Модернизация элементной базы систем автоматизации подогревателей газа

А.М. Илюнчев, ведущий конструктор отдела автоматизации и программного обеспечения

Специалистами завода «Газпроммаш» постоянно ведётся работа по совершенствованию систем управления подогревателями газа. О модернизации основы таких систем — блоков управления подогревателями — уже сообщалось в предыдущих выпусках нашего «Вестника». Периферийные устройства (первичные датчики, преобразователи, исполнительные устройства) также приходится периодически обновлять — по причине морального старения, появления более качественных или менее дорогих изделий и по ряду других причин.

Например, зимой 2007 – 2008 гг. на завод в большом количестве стали поступать рекламации на используемые в составе подогревателей газа датчики пламени ДП2.1.7Р производства НПП «ТАН-ИТ». Для кардинального решения проблемы этот датчик заменен на аналогичный по функции прибор ФДС-01 производства ООО «НПП Промышленная Автоматика», г. Казань (далее в тексте — НПП «ПРОМА»), который был оперативно доработан изготовителем в соответствии с нашими требованиями. Модификация ФДС-01-Г успешно применяется и в настоящее время.

Немало нареканий вызывало использование в качестве датчиков прорыва газа путевых выключателей с механическим приводом. Имен- но механический привод является слабым местом этих выключателей при их установке на открытом воздухе из-за активной коррозии его подвижных частей. Сегодня в подогревателях газа производства завода «Газпроммаш» в качестве датчиков прорыва газа используются магнитоконтактные охранные извещатели ИО102-30 «Бульдог», свободные от указанного недостатка.

Одной из задач, которую пришлось решать специалистам завода «Газпроммаш» при переводе подогревателей на низковольтное питание, была замена трансформатора розжига на источник высокого напряжения с питанием =24В. Из нескольких опробованных устройств разных типов был выбран источник высокого напряжения ИВН-24 (НПП «ПРОМА»), который успешно прошёл испытания на заводе и в условиях реального объекта. Изготовителем было разработано специальное конструктивное исполнение ИВН-24Т, которым и оснащаются теперь наши подогреватели газа.

В ходе работ по совершенствованию элементной базы автоматики подогревателей у завода «Газпроммаш» сложились партнёрские отношения с НПП «ПРОМА». Следует отметить заинтересованное отношение казанских коллег к нашим проблемам. Специалисты НПП «ПРОМА» живо интересуются перспективными задачами, стоящими перед заводом «Газпроммаш» в области автоматизации выпускаемого оборудования, и предлагают свои новые разработки для их решения. При этом они безвозмездно предоставляют образцы новой продукции для испытаний, оперативно откликаются на все просьбы и предложения по доработке своих серийных изделий применительно к потребностям заказчика.

Такое сотрудничество позволило нам, например, решить застарелую проблему контроля разрежения в топке подогревателя газа. Ни один из известных нам и нашим постоянным потребителям датчиков в полной мере не подходил для контроля слабого разрежения, учитывая непростые условия эксплуатации. В текущем году в составе наших подогревателей типа ГПМ-ПТПГ появился измеритель давления ПРОМА-ИДМ-4х-Т-ДИВ-0,08. Высокая чувствительность прибора и удовлетворительная точность срабатывания устройства сигнализации позволяют надёжно контролировать наличие разрежения в 5 Па, что соответствует требованиям технических условий на подогреватели газа к минимальной величине разрежения в топке. Кроме того, измеритель имеет цифровое табло для индикации текущего значения измеряемого параметра, что позволило отказаться от применявшегося дополнительно показывающего тягонапоромера ТНМП-52.

Измеритель давления ПРОМА-ИДМ-4х-Т-ДИВ-0,08

Впрочем, не все технические проблемы можно решить только подбором элементной базы или доработкой отдельных комплектующих изделий. В ряде случаев специалистам завода приходится искать нетрадиционные решения при модернизации собственной продукции. Вот один из характерных примеров такой работы. Основное электро- потребление в подогревателях газа приходится на клапаны с электро- магнитным приводом, которые применяются для управления подачей газа к горелочным устройствам. Наиболее распространенные клапаны различных типов имеют примерно одинаковую потребляемую мощ- ность (25…35 Вт), а общее энергопотребление зависит от количества электромагнитных клапанов в изделии. Например, в составе подогревателей типа ГПМ-ПТПГ производства завода «Газпроммаш» имеется пять клапанов, четыре из которых во время работы подогревателя постоянно включены, а пятый включается периодически, управляя тепловой мощностью подогревателя. Таким образом, ток, потребляемый от питающей сети =24В, периодически изменяется при работе подогревателя от 4,5 до 5,5…6 А, причем примерно 0,7…0,8 А потребляет сам блок управления подогревателем с подключенными к нему приборами, а все остальное потребление приходится на клапаны.

Снижать потребление электроэнергии важно не только по соображениям прямой экономии затрат, которая в последнее время становится предметом все более пристального внимания в системе Газпрома. Чем ниже энергопотребление подогревателя, тем меньшей емкости аккумуляторов достаточно для резервирования его электропитания, и тем проще может быть устройство резервирования. Таким образом, система резервирования для менее энергоемкого подогревателя оказывется проще и дешевле, что в конечном счете дает дополнительную экономию.

Все применяемые на сегодняшний день методы снижения энергопотребления клапанов сводятся к тому, что после срабатывания затвор клапана удерживается в открытом положении с меньшими затратами энергии, и различаются только способом снижения этих затрат. Так, известны устройства, где помимо основного имеется вспомогательный маломощный привод с защелкой, которая удерживает затвор клапана после того, как он открылся, и питание с основного привода снято. К сожалению, найти серийные клапаны такого типа, приемлемые по своим эксплуатационным характеристикам, специалистам завода «Газпроммаш» пока не удалось. Другой способ заключается в том, что после срабатывания клапана (в режиме удержания) его питание становится импульсным; закрытия затвора при этом не происходит благодаря индуктивности катушки привода, а потребляемая мощность снижается с увеличением скважности импульсов. К достоинствам таких устройств можно отнести их универсальность (применение ограничивается толь- ко максимально допустимым током нагрузки), к недостаткам — относительно высокую стоимость и значительное на фоне режима удержания собственное потребление электроэнергии.

Еще один способ основан на известном свойстве всех электро- магнитов: для втягивания подвижной части сердечника требуется значительно большая мощность, чем для последующего ее удержания. Поэтому после срабатывания электромагнита достаточно просто уменьшить напряжение на его катушке. К недостаткам такого метода можно отнести необходимость применения либо балластного устройства, которое рассеивает мощность, сопоставимую с потребляемой мощностью электромагнита в режиме удержания, либо двух источников питания с разным напряжением, между которыми осуществляется переключение питания электромагнита.

На заводе «Газпроммаш» разработан оригинальный способ снижения питающего напряжения электромагнитных клапанов, в значительной мере свободный от указанных недостатков, и создано устройство для его реализации. Способ основан на параллельной работе двух одинаковых электромагнитов. Например, во всех подогревателях типа ГПМ-ПТПГ применяется пара клапанов-отсекателей газа основной горелки, которые включены по ходу газа последовательно, а по электро- питанию — параллельно. Суть разработанного метода заключается в том, что после срабатывания клапанов их включение по электропитанию изменяется с параллельного на последовательное, так что каждый из них для другого служит балластом. В результате при идентичности параметров электромагнитов напряжение делится между ними поровну, а суммарная потребляемая мощность оказывается вчетверо меньше номинальной.

Макет УСПМ

Устройство УСПМ, реализующее описанный метод, может встраиваться в любой готовый серийный подогреватель (в том числе находящийся в эксплуатации), имеющий соответствующий набор клапанов. Макет такого устройства испытан на заводе «Газпроммаш» с серийным подогревателем ГПМ-ПТПГ-10. Из результатов испытаний следует: если принять, что подогреватель работает примерно одинаковое время в режимах большого и малого горения, то усредненный ток, потребляемый подогревателем, будет с использованием УСПМ составлять около 2,5 А, а без использования УСПН — не менее 5А. Таким образом, экономия электроэнергии при длительной работе подогревателя составляет около 50%, а время резервирования питания подогревателя от аккумуляторов определенной емкости при отключении питающей сети увеличивается примерно вдвое.