимде жұмыс жасайды, ал
термореттегіш екі құбырлы жүйеде айнымалы гидравликалық режимді
туындатады. Сондықтан жылыту жүйесі термостатикалық клапанмен
жабдықталған болса, элеваторды абоненттік енгізуде қолданылмайды деген
шешім қабылданған [9].
1.7 сурет – Сорғылардың принципиалды жалғану сұлбалары
14
Жүйені автоматты реттеу кезінде жүйені электрлік сорғы арқылы жалғау
қажет. Бұл талап екі құбырлы жүйеге ғана емес, бір құбырлы жүйелерге де
таралады. Себебі, орнатылуы міндетті болған термореттегіші бар бір құбырлы
жүйеде гидроэлеваторды қолдану тағы да тиімсіз болып табылады.
Гидроэлеватор мен термореттегішті бірге қолданған жағдайда,
термореттегіштен туындайтын жылутасымалдағыш қысымының ауытқуларын
жою мүмкін емес. Бұл ауытқулар екі құбырлы жүйедегі ауытқуларға
қарағанда аз болғанмен, олар жылутасымалдағыштың жылыту жүйесінің
тіреуіштері немесе құрылғылар тармақтары арасында, қайта үлестірілуіне
алып келеді. Бұл энергияның үнемделуіне жағымсыз әсер тигізеді.
Бір құбырлы жүйеде
жылутасымалдағыштың қайта үлестірілуін
болдырмай үшін шығынды шектейтін автоматты клапанды қолданған дұрыс
[9]. Гидроэлеватор мен термореттегіштер және шектеуші клапандардың
(шығын реттегіш) бірге қолданылуы жүйені жұмысқа жарамсыз етеді.
Өйткені, элеватор шығын реттегішті минималды талап етілетін қысыммен
қамтамасыз ете алмайды (шамамен 20 кПА).
Элеватор бұрынғы
уақытта жүзеге асырылған көптеген
артықшылықтарға ие екендігі сөзсіз. Алайда, ол қазіргі жылумен қамтамасыз
ету жүйелерімен сәйкес келмейді.
Соңғы кездері үлкен қолданысқа ие болып отырған гидроэлеватор
арқылы соленоидты клапанмен реттеу әдісі бұрын шағын жылыту
жүйелерінде сыртқы ауа температурасының оң шамаларында қолданылған
болса, қазіргі уақытта кейде биік ғимараттарда да қолданылады [6]. Заманауи
ғимараттарда мұндай реттеу заңдарын қолдану энергия үнемдеу жағынан
тиімсіз. Соленоидты клапанның әр жабылуы кезінде жылыту жүйесінің
гидравликалық тепе-теңдігі бұзылады. Ал клапанның ашылуы кезінде осы
тепе-теңдікті қайта қалпына келтіру үшін көп энергия және уақыт жұмсалады.
Зерттеу нәтижелеріне сәйкес [5], сыртқы ауа температурасының күндіз
+15 °С, түнде +10 °С шамаларында соленоидты клапанды элеватормен бір
жүйеде қолдану реттеу заңын қолданбаумен салыстырғанда 63% жылу
энергиясын үнемдеуге алып келеді. Ауа райы температурасының дәл осындай
шамаларында араластырғыш электр сорғысын қолдану жылу энергиясының
100% үнемделуіне әкеледі. Соленоидты клапанның жылу желісінде және
жергілікті жылыту жүйесінде қысымның күрт өзгеруін туындататынын
ескеретін болсақ, реттеудің гидроэлеваторлық үлгісін энергетикалық жағынан
да, тұтынушы жайлылығы мәселесін шешу жағынан да тиімсіз екені көрінеді.
Жылутасымалдағыштың реттелетін шығын мөлшері қаншалықты үлкен болса,
соншалықты қысымның секірісі де үлкен болады, сәйкесінше, жылыту
жүйесіне тигізетін зиянды әсері де жойқын болады. Бұл қысым секірістерін
көрші ғимараттарда немесе тіреуіштерде орналасқан қысым реттегіш
құралдары да жоя алмайды.
Соленоидты клапан шығынды реттемейді, ол тек келе жатқан ағынды
тоқтатады. Әдебиеттерде [8] көрсетілген классификацияға сәйкес соленоидты
клапанды бекіту арматурасына жатқызылады. Себебі, бекіту арматурасы
15
құбырдағы ағынды бөгеу үшін арналған. Реттеу арматурасы деп жұмыс
ортасының параметрлерін шығын мөлшерін өзгерту арқылы реттейтін құбыр
арматурасын айтады. Сондықтан бекіту арматурасын реттеу арматурасы
ретінде қолдануға болмайды. Бұл талап соленоидты клапан гидроэлеватормен
бірге болсын, сорғымен бірге болсын қолданылмауы керек екендігін білдіреді.
Абоненттік енгізуде орналасқан жабдықтардың ерекше бөлімін
реттелетін гидроэлеваторлар құрайды (1.7б
сурет). Гидравликалық
көзқараспен қарағанда, оның кемшіліктері реттелмейтін жүйелердің
кемшіліктерімен бірдей болып келеді. Олардың қолданылуы заңнамалық
тұрғыдан қарағанда да, техникалық тұрғыдан қарағанда мүмкін емес. Себебі,
заңнамалық актілерге сәйкес барлық жаңадан құрастырылып жатқан
ғимараттардың жылыту жүйелері міндетті түрде термореттегіш құралдарымен
қамсыздандырылуы керек. Бұл гидроэлеваторларға тән емес.
Сыртқы ауа температура тетіктерін қолдана отырып ауа-райы
жағдайларын, жүйенің жылу
гидравликалық сипаттамаларын және
ғимараттың жылу сипаттамаларын есепке алатын абоненттің қосылу
жобасындағы сорғы абонент жүйелерін реттеудің энерго үнемді және
автоматтандырылған шешімдерін қолдануға мүмкіндік береді. Ғимараттың
жылу жүйесі ерекшеліктерін есепке алу және қолданатын
жылутасымалдағышты қысқарту арқылы жылу жүйесін кез-келген ауқымда
сандық және сапалық реттеу мүмкіндігі пайда болады.
Сорғыны қосудың негізгі жобалары 1.7 суретте берілген. Автоматты
реттелетін жобалардың пайда болуынан, бұл жобалар гидроэлеватор
жобаларын ығыстыруда. Бұл сорғылар қолдану артықшылықтарына
байланысты абонент жүйелерін реттеудің кез келген міндеттерін шешуге
мүмкіндік береді. Бұл міндеттерге орай сорғыны қондыру жерін де таңдайды.
Сорғыны су беретін және кері құбырдың тиіскен жеріне орнатады (1.7в
сурет), кірістегі судың статистикалық қысым деңгейі бұл кезде
0,05…0,1
МПа-дан кем емес, бірақ шек деңгейден жоғары емес болуы керек. Өтетін су
деңгейіне байланысты мұндай жоба экономды болып саналады, тиісінше кіші
көлемдегі сорғы және электр қуаты қолданады. Алайда сорғының мұндай
орналасуында жылу жүйесіне қысым және жылу өзгерісі әсер етеді. Жылу
жүйесінде шығыстарды тұрақтандыру клапанын қондыру арқылы бұл
өзгерістерді реттеу мүмкін. Бұл кезде де, жүйенің шеткі нүктелерінде
тұтынушыға қажетті деңгейдегі су көлемін жеткізу қиыншылықтары сақталуы
мүмкін. Жүйедегі шығыс көлемі жылу ағымы реттегіші қызметіне де
байланысты, осыған орай бұл жобаны қолданбауға ұсынылады. Аталған
кемшіліктерді сорғыны су беретін немесе кері құбырда орнату арқылы алдын
алуға болады.
Көп қолданатын жылутасымалдағыштың өзгеру жобалары 1.7г және
1.7д суреттерінде берілген. Жылу жүйесіндегі тасымалдағыштың қажетті
температура деңгейі ECL электронды реттегіші арқылы анықталады. Бұл
орайда көбінесе
жылутасымалдағышты жақсы қамтамасыз етілуіне
байланысты клапан қолданылады. Үш жүрісті араластырғыш клапаны
16
жылутасымалдағышты өткізу қабілеті бойынша таңдалынып алынады. Бұл
таңдауды тура және кері құбырлардағы жылутасымалдағыш температурасы
мен шығынының айырымы арқылы есептік жолмен жүргізеді.
Орталықтандырылған
жылумен қамтамасыз ету
жүйесінде
клапанды
шығындар деңгейіне байланысты таңдайды. Бұл таңдау үш жүрісті
араластырғыш клапанның
жылыту жүйесіндегі тұрақсыз жұмысымен
байланысты. Бұл кемшілік үш жүрісті араластырғыш клапанды кері құбырда
орналастыру арқылы жоюға болады. Жылутасымалдағыштың екі контурында
клапанды дұрыс қамтамасыз етілмеуі қажетті шығыстан ауытқуына және
жылутасымалдағышты реттеу нәтижелігінің төмендеуіне алып келуі мүмкін.
Екі жүрісті жылу ағынын реттегішті қолдану арқылы реттеудің жақсы
нәтижелеріне қол жеткізуге болады. Оны су беретін және кері құбырда
орналастырады. Жылу ағымын реттегішті көп жағдайда араластырғыш сорғы
құбырында орналастырады. Жылутасымалдағыштың жоғарғы температурасы
кезінде су беретін құбырдағы клапанды кері құбырға ауыстырғандығы жөн.
Бұл кезде клапан қолайлы жағдайларда қызмет етеді.
Жылу жүйесі қарсылығынан өту үшін жүйедегі жылу қысымының
деңгей айырмасын есепке ала отырып, 7г және 7д суреттерде көрсетілгендей
сорғыларды орнатады. Бұл арқылы қысым айырмасы орындалады.
Араластыру буынынан кейін су беретін сорғыны статистикалық қысым
кезінде орнатады, ол жылу жүйесі құбыры қысымына тең әлде одан асуы
керек, қажетті жағдайда жүйе қысымын арттыруға болады. Бұл кезде
сорғының араластырғыш қасиеті орындалады. Бұл қызмет жылу ағымын
реттегіші жоқ жүйелердегі сорғыларға тән екенін ескеру керек. Сондықтан да
бұрын, қысымды арттыру мақсатында жылу жүйесіндегі қысымның азаюы
мен жүйе басындағы қысымның деңгей айырмасына байланысты сорғыны
таңдайтын болған. Бүгінгі таңдағы реттегіші бар жүйелерде оны істен
шығаруға болады. Бұл кезде сорғы қысымы айналым үшін артық болады.
Сорғыны кері және тура құбырда да орналастыруға болады. Бұл көп
жағдайда жобалаушылар мүддесіне байланысты. Су тура құбырда сорғыны
орналастыру жүйені пайдалану барысындағы қоқыстанудың алдын алады [6].
Сорғыны кері құбырда орналастыруы жиі шеткі жүйелерде байқалатын кері
желідегі қысымның артуын алдын алып, қалыпты жұмыс үшін қолайлы
температуралық жағдайларын қамтамасыз ете алады.
Жылыту жүйесінің тәуелсіз қосылуын жергілікті жылу гидравликалық
тәртібін, яғни tг
Автор публикации
