Системы автоматизации (АСУ ТП) для градирен

В современном мире автоматизации существует множество экономически эффективных решений, которые позволяют использовать передовое управление. Если рассматривать промышленность, то в ней есть много систем, которые можно автоматизировать для улучшения управления процессами. Одной из таких систем, присутствующих в промышленности, является градирня. Она выполняет функцию охлаждения воды являющейся теплоносителем для систем замкнутого оборотного водоснабжения.

Поскольку градирня как правило располагается в удаленном месте по отношению к основному производству, контролировать параметры ее работы удаленно очень сложно. Существуют некоторые параметры градирни, которые должны непрерывно контролироваться. Ручной мониторинг этого оборудования неэффективен, так как безостановочная работа градирни необходима, а ее отказ может приводить к аварийным островкам основного производственного водоохлаждаемого оборудования. Данная статья посвящена автоматизации работы градирен на базе ПЛК и управлению вентиляторами с применением преобразователей частоты.

Как работает мокрая вентиляторная градирня?

Градирня отводит тепло от воды путем испарения. В мокрой испарительной градирне небольшой части охлаждаемой воды позволяют испариться в движущийся поток воздуха, чтобы обеспечить значительное охлаждение остальной части этого водяного потока. Мокрые испарительные градирни являются относительно недорогим и надежным средством отвода низкопотенциального тепла от технологического процесса. Подача воздуха в градирню выполняется принудительно, за счет вращения нагнетательного или осевого вентилятора с электрическим приводом.

Зачем использовать частотно-регулируемый привод для вентиляторов градирни?

Преобразователь частоты для электродвигателей привода вентиляторов градирни — это современное и энергоэффективное решение, используемое для управления скоростью вращения двигателей вентиляторов градирни в зависимости от фактической потребности в охлаждении (регулирование расхода воздуха, подаваемого для охлаждения). Оптимизация скорости вращения вентиляторов позволяет предприятиям значительно снизить годовое энергопотребление, улучшить контроль температуры и продлить срок службы механических компонентов.

Компания ООО «ИНСПРО» - надежный партнер, предлагающий высокопроизводительные шкафы автоматизированного электропривода с частотным регулированием, разработанные специально для вентиляторов градирен и комплексные решения по автоматизации на базе ПЛК.

Номинально вентиляторы градирни работают с постоянной скоростью, что приводит к потерям энергии при частичной нагрузке. Преобразователь частоты обеспечивает точное регулирование скорости вращения двигателя, согласовывая мощность вентилятора с потребностями в охлаждении в режиме реального времени.

Основные преимущества применения ЧРП для вентиляторов градирни

1. Значительная экономия энергии за счет снижения скорости вращения вентилятора в периоды низкой нагрузки и снижения температуры окружающего воздуха.
2. Снижение годовых затрат на электроэнергию.
3. Снижение испарения и водопотребления.
4. Плавный пуск и остановка для снижения механической нагрузки на компоненты.
5. Точное поддержание температуры технологического охлаждаемого процесса.
6. Снижение затрат на техническое обслуживание и увеличение срока службы механического оборудования.

Как частотно-регулируемые приводы (ЧРП) повышают эффективность градирни?

Мощность, потребляемая двигателем вентилятора, пропорциональна кубу его скорости вращения. Даже небольшое снижение скорости приводит к существенной экономии электроэнергии. Использование ЧРП для привода вентиляторов градирни работу на достаточной скорости, а не на постоянно полной мощности. Установка частотно-регулируемого привода (ЧРП) для вентиляторов градирни - рациональное вложение средств на этапе строительства или модернизации градирни.

Основные функции ПЛК для АСУ ТП градирен

ПЛК обрабатывает сигналы от датчиков, контролирует и регулирует параметры работы оборудования по заданным алгоритмам, а также обеспечивает удалённый мониторинг и защиту оборудования в случае первышения уставок предельных значений вибрации, температуры, давления и пр. Ниже описаны основные алгоритмы автоматизации, которые реализуются в разработке программного обеспечения ПЛК для градирни:

1. Контроль температуры охлажденной воды
   
   

   Подражание заданной уставки температуры охлажденной оборотной воды. ПЛК непрерывно считывает показания датчиков температуры на выходе из градирни и сравнивает их с заданной уставкой. В зависимости от отклонений контроллер изменяет частоту вращения вентиляторов через преобразователи частоты (ЧРП). При росте температуры частотник автоматически добавляет скорость, а при снижении — снижает, предотвращая переохлаждение и экономя электроэнергию. При значительных отклонениях предусматривается каскадно-ступенчатое включение/отключение вентиляторов, что актуально для секционных градирен.

2. Реверс вентиляторов
   
   

   В холодное время года необходимо контролировать и предотвращать обледенение конструкций оборудования. Функция реверса позволяет запустить вентилятор секции градирни в обратное вращение на пониженной частоте, для подачи нагретого потока воздуха через воздухозаборные окна. Запуск осуществляется вручную или автоматически по преднастроенному алгоритму при отрицательной температуре наружного воздуха.

3. Контроль температуры обмоток электродвигателей
   
   

   Каждый электродвигатель оснащается термодатчиками (встроенными PTC или Pt100). ПЛК отслеживает их сопротивление. При превышении порогового значения система выдаёт предупредительную сигнализацию, регистрирует событие и, при дальнейшем росте температуры, отключает двигатель. На панели оператора отображается сообщение с указанием остановленного по перегреву двигателя.

4. Контроль вибрации вентиляторов
   
   

   Вибрация является индикатором необходимости проведения сервисного обслуживания, дисбаланса вентилятора градирни, износа подшипников или ослабления креплений. ПЛК принимает сигналы от вибродатчиков, установленных на каждой секции, и сравнивает их с двумя уставками: H (предупреждение оператору) и HH (останов по превышению вибрации).

5. Защита электродвигателей по току
   
   

   По аналогии с вибрацией: при превышении уставки тока H — предупредительное сообщение оператору, при HH — отключение. Функция предотвращает повреждение оборудования при возникновении внештатных ситуаций. Ток основной показатель загрузки двигателя и косвенный признак проблем в механической части или питающей сети.

6. Поддержание уровня воды в резервуаре градирни
   
   

   Испарение в мокрой градирне приводит к потерям части оборотной воды, поэтому необходим непрерывный контроль уровня в сборном резервуаре перед насосной станцией оборотного водоснабжения. ПЛК получает данные от датчиков уровня (поплавковых, гидростатических или ультразвуковых) и управляет электромагнитным клапаном подпитки. При снижении до нижней отметки — клапан подпитки открывается, при достижении высокого уровня — клапан на трубопроводе подпитки закрывается. Также контролируется аварийный перелив и критически низкий уровень воды в резервуаре градирни (для защиты циркуляционных насосов от работы «всухую»). Все значения выводятся на панель оператора.

7. Контроль качества воды и управление продувкой
   
   

   В оборотных системах вода постепенно насыщается солями и примесями. Для предотвращения чрезмерного повышения солесодержания, ПЛК управляет узлом продувки, то есть принудительным сбросом части оборотной воды в ПЛК. АСУ ТП поддерживает заданную электропроводность (как показатель солесодержания) путём изменения положения затвора на линии сброса воды в ПЛК. Восполнение потерь воды выполняется за счет подпитки системы – описанной выше функции поддержания уровня воды в резервуаре градирни.

Типовые области внедрения АСУ ТП

Системы автоматизации востребованы не только для градирен водооборотных циклов. Перечень компетенций ООО ИНСПРО»:

1. АСУ ТП водооборотных циклов (ВОЦ) и градирен – управление вентиляторами, задвижками, насосами, поддержание уровня и температуры и др.
2. Автоматизация насосных станций (пожаротушение, хозяйственно-питьевое водоснабжение, карьерный водоотлив) – регулируемый и нерегулируемый привод, диспетчеризация.
3. Судовые системы – автоматизация, вентиляции, шкафы автоматизации насосов, сепарации, контроль агрегатов.
4. Промышленное оборудование подъёма и перемещения грузов – автоматизация крана, конвейера, лифтового оборудования.
5. Автоматизация производства, технологических линий – дозирование сырья, поддержание температуры в реакторах, управление конвейерами, фасовочное оборудование и др.
6. Системы вентиляции и кондиционирования (холодоцентры) (HVAC) – энергоэффективное управление вентиляторами, заслонками, калориферами.
7. Диспетчеризация, SCADA, MES.

В каждом случае подход к решению задач разработки и реализации АСУТП индивидуален, но базовый сценарий работы включает: обследование → проект → подбор компонентов (российских или импортных) → сборка шкафов автоматики → разработка ПО для ПЛК и ПУ → монтаж → ПНР → ввод в эксплуатацию.

Компания ООО «ИНСПРО» имеет все необходимые ресурсы и компетенции для реализации задач по разработке и поставке автоматизации технологических процессов и производств, имеет собственные производственные площади для сборки НКУ, штат программистов ПЛК и SCADA, опыт пуско-наладки, выполнения работ «под ключ» – от разработки АСУ ТП до сдачи в эксплуатацию и обучения персонала.