Проектирование, монтаж и обслуживание внутренних потенциально опасных инженерных сетей на примере холодоснабжения завода “Белая дача”

Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт военно-технического образования и безопасности

Кафедра «Экстремальные процессы в материалах и взрывобезопасность»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Проектирование, монтаж и обслуживание внутренних потенциально опасных инженерных сетей на примере холодоснабжения завода «Белая дача»

по дисциплине «Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности»

Выполнил

студент гр.53903/1 А.С. Капралова

Санкт-Петербург 2015 г.

Аннотация

В данной работе рассмотрены потенциально опасные инженерные сети на примере системы холодоснабжения завода «Белая дача» Московской области, представлены результаты предварительного анализа опасностей для системы холодоснабжения, рассмотрены способы снижения риска в процессах проектирования, монтаже и эксплуатации системы холодоснабжения завода.

Реферат

В данной курсовой работе на примере завода «Белая дача» Московской области рассмотрены: структурная схема системы холодоснабжения СКВ, принципиальная схема, основные агрегаты и элементы гидравлического циркуляционного контура чиллера, произведен расчетный расход теплоносителя через испаритель чиллера, выявлены источники опасности системы холодоснабжения на данном объекте.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СИСТЕМА ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ, ЧИЛЛЕР, НАСОС, ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КОНТУР.

Abstract

This term paper on the example of a factory “Belaya Dacha” Moscow region considered a block diagram of cooling system SLE concept, basic units and elements of the hydraulic circulation loop chiller, made the design flow of coolant through the evaporator unit, identified hazards cooling system at the facility.

KEYWORDS: COOLING SYSTEMS, CHILLERS, PUMPS, CIRCULATION LOOP.

Основные сокращения

ПАО – предварительный анализ опасностей;

ПНР – пусконаладочные работы;

ПТО – пластинчатый теплообменник;

РВ – терморегулирующий вентиль;

СКВ – система кондиционирования воздуха;

СХС – система холодоснабжения;

ТРВ – терморегулирующие вентили;

ТХС – теплоснабжение и холодоснабжение (теплохолодоснабжение);

ХС – холодоснабжение.

кондиционирование чиллер холодоснабжение теплоноситель

• Оглавление
• Введение
• Глава 1. Система холодоснабжения
• 1.1 Структурная схема системы холодоснабжения СКВ
• 1.2 Приближенная классификация систем холодоснабжения СКВ
• Заключение по главе 1
• Глава 2. Основные сведения
• 2.1 Зона ответственности
• 2.2 Система холодоснабжения завода
• 2.3 Принципиальная схема, основные агрегаты и элементы гидравлического циркуляционного контура чиллера
• 2.4 Трубопроводная обвязка окружения испарителя
• 2.4.1 Компенсирующие вставки
• 2.4.2 Манометры и термометры
• 2.4.3 Сетчатый фильтр испарителя
• 2.4.4 Байпасный запорный вентиль испарителя
• 2.4.5 Дренаж и выпуск воздуха из испарителя
• 2.4.6 Реле протока испарителя
• 2.5 Обвязка и окружение насосной группы
• 2.6 Расширительный бак
• 2.7 Почасовой график расхода холода в системе холодоснабжения
• Заключение по главе 2
• Глава 3. Устойчивость работы системы холодоснабжения на заводе «Белая дача»
• 3.1 Источники опасностей системы холодоснабжения
• 3.2 Цель предварительного анализа опасностей (ПАО)
• 3.2.1 Определение материальных источников опасностей
• 3.2.2 Выявление опасностей
• 3.2.3 Введение ограничений опасностей
• 3.3 Результат ПАО
• 3.3.1 Подсистема или операция
• 3.3.2 Ситуация
• 3.3.3 Опасный элемент
• 3.3.4 Событие, вызывающее опасное состояние
• 3.3.5 Опасные условия
• 3.3.6 Событие, вызывающее опасные условия
• 3.3.7 Потенциальная авария
• 3.3.8 Последствия аварии
• 3.3.9 Класс аварии
• 3.4 Технологическая триада
• 3.5 Функциональная модель
• 3.6 Структурная модель ТС
• 3.7 Проектирование процессов качества монтажа и эксплуатации системы холодоснабжения
• 3.7.1 Элементы трубопроводной обвязки окружения испарителя
• 3.8 Внутренний и внешний риски и технология монтажа и эксплуатации инженерных сетей
• 3.9 Базовые проектные решения, риск предыстории
• 3.9.1.Основные средства
• 3.9.2 Ремонт
• 3.9.3 Система контроля и управления
• 3.9.4 Надзор
• 3.9.5 Предпроектный риск
• 3.9.6 Обслуживание
• 3.9.7 Безопасность
• 3.10 Жизненный цикл ТС инженерных сетей
• 3.11 Снижение риска
• 3.12 Ситуационный план
• Заключение по главе 3
• Заключение
• Использованные источники
• Приложение А. Классификация систем холодоснабжения СКВ
• Введение
• Впервые парокомпрессионная холодильная установка, работающая на парах эфира, была создана еще в 1834 году. Затем в качестве хладогентов в установках этого типа были использованы метиловый эфир и сернистый ангидрид. В 1874 году немецкий инженер К. Линде создал аммиачную, а в 1881 году-с двуокисью углерода парокомпрессионные установки. В 30-х годах 20 века в холодильной технике в качестве хладогентов в парокомпрессионных установках были впервые использованы синтезированные в тот период фреоны.
• Сейчас работа многих предприятий немыслима, да и невозможна без использования холодильных машин, то есть системы холодоснабжения.
• Целью данной работы является изучение процесса проектирования, монтажа и обслуживания потенциально опасных и устойчивых инженерных сетей, а именно системы холодоснабжения на примере завода «Белая дача».
• В связи с поставленной целью, решались следующие задачи:
• 1. рассмотрение системы холодоснабжения завода «Белая дача»;
• 2. проведение предварительного анализа опасностей для системы холодоснабжения данного завода;
• 3. рассмотрение способов снижения риска при проектировании, монтаже и эксплуатации системы холодоснабжения завода.
• Глава 1. Система холодоснабжения
• Холодоснабжение – это обеспечение искусственным холодом потребителей.
• Система холодоснабжения – это комплекс оборудования, используемый для обеспечения комфортных температурных условий в конкретном помещении или организации каких-либо технологических процессов.

1.1 Структурная схема системы холодоснабжения СКВ

В структурной схеме СХС (рис. 1) три основных части: генератор — источник холода, обычно водоохлаждающая машина, а также охладитель жидкости, трубопроводы, арматура, баки, насосы и др., система транспортировки, связывающая источник, и потребители холода: воздухоохладители центральных СКВ, местные вентиляторные охладители, доводчики- охладители и др.

Рис. 1. Схема системы холодоснабжения центральных СКВ и доводчиков-охладителей объекта: 1 — источник холода; 2 — сеть транспортировки холодоносителя, 3 — потребители холода [1]

1.2 Приближенная классификация систем холодоснабжения СКВ

Для классификации СХС СКВ выделяют три основных признака: способ получения холода, способ связи источника и потребителя, способ использования холода. По способу производства холода для СКВ различают использование природных источников (воды, льда) и искусственных источников холода (различные хладоны и хладоносители). По способу связи источника и потребителя холода различают централизованное и местное холодоснабжение, последнее встроено в автономные кондиционеры [1]. По способу применения холода различают непосредственное использование (хладагента) или использование промежуточного хладоносителя (воды, рассола, льда).

Более подробно с классификацией систем холодоснабжения СКВ можно ознакомиться в приложении А.

Заключение по главе 1

В данной главе описана структурная схема системы холодоснабжения, которая состоит из трех основных элементов: источник холода, система транспортировки и потребители холода, а также приведена классификация системы холодоснабжения.

Глава 2. Основные сведения

2.1 Зона ответственности

Завод компании «Белая Дача Трейдинг» (рис. 2), предназначенный для переработки свежей салатной продукции, запущен в эксплуатацию летом 2006 года в городе Котельники Московской области.

Производительность предприятия превышает 40 т продукции в сутки. Большая часть общей площади завода, равной 6000 м², представляет собой охлаждаемую зону с очень узким разбросом допустимых температур.

Рис. 2. а – схема завода «Белая дача», б-модель завода «Белая дача», где 1 – машинное отделение (чиллер – холодильная станция), 2 – цех заготовки овощей, 3 – цех заготовки салатов, 4 – упаковочный цех, 5 – трубные магистрали [10]

2.2 Система холодоснабжения завода

Ядром системы холодоснабжения завода является чиллер, охлаждающий промежуточный хладоноситель – раствор этиленгликоля. Для поддержания требуемой температуры зоны хранения сырья, основных производственных зон, а также зоны отгрузки готовой продукции этиленгликоль охлаждается до -6 ^оС. Холодопроизводительность чиллера на расчетном режиме составляет 1050 кВт, энергопотребление в номинальном режиме работы – 375 кВт [2-4].

Чиллер состоит из двух компрессорно-ресиверных агрегатов, двухконтурного кожухотрубного испарителя и испарительного конденсатора. Конденсатор (так же, как и испаритель) состоит из двух независимых контуров. Таким образом, чиллер имеет два независимых фреоновых контура и один общий гликолевый.

Каждый компрессорно-ресиверный агрегат комплектуется тремя винтовыми компрессорами, оснащенными экономайзерами для повышения эффективности работы. Испаритель помещен в бак-аккумулятор, сглаживающий кратковременные пиковые тепловые нагрузки.

Хладагент подается в каждый контур через электронный терморегулирующий вентиль с моторным приводом. Тепловая нагрузка в течение суток и в разное время года колеблется от 15 до 100 % от расчетной величины.

Холодопроизводительность компрессоров регулируется по температуре выходящего из испарителя гликоля.

Холодный и теплый гликоль подается в воздухоохладители через 3-ходовые вентили, работа которых контролируется процессором на основании показаний датчиков температуры воздуха, расположенных в разных точках охлаждаемых зон.

Все воздухоохладители разбиты на группы, в каждую из которых этиленгликоль подается отдельной насосной станцией, состоящей из основного и резервного насосов.

2.3 Принципиальная схема, основные агрегаты и элементы гидравлического циркуляционного контура чиллера

На рис. 3 представлен пример типовой схемы обвязки испарителя чиллера любого типа в замкнутой гидравлической системе при самостоятельной комплектации оборудования циркуляционного холодильного контура [10]. В качестве теплоносителя использован стандартный теплоноситель – раствор этиленгликоля.

Рис. 3. Принципиальная схема двухконтурной системы холодоснабжения завода «Белая дача», где 1 – чиллер, 2 – бак-аккумулятор, 3 – расширительный бак, 4 – насосная группа 1-го контура (испарители), 5 – насосная группа 2-го контура, 6 – теплообменник, 7 – коллектор отопленной воды, 8 – регулятор перепада давления, 9 – коллектор охлажденной воды [10]

Наиболее ответственным и дорогостоящим агрегатом холодильной станции является чиллер. Чиллер связан с циркуляционным контуром станции холодоснабжения посредством испарителя. Нарушения в работе циркуляционного контура и неправильная эксплуатация системы, как правило, приводит к выходу из строя испарителя и последующего выхода из строя компрессора чиллера. По этой причине при работе холодильной станции циркуляционный контур должен обеспечить:

· постоянный и стабильный проток, подготовленного по требованиям производителя оборудования, теплоносителя через испаритель чиллера, соответствующий его номинальной производительности на расчетном режиме;

· постоянную очистку теплоносителя от продуктов коррозии и шлама в трубопроводных магистралях при циркуляции теплоносителя в системе;

· постоянную дегазацию теплоносителя от воздуха, растворенного в жидкости.

2.4 Трубопроводная обвязка окружения испарителя

На рис. 4 представлена обвязка трубных магистралей испарителя чиллера [10].

Рис. 4. Стандартная обвязка трубными магистралями испарителя чиллера: 1 ? вентиль для спуска воздуха, 2 ? балансировочный клапан, 3 ? реле протока (РП), 4 ? термометры на входе/выходе воды, 5 ? компенсирующие вставки, 6 ? запорные вентили, 7 – манометр, 8 ? испаритель чиллера, 9 ? сетчатый фильтр, 10 ? дренажный вентиль [10]

2.4.1 Компенсирующие вставки

Компенсирующие вставки (рис. 4) служат для подсоединения трубных магистралей циркуляционного контура с испарителем чиллера. Как правило, компрессоры чиллеров установлены на свои независимые виброизоляторы. В этом случае вибрация при работе компрессора в малой степени передается на трубную систему циркуляционного контура. Тем не менее, рекомендуется использовать при подсоединении трубных магистралей с теплообменными аппаратами чиллера (испаритель и конденсатор) компенсирующие вставки – резиновые виброизоляторы, чтобы исключить передачу вибраций в трубопроводную систему. Компенсирующие вставки позволяют:

· компенсировать возможное осевое несоответствие патрубка испарителя чиллера и смонтированной трубной магистрали;

· исключить передачу вибраций от работающего холодильного оборудования в трубопроводную систему;

· обеспечить расстыковку и отсоединение испарителя при проведении проверочных, сервисных и работ по замене агрегатов.

2.4.2 Манометры и термометры

Показывающие манометры и термометры (рис. 4) на входе/выходе теплоносителя из испарителя чиллера рекомендуется устанавливать для удобства обслуживания и эксплуатации холодильной станции.

С помощью показывающих термометров может быть осуществлен быстрый и простой мониторинг температуры теплоносителя на входе и выходе из испарителя малоквалифицированным персоналом, без использования цифрового дисплея контроллера чиллера, к которому должен иметь доступ, только специально обученный персонал.

Обязательный мониторинг давлений теплоносителя на входе и выходе из испарителя чиллера с помощью показывающих манометров необходим для постоянного контроля гидравлического сопротивления, а соответственно, состояния теплообменной поверхности (степени загрязненности) и контроля расхода теплоносителя через испаритель при проведении пуско-наладочных работ и эксплуатации чиллера.

2.4.3 Сетчатый фильтр испарителя

Сетчатый фильтр «грязевик» [10] испарителя (рис. 4) должен быть установлен на входе теплоносителя в аппарат, в непосредственной близости от испарителя. Несмотря на то, что система холодоснабжения, в соответствии с требованиями производителя оборудования, должна быть заполнена подготовленным теплоносителем, сетчатый фильтр предотвращает попадание грязи из трубной системы в испаритель. Отказ от выполнения этого требования может повлечь за собой попадание грязи, продуктов коррозии и шлама трубной системы в аппарат, что приводит к ухудшению процессов теплообмена в испарителе, с одной стороны. С другой ? увеличение гидравлического сопротивления испарителя вследствие его забивки загрязнениями приводит к уменьшению расхода через испаритель, что, в конечном счете, может привести к аварийной остановке компрессора по защите от замораживания испарителя (Freeze up) или по низкому давлению (LP) в холодильном контуре. Многократное срабатывание этих защит, особенно последней, без анализа и выяснения возможной причины аварии на практике может привести и, как правило, приводит к выходу из строя компрессора чиллера.

2.4.4 Байпасный запорный вентиль испарителя

Для исключения возможности загрязнения теплообменной поверхности теплообменного аппарата при первых прокрутках теплоносителя в циркуляционном контуре после проведения монтажных работ трубных магистралей рекомендуется устанавливать постоянный или временный байпас (рис. 4) вокруг теплообменного аппарата.

2.4.5 Дренаж и выпуск воздуха из испарителя

При инсталляции чиллера необходимо предусматривать возможность дренажа теплоносителя из испарителя (рис. 4). Чтобы обеспечить полный слив теплоносителя и исключить образование вакуума при дренаже, обеспечить полную заливку испарителя жидкостью при последующем заполнении системы, в верхней точке трубной системы вблизи испарителя необходимо предусмотреть воздушный клапан. Воздушный клапан может быть с ручным приводом или автоматический.

2.4.6 Реле протока испарителя

Реле протока испарителя (РП) (рис. 4) – наиболее важный элемент гидравлического контура, обеспечивающий надежную и безаварийную работу чиллера в течение всего периода его эксплуатации.

Установка реле протока в системе холодоснабжения обязательна, поскольку его основная функция ? защита чиллера от нештатной ситуации: чрезвычайно малом либо при полном отсутствии протока жидкости через испаритель. Это возможно в системе лишь только в одном случае ? при неработающем компрессоре холодильной машины.

Назначение устройства реле протока – сигнализировать контроллеру чиллера о нормальном протоке жидкости через испаритель.

2.5 Обвязка и окружение насосной группы

Побудителем движения теплоносителя в циркуляционном контуре является насосная станция (рис. 3). С помощью насосов создается необходимый перепад давлений, компенсирующий гидравлические сопротивления в системе, и обеспечивается проток жидкости с требуемым расходом. Работа насоса характеризуется следующими рабочими характеристиками: подача, мощность и КПД.

С целью повышения надежности холодильной станции рекомендуется выполнять насосную группу из двух насосов: рабочий и другой ? резервный, который включается в работу в случае остановки рабочего насоса. Т.е. и в случае отказа рабочего насоса обеспечивается 100%?ное резервирование системы по протоку жидкости.

2.6 Расширительный бак

Теплоноситель циркулирует в гидравлической сети, которая представляет собой замкнутый объем конечных размеров, при изменении температуры теплоносителя объем его изменяется: при повышении температуры ? увеличивается, при понижении температуры ? уменьшается. Так как увеличение объема ограничено замкнутым пространством, то при повышении температуры происходит увеличение внутреннего гидростатического давления, что может привести к разрушению элементов гидравлической сети. Особенно «критичными» являются места соединений трубопроводов. Для компенсации увеличения объема в системе должен быть предусмотрен расширительный бак (рис. 3).

2.7 Почасовой график расхода холода в системе холодоснабжения

Для определения суточного расхода холода строят почасовый график (рис. 5). Ввиду недостатка расчетных данных по чиллеру все расчеты приведены в пересчете на энергопотребление холода. Полезная холодопроизводительность чиллера определяется по формуле (1):

, (1)

где Q_xcp – среднечасовый расход холода за сутки в пересчете на энергопотребление, кВт; Q_cym ~ общий расход холода за сутки в пересчете на энергопотребление, кВт; – продолжительность работы чиллеров в сутки, принимается 20-22 ч. Холодопроизводительность чиллера на расчетном режиме составляет 1050 кВт, энергопотребление в номинальном режиме работы – 375 кВт.

Рис. 5. Почасовой график расхода холода в системе холодоснабжения в пересчете на энергопотребление, где Q_aк – количество холода, аккумулированного в баке в перерасчете на энергопотребление, кВт; Q_нор – полезная часовая холодопроизводительность в перерасчете на энергопотребление, кВт [10]

Заключение по главе 2

В главе подробно описывается система холодоснабжения завода «Белая дача», представлена принципиальная схема гидравлического циркуляционного контура чиллера. Дано описание, принцип действия и функции каждого элемента этой системы, а также даны описания двух других систем холодильной установки: обвязка и окружение насосный группы и расширительный бак. Приведен график и расчет почасового расхода холода в системе холодоснабжения.

Глава 3. Устойчивость работы системы холодоснабжения на заводе «Белая дача»

3.1 Источники опасностей системы холодоснабжения

1. Внешние: трубопроводы, технологическое оборудование другой системы, персонал, злоумышленники, окружающая среда.

2.Внутренние: неправильный монтаж оборудования, дефекты в материале оборудования, истечение этиленгликоля.

3.2 Цель предварительного анализа опасностей (ПАО)

Целью предварительного анализа опасностей является [5]: определение системы, части системы (оборудование, резервуары, продуктопроводы), выявление в общих чертах потенциальных опасностей или отдельных опасных состояний (перегрузка, разгерметизация, утечка, потеря устойчивости или несущей способности), которые могут привести к опасным событиям, т.е. определение участка системы, где требуется более подробный анализ.

3.2.1 Определение материальных источников опасностей

Чиллер, испаритель, трубные магистрали, вентили, клапаны, реле, фильтры, насос.

3.2.2 Выявление опасностей

· Деформация и образование микротрещин в корпусе испарителя вследствие проведения каких-либо сварочных работ на присоединительных патрубках испарителя чиллера;

· Присутствие воздуха в циркуляционном контуре теплоносителя;

· Истечение раствора этиленгликоля из установки;

· Выход из строя системы холодоснабжения по общей причине вследствие общности конструкции, ошибок проектирования системы;

· Отказы системы вследствие пожара, затопления, механического воздействия предметов, взрывов газа;

· Отказ системы вследствие разрыва трубных магистралей или разрушения оборудования из-за природной катастрофы;

· Отказ системы вследствие ошибочных действий персонала;

· Отказ системы вследствие несанкционированных действий злоумышленников.

3.2.3 Введение ограничений опасностей

Завод «Белая дача» располагается в Московской области, где довольно стабильная благоприятная обстановка по катаклизмам природного характера, поэтому вследствие особенностей географического расположения завода исключим возможность отказа системы из-за природных катастроф (т.к. вероятность такого отказа стремится к 0).

3.3 Результат ПАО

3.3.1 Подсистема или операция

Система холодоснабжения завода «Белая дача».

3.3.2 Ситуация

Авария вследствие чего выходит из строя система холодоснабжения завода.

3.3.3 Опасный элемент

Чиллер, испаритель, трубные магистрали, вентили, клапаны, реле, фильтры, насос.

3.3.4 Событие, вызывающее опасное состояние

Неправильный монтаж оборудования, дефекты в материале оборудования, ошибка проектирования системы, ошибочное действие персонала.

3.3.5 Опасные условия

Возможность несрабатывания отдельных элементов системы холодоснабжения или ошибочное действие персонала.

3.3.6 Событие, вызывающее опасные условия

Деформация и образование микротрещин в корпусе испарителя;

Попадание грязи, продуктов коррозии и шлама трубной системы в испаритель;

Наличие воздуха в циркуляционном контуре теплоносителя.

3.3.7 Потенциальная авария

Некорректная работа системы холодоснабжения, истечение раствора этиленгликоля из установки.

3.3.8 Последствия аварии

Выход системы холодоснабжения из строя, отравление персонала парами этиленгликоля, материальные потери бизнесу завода «Белая дача».

3.3.9 Класс аварии

Класс аварии 3 [6] – критический: состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также неправильной работой, приводит к существенным нарушениям в работе, повреждению оборудования и создает опасную ситуацию, требующую немедленных мер по спасению персонала и оборудования.

3.4 Технологическая триада

Технологическая триада (рис. 6) состоит из трех элементов: исходный объект, технология, конечный объект [7].

Рис. 6. Технологическая триада. [7]

3.5 Функциональная модель

Построение моделей ТС на аналитическом этапе функционально-стоимостного анализа (ФСА) (рис. 7): ТС – техническая система, Ф (функция объекта) – действие объекта, его проявление по отношению к другим объектам, НФ – носитель функции (объект, оказывающий действие), ОФ – объект функции (объект, на который оказывается действие) [7].

Рис. 7. Функциональная модель [7]

3.6 Структурная модель ТС

Структурная модель ТС представлена на рис. 8.

Рис. 8. Структурная модель ТС [7]

3.7 Проектирование процессов качества монтажа и эксплуатации системы холодоснабжения

3.7.1 Элементы трубопроводной обвязки окружения испарителя

· Подключение патрубков испарителей чиллеров [1, 10] большой холодопроизводительности (выше 100 кВт) с трубными магистралями осуществляется посредством Victaulic соединений (рис. 9), которые позволяют компенсировать незначительное осевое несоответствие трубной магистрали и патрубков испарителя и исключить передачу вибраций от работающего компрессора в трубопроводную систему.

Рис.9. Соединение Victaulic трубной магистрали [10]

· Обязательна установка сетчатого фильтра «грязевика» тонкой очистки с малым размером ячейки (размер ячейки порядка 50мк) перед паянным пластинчатым теплообменником-испарителем. При работе в составе циркуляционного контура паянные пластинчатые теплообменники очень «критичны» к малейшим загрязнениям и наличию воздуха в теплоносителе ? возможно локальное «замораживание» отдельных каналов (рис. 10), внутренняя разгерметизация теплообменника при неоднократных аварийных остановках и попадание теплоносителя (воды или растворов низкотемпературных жидкостей) в холодильный агент компрессора с последующим выходом из строя последнего.

Рис. 10. Локальное замораживание каналов испарителя: а – кожухотрубного испарителя при малых расходах воды; б – паянного пластинчатого испарителя при «забивке» каналов грязью и шламом [10]

· При обвязке чиллера с несколькими независимыми испарителями установка запорной арматуры на каждом испарителе является также целесообразной, поскольку в этом случае аварийная остановка одного из холодильных контуров чиллера не приводит к полной остановке системы при проведении ремонтных работ.

· Особое внимание следует уделять выбору типа клапана для отвода воздуха из системы (ручной или автоматический). На рис. 11 проиллюстрирован случай подсоса воздуха в замкнутый циркуляционный контур через воздушный автоматический клапан при расхолаживании системы.

Рис. 11. «Подсос» воздуха в систему через воздушный автоматический клапан [10]

· Для решения проблемы постоянной обработки циркулирующего теплоносителя в холодильной системе находят применения специальные устройства, позволяющие обеспечить высокую степень очистки от механических частиц и «дегазации» жидкости. На рис. 12 представлен центробежный воздухоотводчик.

Рис. 12. Схема работы центробежного воздухоотводчика [10]

3.8 Внутренний и внешний риски и технология монтажа и эксплуатации инженерных сетей

Внешние риски – это такие явления, события, организации и люди, которые извне влияют на деятельность предприятий и технических систем и являются причинами вероятных потерь. Таких внешних факторов риска существует множество, они взаимосвязаны и взаимозависимы, их влияние на бизнес и объекты подчинено сложным законам. Внешние риски: риски ТС, риски предыстории, ошибочные действия персонала и основные опасности человечества (природные катастрофы, войны, терроризм). Внутренний риск – это риск, источником которого является сама организация, технология создания объекта/системы и технический объект/система. Если от внешнего влияния риска мы ждем и готовимся отразить “интервенцию”, тогда как внутренние факторы часто просто незаметны. Внутренними рисками часто являются и мотивации у персонала на добросовестный труд, вредительство, воровство и предательство сотрудников, а также многое другое. Внутренние риски: субъективный аспект опасностей (неправильный монтаж системы, внутренние дефекты материала, неправильное проектирование системы) [7].

3.9 Базовые проектные решения, риск предыстории

Базовые проектные решения (обслуживание, надзор, система контроля и управления, ремонт, основные средства, безопасность, 3D модель и производные документы, функциональные схемы системы холодоснабжения, технологические паспорта и перечни оборудования, документация заводов – изготовителей, контроль качества и пр.) потенциально являются источником для системы управления конфигурацией и других критических систем, которые могут использоваться в процессе эксплуатации сложных и опасных технических систем. Интеграция между базовыми решениями и другими системами позволяет осуществлять навигацию и извлечение данных из множества разнородных систем. Базовые проектные решения (БПР) выполняются до определения управляемого риска ТС, поэтому БПР является допроектным риском и входит в вектор Коллера в начале координат как постоянная функция с учетом допроектного времени [8].

3.9.1 Основные средства

Описаны во второй главе в пунктах 2.3-2.6.

3.9.2 Ремонт

Ремонт такого сложного технического оборудования, как чиллер или холодильная машина, требует высокой практической квалификации сервисного инженера и качественного специального образования.

Чиллеры требуют регулярного сервисного обслуживания, в этом случае вероятность поломки минимальная, и даже возникновение неисправности не является неожиданностью. Но если ремонт холодильной машины все же потребовался, то необходимо обратиться к высококвалифицированным специалистам.

Ремонт чиллера выполняется только после диагностики его специалистом и определения причины неполадки.

Иногда ремонт бывает достаточно трудоёмок, и требует присутствия нескольких инженеров. Может потребоваться заказ новых комплектующих, что занимает от нескольких дней до недель, или настройка параметров контроллера и соответствующая документация для моделей редких марок, поставлявшихся фирмами-производителями в единичных количествах.

Защитная система оборудования от несанкционированного вмешательства, затрудняет проведение регламентных и ремонтных работ неквалифицированным персоналом. Вот почему необходимо обращаться в сервисные организации, имеющие сертификаты производителей на проведение соответствующего комплекса работ [3-4].

3.9.3 Система контроля и управления

Технический контроль: проверка соответствия оборудования установленным техническим требованиям. Контроль технического состояния: проверка соответствия значений параметров работы оборудования требованиям нормативной и технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени [2-4].

3.9.4 Надзор

Надзор эксплуатации систем холодоснабжения осуществляется по СТО НОСТРОЙ 34-2012:

1. предпусковые испытания системы холодоснабжения проводятся рабочей комиссией по программе, утвержденной заказчиком;

2. к предпусковым испытаниям допускаются полностью смонтированные системы, прошедшие испытания и наладку в объеме утвержденных программ;

3. к моменту проведения испытаний должны быть представлены все необходимые документы.

3.9.5 Предпроектный риск

Интеграция между базовыми решениями и другими системами позволяет осуществлять навигацию и извлечение данных из множества разнородных систем. Базовые проектные решения (БПР) выполняются до определения управляемого риска ТС, поэтому БПР является допроектным риском и входит в вектор Коллера в начале координат как постоянная функция с учетом допроектного времени (рис. 13) [9].

Рис. 13. Схема изменения рисков ТС с учетом жизненного цикла [9]

3.9.6 Обслуживание

Сложные системы холодоснабжения, использующиеся на объектах разного масштаба, требуют постоянного ухода, иначе из-за одного звена вся схема работы может в одночасье «застопориться». Чтобы минимизировать риски выхода дорогостоящего оборудования из строя, стоит обратить внимание на три простых совета:

1. соблюдать чистоту – поверхности конденсатора и воздухоохладителя не должны загрязняться;

2. неукоснительно следовать указаниям инструкций завода-изготовителя холодильного оборудования;

3. не использовать системы холодоснабжения в случае отклонения показателей электрического тока от нормы.

Эти несложные меры предосторожности помогут продлить срок службы холодильного оборудования и в значительной мере «отложить» его ремонт, но стоит помнить про техническое обслуживание, которое должно осуществляться только высококвалифицированными специалистами.

3.9.7 Безопасность

Снижение риска нарушения работы системы холодоснабжения достигается при верном монтаже системы и правильной эксплуатации в соответствии с Градостроительным кодеком Российской Федерации от 29 декабря 2004 г № 190-ФЗ, Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», приказом Минрегиона Российской Федерации от 30 декабря 2009 г. № 624 «Об утверждении перечня видов работ по инженерным изысканиям, по подготовке проектной документации, по строительству, реконструкции, капитальному ремонту объектов капитального строительства, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства» [2-4].

3.10 Жизненный цикл ТС инженерных сетей

Жизненный цикл ТС представлен на рис. 14 и включает стадии: 1 – предыстория, 2 – разработка, 3 – производство, 4 – эксплуатация, 5 – сопровождение, 6 – инженерно-техническая укрупнённость, 7 – изъятие из обращения [9].

Рис. 14. Жизненный цикл ТС инженерных сетей [9]

3.11 Снижение риска

В чиллерах, как правило, предусмотрены две последовательно скоммутированные ступени защиты [10] по отсутствию или несоответствию расчетному значению расхода жидкости через испаритель. На рис. 15, в качестве примера, представлен фрагмент электрической схемы чиллера DAIKIN с одновинтовым компрессором.

Первая ступень представляет собой «сухие» контакты насоса (S9L), которые замыкаются при подаче силового электропитания на насосную группу циркуляционного контура. Сигнал о включении насосной группы поступает на контроллер, но этого недостаточно для подтверждения нормального расхода жидкости через испаритель чиллера. Для этого служит реле протока, замыкание контактов (S8L) которого указывает на то, что расход через испаритель достиг требуемой величины. Только после этого начинается обратный отсчет таймера запуска компрессора чиллера и после его обнуления происходит собственно запуск компрессора.

Рис. 15. Защитные устройства и их подключение к контроллеру чиллера [10]

Если, по какой-то причине, расход жидкости через испаритель уменьшился или вообще прекратился, происходит размыкание цепочки защит и компрессор чиллера аварийно останавливается. Современные контроллеры чиллеров фиксируют аварию, таким образом, можно достаточно просто выявить причину аварийной остановки (реле протока).

При необходимости цепочка защит (рис. 15) по протоку жидкости через теплообменные аппараты чиллера может быть расширена. Так, при монтаже чиллеров с водяным охлаждением конденсатора в эту цепочку последовательно включают «сухие» контакты насосной группы и реле протока по стороне конденсатора.

При инсталляции оборудования холодильной станции необходимо учитывать также особенности электроподключения чиллера и насосной группы. Силовое электропитание рекомендуется выполнять раздельно: не допускается подключение насосной группы от чиллера. При пуске холодильной станции первым всегда производится включение насосной группы, затем чиллера.

3.12 Ситуационный план

Краткое описание сценария аварии: истечение этиленгликоля из контура чиллера, вызванное деформацией трубок холодильного оборудования, в машинном отделении. Машинное отделение представляет собой помещение, где расположены основные элементы системы холодоснабжения завода «Белая дача» (рис. 16). Постоянное пребывание работников в машинном отделении не предусмотрено.

Рис. 16 а-схема завода «Белая дача», б-ситуационный план аварии в машинном отделении

Основные исходные расчетные данные: раствор этиленгликоля (50 кг), который используется в первом контуре чиллера в качестве теплоносителя, является умеренно токсичным, относится к веществам третьего класса опасности. Предельно допустимая концентрация в атмосфере составляется 5 мг/м³, а летальная доза составляет 1,5-5 мл на 1 кг тела. Этиленгликоль имеет относительно низкую летучесть, его пары обладают не столь высокой токсичностью и представляют опасность лишь при длительном вдыхании. Машинное отделение было проектировано таким образом, чтобы была хорошая герметизация этого помещения, поэтому даже после пролития этиленгликоля не будет происходить распространение опасных веществ по заводу.

Величина зоны действия поражающих факторов – площадь помещения машинного отделения. Зоны А и Б: разрушений нет, происходит только истечение этиленгликоля, который удаляется из помещения с помощью системы кондиционирования, выводящей газ наружу, предварительно пропустив через систему очистки.

Система холодоснабжения завода имеет резервный такой же элемент взамен вышедшему из строя, так что работоспособность системы холодоснабжения сохраняется.

Заключение по главе 3

В данной главе рассмотрены источники опасности инженерных сетей, приведены результаты предварительной оценки опасностей. Описаны процессы проектирования, монтажа и обслуживания ТС. Т.е. установлены риски эксплуатации ТС, которые определяют оценку величины необходимого снижения приемлемого риска. Показано, что полнота слоев безопасности*, требования к системе безопасности, выбор метода для конкретного определения рисков зависит от многих факторов, в том числе от сложности задачи; указаний регулирующих органов; природы риска и требуемой величины его снижения; опыта и квалификации персонала, выполняющего эту работу; доступной информации о параметрах риска. Представленная система инженерных сетей отвечает требованиям полноты слоев безопасности. *Полнота безопасности (мера вероятности того, что функция безопасности полноты слоев безопасности (ПСБ) и других слоев защиты обеспечат установленную безопасность.

Заключение

Система холодоснабжения предприятий становится все сложнее и сложнее. Теперь все чаще в качестве системы холодоснабжения используется чиллер – холодильная машина для охлаждения жидкого теплоносителя.

Главное отличие системы на основе чиллера от фреоновых систем заключается в наличие промежуточного теплоносителя – охлажденной воды. Для нормального функционирования системы холодоснабжения необходим целый комплекс вспомогательного оборудования: насосы для обеспечения циркуляции охлажденной воды, системы заполнения водой контура холодоснабжения, регулирующая арматура, система контроля и управления. Весь комплекс вспомогательного оборудования вместе с чиллером называется холодильной станцией или холодильным центром. Для размещения оборудования холодильной станции требуется отдельное помещение довольно большой площади. Обслуживание системы центрального кондиционирования должен производить высококвалифицированный персонал.

Но, несмотря на весьма массивный комплекс вспомогательного оборудования для системы холодоснабжения на основе чиллера, это оборудование является более безопасным, т.к. в качестве промежуточного теплоносителя используется охлажденная вода, а не, например, аммиак.

В работе проведена предварительная оценка опасностей, представлены результаты этой оценки (опасные элементы и условия, причины, вызывающие опасные состояния, события, вызывающие опасные условия, потенциальная авария и класс данной аварии). Представлены процессы проектирования, монтажа и обслуживания ТС. Выявлены внешние и внутренние риски проектирования, монтажа и эксплуатации ТС (риски предыстории, ошибочные действия персонала, действия злоумышленников, основные опасности человечества). Показано, что представленная система инженерных сетей отвечает требованиям полноты слоев безопасности.

Использованные источники

1. Бялый Б.И. Обобщенные характеристики центробежных форсунок кондиционеров воздуха. Рига: РПИ, 1983. – 230 с.

2. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

3. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

4. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

5. Ефремов С.В., Румянцева Н.В. Декларирование опасных производств. Учебное пособие. СПб: СПбГПУ, 2004. – 238 с.

6. Кузьмин В.Ф. Анализ риска – основа для решения проблем безопасности населения и окружающей среды. Учебное пособие. М.: Издательство Московского университета, 2009. – 211 с.

7. Тарабанов В.Н. Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности. Основы внутреннего риска объектов и систем техносферы. Учебное пособие. СПб: СПбГПУ, 2004. – 156 с.

8. Тарабанов В.Н. Управление технологическими рисками сложных технических систем.

9. Тарабанов В.Н., Худякова В.Е. Наполнение вектора Коллера предпроектным риском при определении риска технических систем в течение жизненного цикла.

10. «Чиллеры»

Приложение А

Классификация систем холодоснабжения СКВ [1]

Системы холодоснабжения СКВ при всем своем различии и многообразии можно различать по таким основным признакам:

· расчетной холодопроизводительности, составляющей от нескольких киловатт (комнаты, квартиры, небольшие офисы, кафе, объекты сферы обслуживания населения и др.) до сотен и тысяч киловатт (отдельные многоэтажные здания и их комплексы, многофункциональные здания, производственные цеха и др.);

· типу применяемых холодильных машин (и компрессоров): поршневых, винтовых, спиральных, центробежных, абсорбционных, воздушных, термоэлектрических;

· по способу управления холодопроизводительностью: изменением оборотов двигателя компрессора, перепуском хладона с возвратом после ТРВ, отключением цилиндров, отключением компрессоров, отключением части хладоновых контуров, управлением направляющим аппаратом в турбокомпрессорах и др.;

· по схемным решениям СХС, в частности по аккумуляции холода: с баком-промежуточной емкостью, баком-аккумулятором холодной воды, баком-льдоаккумулятором (со специальным погружным испарителем);

· открытой или закрытой СХС;

· системам на основе хладонов или хладоносителей;

· по виду холодоносителей и хладонов, которые можно разделить на природные (естественные) и искусственные;

· по типу аппаратов: поверхностных или контактных (смесительных) для охлаждения-осушения обрабатываемого воздуха;

· по способу соединения бака-аккумулятора и нагрузки с холодильной машиной: параллельному или последовательному.