Czytaj książkę: «Автоматизированная блочно-модульная котельная. Практическое руководство по проектированию, монтажу и пусконаладке»

Глава

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Архитектура и тепломеханическая часть (ТМ / ГСВ)

Глава 2. Электроснабжение и силовое электрооборудование (ЭОМ) Глава 3. Комплексная автоматизация и диспетчеризация (АК)

Глава 4. Слаботочные системы и безопасность (ПС, ОС, СС)

Глава 5. Организация заводской сборки и монтажа на площадке Глава 6. Пусконаладочные работы (ПНР) и ввод в эксплуатацию Заключение

Приложение А. Чек-лист пусконаладочных работ (ПНР)

Приложение Б. Сводная таблица критических уставок и алгоритмов Приложение В. Нормативная база и ссылки на СП/ГОСТ

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы В современной индустрии теплоснабжения блочно-модульные котельные (БМК) занимают лидирующие позиции. Они решают главную проблему девелоперов и промышленных предприятий — необходимость в быстром, надежном и автономном источнике тепловой энергии в условиях отсутствия или дефицита мощностей центральных сетей. БМК заводской готовности позволяют сократить сроки ввода объекта в эксплуатацию с нескольких лет до нескольких месяцев.

Однако высокая степень заводской готовности накладывает колоссальные требования к инженерным системам модуля. Проектировщик и монтажник работают в условиях жесткого дефицита пространства, необходимости обеспечения транспортной надежности (защита оборудования от вибраций и кренов при перевозке) и интеграции сложнейших систем диспетчеризации и безопасности.

Объект-прототип Настоящее руководство написано на основе полного комплекта рабочей документации (РД), разработанного для реального объекта: Индустриально-технологический парк «Синергия», Корпус 52 (Блочно-модульная водогрейная котельная заводской марки КМ-4 ВГЖ, 4,0 МВт).

Этот объект является эталонным примером современной БМК. Его особенности включают:

Транспортабельность: Котельная является «передвижной», что требует применения специфических датчиков (например, контроля угла наклона) и усиленных мер виброзащиты.Резервирование и надежность: Трехлучевая схема электроснабжения (2 ввода от энергосистемы + Дизель-генераторная установка), наличие резервного топливного хозяйства (дизельное топливо).Глубокая автоматизация: Использование связки ПЛК Siemens S7-1200 (общекотловая автоматика) и специализированных контроллеров Unomatic PR200 (котловая автоматика) с каскадным и погодозависимым регулированием.Комплексная безопасность: Интеграция систем пожарной (ПС), охранной (ОС) сигнализации, систем контроля загазованности (СН4, СО, пары ДТ) и автоматическим отключением потребителей по сценарию «Авария».

Для кого написана эта книга Книга адресована инженерам-проектировщикам (разделы ЭОМ, АК, ПС, ОС, СС), монтажникам электротехнических и слаботочных систем, инженерам пусконаладочных работ (ПНР), а также студентам профильных вузов. Мы намеренно отходим от сухого цитирования СНиП и СП, делая упор на практику: как выбрать сечение кабеля в условиях БМК, как правильно заземлить частотный преобразователь, как настроить обмен по Modbus RTU между «железом» разных вендоров и как организовать алгоритм работы АВР и системы безопасности.

ГЛАВА 1. АРХИТЕКТУРА ОБЪЕКТА, КОНЦЕПЦИЯ МОБИЛЬНОСТИ И СТРУКТУРА ИНЖЕРНЫХ СИСТЕМ

«Проектирование блочно-модульной котельной заводской готовности — это не просто компоновка оборудования в контейнере. Это создание автономного, транспортабельного организма, где каждый кабель, каждый датчик и каждый алгоритм должны выдерживать вибрации при перевозке, работать в условиях жесткого дефицита пространства и гарантировать абсолютную безопасность при наличии горючих газов и жидкостей».

1.1. Паспорт объекта и концепция «передвижной» котельной

Объектом, на базе которого написано данное руководство, является автоматизированная блочно-модульная водогрейная котельная заводской марки КМ-4 ВГЖ тепловой мощностью 4,0 МВт, расположенная на территории Индустриально-технологического парка «Синергия» (Корпус 52, Форт Сталин).

Ключевая особенность данного проекта, кардинально влияющая на все инженерные решения (от выбора датчиков до трассировки кабелей), — статус «передвижная котельная». Модуль предназначен для периодической транспортировки автомобильным транспортом и установки на подготовленные фундаменты в различных точках промпарка.

Это накладывает критические требования на системы автоматизации и электроснабжения:

1. Контроль пространственного положения. При транспортировке или установке на нестабильный грунт модуль может получить крен. Завоздушивание котлового контура или крен бака запаса теплоносителя (пропиленгликоля) могут привести к «сухому ходу» насосов и аварийному останову. Для решения этой задачи в разделе АК (лист 1.1) применен двухосевой датчик угла наклона D3300 (поз. Z1.100), передающий сигнал 4-20 мА и по RS-485 в шкаф управления котельной (ШУК).2. Виброустойчивость монтажных узлов. Все датчики давления (ОВЕН ПД100) и температуры (ДТС035М) монтируются не напрямую в трубопроводы, а через приварные бобышки, шаровые краны и петлевые трубки, с использованием защитных гильз. Кабельные трассы фиксируются в армированной гофрированной трубе и лотках DKC с шагом опор не более 1,5 метра.3. Двухвидовое топливо. Котельная работает на природном газе (основное) и дизельном топливе (резервное). Наличие бака ДТ и насосной группы требует применения специализированных газоанализаторов паров (СИГМА-03М.Д2) и взрывозащищенного/искробезопасного исполнения слаботочных цепей.

[Здесь необходимо вставить Рис. 1.1. Структурная схема КТС САУ ПКУ (Лист 1.1 из раздела 26-05-АК)]

1.2. Архитектура электроснабжения и логика АВР

Согласно «Общим данным» раздела ЭОМ, электроснабжение котельной осуществляется от сети 380/220В, 50 Гц с системой заземления TN-C-S. По степени надежности электроприемники отнесены к II категории.

Для обеспечения бесперебойной работы сетевых насосов (37 кВт) и систем безопасности (ПЭСПЗ), проектом предусмотрена трехлучевая схема питания:

Ввод 1 и Ввод 2 — рабочие, от внешней энергосистемы.Ввод 3 — резервный, от Дизель-Генераторной Установки (ДГУ).

Логика работы Автоматического Ввода Резерва (АВР): В нормальном режиме работают оба ввода от энергосистемы, секционный выключатель (QF03) разомкнут. При пропадании напряжения на рабочем вводе срабатывает АВР на базе устройства КЭАЗ OptiSave H-243-УЗ, и секционный выключатель замыкается. Особенность проекта: Переход на питание от ДГУ (Ввод 3) и обратно осуществляется с возможностью ручного подтверждения. Это сделано намеренно: тяжелые асинхронные двигатели сетевых насосов (М3, М4), подключенные через частотные преобразователи Veda VF-101-P37K, при жестком автоматическом переходе «на лету» могут вызвать провал напряжения и срабатывание защит ПЧ.

Расчетная электрическая мощность котельной составляет Рр = 67 кВт (расчетный ток Iр = 112 А). Учет электроэнергии организован в шкафу ВРУ с помощью трансформаторных счетчиков СЭТ-4ТМ.03МТ.13 (класс точности 0.5S, интерфейсы RS-485), которые интегрируются в АСКУЭ Заказчика через шлюзы MOXA.

[Здесь необходимо вставить Рис. 1.2. Однолинейная схема электрической сети шкафа ВРУ (Лист 2.1 из 26-05-ЭОМ)]

1.2.1. Панель противопожарных устройств (ПЭСПЗ)

Особое внимание в ЭОМ уделено питанию систем безопасности. Панель ПЭСПЗ (окрашенная в красный цвет RAL 3020) запитана по трем вводам с собственным АВР на контакторах Dekraft. Она обеспечивает резервированное питание шкафов ПС, ОС, аварийного освещения и СОУЭ. В ВРУ предусмотрена «Отключаемая шина» (через контактор KM100 40А). При поступлении «сухого контакта» «Пожар» от системы ПС, эта шина мгновенно обесточивает тепловые пушки, электрообогрев дренажей дымовых труб и вентиляцию, предотвращая распространение огня и задымление.

1.3. Трехуровневая структура систем автоматизации (АСУ ТП)

Раздел АК описывает высокоинтеллектуальную систему управления, построенную по классическому трехуровневому принципу, что позволяет разделить задачи локального регулирования и глобальной диспетчеризации.

1. Полевой уровень: Датчики НПО ОВЕН (ПД100, ДТС035М, ПД100И-ДГ), Росма, КИПА, а также частотные преобразователи Veda и контроллеры горелок. 2. Уровень локальных контроллеров:

Шкафы котловой автоматики (ШК1, ШК2): Построены на базе контроллеров Unomatic PR200. ШК1 является «ведущим» — в нем реализован главный каскадный и погодозависимый регулятор, а также приоритетный антиконденсатный режим (поддержание температуры обратки выше точки росы для защиты котла от коррозии).Шкаф управления котельной (ШУК): «Мозг» объекта. Построен на ПЛК Siemens SIMATIC S7-1200 (CPU 1214C DC/DC/Relay). Отвечает за общекотловую логику, управление насосами через Modbus RTU, обработку аварийных сигналов от ПС/ОС/СЗС и формирование команд на отключение газового клапана YA1. 3. Уровень диспетчеризации и визуализации: Панель оператора Weintek cMT1106X (10.1") в дверце ШУК. Промышленный коммутатор Moxa EDS-208A и шлюзы MOXA MGate MB3280 (преобразование Modbus RTU в TCP) и NPort 5130.

Сетевая топология и кибербезопасность: Передача данных на диспетчерский пункт ОЭЗ «Алабуга» и АРМ дежурного (SCADA WinCC 7.3) осуществляется по резервированной оптоволоконной линии (ВОЛС). В проекте предусмотрен контур ДМЗ (сегмент передачи данных Заказчика), что исключает возможность несанкционированного доступа из корпоративной сети парка в критические контроллеры Siemens и Unomatic.

[Здесь необходимо вставить Рис. 1.3. Схема автоматизации общекотельная (Лист 2.1 из 26-05-АК)]

1.4. Комплексная безопасность: Интеграция ПС, ОС и СЗС

Котельный зал является помещением с повышенной опасностью. Системы пожарной (ПС) и охранной (ОС) сигнализации, а также система контроля загазованности (СЗС) работают не изолированно, а в жесткой связке с технологическим процессом.

1.4.1. Пожарная сигнализация и СОУЭ (Раздел ПС)

Система построена на адресном оборудовании НВП «Болид» (С2000М исп.01, С2000-КДЛ-2И исп.01).

Алгоритмы принятия решения: Для ручных извещателей (ИПР 513-3АМ) используется Алгоритм А (немедленная реакция). Для дымовых извещателей (ДИП-34А-03) — Алгоритм В (повторное срабатывание в другой зоне или подтверждение), что защищает от ложных срабатываний из-за вибрации или пыли.Акустический расчет СОУЭ: В проекте приведен строгий расчет звукового давления. Оповещатели С2000-ОПЗ размещены так, чтобы обеспечить уровень звука не менее 75 дБА (но не более 120 дБА) в любой точке. Снижение уровня сигнала рассчитывается по формуле: r=10log(1/L2)r=10log(1/L2), где LL — расстояние от оповещателя.Кабельные линии: Все цепи ДПЛС и питания 24В выполняются исключительно огнестойким кабелем КПСЭнг(А)-FRHF в кабельной линии ОКЛ «СПЕЦКАБЛАЙН-КиТ-ГФ16» (z-профиль + гофротруба d=16мм).

1.4.2. Контроль загазованности (СЗС)

В котельной реализован трехуровневый контроль утечек:

1. Метан (СН4): Датчик БД1 сигнализатора СТГ-1-2 устанавливается в верхней точке под потолком (так как метан легче воздуха). Порог срабатывания — 10% НКПР.2. Угарный газ (СО): Датчик БД2 (СТГ-1-2) устанавливается на стене у входа на уровне дыхания (~1,5 м). Пороги: 20 мг/м³ (предупреждение) и 100 мг/м³ (авария).3. Пары дизельного топлива (ДТ): Газоанализатор СИГМА-03М.ИПК с датчиком Сигма-03М.Д2 (IP65) контролирует зону бака ДТ и насоса М7. Пороги: 10% и 20% НКПР.

Алгоритм Safety Interlock (Аварийная остановка): При срабатывании любого порога СЗС или сигнала «Пожар» от ШПС, ПЛК Siemens (ШУК) выполняет следующую последовательность:

1. Закрывает главный электромагнитный газовый клапан YA1 на вводе в котельную.2. Отключает приточную и вытяжную вентиляцию (П1.1, П1.2).3. Блокирует розжиг горелок и выдает сигнал на свето-звуковые табло «ЗАГАЗОВАННОСТЬ» (СИРИУС ОП-М-СЗ-220) над входами в модуль.

[Здесь необходимо вставить Рис. 1.4. План расположения оборудования ПС и ОС (Лист 4 и 5 из 26-05-ПС / 26-05-ОС)]

1.5. Сети связи и бесперебойное питание (Раздел СС)

Для агрегации трафика от ШУК, ШПС и ШОС в проекте предусмотрен компактный телекоммуникационный шкаф ШСС (ЩМП-2.3.1-0 У2 IP54, 250х300х150 мм).

Активное оборудование: Управляемый коммутатор Dahua DH-HS4408-4ET-96 (4 порта 100 Мбит/с + 4 порта PoE + 4 слота SFP).Оптическая кроссистема: ШКОН-РМ/1-12SC ССД с адаптерами SC-SC для коммутации ВОЛС.Расчет ИБП: Коммутатор Dahua потребляет 96 Вт. С учетом коэффициента запаса 15% (110 Вт) и требования обеспечения 1 часа автономной работы, в ШСС установлен блок бесперебойного питания FARADAY UPS 300W/48V/DIN с батарейным модулем HR 12-34W (12В, 9Ач).