ДГУ для котельной: какие нагрузки резервировать и в каком порядке их вводить

Что входит в резервируемую нагрузку котельной

Перечень собирают по технологической части проекта. Типовой состав для газовой водогрейной котельной:

• Сетевые, циркуляционные и рециркуляционные насосы. По п. 16.14 СП 89.13330.2016 АВР насосов сетевых, подпиточных, питательных и ГВС нужен при аварийном отключении насоса или падении давления после него.
• Подпиточные насосы: без расширительного сосуда их не менее двух, и они автоматически держат давление (п. 11.26). Подогревателей ГВС тоже не менее двух, каждый на 100 % мощности (п. 11.22).
• Питательные насосы, горелки с дутьевыми вентиляторами, дымососы. Тягодутьевые установки предусматривают индивидуальными к каждому котлу (п. 9.1.2).
• Щиты КИПиА, ЦПУ, автоматика безопасности, АСУ ТП, освещение, контроль загазованности, вентиляция.

Аварийным освещением по п. 16.3 обязательно оборудуют фронт котлов, щиты и пульты управления, водоуказательные приборы, насосные. По п. 16.18 эти светильники подключают к независимому источнику или автоматически на него переключают. Объём резерва определяет проект.

Какая категория электроснабжения нужна котельной?

Пункт 4.9 делит котельные на две категории по надёжности отпуска тепловой энергии. К первой относят котельную - единственный источник теплоты системы теплоснабжения для потребителей первой категории без резервных источников. Вторая категория - все остальные. Перечни потребителей задаёт задание на проектирование.

Пункт 16.1 привязывает питание к этой категории: электроснабжение котельных осуществляют в зависимости от категории котельной, по ПУЭ (ссылка [17] в своде правил) и техническим условиям сетевой компании. Действующая редакция - с Изменением N 1 (приказ Минстроя России от 15.12.2021 N 938/пр, с 16 января 2022 года).

Пункт 16.7 добавляет исключение, которое чаще всего пропускают. Двигатели сетевых и подпиточных насосов в котельных с водой выше 115 °C и питательных насосов при отсутствии парового привода относят к первой категории независимо от категории котельной. Туда же отнесены все котельные на твёрдом топливе. По п. 16.4 по первой категории питают контроль загазованности, сигнализацию и аварийное освещение.

Смысл категории задаёт глава 1.2 ПУЭ 7-го издания (приказ Минэнерго России от 08.07.2002 N 204, введена с 1 января 2003 года). По п. 1.2.17 категории «определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта». Категории и особую группу разбирает материал про категории надёжности электроснабжения.

Пункт 11.17 допускает питательные насосы котлов с паром свыше 0,07 МПа только с электроприводом «при наличии двух независимых источников питания электроэнергией, в том числе от электрогенераторов собственных нужд».

Как посчитать пусковые токи насосов и тягодутьевых машин

Кратность берут из паспорта машины. ТСС для трёхфазных двигателей называет ток в 5-7 раз выше номинального. В спецификации Русэлпром на двигатель ДАЗО4-450Х-4МУ1 (630 кВт, 6000 В, ток 76 А) указана кратность пускового тока 7,0.

1. Номинальный ток: Iн = P / (1,732 x U x cos φ x КПД).
2. Пусковой ток: Iпуск = кратность x Iн.
3. Пусковая полная мощность: Sпуск = 1,732 x U x Iпуск.

Для насоса 45 кВт возьмём двигатель 5А200L4 из каталога Русэлпром: КПД 92,2 %, cos φ 0,85. При 400 В выходит Iн = 45 000 / (1,732 x 400 x 0,85 x 0,922) = 83 А.

Бросок снимает свод правил. Пункт 16.10 требует ЧРП для двигателей сетевых, подпиточных, рециркуляционных насосов, насосов ГВС, питательной воды и тягодутьевых машин при переменной нагрузке, а от 30 кВт - УПП. Тягодутьевые машины по п. 9.1.4 подбирают с коэффициентами запаса приложения В: для котлов до 17,5 МВт это 1,1 по производительности и 1,2 по давлению. Сбор нагрузок разбирает статья про расчёт мощности ДГУ, провал напряжения - пуск электродвигателей от ДГУ.

В каком порядке вводить нагрузку после перехода на ДГУ?

ТСС формулирует правило прямо: номинальная мощность электростанции покрывает номиналы одновременно включённых потребителей, а последовательность подключения выбирают так, чтобы пусковые токи не превысили ток номинальной мощности. Типовые ступени:

1. Щиты КИПиА, ЦПУ, цепи защиты, аварийное освещение. По п. 15.8 подача топлива к горелкам паровых котлов прекращается при исчезновении напряжения в цепях защиты, поэтому питание они получают первыми.
2. Контроль загазованности и вентиляция помещений: по п. 15.7 топливо отсекается при загазованности 10 % нижнего предела взрываемости природного газа.
3. Рециркуляционные и сетевые насосы. По п. 16.16 их пускают при закрытой задвижке на напорном патрубке, с блокировкой двигателя и электрифицированной задвижки. При ЧРП или УПП блокировка не предусматривается.
4. Подпиточные насосы, которые автоматически держат давление в системе.
5. Тягодутьевые машины. Блокировку дымососов, дутьевых вентиляторов и механизмов подачи топлива требует п. 16.13, очередность внутри ступени задаёт инструкция завода.
6. Розжиг горелок по штатному алгоритму автоматики безопасности, затем насосы ГВС и второй котёл. Условия отсечки топлива для водогрейных котлов перечислены в п. 15.9.

Паузы задаёт контроллер, автоматику разбирает статья про АВР для дизельного генератора. Отключать автоматику безопасности котла или защиты генератора ради прохождения пуска недопустимо. Объём резервируемой нагрузки определяет проект, а подключение и наладку ведёт аттестованный персонал.

Пример подбора на водогрейную котельную

Условный пример: два котла по 4 МВт, газ, теплоноситель 130 °C, перечень взят произвольно.

Примем для примера общий cos φ 0,85: полная мощность равна 123 / 0,85 = 145 кВА. Под неё подходит типоразмер ДГУ 150 кВт. По карточке ТСС АД-150С-Т400 это 150 кВт и 187,5 кВА при коэффициенте мощности 0,8, ток 270 А, двигатель TSS Diesel TDK 170 6LT, бак 375 л. Загрузка по активной мощности - 123 / 150 = 82 %. ТСС указывает расход 34 л/ч при 75 % нагрузки и автономность 11 ч, при 100 % расход 44 л/ч, то есть около 8,5 ч на полном баке.

Пусковая полная мощность этого насоса при кратности 7 - 402 кВА против 187,5 кВА у установки: прямой пуск вместе со всей нагрузкой она не вытянет. Решение - устройство плавного пуска по п. 16.10 и ввод насоса отдельной ступенью. Цифры остаются примером счёта и не являются гарантией: кратность, cos φ и КПД берут из паспортов, а типоразмер подтверждают пробным пуском под нагрузкой.

Зимний пуск и где ставить ДГУ относительно котельной?

Таблица Ж.1 свода правил задаёт температуру воздуха в холодный период: котельный зал с постоянным персоналом - 17 °C, без персонала - 5 °C, насосные станции - те же 17 и 5 °C, щиты управления КИП - 20 °C круглогодично. Это проектный минимум здания, запаса времени он не описывает.

Сколько времени есть у объекта, видно из п. 4.8. Потребители второй категории по теплоснабжению допускают снижение температуры на период ликвидации аварии не более 54 ч: жилые и общественные здания до 12 °C, промышленные до 8 °C.

Пункт 4.10 допускает дизельные установки для покрытия нагрузок собственных нужд в водогрейных котельных на жидком и газообразном топливе. Пункт 16.11 называет помещения дизельных среди помещений котельной и требует выбирать степень защиты оболочки электрооборудования с учётом брызг воды и пыли при гидроуборке.

Пункт 16.23 требует предусматривать возможность использования на токоприёмниках котельной внешнего источника электроснабжения. Перевод нагрузки выполняют через АВР с видимым разрывом между вводами, обратная подача в сеть без согласования с сетевой организацией недопустима. Для зимы закладывают предпусковой подогреватель, зимнее топливо, приток воздуха и отвод выхлопа. Монтаж и сервис ДГУ ведём своими бригадами.

Частые ошибки при резервировании котельной от ДГУ

1. Относить котельную целиком ко второй категории и пропускать п. 16.7: сетевые и подпиточные насосы при воде выше 115 °C и питательные насосы без парового привода отнесены к первой категории.
2. Резервировать только насосы: по п. 15.8 исчезновение напряжения в цепях защиты прекращает подачу топлива к горелкам паровых котлов.
3. Не закладывать пуск резервного насоса. Пункт 16.14 требует АВР при аварийном отключении насоса; обойтись без него можно только в котельных второй категории с паром до 0,07 МПа или водой не выше 115 °C при постоянном персонале.
4. Пускать сетевой насос при открытой задвижке, тогда как п. 16.16 требует закрытой.
5. Считать дымососы и дутьевые вентиляторы по каталожному номиналу без коэффициентов запаса приложения В.
6. Взять типоразмер с большим запасом и летом держать 20 % нагрузки. ТСС предупреждает: работа более 5 минут с нагрузкой менее 30 % номинальной ускоряет нагарообразование в цилиндрах.

Карта проверки резервного питания котельной

1. Выписать категорию котельной по п. 4.9, а категорию питания - из проекта и ТУ сетевой компании по п. 16.1.
2. Проверить температуру теплоносителя: выше 115 °C включает требования п. 16.7.
3. Собрать перечень электроприёмников с номиналами, cos φ и КПД из паспортов.
4. Отметить машины от 30 кВт: по п. 16.10 им нужны УПП, при переменной нагрузке - ЧРП.
5. Посчитать Iпуск и Sпуск самой тяжёлой машины и сверить с номинальным током установки.
6. Расписать ступени ввода и паузы, поставив цепи защиты, КИПиА, загазованность и аварийное освещение в первую ступень.
7. Заложить автономность по топливу, место установки, вентиляцию, выхлоп и схему АВР с видимым разрывом.
8. Внести в пусконаладку пробный пуск под нагрузкой с записью напряжения и частоты.