Перед установкой резервуаров заказчики нередко задают следующие вопросы: а не замерзнут ли резервуары зимой, как вы подогреваете воду в емкостях, как утепляете резервуары, сколько нужно электроэнергии на обогрев и можно ли её сэкономить, как все это будет работать и так далее. В этой статьей мы подробно рассмотрим систему утепления емкостей FLAMAX и систему подогрева воды в них.
Резервуары FLAMAX – это сборная наземная конструкция, которая на сегодняшний день является лучшей современной альтернативой любой другой наземной емкости РВС (будь то пластик, сварные резервуары или что-то другое).
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Конструкция сборно-разборных резервуаров FLAMAX
2. Особенности применения резервуаров в холодных регионах.Коротко о климатологии
3. Особенности стальных РВС
3.1. Сравнение обогрева сварного резервуара и резервуара FLAMAX
3.2. Расчет тепловых потерь
4. Виды систем подогрева воды. Как не дать воде замерзнуть
4.1. Змеевик и контур
4.2. Циркуляция
4.3 Тэны внутри резервуара
5. Автоматизация систем обогрева резервуаров FLAMAX
5.1. Разберем, как построена система автоматизации
5.2. Схема расстановки датчиков и ТЭН
5.3 Какова логика работы системы?
5.4 Контроль уровней воды в шкафу управления Выводы
1. Конструкция сборно-разборных резервуаров FLAMAX
Резервуары FLAMAX состоят из оцинкованных стальных листов и элементов полностью заводского изготовления! Сборка производится при помощи высокопрочных болтовых соединений. Никаких доработок и сварных работ на площадке не предусмотрено.
Сначала собирается первое кольцо, далее крепятся элементы жесткости кровельной части конструкции, затем устанавливаются профили и другие усиливающие элементы, образующие структуру крыши. Структура крыши и ее сложность зависят от параметров снеговой нагрузки региона установки резервуара.
Следом устанавливаются сэндвич-панели крыши и декоративные нащельники, закрывающие срез сэндвич-панелей. Далее устанавливается гидравлическая система синхронного подъема, с помощью которой, шаг за шагом, резервуар будет подниматься. Далее делается первый подъем и осуществляется крепление утеплителя.
Внутри конструкции установлена армированная ПВХ-мембрана, которая обеспечивает герметичность емкости. По сути, это очень прочный армированный цельный ПВХ-мешок, который в себе держит воду. Далее последовательно собирается кольцо за кольцом до момента достижения полной проектной высоты резервуара.
По окончании подъема производится утепление дна резервуара, расправляется мембрана и отсоединяются гидравлические домкраты. По ходу подъема устанавливаются все узлы, патрубки и дополнительные элементы. Далее резервуар крепится к фундаменту, производится установка узлов: узлы для подключения линий заполнения, теста и перелива, ТЭНы, узел подключения всасывающей линии к насосу, манометр, дренажный узел, нижний люк доступа и так далее.
Далее подключаются внешние сети и производится заполнение резервуара.
Резервуары могут применяться в любой климатической зоне, в т.ч. с холодным климатом и большими снеговыми нагрузками. Для этого в конструкции емкостей предусмотрена автоматизация подогрева воды. Обычно воду поддерживают при +5 градусах и выше по требованию.
2. Особенности применения резервуаров в холодных регионах. Коротко о климатологии
При проектировании мы всегда обращаемся к справочникам и смотрим на климат региона. Нас интересуют такие параметры, как максимальная отрицательная и положительная температуры, влажность, скорость ветра, холодная пятидневка и многие другие показатели. Однако мы руководствуемся не только нормативными значениями, которые нам предписаны справочниками. Мы считаем, что этого недостаточно, так как климат сильно меняется, и важно иметь в любом расчете запас прочности.
Разберем пример
Дело в том, что климатические условия включают не только воздействие температуры воздуха, на которую мы привычно ориентируемся, но и процент влажности воздуха, а также скорость ветра. Это по-простому называется ветро-хОлодовый индекс. Особенно актуальным этот показатель является для северных регионов. Вспомните, как ощущается температура, например, в Санкт-Петербурге при минус 15 градусах и в Москве при тех же -15. Разница значительная!
Или тот же город Норильск, который занимает 12 место в списке очень холодных Российских городов и четвёртое - из самых ветренных городов мира. Представьте, что при температуре ?40°C и порывах ветра до 25 м/с температура ощущается, как все минус 100°C. И ощущается она не только людьми, а любыми материалами. В особенности, металлом, у которого высокая теплопроводность, она же «холодопроводимость», если можно так назвать.
Именно поэтому для каждого конкретного региона важно учитывать все параметры климата, а не только общепринятую холодную пятидневку, как многие это делают. И причем, с обеспеченностью 0,92, как рекомендовано делать нормативом.
Многие проектировщики резервуаров вообще отдают подбор утепления и подогрева на откуп производителю. С одной стороны, это верное решение, так как вроде бы производитель должен быть компетентен. А вот и не всегда! Мы видели решения разных компаний, в т.ч. конкурентов, где толщина утеплителя занижена (для экономии). Либо вовсе перепроверяли их решения путем расчета тепловых потерь и видели, что все результаты впритык или вообще наблюдали нехватку компенсирующих тепловые потери мероприятий. И если температура упадет до критических значений, система подогрева просто может не справиться, и вода в емкости остынет.
Мы, специалисты компании FLAMAX, при выборе мероприятий по утеплению наших резервуаров смотрим на все климатические параметры локации их будущей установки. А также всегда принимаем коэффициент запаса прочности по самым главным показателям. Если значение пограничное – принимаем наибольшее. И это относится даже к «лояльным» по погоде регионам! Поскольку не известно, как в будущем поменяется климат за период эксплуатации оборудования, так как срок службы резервуаров рассчитан на 25 и более лет!
3. Особенности стальных РВС
Стальные конструкции (в частности резервуары), имеют высокий параметр теплопроводности (или же холодопроводимости), поэтому жидкость, находящаяся в резервуаре, достаточно быстро остывает (при низкой температуре окружающей среды), либо нагревается (при высокой температуре окружающей среды). Для этого существуют мероприятия по утеплению резервуаров, а также мероприятия по подогреву жидкости внутри резервуара.
Тепловые потери происходят в любом месте контакта воды с другой остывшей поверхностью или средой. Это и стенки резервуара, и дно резервуара, и даже зеркало воды в зоне надводной части резервуара. Все эти зоны требуют утепления.
Так как же правильно утеплить наземный резервуар?
3.1. Сравнение обогрева сварного резервуара и резервуара FLAMAX
Если говорить о сварных емкостях, то у них есть собственное металлическое дно, находящееся в прямом контакте с фундаментом. Соответственно, дно сварного резервуара изнутри утеплить не получится. Стенки сварного резервуара утепляются минватой с наружной стороны и затем обшиваются облицовочным материалом. Точно так же и крыша. Будем считать, что со стенками и крышей решили. А как же с дном? Ведь через дно выходит огромное количество тепловых потерь. Как вариант – утепление самого фундамента. Но это не всегда может быть эффективно.
Змеевик по дну емкости
Поэтому в сварных емкостях обычно делают систему подогрева, распределенную по всему дну резервуара. Это может быть контур подогрева или змеевик на базе побочного тепла (вода или пар). Все это сложно и неудобно в части монтажа и эксплуатации, т.к. стенки резервуара закрыты изоляцией. И, например, для локального ремонта резервуара требуется его частично разобрать.
Внутренняя теплоизоляция сборного резервуара
Если говорить о резервуарах FLAMAX, то здесь все намного проще и эффективнее. Теплоизоляция стенок и дна выполняется с помощью плит экструдированного пенополистирола. Изоляция расположена между внешней стенкой резервуара и внутренней мембраной. Теплоизоляционные плиты имеют Г-образную кромку, что позволяет осуществить плотное последовательное стыкование с исключением мостиков холода.
Изоляция является внутренней и устанавливается в ходе подъема резервуаров. В особых случаях для очень холодных регионов дополнительно применяется и внешняя теплоизоляция + облицовка (примерно, как для сварных резервуаров). Единственное отличие, что 95% резервуаров FLAMAX обходятся внутренней теплоизоляцией и внешняя не требуется.
Сэндвич-панели крыши
Крыша также утеплена сэндвич-панелями с утеплителем из пенополиуретана (PUR) или пенополиизоцианурата (PIR), в зависимости от требований. Сэндвич-панели паро- и водонепроницаемые, с очень низкой теплопроводностью. Для стыковки панелей используется фальцевый замок и уплотнители. Кровля получается также очень герметичной!
Что имеем в итоге: полностью утепленный резервуар (стенки, крыша и дно).
3.2. Расчет тепловых потерь
Соответственно, для выбора толщины теплоизоляции и мощности подогрева выполняется расчет тепловых потерь. В компании FLAMAX такие расчеты автоматизированы, и по результатам расчета можно варьировать решения с точки зрения удобства для клиента. Например, сделать толщину изоляции с запасом, при этом расходы на строительство слегка увеличиваются, но при этом эксплуатационные затраты снижаются, т.к. система подогрева будет реже подключаться.
При расчете тепловых потерь используются все необходимые вводные:
- габаритные характеристики резервуара;
- толщина и тип металла;
- климатические параметры региона;
- расчетная температуры воды (поддерживаемая);
- характеристики материалов утепления (толщины, сопротивление теплопередачи, коэф. теплопроводности и так далее).
Результатом расчета является показатель суммарных тепловых потерь (с учетом коэффициента запаса прочности) при нескольких заданных условиях: холодная пятидневка; максимальная отрицательная температура; ветро-холодовый индекс.
Таким образом при расчете сразу видно, какие компенсирующие мероприятия требуется предусмотреть. А именно, мощность подогрева и толщину теплоизоляции, характеристики которой мы указывали в исходных данных.
4.Виды систем подогрева воды. Как не дать воде замерзнуть
Для разных типов резервуаров существует различные виды систем подогрева воды. Это могут быть ТЭН, контуры или змеевики на базе побочного тепла, а также принудительная циркуляция воды. В каждом конкретном случае уместна своя система. Основная цель любой системы подогрева – поддержание плюсовой температуры воды. И вспомогательной целью является циркуляция воды во избежание ее застаивания.Рассмотрим подробнее каждую систему.
4.1. Змеевик и контур
Змеевик или контур подогрева - это система трубопроводов внутри резервуара, внутри которых проходит теплоноситель в виде горячей воды или пара. Плюсом этой системы является возможная экономия на эксплуатации, если действительно на объекте будет побочное тепло, например, от котельной.
Но здесь больше минусов:
- необходимость проведения строительных работ, так как трубы надо подвести к резервуару и должным образом их укутать;
- прямой контакт трубопроводов и воды внутри резервуара, а также разница температуры воды в резервуаре и трубопровода с теплоносителем. Это значит, что скорость износа таких трубопроводов увеличивается. Конечно, их можно изготовить из нержавеющей стали, но это будет очень дорого! сложный ремонт: если с трубопроводов внутри резервуара что-то случится (воду сливать, все менять, да и собственными силами эксплуатация такие работы, как правило, не выполняет).
- постоянная зависимость от источника теплоносителя, т.к. если, например, в котельной авария и остановка подачи тепла, то резервуары остаются без подогрева;
- чтобы подавать в змеевик воду, требуется циркуляционный насос; и если он выходит из строя или же обесточен, то снова резервуары остаются без подогрева воды.
4.2. Циркуляция
При циркуляции мы забираем воду из резервуара через всасывающую линию в нижней зоне отводом от трубы до основного насоса и подаем обратно в резервуар уже в верхней зоне с обеспечением разрыва струи, чтобы вода падала на зеркало воды. Такой вариант - как имитация резервуаров для питьевой воды, где вода находится в постоянной оборачиваемости. Также такую воду можно пустить через теплообменник для возможности ее дополнительного подогрева.
Плюсы: вода постоянно перемешивается, не застаивается, не замерзает.
Минусы:
- дополнительный расход электроэнергии на работу циркуляционного насоса и теплообменника, в котором также может быть ТЭН, потребляющий электроэнергию и также может сгореть или сломаться.
- дополнительные затраты, так как монтаж такой системы стоит приличных денег;
- в случае выхода системы циркуляции из строя требуется время на восстановление и если альтернативного источника подогрева не предусмотрено, то резервуары остаются без системы подогрева воды в принципе.
4.3 Тэны внутри резервуара
Есть более удобный и современный вариант подогрева, который мы применяем для резервуаров FLAMAX. Это использование обычных ТЭН для поддержания положительной температуры воды в резервуарах. Разумеется, такой способ подогрева уместен, если резервуары надёжно утеплены по стенкам, крыше и дну.
Плюсы такой системы:
- ТЭНы просты в установке;
- Низкая цена такой системы;
- ТЭНы не требуют какого-либо ухода;
- ТЭНы закрытого типа (мы такие применяем). Нагревательный элемент находится в колбе из нержавеющей стали и не контактирует напрямую с водой. Правильная расстановка ТЭН обеспечивает циркуляцию воды в резервуаре;
- Энергоэффективность системы, малый расход на содержание в холодный период; у ТЭН есть возможность горячей замены нагревательного элемента без опорожнения резервуара и такую замену может выполнить любой минимально квалифицированный электрик службы эксплуатации из комплекта ЗИП (знаете, это не сложнее, чем поменять ТЭН в водонагревателе на даче).
Минусы системы: зависимость от электричества. Но этот минус легко обойти: насосные станции, от которых, как правило, ведется электричество к резервуарам, чаще всего запитаны по первой категории. А это значит, что электричество там будет бесперебойным всегда.
И других минусов за время работы с ТЭН ни мы, ни наши заказчики для себя не открыли.
Вывод
Поэтому мы считаем, что система подогрева на базе ТЭН является самой удачной и энергоэффективной даже в самом простом исполнении. А, чтобы достичь максимальной эффективности, а не просто включать ТЭНы при похолодании на улице, предусматривается система автоматики подогрева воды. И она тоже должна быть логичной и сберегать финансовые средства заказчика на эксплуатации.
5. Автоматизация систем обогрева резервуаров FLAMAX
В первую очередь при построении системы автоматизации, нужно понимать, какие цели вы преследуете, и как будет укомплектован шкаф управления. Обычно в ШУ сразу предусматривают управление системой подогрева воды, а также предусматривают контроль уровней воды. Иногда добавляют систему включения подогрева водозаполненных трубопроводов (термокабели). Мы это делаем не часто, только по запросу, так как обвязка резервуаров, как правило, находится в зоне ответственности подрядчика по насосной станции.
Некоторые время назад мы пришли к шаблону ШУ, что позволяет его изготавливать и программировать быстро, качественно и недорого.
5.1. Разберем, как построена система автоматизации.
Она включает в себя:
- шкаф управления (изготавливается на базе оборудования «ОВЕН», силовая часть на «Шнайдер электрик»);
- датчики уровня воды (контукрометрические ОВЕН ДУ. 5-1 или реже гидростатический, когда нужно измерять много разных уровней);
- датчики температуры воды (ОВЕН ДТС 105Л, они же термосопротивления с коммутационной головкой);
- ТЭНы закрытого типа,
- расходный материал (кабельная продукция, распред.коробки IP54, лотки и прочее).
5.2. Схема расстановки датчиков и ТЭН
ТЭНы устанавливаются верхней и нижней зонах. Верхний на 1000 мм ниже уровня зеркала воды, нижний на 1000 мм от уровня фундамента.
Датчики измерения температуры воды мы ставим также в верхней и нижней зоне резервуара. Верхний на 400 мм ниже уровня установки верхнего ТЭН, нижний также на 400 мм ниже уровня установки нижнего ТЭН.
Бывают ситуации, когда разница высот иная. Это зависит от назначения резервуара и оборачиваемости воды. Сам датчик температуры воды по горизонтали разнесен с ТЭНом на 1,5 – 2 метра.
5.3 Какова логика работы системы?
Для примера возьмем резервуар, утепленный по стенкам, крыше и дну. Считается, что самыми быстро охлаждаемыми местами являются надводная часть и нижняя зона резервуара.
Зеркало воды охлаждается вследствие поступления конвекционных потоков через дыхательные патрубки.
Нижняя зона охлаждается в результате того, что любая теплая вода покидает нижнюю зону и поднимается наверх. Именно поэтому датчики температуры воды контролируют температуру в нижней и верхней зонах. Алгоритм работы построен по принципу И/ИЛИ. Какая зона (верхняя или нижняя) охладится быстрее, зависит от геометрии резервуара: а именно площади поверхности зеркала воды и высоты резервуара. Если регистрируется падение температуры в нижней зоне подключается нижний ТЭН. Если в верхней зоне, то верхний ТЭН. Если настройкой ШУ за установленный промежуток времени один ТЭН не справляется с задачей, то подключается второй.
- Нижний ТЭН дает подогрев нижней зоны, рассеивая тепловое поле на определенное расстоянии от себя в зависимости от своей мощности. Вода прогревается внизу, постепенно поднимаясь наверх резервуара, там остывает и опускается обратно в нижнюю зону. Тем самым получается циркуляция воды.
Нижняя зона не быстро остывает, так как утеплено дно резервуара и тепловые потери через дно стремятся к нулю.
- Верхний ТЭН дает быстрый прогрев зеркала воды для того, чтобы в самый холодный период не образовалась сплошная корка льда на зеркале воды и в случае интенсивного забора воды из резервуара не образовался вакуум, то есть разряженность, при которой стенки резервуара могут сложиться внутрь емкости, то есть деформироваться.
Подогретая вверху вода постепенно остывает и снова опускается в нижнюю зону. То есть тоже происходит небольшая циркуляция.
Кроме того, ТЭНы обеспечены защитой от сухого хода. ШУ управляет включением и отключением ТЭН в случае падения уровня воды.
5.4 Контроль уровней воды в шкафу управления.
ШУ предусматривает контроль уровней воды:
- отметка «резервуар полный»
- отметка «начать пополнение резервуара» (если уровень воды начал падать и надо дать сигнал на задвижку)
- контроль отключения ТЭНов (чтобы не работали на сухую, если вода отсутствует)
- и отметка «резервуар пустой»
Также ШУ позволяет включить любой из ТЭН в ручном режиме вне зависимости от показателя датчика температуры воды. НО! Стоит ограничение и на сухую (без воды) ТЭН не включится.
ШУ контролирует неисправности любого ТЭН, любого датчика и в случае такой неисправности сигнализирует свето-звуковой индикацией на приборной панели ШУ, а также передает сигнал в пультовую. Это может быть сигнал общей неисправности для простых систем (сухой контакт), а также можно по ModBUS передавать информацию о неисправности конкретного ТЭН или датчика. Разумеется, что со шкафа выходят информационные сигналы по всем уровням воды. Такие сигналы обычно уходят в шкафы управления насосами и запорной арматурой.
За 10 лет установки резервуаров FLAMAX на различных объектах мы убедились, что такая логика самая энергоэффективная.
Приведем недавний пример. Мы делали очередной расчет затрат на электроснабжение двух резервуаров для холодного региона. Это вахтовый поселок в глубинке Амурской области. Там холодная пятидневка принята, как -44 градуса, максимальная отрицательная температура -52 градуса. Продолжительность холодного периода порядка 230 дней. Затраты на электроснабжение 2 резервуаров по расчету составили порядка 110 тысяч рублей. А для большого, и даже небольшого предприятия, – это копейки!
Еще примеры выполненных работа по установке пожарных резервуаров FLAMAX в достаточно холодных регионах:
Выводы:
- Для холодных регионов важно выбрать удобное для монтажа и эксплуатации решение. И в этом плане у сборных резервуаров FLAMAX много преимуществ: от удобной доставки и быстрой сборки до технологических особенностей эксплуатации.
- При проектировании очень важно обращать внимание на климатологию и лучше брать нормативные параметры с запасом прочности, также всегда стараться это обосновать заказчику с точки зрения будущей экономии на эксплуатации, даже с учетом небольшого увеличения цены строительства.
- Важно правильно рассчитать тепловые потери и корректно подобрать теплоизоляцию и автоматическую систему подогрева, которая точно справится с задачей, не доставит хлопоты и затраты в эксплуатации, а также будет энергоэффективной.