Файл: Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства.pdf

отмечалось выше, эта часть общей системы АСУ—АСУТП действует на нижнем уровне иерархии управления, т. е.

непосредственно на инженерных объектах и сооружениях

коммунальных хозяйств, и именно здесь и происходит ее стыковка с системой административно-хозяйственного пла­ нирования и управления производством — АСУП. Разра­ ботка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в коммунальных хозяйствах, имеющих весьма разнообразные и сложные инженерные сооружения и объекты, создают материальную основу про­

грессивности и эффективности функционирования АСУ

в целом. Именно широко разветвленная сеть автоматизи­ рованных технологических объектов коммунальных хо­

зяйств наряду с научной организацией производства по от­

раслям и действенная система административно-хозяйст­ венного планирования и управления в комплексе и откры­ вают дополнительные пути и возможности совершенствова­

ния управления производствами и планово-экономическими работами, создают условия для роста производительности труда и повышения эффективности функционирования всей

системы в целом. При правильном и оптимальном решении

весьма емких и нередко сложных задач автоматизации тех­ нологических процессов на объектах и промышленных соо­ ружениях коммунальных хозяйств, создании АСУТП, где,

собственно говоря, и формируется исходная информация о параметрах и состоянии хода технологических процессов, эффективность реализации вопросов автоматизированного управления всей системой в целом резко повышается.

Проанализируем вопросы, связанные с созданием АСУТП в гидрогазодинамическом комплексе коммунального хозяй­ ства города, объединяющего подсистемы тепло-, газо- и во­ доснабжения, и их нормального функционирования. Сле­ дует сразу отметить, что автоматизированная система управления технологическими процессами действует на уровне районных насосных перекачивающих станций (РНПС), газорегуляторных пунктов (ГРП) и на уровне ис­ точников питания — теплоцентралей, водоочистных, водо­

напорных (ВИС) и газорегуляторных (ГРС) станций. Она решает задачу как локального автоматического регулиро­ вания и управления, так и комплексного автоматизирован­ ного управления технологических процессов в оптимальных режимах. Последнее достигается обязательным условием включения в процессы управления средств связи оргтехни­ ки и электронно-вычислительных машин. Разработку и

42

внедрение АСУТП необходимо вести с учетом того, что она является органической частью общей системы АСУ отрас­

лей коммунального хозяйства. Необходимость ее функцио­

нирования предусматривают как при проектировании и

строительстве объектов, так и при их эксплуатации и воз­

можной реконструкции, а также при разработке аппаратуры

и средств автоматизации и автоматизированного управ­

ления.

Большие задачи в области развития АСУТП, и в первую

очередь комплексная автоматизация технологических объек­

тов транспортирования горячей и холодной воды и газа по

трубопроводам и их объектов, распределение этих агентов

по потребителям, автоматизация технологических устано­ вок источников питания систем, подсобно-вспомогательных производств и ремонтных служб и т. п., должны решаться

наряду с внедрением новой техники и улучшением техноло­

гии и организации производства на базе широкого исполь­

зования достижений автоматики, телемеханики и вычисли­

тельной техники. Только при наличии эффективной АСУТП

работа всей автоматизированной системы управления будет

рациональной и оптимальной, так как возможность полной автоматизации процессов в гидрогазодинамическом ком­ плексе коммунального хозяйства способствует наибольшему росту производительности труда в этих объектах. Автома­ тизация, телемеханизация объектов трубопроводных систем

и внедрение вычислительной техники значительно облег­

чаются в связи с естественными преимуществами этих ком­

плексов: непрерывность технологических процессов транс­ портирования агентов, независимость их от состояния по­

годы и метеорологических условий, отсутствие встречных

потокодвижений, пересечений и т. п.

Трубопроводы, технологические процессы в которых протекают в режимах «из насоса в насос» или «из регулято­ ра в регулятор», представляют собой единые гидравлические

системы на всей протяженности. Следовательно, решение

вопросов об автоматическом регулировании и управлении давлениями и расходами в узловых точках систем будет

основной задачей АСУТП. Технологические параметры

трубопроводных систем обычно выбирают (расходы, рабочие

давления, количество насосных и газорегуляторных стан­ ций, температуры трайЬпортируемых агентов и т. д.) исходя

из требований обеспечения потребителей с минимальными

затратами энергетических, материальных и трудовых ре­ сурсов, При этом оснащение объектов трубопроводных си­

43

стем выбирают и осуществляют с учетом выполнения усло­

вий их надежной работы в течение всего амортизационного

периода. Здесь должна предусматриваться возможная кон­ центрация технологического оборудования и средств авто­

матизации, но с учетом эксплуатации их без постоянного

обслуживающего персонала. Особое внимание уделяют во­ просам автоматизации устройств защиты объектов от почвен­ ной коррозии и блуждающих токов.

В этих условиях АСУТП должно обеспечить в первую

очередь экономичную работу насосных агрегатов и регули­

рующей аппаратуры при требуемой производительности тру­

бопроводных систем с соблюдением экономичности и вспо­ могательных операций. На насосных станциях, независимо от схем технологической обвязки и установленного обору­ дования, должны предусматриваться контроль, сигнализа­ ция, автоматическое регулирование параметров основного технологического процесса перекачки агента, программное

и централизованное управление работой насосных агрегатов,

внедрение средств защитной автоматики, устройств включе­

ния резервных агрегатов при отказах основных с телемеха­

ническими обобщенными сигналами в центральные диспет­

черские органы об аварийной ситуации. Кроме того, пре­

дусматривается защита, перекрывающая транспортируемый

поток при прорывах трубопроводов. Станции оборудуются автоматическими устройствами для самозапуска после кратковременного отключения агрегатов. Все вспомогатель­ ные устройства насосных станций должны быть оснащены

аппаратурой автоматического контроля, регулирования

и управления по заданным параметрам, а также устройст­ вами пожарной сигнализации и пожаротушения. Подсоб­ ные сооружения и объекты также следует оснащать средст­ вами контроля, регулирования и управления основных параметров протекающих здесь процессов.

Аналогичные моменты наблюдаются и на ГРП и ГРС

в системах газоснабжения, которые можно рассматривать

так же, как подсистемы АСУТП. Здесь нужные технологи­ ческие режимы поддерживаются регулированием дроссе­ лирования потока газа. Это один из легко осуществимых

способов автоматического регулирования в трубопроводных

системах, работающих в подпорном режиме. Все известные

дроссельные регулирующие органы отличаются слабым

дросселирующим действием в положениях, близких "к от­ крытым, и резким возрастанием эффекта дросселирования по мере приближения к закрытому положению, При выборе

44

большой скорости ошибка в регулировании сводится к ми­ нимуму, но в результате запаздывания в переключении

исполнительного усилителя система теряет устойчивость

в зоне глубокого дросселирования. Указанные недостатки устраняют применением в системе регулирования произво­ дительности ГРП и ГРС специальных регулирующих устройств. Что же представляют собой эти устройства ло­ кальной автоматики?

Рис. 9. Принципиальная схема системы автоматического ре­ гулирования

Регулятор, воспринимая отклонение регулируемых па­ раметров от заданных значений, т. е. отзываясь на наруше­

ние стационарного режима регулируемого объекта, при­ водит в действие регулирующий орган и тем самым вновь

восстанавливает равновесие режима. Таким образом, регу­

лятор и регулируемый объект представляют собой еди­ ную систему автоматического регулирования (рис. 9). Регу­ лятор имеет чувствительный элемент, или, как его иначе называют, измерительный орган, измеряющий и фикси­ рующий отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

Задание на регулятор устанавливается задающим устрой­

ством-задатчиком. Если перестановочное усилие, развивае­

мое чувствительным элементом регулятора, достаточно вели­

ко, то измерительный орган самостоятельно осуществляет

функции управления регулирующим органом, воздейст­

вующим на процесс. Регуляторы такого типа называются регуляторами прямого действия. В случае недостаточных

усилий или других требований, предъявляемых к процес­

су регулирования (высокая чувствительность регулятора, точность регулирования, быстродействие и т, п.), между

45

чувствительным элементом и регулирующим органом уста­ навливают усилитель. В этих схемах измерительный орган выполняет и роль управляющего— командного устройства. Измеритель управляет усилителем, в котором за счет по­ стороннего воздействия вспомогательного источника энер­ гии создается усилие, управляющее регулирующим орга­ ном. В зависимости от вида вспомогательного источника

энергии усилители могут быть пневматическими, гидравли­

ческими, электрическими, механическими или комбини­

рованными. В связи с тем, что у чувствительного элемента

регулятора при этих схемах отпадает функция непосред­

ственного силового воздействия на регулирующий орган,

измеритель может быть изготовлен с небольшой массой

подвижных частей. Этим самым резко повышается чувстви­

тельность системы и увеличивается область применения ре­ гулятора. Регуляторы, содержащие в себе усилители, назы­

ваются регуляторами непрямого действия. Регулятор такого

типа, обладая заметными преимуществами перед регулято­

рами прямого действия, находит все большее применение

в различных отраслях коммунальных хозяйств.

Исполнительные органы регуляторов, также называемые

исполнительными механизмами, служат для непосредствен­

ного привода регулирующих органов. В качестве таковых

часто используют электрические, механические, гидравли­

ческие или пневматические приводы. Регулирующие органы регуляторов являются элементами, посредством которых

поддерживаются требуемые режимы регулируемых процес­

сов. К примеру, в схемах газораспределения при измене­ нии потребления газа в отдельных частях системы регули­ рующие органы регуляторов, меняя свое положение, восста­ навливают нарушенное равновесие между подачей и расхо­ дом газа.

Существуют и такие схемы автоматических регуляторов,

в которых каждый из рассмотренных элементов в свою оче­

редь состоит из ряда последовательно или параллельно соединенных между собой звеньев, деталей, узлов и уст­ ройств. Каждое звено характеризуется входным и выходным

импульсами (координатой). Обычно выходной импульс

предыдущего звена является входным для последующего.

Примеры таких связей между звеньями показаны на рис. 10,

где X обозначены входные или выходные импульсы соот­

ветствующего звена или группы звеньев. Применяют тар£- же и более сложные схемы связей между отдельными звеньями,

46

В практике газоснабжения городов и населенных пунк­ тов применяют целый ряд регуляторов, отличающихся друг От друга конструктивными особенностями и различ­ ными типами регулирующих органов. Встречаются регуля­ торы, в которых клапаны сочетаются с мембранно-измери­ тельными органами непосредственно или путем рычажной

передачи. В зависимости от требуемой производительности

системы газоснабжения используют как односедельные, так

идвухседельные клапаны, а в зависимости от состава газа

иусловий эксплуатации применяют как мягкие, так и жест­

кие золотники дроссельных клапанов. Диаметр мембраны

Рис. 10. Последовательное и параллельное соединение звеньев автоматического регулятора

подбирают таким, чтобы измеряемое давление было доста­ точно для преодоления сил, действующих на измерительные элементы, обусловленные массой груза и давлением со сто­ роны подачи на золотник клапана.

Регуляторы ГРП и ГРС принято располагать на газо­ проводах после входной задвижки, фильтра и предохрани­

тельного запорного клапана. После регулятора следует

обязательно устанавливать выходную задвижку. Аппарату^

ра и арматура должны быть расположены так, чтобы были

обеспечены удобства для обслуживания и возможного ре­

монта. В городах для газорегуляторных пунктов обычно строят специальные наземные помещения. Наряду с этим

47

используют и подземные ГРП. Местные регуляторные уста­ новки монтируют непосредственно на территории потреби­

телей газа (цех, котельная и т. п.). Домовые регуляторы

с арматурой часто устанавливают в специальных шкафах, закрепленных на наружных стенках зданий. Во. всех слу­ чаях установки регулирующей аппаратуры должны быть

обеспечены условия для бесперебойной и безопасной ее

работы. Помещения, где устанавливают эту аппаратуру,

должны вентилироваться, так как всегда неизбежна-утечка

газа через неплотности в соединениях, фланцах и т. п.

Приборы электроосвещения и питания, применяемые в

помещении регуляторного пункта, должны быть только

взрывобезопасного исполнения. Для обеспечения надеж­

ности и безопасности работы газопроводов на случай ава­ рийных повышений давлений на ГРП дополнительно уста­

навливают предохранительные (сбросные) клапаны. Ана­ логичные предохранительные устройства устанавливают на местных и домовых регуляторных установках. В заклю­

чение следует отметить, что в большинстве городов Совет­

ского Союза подачу газа к бытовым и различным мелким

потребителям осуществляют от сетей низкого давления че­

рез регуляторы, устанавливаемые на районных ГРП. По­

этому, не останавливаясь на преимуществах и недостатках

установки у потребителей индивидуальных регуляторов-

стабилизаторов, которые, конечно, сводят колебания давле­

ний у потребителей к минимуму, отметим, что ввиду их высо­ кой стоимости и больших капиталовложений, связанных

с внедрением, они широкого распространения не получили.

Поэтому в дальнейшем необходимо стремиться к снижению себестоимости этих регуляторов. Технико-экономические расчеты показывают, что установка квартирных регулято­ ров-стабилизаторов давления экономически выгодна только в районах малоэтажной застройки усадебного типа с невы­ сокой плотностью населения.

Для проведения технологических операций арматуру

линейных частей трубопроводов оснащают средствами авто­ матического дистанционного управления и сигнализации на районный диспетчерский пункт (РДП) с районным ин­

формационно-вычислительным центром (РИВЦ), дистан­

ционными сигнализаторами аварийных повреждений.

Станции катодной защиты должны автоматически обеспе­

чивать необходимый защитный потенциал на защищаемом

участке трубопровода с телеизмерением тока нагрузки. В связи с проблемой автоматического управления станциями

48