Краткий отчет о работе системы
охлаждения подкупольного пространства БТА
Составил:
Маметьев Ю.М.
Нижний
Архыз
2008
Работа системы охлаждения подкупольного
пространства с 1.02.2009г.
Адаптивное управление системой охлаждения
БТА
Информация о потреблении электроэнергии
Введение
В
связи с необходимостью реконструкции системы охлаждения подкупольного
пространства БТА в 2007г был разработан проект « Капитальный ремонт системы
холодоснабжения БТА» Разработку и
реализацию проекта осуществило ООО «Эйркул-Дон». В конце 2008 года проект сдан
в пробную эксплуатацию. Проектом предусматривается перевооружение холодильной
станции, расположенной в техническом блоке и установка воздухоохладителей в
подкупольном и подпольном пространствах
БТА. В качестве хладагента принят озонобезопасный хладоноситель - 35%
раствор этиленгликоля. Охлаждение подкупольного и подпольного пространств производится в дневное время.
Оттайка воздухоохладителей происходит поочередно в автоматическом режиме.
Автоматическая
система управления работой холодильной установки осуществляется пультом
управления с программным обеспечением, установленным непосредственно в щите
управления и предусматривает: включение/выключение компрессоров, регулирование
их производительности, управление работой вентиляторов охладителя гликоля,
управление работой вентиляторов воздухоохладителей, поддержание заданной
температуры, оттайку снеговой шубы на воздухоохладителях электронагревом,
обогрев трубопроводов выпуска талых вод.
Технические данные
Выдержка
из технического задания на проект.
Пункт
5. Общие требования к системе охлаждения.
Улучшение
температурного режима работы зеркала БТА в условиях переменных погодных условий
с цель повышения эффективности его использования. Ставится задача добиться
минимального отклонения температуры ГЗ от температуры наружного воздуха на
период ночных наблюдений, с учетом скорости охлаждения ГЗ и возможностей
холодильного оборудования. Решение задачи осуществляется:
1.
Путем поддержания
температуры воздуха подкупольного пространства в дневное время на уровне
температуры предыдущей ночи с коррекцией на температуру предстоящей ночи.
2.
Снижение теплопритоков и
уменьшение конвективного теплообмена во время работы телескопа посредством
охлаждения подпольного пространства.
3.
Снижение теплопритоков
от помещений БТА посредством теплоизоляции потолков, дверей, стен, перекрытием
воздуховодных и кабельных каналов.
Пункт
6. Основные данные по объекту.
Поддерживаемая температура
в подкупольном пространстве БТА. Нижняя граница
-
летом до +00
-
зимой до -100
Расчетная температура
наружного воздуха
-
летом от +50 до +200
-
зимой от-150 до +50
Состав системы охлаждения
К 1 декабря 2008г завершен монтаж системы охлаждения
подкупольного пространства БТА. В состав системы входят:
1.
Три компрессорных
фреоновых агрегата фирмы Bitzer мощностью по 30квт;
2.
Теплообменные емкости
фреон-этиленгликоль, сетевые насосы, система теплоизолированных трубопроводов;
3.
ВОП (воздухообменный
прибор) в подкупольном пространстве - 9шт;
4.
ВОП в подпольном
пространстве - 4шт;
5.
ВОП в контуре охлаждения
компрессоров - 1шт;
6.
Система управления.
Компрессорная станция.
Воздухообменные приборы.
Воздухообменные приборы в
подпольном пространстве.
Принцип работы
Система
охлаждения работает следующим образом:
·
фреоновые компрессоры
вырабатывают холод и посредством теплообменников передают низкую температуру
хладоносителю (этиленгликоль);
·
сетевые насосы
прокачивают хладоноситель по теплоизолированным трубам через ВОП в подкупольном
пространстве по двум контурам – контуру подкупольного и контуру подпольного
пространства, вновь возвращаясь к теплообменникам в техническом блоке;
·
воздух, продуваемый
через ВОП, охлаждается в замкнутом подкупольном и подпольном пространстве,
отбирая холод от хладоносителя;
·
на случаи обмерзания
радиаторов ВОП предусмотрен режим «оттайка» и отвод конденсата в канализацию;
·
автоматическое
управление системой производится по следующему алгоритму – в течение текущей
ночи опрашивается температура подкупольного пространства и эта температура
поддерживается до следующей ночи. При
накоплении опыта работы системы охлаждения алгоритм будет уточняться. Включение
или выключение компрессоров происходит в зависимости от разности температур
хладоносителя на выходе и возврате. Кроме того, существует байпасный контур,
который открывается или закрывается в зависимости от температуры подкупольного
пространства в сравнении с заданной температурой. При открытом байпасе
хладоноситель циркулирует по малому контуру, а не через ВОПы.
Опыт пробной эксплуатации
01.12. 2008г.
произведено пробное включение системы охлаждения при закрытом забрале.
Ниже приведены графики изменения температуры в подкупольном пространстве.
Зеленая линия – температура в подкупольном пространстве, синяя – температура
зеркала, красная – температура атмосферы.
См. Рис.1
Рис.1
При температуре ГЗ +4,00
С было дано задание понизить температуру подкупольного пространства до
+2,00С. Система охлаждения работала с 14-20 до 20-30 и с 21-40 до
22-30. В 21-40 открыто забрало.
С 14-20 до 17-30 работали
все компрессоры (3шт). С 17-30 до 18-00 работал один компрессор. В 18-00 вновь
включились все компрессоры. В 20-30 система охлаждения выключена.
Во время работы системы
охлаждения записаны следующие сопутствующие параметры:
1.
температура
подкупольного пространства по датчикам системы охлаждения, среднеарифметическое
значение от двух датчиков (один датчик
находится над моечным помещением, другой - в подпольном пространстве)
+1,70С;
2.
Наличие конденсата на
трубах, подводящих хладоноситель (конденсат чувствуется рукой), обмерзания труб
нет.
3.
Шум от работающих ВОП
заглушает нормальный разговор.
4.
Забрало открыто в 21-40
, закрыто в 06-20.
5.
Погода - переменная
облачность, после 14.30 туман, давление 598.5 мм. рт. ст.
6.
Потребляемая мощность
при полностью работающей системе охлаждения (в начале работы) при заданных
температурах -145квт (измерено).
7.
Воздушные каналы
технический блок - БТА не перекрыты (т.е. идут большие теплопритоки через
воздушные каналы технический блок - БТА).
10.12.2008г. в 10ч 30мин.
произведено включение системы охлаждения подкупольного, для охлаждения ГЗ к
предстоящим наблюдениям. Во время работы
системы записаны следующие сопутствующие параметры:
1.
Воздушные каналы
перекрыты, но не герметично. Забрало закрыто из-за перепада температур
атмосфера-ГЗ более 100;
2.
Заданная температура для
подкупольного пространства - 00;
3.
Солнечно весь день.
График температур приведен ниже на Рис.2
Рис.2
11.12.2008г. Включена система охлаждения.
1.
Заданная температура для
подкупольного пространства t = -40.
2.
Забрало закрыто из-за
перепада температур между атмосферой и ГЗ. См. Рис.3
Рис. 3
21.12.2008г. Характерный график температур в подкупольном пространстве, который наблюдался всегда при закрытом забрале. Температура в подкупольном растет, а система охлаждения не включена (система охлаждения временно отключена). См. Рис.4.
Рис.4
22.12.2008г. Система охлаждения была включена в 11ч 30мин и
поддерживала температуру в подкупольном пространстве 0,50 ±0,50. В 16-00 открыто забрало, но ВОП в подкупольном
остались включенными. На графике видно, что температура в подкупольном
пространстве снижается, повторяя кривую температуры атмосферы. Т.е.
интенсивность охлаждения выше при включенных ВОП. В 5ч 00мин закрыто забрало,
система охлаждения выключена. См. Рис.5.
Рис. 5
23.12.2008г. Система охлаждения была включена в 10ч
30мин. Дано задание - поддерживать температуру в подкупольном пространстве -10 . Забрало закрыто по
погодным условиям.
В ночь с 23 на 24 декабря наблюдения не состоялись. На
графике видно, что температура в подкупольном пространстве снизилась и
поддерживается на уровне –10±0,50. С
23-00 до 24-00 забрало было открыто, поэтому
изменилось задание, и
температура понизилась до –20.
Потребление электроэнергии - 5100квт за сутки.
См. рис.6.
Рис.6
25.12.2008г. Забрало закрыто. Система охлаждения продолжает работать. С 0ч до 2часов возможно
происходил опрос датчиков собственно системы и изменения заданной температуры,
поскольку после 2часов температура понизилась и установилась ниже –20
градусов. После 9ч. 30мин. температура начала расти без видимых причин. Забрало
все время закрыто. Потребление электроэнергии - 5100квт за сутки. См. Рис.7.
Рис.7
29.12.08г. До 8ч. 30мин 28.12.08г два дня подряд забрало было
открыто и температура в подкупольном не поднималась выше –30.
Система охлаждения была выключена. 28.12.08г.
В 8ч 30мин при закрытом забрале была включена система охлаждения.
Температура в подкупольном пространстве установилась 00. Почему
система установила 00 если она должна опрашивать температуру
предыдущей ночи?
28.12.08г. 18ч. 40мин открыто забрало при начале наблюдений.
29.12.08г. в1ч 20мин наблюдения
закончены по погодным условиям, но забрало закрыто на 2/3. В 9ч30мин забрало
закрыто (туман, слабый снег) и включена холодильная система. См. Рис.8
Рис. 8
На рисунках 9,10,11,12
приведены графики температур ГЗ, подкупольного пространства и атмосферы с 11 декабря по 11 января за три
предыдущих года. Также указаны наблюдательное время и потребление
электроэнергии за месяц.
Рис.9
Наблюдательное время за месяц -167,2 часа.
Данных по расходу электроэнергии нет.
Рис.10
Наблюдательное время за месяц -166 часов.
Потребление электроэнергии - 111тыс. квт
Рис.11
Наблюдательное время за месяц - 307,5 часа.
Потребление электроэнергии –120 тыс. квт
Рис.12
Наблюдательное время за месяц -185,1 часа.
Потребление электроэнергии - 135тыс. квт. Т.е. потребление выросло на 10%
12.01.2009г. в 17часов при закрытом забрале и включенной системе охлаждения начала подниматься
температура в подкупольном пространстве. При осмотре системы охлаждения замечаний нет - все включено. К 21часам
температура поднялась с -60
до -40. Было принято решение открыть забрало на 1/3, а
систему охлаждения оставить включенной. В 9часов 13.01.09г система охлаждения
был выключена. Забрало оставалось открытым до 20 часов 15.01.09. См. Рис.13
Рис 13
13.01.2009г. С 9 часов 13.01.09г
до 20 часов 15.01.09, при положительных температурах атмосферы (днем до
+70 ночью до +20) и постоянно открытом забрале, ГЗ нагрелось
от -30 до 00. Забрало не закрывали, потому что при
закрытом забрале нагрев подкупольного пространства происходит быстрее.
Неизвестно куда бы «тянула» бы система охлаждения, если бы ее включили.
В 20 часов 15.01.09 забрало
закрыто по погодным условиям. За счет работы
системы охлаждения
температура в подкупольном пространстве
снизилась до 00 . В 1ч30мин открыто забрало. В 12ч 30мин забрало
закрыто и включена система охлаждения.
Температура снизилась до 0о, а в14ч 40мин сетевой насос аварийно
остановился из-за отсутствия протока. В 16ч 30мин работает только насос №2
(сетевой хладоносителя внутреннего контура). Все выключили. См. Рис.14
Рис. 14
Работа системы охлаждения подкупольного пространства с 1.02.2009г.
В феврале-марте 2009г система охлаждения подкупольного пространства БТА работала
в приближенном к штатному режиме. С 14 февраля система охлаждения не
выключалась и работала в автоматическом режиме. Установка заданной температуры
подкупольного производилось специалистами САО через интерфейс системы
управления холодильными машинами с удаленного компьютера.
Во время работы выявлены не отмеченные в предыдущем
перечне недоделок неисправности и
замечание к проекту. Часть из них устранена, часть находится в стадии
обсуждения с ООО Эйркул-Дон. Замечания следующие:
1.Произошла
утечка хладоносителя в трубопроводе от технического блока к башне - устранена
силами ООО Эйркул-Дон.
2.Внесена
коррекция в схему работы воздухоохладительных приборов (ВОП) подкупольного
пространства. При открытии забрала отключаются ВОПы подкупольного пространства,
а подпольное пространство продолжает охлаждаться и во время работы телескопа в
режиме наблюдений.
3.Подготовлено
предложение по изменению алгоритма включения-выключения системы охлаждения.
Алгоритм согласован и находится в стадии проработки в Эйркул-Дон. Текст
алгоритма следующий:
- при закрытом забрале включение
системы охлаждения должно происходить автоматически при условии равенства температур
подкупольного и ГЗ. При этом заданная температура для подкупольного должна
устанавливаться константой на один градус ниже температуры ГЗ. САО должно иметь
доступ к изменению константы.
- при неполном открытии забрала должны
выключаться ВОПы подкупольного пространства (выполнено).
- при полном открытии забрала система охлаждения должна выключаться
полностью.
- из системы управления БТА возможна
выдача сигналов в релейном, цифровом и
аналоговом видах, в зависимости от требований к стыковке с системой управления холодильными
машинами.
|
Год, месяц |
Наблюдательное
время |
Потребление
эл. энергии |
Потери
наблюдательного времени по перепаду |
|
февраль 2006 |
94ч 35мин |
125тыс.квт. |
Потерь
наблюдательного времени по перепаду температур между атмосферой и ГЗ в эти
месяцы не было. |
|
февраль 2007 |
176ч 25мин |
110тыс.квт. |
|
|
февраль 2008г |
197ч 10мин |
108тыс.квт. |
|
|
февраль 2009г |
118ч 20мин |
146тыс.квт. |
Возможности и результаты работы системы охлаждения приведены на Рис.15 и Рис.16.
Рис 15
Характерный
график с 4.03.08г. когда температуры атмосферы, подкупольного, ГЗ плюсовые, а
охлаждать подкупольное нечем. Температура ГЗ поднялась за 5 дней на 4о.
Рис.16
График температур при
работающей системе охлаждения подкупольного пространства. С 5.03.08г
температура атмосферы плюсовая, а в подкупольном пространстве температура
держится ниже 0о за счет работы системы охлаждения. Соответственно
температура ГЗ не поднимается выше 0о.
Можно сделать вывод о
возможности системы охлаждения поддерживать задаваемую температуру в
подкупольном пространстве -2о±1о относительно температуры ГЗ без больших затрат
электроэнергии. Снижение задаваемой температуры подкупольного приводит к
увеличению расхода энергии, вызывает
обмерзание ВОПов и дополнительные затраты энергии на оттайку.
Потребление электрической энергии в 2009 году по отношению к предыдущим годам
выросло на 30%.
Выводы
На основании опыта
эксплуатации с 1 декабря по 21 января можно сделать следующие выводы:
1.
Смонтированная система
холодоснабжения работоспособна, но имеет ряд недостатков в алгоритме
управления, часть которых будет устранена в процессе гарантийной эксплуатации
совместными усилиями САО и
Эйркул-Дон;
2.
Необходимо составить
перечень недоделок по текущему договору;
3.
Необходимо заключить
новый договор на выполнение работ, не предусмотренных предыдущим договором (поиск и устранение теплопритоков,
использование вторичного тепла для отопления технологических помещений тех.
блока);
4.
Можно отметить, что
смонтированная система холодоснабжения в состоянии обеспечить требуемый режим
работы с учетом скорости охлаждения ГЗ
и потребления/экономии
электроэнергии.
Адаптивное управление системой охлаждения БТА
В процессе опытной
эксплуатации системы охлаждения БТА стало понятно, что эффективная работа может
быть достигнута только при адаптивном управлении. Т.е.,
когда останов/пуск системы и установка рабочей температуры осуществляется с учетом
ряда параметров:
- Наружная температура;
- Внутренняя температура башни;
- Температура зеркала;
- Тренд температуры зеркала за прошедшие сутки;
- Положение забрала;
·
Метеопрогноз.
Понятно, что жесткий алгоритм
управления, учитывающий все изменяющиеся параметры, задать невозможно. Поскольку указанные параметры собираются и
архивируются в системе АСУ БТА, то и алгоритм (программа) управления
охлаждением, должен быть реализован как компонент системы АСУ БТА. Следовательно, для реализации указанных
возможностей, в системе управления холодильной установкой нужно открыть порт,
по которому система могла бы принимать 2 команды - "Стоп/Пуск" и
"Сменить уставку".
Требования к управлению сводятся к следующему:
1. Возможность задания температуры подкупольного по
решению оператора;
2. Возможность задания температуры подкупольного по
интерфейсу из системы управления БТА по алгоритму, составленному на основании
опыта эксплуатации;
3. Возможность включения и отключения системы
охлаждения дистанционно по команде оператора или системы управления БТА.
Информация о потреблении электроэнергии
1. Начальный
рабочий режим — включены все три компрессора.
·
Средний ток по фазам —
220 А..
·
Потребляемая мощность - 145
квт.
·
С учетом подключения
подогревателей потребляемая мощность будет — 245 квт.
2.
Пусковой ток одного компрессора примерно 450
А (одновременно все компрессоры не включаются).
3.
При разности температур около двух градусов
два компрессора отключаются и работать будет только один.
4. Мощность
привода одного компрессора 30 квт (в установившемся режиме около 18 квт, т.к.
загружен на 66%).
5. Подогревательные ТЭНы на ВОП для оттайки льда, суммарная мощность
около 100 квт. Включаются поочередно автоматически по жесткому графику через
каждые 6 часов работы.
В табл.1 отражено посуточное
и помесячное потребление электроэнергии
по ВНП.
Таблица 1.
|
Дата |
Потреб.
эл.энерг. квт |
|
Дата
|
Потреб. эл.энерг.
квт |
|
Дата |
Потреб.
эл.энерг. квт |
|
Дата |
Потреб.
эл. энергии квт. месяц |
|
3.12.08 |
3300 |
|
30.12.08 |
4650 |
|
11.01.09 |
6000 |
|
11.12.2006
– 11.01.2007 |
111тыс.
квт |
|
4.12.08 |
3000 |
|
31.12.08 |
3255 |
|
12.01.09 |
5100 |
|
||
|
8.12.08 |
8100 |
|
01.01.09 |
1845 |
|
13.01.09 |
4500 |
|
11.12.2007
– 11.01.2008 |
120тыс.
квт |
|
9.12.08 |
2550 |
|
02.01.09 |
4050 |
|
15.01.09 |
|
|
||
|
23.12.08 |
3750 |
|
03.01.09 |
4200 |
|
16.01.09 |
3750 |
|
11.12.2008
– 11.01.2009 |
135тыс.
квт |
|
24.12.08 |
5100 |
|
04.01.09 |
5100 |
|
17.01.09 |
3750 |
|
||
|
25.12.08г |
5100 |
|
05.01.09 |
4950 |
|
19.01.09 |
|
|
|
|
|
26.12.08 |
4350 |
|
06.01.09 |
5400 |
|
|
|
|
||
|
27.12.08 |
3900 |
|
07.01.09 |
4800 |
|
|
|
|
|
|
|
28.12.08 |
3750 |
|
08.01.09 |
5400 |
|
|
|
|
|
|
|
29.12.08 |
4050 |
|
09.01.09 |
|
|
|
|
|
|
|