Управление и автоматизация насоса

Системы пуска и управления насосным агрегатом.

Контроль технологических параметров работы насосного оборудования необходим для включения/выключения насосных установок, аварийные ситуации, поддержание расхода, давления, температуры. Персонал, находящийся на площадке, следит за параметрами при помощи термометров, счетчиков жидкости, манометров и мановакууметров. Контроль уровня жидкости осуществляется при помощи смотровых окон и стекол. Запуск насосного агрегата может осуществляться напрямую от сети. Регулировка характеристик оборудования осуществляется при помощи запорно-регулирующей арматуры, таким способом происходит и изменения направления потока жидкости. Данный способ управления требует большого количества обслуживающего персонала, так же большую опасность несет человеческий фактор.

Контролировать процесс перекачки и оперативно реагировать на внештатные ситуации помогают устройства пуска-останова, силовые шкафы с частотными преобразователями и устройствами плавного пуска, системы автоматизации с контроллерами.

Пусковое и защитное оборудование.

Подключение насосного агрегата к сети питания осуществляется кабелем сечения, соответствующего нагрузке на электродвигатель. Запуск насоса осуществляется путем включения нужного автомата в распределительном щите. Для возможности запуска и останова установки на месте, рядом с насосом устанавливают пост управления. Самый простой пускатель имеет кнопки включения, отключения питания электродвигателя и сигнальную кнопку-грибок «авария». Более сложные посты управления могут управлять группой насосов, переключать «рабочий»/«резервный», сигнализировать об аварии световой или звуковой сигнализацией. Все сигналы передаются напрямую за счет различных реле и контакторов. Для примера: защита электродвигателя осуществляется за счет теплового реле, защита от сухого хода за счет уровнемера с выходным сигналом «сухой контакт». Насосы, размещенные на одной раме, могут управляться одним постом управления. Данные шкафы располагаются на раме агрегата или на отдельной стойке. Когда проводятся работы во взрывоопасной зоне, пост управления изготавливается во взрывозащищенном исполнении.

Силовые шкафы.

Параметры работы насоса можно регулировать при помощи затворной арматуры. Увеличивая или уменьшая условное сечение напорного трубопровода, характеристики насоса меняются вдоль кривой, указанной в эксплуатационной документации. На меньшем диаметре скорость потока возрастает, при этом падает расходная характеристика. При увеличении диаметра происходит обратная ситуация. Данный способ регулирования не дает возможности выходить за рабочий интервал насоса на заданных оборотах вращения вала двигателя. Для снижения пусковой токовой нагрузки, точного выхода на параметры, поддержания заданного давления или расхода жидкости применяют приводы с частотным регулированием и устройства плавного пуска. Эти электронные устройства устанавливаются в силовой части электро-технического оборудования. За счет изменения частоты подаваемого тока на электродвигатель, пропорционально меняется скорость вращения вала электродвигателя, что приводит к изменению характеристик работы насоса. Центробежные насосы характеризуются следующей зависимостью:

• Производительность прямо пропорциональна к частоте вращения вала: при уменьшении частоты в два раза – снижается объемный расход насоса на 50%.
• Характеристики напора имеют квадратичную зависимость: уменьшая в два раза частоту, расход уменьшится на 75%.
• Потребляемая мощность изменяется в кубической пропорции: снижая частоту вращения в два раза – уменьшается затрачиваемая энергия на 87,5%.

Насосы объемного типа не имеют такой зависимости, давление, развиваемое насосом, остается постоянным. При регулировании частоты вращения вала, меняется расход и потребная мощность.

Электрическое оборудование размещают в шкафах со степень пыле-влагозащиты не ниже IP55. На дверце шкафа располагают кнопки управления, смотровые окна для снятия показаний с дисплея (при наличии), регулировочные колпачки. Силовой кабель и провода с электронных приборов заводят в шкаф через специальные герметичные разъемы. В напольных шкафах кабель подводят сверху, в настенных – снизу шкафа.

Силовые шкафы располагаются в отдельном помещении, удаленном от насосного оборудования либо отделенные от насосных агрегатов герметичной перегородкой. Это необходимо для защиты электрических щитов от попадания брызг, излишней влажности, образования взрывоопасных паров в помещении электрического оборудования. Вход должен располагаться снаружи здания, не связанное с взрывоопасной средой.

Системы автоматизации и управления.

Современные технологические схемы используют большое количество различного электронного оборудования и контрольно-измерительных приборов, запорная арматура с электроприводами. Они предназначены для контроля и поддержания заданных параметров работы, предотвращения аварийных ситуаций, управления направлением потока. Приборы передают сигналы на пульт управления, который может быть расположен рядом с оборудованием или удален на расстояние передачи сигнала. Контроллер – основной элемент шкафа управления, он имеет программное обеспечение, настроенное на алгоритм работы системы и с него оправляются сигналы управляющие оборудованием.

Защита насосного агрегата:

Насосные агрегаты, расположенные на промышленных предприятиях, требуют специальных требований к работоспособности:

• недопустимы утечки жидкости через уплотняемые поверхности (уплотнения вала, фланцевые соединения);
• должно поддерживаться определенное давление в трубопроводе;
• необходимо поддерживать постоянный расход;
• в случае выхода из строя одного из насосов, через малый промежуток времени должен подключиться резервный;
• нельзя допускать работу насоса без перекачиваемой жидкости, не допускать газовые пробки;
• иногда необходимо поддерживать постоянную температуру жидкости и прекращать работу (либо уменьшать скорость потока) при достижении какого-то определенного значения.

При возникновении ситуаций, приводящих к возможным неисправностям установки, должно быть отключено питание электродвигателя с последующим перекрытием трубопроводных магистралей, подключение резервного оборудования и вывод на рабочие параметры.

Контролируемые параметры на насосной установке (на примере двухвинтового агрегата):

• температура подшипниковых узлов насоса (от 0 до 4 шт.);
• температура подшипников электродвигателя (от 0 до 2 шт.);
• температура обмоток статора электродвигателя (от 0 до 3 шт.);
• виброскорость или виброускорение подшипниковых узлов насоса (от 0 до 4 шт);
• виброскорость или виброускорение подшипниковых узлов электродвигателя (от 0 до 2 шт.);
• контроль открытия кожуха муфты (от 0 до 1 шт.);
• верхний и нижний уровень в бачке затворной жидкости (от 0 до 2 шт. в каждый бачок);
• давление в бачке затворной жидкости (от 0 до 1 шт. в каждый бачок);
• температура жидкости в бачке (от 0 до 1 шт. в каждый бачок);
• частотное регулирование вращения вала электродвигателя;
• осевое смещение вала.

Для уменьшения вероятности возникновения аварийных ситуаций насосного оборудования, трубопровод оснащают приборами для контроля следующих параметров:

• контроль наличия жидкости в трубопроводе (защита от сухого хода);
• давление на всасывающей и напорной магистрали;
• перепад давления на фильтрующем элементе, контроль засоренности фильтра;
• расходомер или счетчик жидкости;
• запорная арматура с электроприводом;
• температура перекачиваемой жидкости.

Универсальное программное обеспечение осуществляет управление насосным оборудованием с целью поддержания параметров (расход, давление, температура) в заданных уставками пределах. Возможна настройка включения и выключения насосного агрегата при достижении определенного уровня в емкости (при минимальном уровне насосы запускаются, когда уровень достигает верхнего значения – насос отключается). Одновременно обеспечивается необходимая защита компонентов установки от выхода из строя, а окружающего пространства от воздействия нежелательных последствий неисправностей.