Раздел АТМ. Котельная с двумя котлами

Коммуникационные протоколы

Автоматизация на базе микроконтроллеров сводит к минимуму использование в функциональной схеме релейных коммутаций и контрольных электролиний. Для связи верхнего и нижнего уровней АСУ, передачи информации между датчиками и контроллерами, для трансляции команд на исполнительные устройства используют промышленную сеть с определенным интерфейсом и протоколом передачи данных. Наибольшее распространение получили стандарты Modbus и Profibus. Они совместимы с основной массой оборудования, используемого для автоматизации объектов теплоснабжения. Отличаются высокими показателями достоверности передачи информации, простыми и понятными принципами функционирования.

Уровни автоматизации

Степень автоматики котла задается при проектировании котельной или при капитальном ремонте/замене оборудования. Может лежать в диапазоне от ручного регулирования по показаниям контрольно-измерительных приборов до полностью автоматического управления по погодозависимым алгоритмам. Уровень автоматизации в первую очередь определяется назначением, мощностью и функциональными особенностями эксплуатации оборудования.

Современная автоматизация работы котельной подразумевает комплексный подход — подсистемы контроля и регулирования отдельных технологических процессов объединяются в единую сеть с функционально-групповым управлением.

Требования к помещениям с твердотопливным котлом

К помещениям, в которых устанавливаются котлы, нормативными документами выдвигается ряд требований в зависимости от типа котлов. Котлы, работающие на твердом топливе, мощностью от 30 кВт можно устанавливать только в специально оборудованных для них помещениях. Котельная должна находится по центру относительно помещений, которые обогреваются, на одном с ними уровне или в подвальном помещении, что позволит использовать выработанное тепло с максимальной эффективностью, а на поддержку циркуляции уйдет минимум энергии. Топливо нельзя хранить непосредственно в котельной, обычно оно храниться в соседнем помещении. Исключением являются случаи, когда используются котлы небольшой мощности до 30 кВт, тогда запас топлива можно держать и в самой котельной в ящиках на расстоянии не меньше 1 м от котла. Поскольку твердое топливо в отличие от газа приходится заготавливать самостоятельно, желательно сделать это один раз на весь отопительный сезон, а для этого необходимо иметь достаточную площадь для его хранения, что нужно учесть при выборе помещения.

Котел должен устанавливаться не на пол, а на фундамент или основание, выполненное из негорючих материалов. Поверхность основания или фундамента должна быть строго горизонтальная и выходить за пределы котла на 0,1 м по бокам и сзади и на 0,3 м спереди. Для котлов с мощностью до 30 кВт пол может быть выполнен из горючих материалов, например из дерева, но тогда вокруг них должен крепиться стальной лист толщиной 0,7 мм, который выходит за пределы котлов на 0,6 м со всех сторон. Под котлами пол, фундамент или основа обязательно должны быть негорючими.

Стены, перегородки и перекрытия котельной должны иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч. При расположении котельной над жилыми помещениями ее пол, места прохода труб через отверстия в полу, дверные пороги, а также стены на высоте 10 см должны быть защищены гидроизоляционным материалом. Обязательным условием при выборе помещения для котельной является наличие достаточного природного освещения (не менее 0,03 м2 на 1 м3). Высота помещения котельной не должна быть менее 2,5 м. Площадь котельной должна обеспечивать доступ ко всем элементам системы с целью их осмотра или ремонта. Минимальные расстояния между котлом и стенами (перегородками) должны быть 1 м с фронтальной стороны и 0,6 м со всех остальных. Минимальный объем котельной зависит от мощности используемого котла: для котла мощностью до 30 кВт – 7,5 м3, мощностью от 30 до 60 кВт – 13,5 м3, мощностью от 60 до 200 кВт – 15 м3.

Вентиляция помещения котельной

Для нормальной работы котла помещение котельной должно иметь систему вентиляции, не только вытяжной, но и приточной. В качестве приточного канала используется отверстие площадью от 200 мм2, а в качестве вытяжки – вентиляционный канал сечением 14х14 см, вход которого расположен под потолком (для котлов мощностью до 30 кВт). Входное отверстие вытяжки по площади должно быть таким же, как и сечение вентиляционного канала. Само отверстие обычно закрывается решеткой. Как приточный так и вытяжной каналы не должны иметь какие-то заслонки – они всегда должны быть открытыми и желательно чистыми. При использовании более мощных котлов (от 30 кВт и выше) вентиляционные отверстия должны иметь сечение не меньше 20х20 см и не меньше половины сечения дымохода.

Отверстие приточного канала лучше всего сделать за котлом, его высота над уровнем пола не должна быть меньше 1 м. В качестве приточного канала можно также использовать воздуховод аналогичного сечения. При использовании воздуховода допускается наличие заслонки, регулирующей воздушный поток, но она не должна перекрывать канал более чем на 80%.

Все вентиляционные каналы выполняются из негорючих материалов. Нельзя устанавливать систему принудительной вытяжной вентиляции, если дымоход с естественной тягой.

Канализация

Для слива излишков воды при ее перегревании котельная должна оборудоваться системой канализации, соединенной с канализацией дома напольным трапом. Если по каким-то причинам этого сделать нельзя, в котельной оборудуется колодец с ручным насосом. При перегреве вода будет скапливаться в нем, а с помощью насоса откачиваться. Для подачи воды в котел система оборудуется заборным клапаном, перед которым обычно монтируется еще и обратный клапан. К системе ХВС котел подключается гибким шлангом.

Автоматизация котельного оборудования

Современный рынок широко представлен как отдельными приборами и устройствами, так и комплектами автоматики отечественного и импортного производства для паровых и водогрейных котлов. К средствам автоматизации относят:

оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
исполнительные устройства (электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.

При выборе технических средств управления и контроля наиболее пристальное внимание следует уделить автоматике безопасности, исключающей возникновение нештатных и аварийных ситуаций

Какой площади должно быть помещение

В деревянном доме котлы устанавливают на расстоянии 40 см от стен

Размеры котельной в частном доме для газового котла регламентирует СНиП. Обусловлены параметры мощностью оборудования.

Правила следующие:

При мощности до 30 кВт для обустройства агрегата на газ требуется 7,5 м². Высота комнаты около 2,5 м, поэтому при установке на кухне нужно рассчитывать кратность воздухообмена.
Для отопителя в 60 кВт нужно 15 м³.
Площадь котельной в частном доме для газового домашнего котла с показателями до 150 кВт составляет 15 м² при высоте не менее 2,5 м.
Кубатура кочегарки для агрегата мощностью до 350 кВт составляет не менее 20 м³.

На деле площадь помещения должна быть больше. Ведь рядом с агрегатом нужно разместить обслуживающую и измерительную аппаратуру, чтобы к любым элементам и аппарату сохранялся свободный доступ.

Размер пеллетной котельной в доме

Пеллетная котельная

Если централизованная подача газа отсутствует, вместо газового котла устанавливают пеллетный. Такой вариант твердого топлива привлекает своей эффективностью и возможностью автоматизации. Пеллеты можно хранить в специальном бункере, откуда они по мере надобности подаются в котел.

Бункер и отопитель ставят в разных помещениях или за перегородками. Размеры отсеков зависят от габаритов. Обычно бункер не превышает 6 м³. Этого достаточно для отопления 400 м². в течение 6 месяцев. Для хранилища требуется площадь в 4 м². Габариты помещения под котел рассчитываются стандартным образом.

Расположение бункера и пеллетного котла в одном помещении запрещено. По требованиям СНиП бункер объемом более 0,8 м³ монтируется в отдельном отсеке.

Размещение котла в кухне, кладовой или коридоре

Котлы разрешено устанавливать в кухне, если кубатура помещения составляет 21 м³

Если мощность аппарата не превышает 60 кВт, допускается установка в хозяйственные помещения в доме. Газовые службы разрешают монтаж, если кубатура кухни составляет 21 м³ или кухни-столовой – 36 м³.

Устанавливают здесь как напольные, так и настенные котлы. Оборудование – насосы, смесители, распределители, коллекторы, обычно стараются закрепить над аппаратом и замаскировать шкафом. Кроме требования свободного доступа, никаких ограничений к установке не предъявляют.

Плюс такого расположения: дымоход нет нужды выводить на крышу. Достаточно вывести трубу на фасад.

Окно в котельной

Обязательное требование – открывающееся окно. Конструкция его строго оговаривается ГОСТ Р 56288-2014. Окно относится к категории легкосбрасываемых. Располагаться может на стене, на потолке или в приямке.

Его назначение – уберечь здание от взрыва. При аварии ударная волна выбивает окно и за счет этого не повреждаются несущие конструкции дома.

Площадь остекления рассчитывается исходя из параметров помещения:

при площади котельной до 9 м² ставят окно площадью не менее 0,8 м²;
в помещении более 9 м² площадь стекла – не рамы, рассчитывают из соотношения – 0,03 м² на 1 м³.

Вместо стекла ЛСК допускается ставить однокамерный стеклопакет толщиной до 4 мм. Поликарбонат, небьющееся стекло, армированное использовать нельзя.

Требования к двери в котельной

Дверь обязательно оборудуется в котельной пристроенной. Из помещения внутри коттеджа – в цоколе, на кухне – отдельная дверь не нужна.

Исключение составляет котельная на пеллетах или на дровах. Здесь выход на улицу необходим.

Требования к двери в домашнюю котельную следующие:

расстояние от двери в помещение до входной двери должно составлять не более 12 м;
створка должна открываться наружу, чтобы облегчить выход из котельной;
ширина дверного полотна превышает ширину котла на 20 см;
створка должна соответствовать 3 типу с EI15 – стальная дверь с негорючим наполнением;
порог перед входом должен превышать пол в коридоре на 10 см, чтобы предотвратить затопление при протечке.

Для спуска воды устанавливают канализационный трап.

Требования к стенам в котельной

К пристроенным или отдельным модулям предъявляют и определенные строительные нормы. Стены сооружают только несущих или самонесущих материалов – кирпич, пенобетон, газоблок. Такой материал выдерживает действие открытого огня в течение 120, а то и 180 минут.

Учитывается и несущая нагрузка. Вес бойлеров и расширительных бачков довольно велик. Кирпичная стена такую нагрузку выдержит.

Задачи и цели

Современные системы автоматизации котельных способны гарантировать безаварийную и эффективную эксплуатацию оборудования без непосредственного вмешательства оператора. Функции человека сводятся к онлайн-мониторингу работоспособности и параметров всего комплекса устройств. Автоматизация котельных решает следующие задачи:

Автоматический запуск и останов котлоагрегатов.
Регулирование мощности котлов (управление каскадом) согласно заданным первичным настройкам.
Управление подпитывающими насосами, осуществление контроля уровней теплоносителя в рабочем и потребительском контурах.
Аварийный останов и включение сигнализирующих устройств, в случае выхода рабочих значений системы за установленные пределы.

Архитектура

АСУ ТП котла представлена четырьмя иерархическими уровнями.

В 1-й (нижний) уровень входят датчики измеряемых аналоговых и дискретных сигналов, исполнительные устройства, включающие в себя запорную и регулирующую арматуру, сборки РТ30.

Во 2-ой (средний) уровень входят шкафы управления горелками котла.

В 3-й (средний) уровень системы входят: микропроцессорные контроллеры технологических защит, дистанционного управления, автоматического регулирования и информационной подсистемы.

В 4-й (верхний) уровень системы входят:

автоматизированные рабочие места машиниста со 100%-ной взаимозаменяемостью по своим функциональным возможностям (функции станции оператора могут быть совмещены с функциями серверов)
автоматизированное рабочее место системного инженера – СИ, функционально позволяющее выполнять работы по сопровождению АСУ ТП
принтер для вывода на печать протоколов событий, режимных листов, сменных ведомостей, и т.д.

Котел твердотопливный и электрический отопительные котлы – требования к установке

Второе место по популярности после газовых занимают котлы, работающие на угле, дровах и пеллетах. Требования к ним менее жесткие, но при этом их также следует выполнять – помните о том, что неграмотный выбор места под нагреватель и неправильная установка могут стать причиной пожара в доме. Основные нормы монтажа твердотопливных отопительных котлов приведены ниже.

Наличие естественной вентиляции обязательно. Площадь остекления в помещении, где располагается твёрдотопливный котёл, должна быть не меньше 0,0008 м2 окна на 1 кВт мощности нагревателя.
Дымоход, выводящий продукты горения от котла на улицу, должен иметь одинаковое сечение по всей своей длине.
От краев твердотопливного котла до стен должно быть расстояние не менее 10 см. Сами стены выполняются из негорючего материала или защищаются листом стали либо асбеста.
Некоторые советы касательно требований к помещению для твердотопа
Монтаж электрических котлов
Если в качестве топлива используется уголь, то наличие датчика пыли и угарного газа обязательно.
Перед топкой твёрдотопливные котлы должны установлены на пол который должен быть защищен от воспламенения. Для этого там укладывается плитка или любой другой негорючий материал.
Проходы в помещении, где устанавливаются твердотопливные котлы, должны иметь ширину не менее 0,7 м. Также перед самой топкой нагревателя должно быть достаточно места для обслуживания, проверки и ремонта изделия.
Дымоход должен иметь люк для очистки от пепла.
Наличие жаростойкой изоляции вокруг трубы дымохода желательно.
Для хранения угля или пеллет необходим специальный бункер.
Для предотвращения взрыва угольной пыли необходима защита электропроводки и герметичные осветительные приборы.

Твердотопливный котёл пример установки . Отметьте для себя расположение устройства – между ним и стенами есть большие зазоры. Также можно заметить экраны из негорючего материала на полу и на одной из стен

Варианты подключения к дымоходу

Что касательно электрического нагревателя, то к котельной с ним предъявляются наименее жесткие требования. Главное, чтобы электропроводка была рассчитана на мощность оборудования и имела предохранители. Кроме того, монтаж котла, работающего от электричества, должны производить только специалисты с соответствующим допуском и разрешениями.

Подключение электрического отопительного котла к сети

Как сделать отопление двумя котлами

Итак, есть два котла, отличающиеся между собой рядом конструктивных особенностей. Как же можно объединить их в одной системе? Наиболее эффективным является вариант разделения системы на два самостоятельных контура с помощью теплообменника. Один из контуров – открытый, оснащенный твердотопливным котлом; второй – газовым котлом и радиаторами. Оба контура нагружены на один теплообменник.

Планируя такую систему, нужно учитывать положение всех основных и соединительных элементов, чтобы при эксплуатации, обслуживании или ремонте их можно было без труда найти, осмотреть, при необходимости заменить. Поэтому перед началом установки лучше нарисовать схему, нанести на нее оборудование, наметить прокладку труб, отметить места установки дополнительных элементов.

Отличительные особенности

Технологические защиты. Система автоматического ввода и вывода защит обеспечивает возможность нормальной эксплуатации технологического оборудования во всех эксплутационных режимах, включая пусковые, без вмешательства персонала в работу защит. Интерфейсная часть подсистемы технологических защит и блокировок выполнена в удобном для понимания алгоритма виде и позволяет быстро и оперативно разобраться в причинах действия защиты или блокировки.

Технологические защиты предусматривают:

автоматическое и санкционированное ручное включение/отключение,
санкционированную корректировку уставок защиты
контроль действия и регистрацию первопричины срабатывания
формирование протоколов аварийных ситуаций, регистрирующих изменения аналоговых и дискретных параметров до и после аварии.

Автоматизированная подсистема управления горелками котла (САУГ). Особенностью подсистемы является её глубокая интеграция с ПТК КРУГ-2000. САУГ позволяет проводить автоматические проверку герметичности газовой арматуры и розжиг горелок, а также реализовать требования нормативных документов по безопасной эксплуатации газового оборудования котлоагрегатов. Подробнее о подсистеме смотри на странице Подсистема управления розжигом горелочных устройств котлоагрегата (САУГ).

Автоматическое регулирование. В автоматических регуляторах предусмотрены современные системотехнические решения, обеспечивающие их устойчивую работу в диапазоне допустимых нагрузок, такие как:

реализация многоконтурных схем управления и схем управления с корректирующими сигналами
алгоритмы перехода с одного вида топлива на другой
возможность смены регулируемых параметров и исполнительных механизмов
коррекция задания регулятору подачи воздуха на горение в соответствии с кислородосодержанием, расходом и видом сжигаемого топлива
схемы логического управления и технологических блокировок, обеспечивающие безопасность работы регуляторов в нормальных и переходных режимах
различные виды балансировок
сигнализация неисправностей
обработка недостоверных параметров
следящие режимы и др.

Управление исполнительными механизмами (ИМ). Управление ИМ осуществляется с учетом приоритетов поступающих сигналов. Высшим приоритетом обладают сигналы технологических защит. Следующие по приоритету — команды логических задач (блокировок нормальной эксплуатации). Затем — команды управления оператором. Дистанционное управление ИМ осуществляется с видеокадров, на которых отображено соответствующее оборудование, с использованием виртуальных панелей управления, манипулятора типа «мышь» или функциональной клавиатуры. Предусмотрены функции группового управления ИМ.

Закрытая система с теплоаккумулятором

Не нужно подключать устройство, аналогичное расширительному баку потому, что подключенный к сети или баллону газовый котел уже имеет в своем составе диафрагменный расширительный бак и также предохранительный клапан.

Чтобы сделать эту схему правильно, нужно:

Подключить к подающему штуцеру газового устройства кран и трубу, которая будет подходить к радиаторам отопления.
На этой трубе перед отопительными устройствами поставить циркуляционный насос.
Подсоединить своими руками отопительные устройства.
Отвести от них трубу, которая будет подходить к котлу. В ее конце на небольшом расстоянии от газового агрегата, который питается от газового баллона, нужно поставить отсекающий кран.
К подающей и обратной линиям подключить две трубки, которые будут подходить к теплоаккумулятору. Первую надо подсоединить перед циркуляционным насосом, вторую – сразу после радиаторов. На обе трубы ставят отсекающие краны. К этим трубам подключают две трубки, которые были врезаны в открытую систему перед входом и после выхода из теплоаккумулятора.

Общая структура

Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.

Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.

Закрытая система с двумя котлами

Такая схема предусматривает параллельное подключение двух котлов

Особое внимание обращают на группу безопасность. Вместо открытого расширительного бака в специальном помещении устанавливается закрытый мембранный. Группа безопасности состоит из:

Группа безопасности состоит из:

Клапана для стравливания воздуха.
Предохранительного клапана для снижения давления.
Манометра.

Обвязку делают по такой схеме:

Устанавливают на выходы теплообменников обоих котлов отсекающие краны.
На подающую линию, которая отходит от устройства на твердом топливе, устанавливают своими руками группу безопасности. Расстояние между ней и клапаном может быть небольшим.
Соединяют подающие трубы обоих котлов. При этом перед соединением в линию, которая отходит от твердотопливного котла для дома, врезают перемычку (для организации малого круга). Место врезки может находиться на расстоянии 1-2 м от котла. На небольшом расстоянии от перемычки ставят обратной лепестковый клапан. Если дровяной котел перестанет работать, теплоноситель под давлением, созданным газовым работающим от баллона агрегатом, не сможет двигаться по подающей линии в сторону твердотопливного устройства.
Подающую линию соединяют с радиаторами отопления, находящимися в разных помещениях и на разном расстоянии друг от друга.
Монтируют обратную линию. Она должна находиться между батареями и котлами. В одном месте ее разделяют на две трубы. Одна из них будет подходить к газовому котлу. На ней перед агрегатом ставят обратной пружинный клапан. Другая труба должна подходить к твердотопливному котлу. К ней подключают вышеупомянутую перемычку. Для подключения используют трехходовой клапан.
Перед разветвлением обратной линии стоит поставить мембранный бак и циркуляционный насос.

Автоматизация котельного оборудования

оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
исполнительные устройства (электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.

Объект автоматизации

Как объект регулирования является сложной динамической системой со множеством взаимосвязанных входных и выходных параметров. Автоматизация котельных осложняется тем, что в паровых агрегатах очень велики скорости протекания технологических процессов. К основным регулируемым величинам относят:

расход и давление теплоносителя (воды или пара);
разряжение в топке;
уровень в питательном резервуаре;
в последние годы повышенные экологические требования предъявляются к качеству приготавливаемой топливной смеси и, как следствие, к температуре и составу продуктов дымоудаления.

Задачи и цели

Автоматический запуск и останов котлоагрегатов.
Регулирование мощности котлов (управление каскадом) согласно заданным первичным настройкам.
Управление подпитывающими насосами, осуществление контроля уровней теплоносителя в рабочем и потребительском контурах.
Аварийный останов и включение сигнализирующих устройств, в случае выхода рабочих значений системы за установленные пределы.

Общие нормативы к помещению где будет установлен отопительный котел

Газовый котел требует отдельного помещения в доме. Как правило, это комната располагается на цокольном этаже или в подвале, но это подходит только для одноэтажного особняка. Если у дома больше этажей лучше построить отдельную пристройку, тем более что котел сам ее и отопит. Требования к правильной установке газовых котлов заключаются в следующем:

В одном помещении не более 4 квадратных метров, может быть установлен только один газовый котел.
Потолок по высоте должен быть не менее 2200 миллиметров.
Помещение должно быть очень хорошо освещено, причем естественным свечением. На 1м3 должно приходиться не менее 0,03 м2 площади оконных конструкций, и установлена вытяжка.
Дверные проемы должны быть не менее 80 сантиметров, для удобства входа и выхода.
Расстояние от котла до входной двери , рассчитывается от 1 метра до 1,5 метров.
В процессе эксплуатации возможны любые ремонтные и профилактические работы, чтоб они проходили в соответствии с требованиями, нужно заранее оставить свободное место в размере не менее 1,5 метров.
Во избежание вибраций при нагреве, газовый котел устанавливают строго горизонтально, обеспечивая максимальную устойчивость.
Стены и пол должны быть ровными и не содержать горючих смесей. Их как правило дополнительно обтягивают термостойким материалом.
Розжиг и насос на отопительном котле подключаются с помощью электроснабжения, поэтому наличие розетки с заземление в помещении где будет работать аппарат ,строго обязательно.
Как у любого печного отопления здесь имеется дымоход, так вот доступ для очистки и профилактики должен быть максимально удобным и просторным

Автоматизация котельных установок описание, устройство и схема

Коммуникационные протоколы

Уровни автоматизации