Байпас в системе: Байпас в системе радиаторного отопления | Статьи

Байпас в системе радиаторного отопления | Статьи

Содержание статьи:

• Что такое байпас

• Необходимость использования обвода

• Виды обводов

  • Статичный

  • С ручным управлением

  • С автоматическим управлением

• Байпас в системе с циркуляционным насосом

• Байпас в разводке теплого пола

• Обвод в отопительной системе с твердотопливным котлом

В отоплении дома важно найти баланс, чтобы в холодную погоду было тепло, а в теплую — не душно. Байпас позволяет без ущерба для остальных потребителей этого добиться: установить теплорегулятор и краны на радиаторы системы отопления, чтобы регулировать подачу теплоносителя.

 




Что такое байпас

Байпас — это отрезок трубопровода, который служит для изменения пути протекания теплоносителя, минуя тот или иной участок системы отопления. Он устанавливается в промежутке между прямой и обратной проводкой радиатора отопления. Это позволяет полностью направить поток горячей воды по иному пути или регулировать её количество, подаваемое к радиатору.

Необходимость использования обвода

Установка байпаса до точек подключения трубопровода к радиатору отопления позволяет разместить на этих точках терморегуляторы и запорные клапаны для изменения объёма подачи теплоносителя. Второй важной функцией установленной перемычки является обеспечение бесперебойной подачи горячей воды ко всем батареям в случае пробоя или отключения одной из них в последовательной цепи.

При отсутствии байпаса между трубами при выходе из строя одного из радиаторов (протечка, засор) прекращается подача теплоносителя в остальные контуры. Важным преимуществом байпаса является возможность отключить любой радиатор для ремонта, профилактики или замены. Это достигается благодаря расположению запорной арматуры на входном и выходном патрубках радиатора. После их перекрытия радиатор можно легко разобрать для замены, обслуживания или расширения за счёт дополнительных секций.

Байпасы используются только в последовательных однотрубных системах. Есть два типа таких систем:

• с нижней разводкой — горячая вода подается с цокольного уровня;
• с верхней разводкой — горячая вода выводится на чердак и далее через установку распределяется по остальным помещениям.

Проблема в том, что вода теряет температуру при прохождении по контуру. В коллекторных и двухтрубных системах такой проблемы нет. Они подсоединены к основной магистрали параллельно, и радиаторные батареи получают теплоноситель одинаковой температуры, а функционирование системы не зависит от отдельного контура, потому что они разделены запорными кранами. В однотрубной системе, если батарея находится близко к основной магистрали и на ней нет байпаса, она будет получать максимум тепла, а следующие за ней — теплоноситель уже с более низкой температурой. Установка обвода разделяет поток воды в системе на две части: одна подается по основной магистрали в первый блок батареи, а вторая поступает через перемычку в следующий блок. В итоге вся цепь радиаторных батарей получает теплоноситель одинаковой температуры независимо от удаленности от основной магистрали.

Виды обводов

По типу запорного механизма обводы могут быть трех видов:

1. Нерегулируемые.
2. С механическим управлением.
3. С автоматическим управлением.

Каждый вид имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности, которые стоит рассмотреть внимательней.

Статичный

Иногда самую обычную трубу монтируют в трубопроводы в качестве байпаса без дополнительных устройств. Получается нерегулируемый обвод. Просвет внутри трубы никак не меняется, и теплоноситель движется по ней неуправляемо. Диаметр обвода, устанавливаемого вертикально, должен быть меньше диаметра отверстия в магистральном трубопроводе. Если не учесть этот нюанс, то под действием силы тяжести теплоноситель будет отводиться в байпас, а не в радиатор.

При горизонтальной разводке нагретый теплоноситель будет стремиться в верхнюю точку системы, где удельный вес нагретой среды ниже. Поэтому байпасный обвод будет иметь другие параметры. Диаметр входной трубы должен быть близок к диаметру магистрали, а выпускной патрубок, который соединяется с радиатором, — меньше основного трубопровода. Уменьшенные размеры воздухоотводчика радиатора способствуют увеличению давления охлаждающей жидкости.

С ручным управлением

Механическое, или ручное, управление предполагает использование шарового крана. В открытом состоянии он не уменьшает внутренний просвет трубопровода и не создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению жидкости. Применение запорного устройства позволяет регулировать количество жидкости, проходящей через обвод. Если клапан полностью закрыт, поток теплоносителя будет двигаться по основному пути.

С автоматическим управлением

Обводные конструкции этого вида считаются узкоспециализированными и преимущественно устанавливаются в качестве циркуляционных насосов в самотечных системах отопления. Жидкость может циркулировать в контурах без необходимости установки насосов. Поток теплоносителя в системе меняет направление в зависимости от заданной температуры. Если насосное устройство остановится, например, по причине неисправности, то теплоноситель пойдет через байпас.

Различают байпасы с автоматическим управлением двух типов:

1. Клапанные.
2. Инжекционные.

На картинке ниже показан клапан, который уменьшает гидравлическое сопротивление, обеспечивая свободное перемещение рабочей среды в системе. Скорость потока увеличивается во время работы насоса.

Вода из напорного участка поступает в трубопровод, а затем разделяется на два потока. Тогда движение по контуру осуществляется беспрепятственно, а при попытке обратного тока жидкости применяется перепускной клапан. Поскольку величина гидравлического сопротивления на входе больше, чем на выходе, шарик перепускного клапана прижимается ближе к седлу регулирующего устройства, перекрывая прямую линию. Когда насос выключается, теплоноситель начинает проходить через байпас. Оптимальный вариант — готовый насосно-смесительный узел с термостатическим клапаном и байпасом Grundfos, который можно купить в интернет-магазине STOUT.




Инжекционный обходной путь работает по принципу гидравлического домкрата. В главную магистраль врезается насосный узел таким образом, чтобы входная и выходная трубы обвода продолжались внутри нее. При запуске насоса небольшая часть теплоносителя попадает в диффузор, установленный на входе. Затем жидкость проходит через перепускное устройство и ускоряется.

Выходное отверстие немного сужено и похоже на сопло. За счет этого рабочая среда под давлением с большой скоростью выбрасывается в основную магистраль. На обратной стороне выпускной трубы имеется зона нагнетания. Под её воздействием теплоноситель вытягивается из байпаса. Поток увлекает за собой окружающую среду и придает ей кинетическую энергию. Таким образом, поток имеет тенденцию продолжать двигаться по всей системе. При выключенном насосе теплоноситель беспрепятственно проходит через байпас естественным образом.

Байпас в системе с циркуляционным насосом

Циркуляционные насосы требуют использования байпасов при самотечном перемещении теплоносителя. Система должна быть оснащена специальным ускорительным коллектором, использованы трубы определенного диаметра, а также соблюдены углы наклона. В этом типе установки поток воды нагнетается циркуляционным насосом, который преодолевает сопротивление потока воды в установке, увеличивая свободу распределения всей установки.

Кроме того, диаметры труб могут быть меньше, чем у самотечного типа, а меньшая тепловая инерция позволяет устанавливать нагреватель ниже котла центрального отопления. Использование насосов повышает эффективность системы отопления, но в случае их выхода из строя подача тепла будет практически прекращена. Циркуляционный насос, подключенный на обвод, исключает противоток рабочей жидкости и ее движение по замкнутому кругу, сохраняя высокую температуру в системе. Дополнительно врезается обратный клапан, предотвращающий реверсное движение теплоносителя.

Байпас в разводке теплого пола

Байпасная линия при монтаже систем теплого пола представляет часть смесительного узла. Он используется постоянно, и без него система не сможет нормально работать. Вода, движущаяся по подающей части трубопровода, имеет температуру 80 °С и выше. В контуре температура воды не должна быть выше 45 °С. Для сохранения нужной температуры теплоносителя в смесительном узле применяется трехходовый клапан, пропускающий ограниченное количество горячей воды.

Оставшийся объём воды проходит через обвод, смешивается с холодной водой из коллектора и поступает обратно по магистральной трубе к котлу.

Обвод в отопительной системе с твердотопливным котлом

В обвязке твердотопливного котла байпас формирует малый контур, по которому движется теплоноситель. Он подключается к подающей трубе и трехходовому клапану, установленному на обратном патрубке. Вода от теплоотдающего контура смешивается с водой из малого контура и поступает в котел, уже имея температуру около 50 °С. Большую практическую пользу имеет использование расширительного бака. В системах открытого типа, где присутствует самотечная или принудительная циркуляция горячей воды, речь идет о косвенной связи с воздухом. Расширительный бак защищает установку от чрезмерного повышения давления в случае перегрева. Дифференциальный клапан, установленный вместе с циркуляционным насосом на подающей/обратной трубе после байпаса, служит защитой в случае выхода установки из строя. Его открытие обеспечивает автоматическую работу системы. В закрытых системах защита твердотопливного котла от перегрева основывается на специальных решениях, приспособленных для сбора избыточного тепла.

Байпас играет важную роль в системах отопления, отвечая за правильное распределение теплоносителя нужной температуры на все батареи независимо от их удалённости относительно основной магистрали.




Поделиться:

Что такое байпас в системе отопления, для чего он нужен, как работает перемычка на батарее

24 Марта 2022

Просмотров:  11819

Время чтения:  13 минут

Содержание

Определение и назначение байпаса

Разновидности труб-перемычек

Схемы установки байпасов

Основные ошибки при монтаже

Коротко о главном

Что такое байпас в системе отопления и как работает перемычка на радиаторе. Для чего он нужен на батарее, как выполняется его монтаж и установка в однотрубном контуре.

Собранный и готовый к монтажу вариант байпаса

Определение и назначение байпаса

 Принято считать, что байпас в системе отопления представляет собой перемычку в виде отрезка трубопровода. Ее размещают параллельно основному пути, по которому в нормальных условиях движется теплоноситель. Данный кусок трубы врезается в систему, чтобы жидкость могла перемещаться в обход конкретного прибора или определенного трубопроводного участка. Другими словами, это альтернативный путь для теплового носителя. 

Байпас на отоплении представляет собой независимую простую деталь. Однако она устанавливается в ключевых местах теплового контура. Благодаря наличию трубы-перемычки облегчаются ремонтные процессы и техническое обслуживание: 

• запорной и регулирующей арматуры; 
  
• циркуляционных электронасосов; 
  
• полотенцесушителей, подключенных к теплоснабжению дома; 
  
• трубопроводных разветвлений; 
  
• отопительных приборов-радиаторов.
  

Подключенный радиаторный теплообменник с байпасной линией

Недостаточно знать поверхностно, что такое байпас в отоплении. Нужно более подробно рассмотреть эту тему. Ведь без так называемого обвода, который является резервным путем для перемещения теплопереносящей жидкости, не обойтись во время аварийных ситуаций. Он позволяет не останавливать все теплоснабжение здания для проведения ремонта на конкретном участке. Помимо этого, обвод даже повышает эффективность внутридомовой теплосети.

На заметку! Сейчас обязательным является наличие байпаса в однотрубной системе отопления.

Разновидности труб-перемычек

В отопительной сети устраивается три разновидности перемычки. Они отличаются способом регулирования. Поэтому имеют свои конструктивные особенности.

Ручное регулирование

Такой байпас на отопление устанавливается вместе с шаровыми кранами. Два запорных изделия монтируются на отводе, а одно — на основной магистрали. Именно с их помощью осуществляется управление потоком. Смонтированная арматура приводится в действие ручным способом. В открытом положении краны не создают никаких помех для изменения гидравлического давления. Поэтому контур продолжает работать в прежнем режиме.

Вариант байпасного узла с тремя кранами

Если на магистрали шаровый кран закрыт, тогда поток движется по трубе-перемычке. Когда нужно изменить направление теплоносителя, перекрывается арматура на обводе и открывается на основном трубопроводе.

Важно! Шаровые краны периодически необходимо закрывать и открывать, чтобы поверхности запорного механизма не прикипали друг к другу. Иначе рукоятку арматуры невозможно будет провернуть. Придется прикладывать очень большие усилия, которые могут стать причиной нарушения целостности запорного шарового механизма.

Проводится установка таких байпасов в системе отопления частного дома. Если трубопровод-перемычку и 3 крана смонтировать в квартире многоэтажного дома, тогда существует вероятность случайного перекрытия всей арматуры. Это приведет к отключению обогрева у соседей. Данный способ управления потоком также применяется при обвязке электронасоса в теплоконтуре из одной трубы.

Установленный байпасный узел с тремя кранами и насосом

Автоматическое регулирование

Этот способ управления подразумевает использование гидравлического электронасоса. Такое оборудование ускоряет поток, способствует уменьшению тепловых потерь и повышению КПД, что позволяет улучшить равномерность прогрева помещений. Монтаж байпаса в системе отопления осуществляется для обвязки перекачивающего устройства.

Автоматическое регулирование подразумевает не участие человека в процессе перенаправления потока. Он изменяет направление в зависимости от предустановленной температуры теплоносителя. Если включается электронасос, тогда перекрывается основная магистраль. Когда циркуляционное устройство перестает функционировать, поток будет двигаться прямо без затекания в обвод.

Схема движения жидкости в байпасной линии

Такая установка байпаса в системе отопления особенно актуальна для домов, в которых часто происходит отключение электричества. Ведь наличие электронасоса делает тепловой контур энергозависимым. Если отсутствует альтернативный вариант подачи электрической энергии, произойдет прекращение обогрева помещений, потому что жидкость перестанет перемещаться по внутридомовой сети. Однако этого не происходит, когда тепловой носитель может двигаться по-другому пути, в обход перекачивающего устройства. Другими словами, в теплоконтуре он начинает перемещаться по принципу естественной циркуляции. 

На заметку! Наличие трубы-перемычки еще позволяет выполнить ремонт циркуляционного агрегата без остановки работы всей домашней теплосети.

Выяснив, как работает байпас в системе отопления с электронасосом, для полного понимания темы нужно еще рассмотреть клапанный и инжекционный способ автоматического управления. Первый вариант распределения жидкости подразумевает установку кранов в обводе. Благодаря такой конструкции снижается гидравлическое сопротивление. Поэтому при движении самотеком вода будет перемещаться максимально свободно.

Обводной узел с клапанным управлением

Когда работает насосный агрегат, происходит повышение давления в сети. Это приводит к увеличению скорости движения теплового носителя. Вода, пройдя по обводу, снова попадает в магистраль. Если насос установлен на подаче, тогда жидкость после перемычки устремляется к отопительным радиаторным приборам. Чтобы она двигалась в нужном направлении, дополнительно монтируют обратный клапан.

На заметку! Клапанные трубопроводы-перемычки с электрическим насосным агрегатом чувствительны к уровню загрязнения воды. Устройства могут выйти из строя из-за ржавчины, окалин и хлопьев накипи. Для предотвращения аварийной ситуации выполняют монтаж фильтра грубой очистки. Не лишним также будет сливной кран.

Инжекционная труба-перемычка автономного обогрева работает по схеме гидравлического элеватора. В основной прямой трубопровод врезается узел с электронасосом так, чтобы его вход и выход продолжались внутри главной тепломагистрали. Поэтому вначале обвода получается диффузор, а в его конце — сопло.

Устройство и работа инжекционного обводного узла

Когда работает насос, часть воды попадает в диффузор, благодаря которому увеличивается ее скорость. В результате она быстрее проходит через перекачивающий агрегат. Ускоренная жидкость возвращается в основную магистраль через сопло и увлекает за собой воду из прямой трубы, которой передается кинетическая энергия теплоносителя из обвода. В результате объединенный поток двигается с большей скоростью по тепловому контуру дома.

Инжекционный байпас в системе центрального отопления тоже обеспечивает импульс горячей воде. В такой теплосети также необходимо поддерживать чистоту теплового носителя путем установки фильтрующих элементов.

Нерегулируемая работа трубы-перемычки

Этот способ управления подразумевает монтаж байпаса в систему отопления без установки дополнительных устройств, включая арматуру. Такой обвод выглядит как обычный участок трубопровода. Его работой невозможно управлять. По этой обходной трубе тепловой носитель постоянно перемещается. Обычно она является перемычкой на батарее отопления.

Нерегулируемая перемычка-байпас

Данный вариант обвода монтируется вертикально. Он позволяет не останавливать работу всего теплового контура дома, если нужно поменять или просто отключить батарею в случае необходимости снижения комнатной температуры.

При вертикальном монтаже используют отрезок, диаметр которого должен быть чуть-чуть меньше сечения трубопроводного контура. Если выполняется горизонтальная врезка, тогда подсоединяют трубу с таким же поперечным размером, как и магистраль. При этом теплообменный аппарат подключают при использовании патрубков с меньшим диаметром.

Схемы установки байпасов

Используется несколько вариантов монтажа байпаса системы отопления с электронасосом и без перекачивающего агрегата. В каждом конкретном случае существуют определенные нюансы расположения обхода. С ними стоит познакомиться, чтобы правильно организовать работу теплового контура.

Байпасные линии могут быть с насосом или без него

Обвязка радиатора

При монтаже коллекторной и двухтрубной отопительной сети нет смысла использовать перемычку-байпас. Обвод позволяет повысить эффективность теплоснабжения, если объект обогревается однотрубным теплоконтуром. При такой схеме теплообменные аппараты подключаются последовательно к основной магистрали. Если будет отсутствовать байпас на радиаторе отопления, тогда первый прибор по ходу подачи станет сильнее всего нагреваться. В следующий за ним радиатор придет теплоноситель уже с меньшей температурой. Ее значение будет уменьшаться в каждом подключенном теплообменнике. Поэтому последний прибор может почти не нагреться. По крайней мере, он будет самым холодным.

При наличии байпаса на батарее отопления тепловой носитель разделяется. Одна его часть уходит в теплообменник и нагревает поверхности прибора. Отделившийся объем теплоносителя практически с начальной температурой перемещается в последующий радиатор. Именно перемычка на батарее отопления позволяет донести энергию с минимальными потерями.

ри наличии байпасной линии теплоноситель попадает в батарею и движется по перемычке

Обвязка полотенцесушителя

Данный сантехнический прибор — это тоже теплообменник, но только своеобразной формы. Его используют как для сушки полотенец, так и для обогрева ванной комнаты. Если установить краны и байпас на радиатор отопления в санузле, тогда батарею-полотенцесушитель можно будет отключить для ремонта, ревизии или даже замены. Перемычка обеспечивает свободный проход теплоносителя дальше по стояку.

На заметку! При установке запорно-регулирующей арматуры получится также контролировать давление, если оно резко повысится. Это позволит защитить полотенцесушитель от гидравлических ударов, что положительно скажется на его долговечности.

Обустройство узлов подмеса

Осталось выяснить, для чего нужен байпас в системе отопления со смешивающим узлом. Перемычка — это только одна часть подмеса. Она необходима, чтобы связать обратку и подачу. Вторым элементом является трехходовой термостатический клапан.

Вариант трехходовой арматуры

В работе узла подмеса нет ничего сложного. В камеру клапана поступает тепловой носитель сразу из подающего и обратного трубопровода. К одному патрубку арматуры подключается магистраль, а к другому — байпасная ветка. В камере клапана происходит смешивание теплоносителя. В результате из третьего патрубка арматуры выходит жидкость нужной температуры.

В отопительной сети байпас-перемычка вместе с 3-х ходовым клапаном может использоваться во время обвязки: 

• термоаккумулятора; 
  
• твердотопливного котлоагрегата; 
  
• коллектора системы «Теплый пол».
  

Заметку! Смешивающие узлы широко используются в климатических установках. Например, они применяются для снижения температуры теплового носителя в калориферах, которые являются частью воздушного отопления.

Одна из часто встречающихся схем с узлом подмеса — это обвязка твердотопливного котла. Монтаж трехходового клапана позволяет поддерживать необходимое значение температуры в обратке. Ее минимальное значение составляет 50-60 °C. Если температура теплоносителя будет ниже, тогда в котле произойдет выделение конденсата.

При установке трехходового клапана удается образовать малый контур циркуляции. Он работает следующим образом:

1. В период розжига твердого топлива и во время работы электронасоса в клапане перекрыт патрубок, который соединен с внутридомовым контуром. Поэтому нагретая в котле вода затекает в байпасную линию и через арматуру возвращается в теплогенератор.
   
2. Как только температура теплового носителя достигнет заданного значения, происходит открытие прохода в клапане со стороны отопительной сети дома и вода начинает циркулировать по большому внутридомовому контуру.
   
3. Теплоноситель отдает часть тепла в батареях, поэтому он остывает. Если его температура в обратке возле котла становится равна 50-60 °C, происходит подмес воды из подачи. Из-за этого в теплогенератор не возвращается слишком холодная жидкость, что предотвращает появление конденсата.
   

На заметку! Чугунный теплообменник в твердотопливном котле может треснуть, если будет большой перепад температуры. Аварийную ситуацию предотвращает именно байпасный узел.

Такой же принцип работы у байпаса-перемычки вместе с 3-х ходовым клапаном при обвязке гребенки системы «Теплый пол». Арматура позволяет смешивать теплоноситель и поддерживает его температуру в пределах от 35 до 45 °C. Аналогичным образом используется трехходовой клапан и труба-перемычка при обвязке термоаккумулятора. Только в этом случае устанавливается 2-е арматуры. Перед емкостью клапан монтируется на обратке, после нее — на подаче. Из-за этого выполняется устройство двух перемычек-трубопроводов.

Основные ошибки при монтаже

Чаще непрофессионалы допускают две основные ошибки: 

• при обвязке батареи устанавливают на прямой трубе-перемычке шаровый кран, чтобы весь тепловой носитель проходил через теплообменник в комнате; 
  
• используют трехходовой кран и перемычку в качестве узла подмеса при подключении радиатора для регулировки в нем тепловой отдачи.
  

Стоит уточнить, перечисленные случаи не являются ошибками, если монтаж выполняется в частном доме. Ведь в нем создается автономная отопительная сеть, от работы которой не будет зависеть обогрев у соседей. Однако в многоэтажном доме перечисленные ошибки существенно ухудшат обогрев в соседних квартирах. Они приводят к разбалансировке теплоконтура.

Коротко о главном

Байпас — это перемычка между подачей и обраткой или обход определенного участка отопительной сети. Он нужен, чтобы не отключать все теплоснабжение в доме, если необходимо отремонтировать обвязанное оборудование — батарею, полотенцесушитель. Обвод также используется для установки электронасоса. При его наличии контур будет продолжать обогревать помещения, даже если произойдет прекращение подачи электричества. При этом насос всегда можно отключить для ремонта или замены.

Байпас-перемычка может иметь вид трубы без регулировки. Обвод также создается с клапанным или инжекционным автоматическим управлением при обязательной установке электронасоса. Труба-перемычка еще может иметь ручное регулирование при использовании только одних шаровых кранов.

Байпасная линия также используется при установке трехходового клапана во время обвязки коллекторов теплого пола, твердотопливного котлоагрегата, термоаккумулятора и даже калорифера воздушной отопительной сети. Арматура и перемычка-трубопровод применяется при создании узла подмеса. Однако его никогда не монтируют при обвязке радиатора-теплообменника в многоквартирных домах. Это одна из распространенных ошибок.

Как думаете — почему раньше во время строительства многоэтажных домов в кухонных помещениях не делали перемычку-байпас, когда устанавливали радиатор?

Автор

Марк Соловьев Специальность: Инженер

Все статьи

Поделиться

Поделиться

определение системы+обхода по The Free Dictionary

Система+обход — определение системы+обхода по The Free Dictionary

Система+обход — определение системы+обход по The Free Dictionary

---

Слово, не найденное в Словаре и Энциклопедии.

Возможно, Вы имели в виду:

Пожалуйста, попробуйте слова отдельно:

система обходить

Некоторые статьи, соответствующие вашему запросу:


Не можете найти то, что ищете? Попробуйте выполнить поиск по сайту Google или помогите нам улучшить его, отправив свое определение.

Полный браузер ?

• ▲
• Общесистемная автоматизированная сеть
• Общесистемные эффекты Фонда
• Платформа улучшения всей системы
• Общесистемное управление информацией
• Общесистемное управление информацией
• Общесистемная среднесрочная экологическая программа
• Программа общесистемного мониторинга
• Система с объектами для быстрой разработки
• Система без имени
• Системные рабочие блоки
• Системная рабочая группа
• Очередь системных рабочих единиц
• Система работает, как задумано
• Система Х
• Система Х
• Система Х
• System X (альбом)
• Система X (вычисления)
• Система X (значения)
• System X (суперкомпьютер)
• Система X (телефония)
• Система Y
• Система г
• Система г
• Система г
• Система г
• Система Zarzadzania Informacja Budowlana
• Система Zarzadzania Obiegiem Informacji
• Руководство администратора системы
• Сумерки системы
• система+байпас
• Система, все ресурсы заняты
• Система, Компонент, Элемент, Модуль
• Система, Лингвистика
• Система, Владелец, Группа, Мир
• Солнечная система
• Солнечная система
Система
• , стратиграфическая
• системный
• Системно-зависимое состояние кадра
• Физический дизайн, управляемый системой
• System-EDV und Organizations GmbH
• Риск сбоя системы
• Системно-независимый формат данных
• Техническая документация системного уровня
• Интеграция на уровне системы
• Прогноз межсоединений на уровне системы
• Практическое упражнение на системном уровне
• Технический тест на уровне системы
• системный таймер
• Тип группы транзакций системного уровня
• Среда проверки на уровне системы
• Буферизация, управляемая системой
• Запись каталога, управляемого системой
• Системное хранилище
• Система из Системы
• Общая операционная среда System-Of-Systems
• Межсистемный кросс-функциональный тест
• Системная инженерия
• Системная интеграция
• Система на кристалле
• ▼

Сайт: Следовать:

Делиться:

Открыть / Закрыть

 

Когда следует обходить систему безопасности?

Несмотря на то, что большинство объектов используют ANSI/ISA 84. 00.01-2004 (IEC 61511) и жизненный цикл безопасности (SLC) как способ соблюдения нормативных требований (например, OSHA 1910.119), существуют определенные случаи, когда большинство операций отклоняются от стандарт. Это происходит во время запуска, остановки и перехода процесса. Процессы с надлежащим образом разработанными функциями безопасности (SIF), которые подтверждены в соответствии с хорошо разработанными спецификациями требований безопасности (SRS), обычно, хотя и на мгновение, простаивают, а вместо этого практически заменяются командой операторов, менеджеров и специализированного персонала. Обход, подавление или маскирование является обычной практикой в ​​этих условиях установки. В этих случаях автоматизированная система безопасности (SIS) временно заменяется людьми в расчетных условиях и под интенсивным наблюдением.

Почему это происходит и хорошая ли это идея? Каковы основные предположения, которые приводят к этой практике?

Разрешительная последовательность и МСА 84

Концепции функциональной безопасности получили широкое распространение в перерабатывающих отраслях как способ борьбы с производственными рисками и контроля безопасной эксплуатации. В частности, стандарт S-84.00.01 – 2004 (IEC 61511 Mod.) стал признанным фундаментальным определением того, как реализовать концепции SLC и проектирования SIS для перерабатывающих отраслей. Однако реализации были ограничены стационарными функциями защиты и редко применялись для определения последовательности во время запуска, остановки или динамических переходов. Секвенирование почти всегда выполнялось вручную и на усмотрение оператора.

Запуски, остановы и переходы всегда считались наиболее опасным периодом для работы на технологических установках. Если это так, то какова причина приостановки работы систем безопасности в эти периоды и оправдана ли эта причина? Кроме того, предлагают ли усовершенствования в технологии новые способы решения некоторых предположений о разрешительной последовательности?

Вооруженная полным набором установившихся рабочих условий и списком технологических ограничений, SIS предлагает уровень защиты поверх базовой системы управления технологическим процессом (BPCS) и группы эксплуатации. Несмотря на то, что он предназначен для защиты процесса в стационарных условиях, переход к стационарному состоянию обычно включает разрешающую последовательность. Обход, подавление или маскирование являются обычной практикой в ​​этих условиях установки; в этих случаях SIS временно приостанавливается.

Для того, чтобы понять причины такого ограничения использования систем безопасности, мы должны сначала понять, что связано с выполнением разрешающей последовательности. Разрешающие последовательности имеют три основных характеристики:

• Зависимость от времени, которую необходимо учитывать
• Изменение переменных порогов или пределов, и
• Блокировки, которые изменяются или могут нуждаться в блокировке или обходе.

Допущения для подвески

Существует пять ключевых допущений, которые используются для объяснения и обоснования приостановки SIF во время переходов процессов: 

1. Процессы запускаются нечасто и кратковременны по сравнению со стационарным режимом работы. Таким образом, SIF можно приостановить и запустить вручную по письменной процедуре под наблюдением менеджера по запуску.
2. Между различными процессами отсутствует сходство. Это делает предписывающие стандарты невозможными, а лучшие практики – трудными. Поэтому представляется приемлемым управлять ими вручную в определенных условиях.
3. Нет сходства между операцией перехода процесса и операцией в установившемся режиме. Поэтому системы безопасности разрабатываются для работы в установившихся условиях, при которых происходит большая часть рабочего времени. Разработчикам SIS пришлось бы создавать совершенно новую и противоречивую SIS для управления переходами процессов.
4. Операция перехода процесса больше зависит от операционной субъективности и процедур, чем работа в установившемся режиме, что наводит на вопрос: как долго блокировку следует обходить? Следовательно, автоматизация переходов между процессами требует значительного участия операций завода в процессе разработки.
5. Поскольку переход является последовательным и динамическим, синхронизация этапов процесса и изменений блокировки имеет решающее значение. Их трудно проверить и проверить без подробных оперативных знаний и адекватных (надлежащих) процедур моделирования.

Сомнительные допущения

Хотя на первый взгляд эти допущения могут показаться обоснованными и, безусловно, целесообразными, давайте более подробно рассмотрим каждое из них, пункт за пунктом, в свете фундаментальных концепций безопасности процессов, доказывающих обратное.

1. Переходы процессов редки и непродолжительны. — Переходы процесса представляют собой наиболее изменчивое время для процесса. Переменные могут значительно измениться, и базовая система управления технологическим процессом (BPCS) может быть не в состоянии или не настроена для обработки таких движений процесса. Это опасное время, чтобы оставить все это в руках операторов из-за множества других вещей, которые они должны контролировать и выполнять. Сложность процесса перехода (время, изменение порогов) требует полного внимания операторов. Попросить их обеспечить дополнительный уровень защиты поверх этого фокуса повысит уровень риска и может быть опасным.

Человеческий фактор считается серьезным ограничением надежности факторов снижения риска. Слой защиты должен быть надежным и проверяемым. Ни одна из этих характеристик, по-видимому, не применима к ситуации байпаса. Во время переходов процесса переменные быстро изменяются, и пороги защиты также могут изменяться. Сейчас не время зависеть от менее надежного защитного слоя.

2. Между различными процессами отсутствует сходство. — Хотя отсутствие сходства между процессами усложняет использование SIS, это не снимает ответственности за обеспечение безопасной работы процесса в любое время. Если это трудно автоматизировать, то почему мы должны ожидать, что оператору будет легче принимать правильные решения во время сложного перехода? На самом деле само отсутствие сходства между процессами является поводом заранее проработать переход и убедиться, что системы безопасности остаются в действии.

В то же время существуют сходства в стратегиях управления различными процессами, и мы покажем, что есть способы последовательно с ними справляться.

3. Недостаточно сходства между работой в переходном режиме и работой в установившемся режиме. — В то время как во многих процессах большая часть времени проходит в стационарном состоянии, более опасные моменты возникают во время переходов, когда переменные быстро меняются и процесс находится в условиях, для которых ОСУП не предназначена. Например, настройка контроллера может оказаться недостаточной для циклов в переходный период. Что нам действительно сложно, так это практика, позволяющая оператору делать это, потому что сложно создать SIS, которая будет обрабатывать переходы. Исключением являются приложения, в которых применяются строгие предписывающие стандарты, такие как NFPA 85 и 86. 

Если мы будем выполнять свою работу правильно, то время, потраченное на написание и надлежащее обучение операторов редко используемой процедуре запуска, можно было бы лучше потратить на правильное проектирование SIS для обработки процедур перехода. Правильно спроектированная SIS должна постоянно превосходить нагруженную группу операторов. Позже мы покажем, что, используя достижения в технологии программирования, можно упростить проектирование и проверку.

4. Операционная субъективность и процедуры больше влияют на процесс-переход, чем на работу в установившемся режиме. — Опять же, мы допускаем «сложно» как предлог, чтобы отказаться от безопасности. В действительности для написания процедур, необходимых для процедуры перехода, требуется тот же уровень оперативного ввода, что и для написания автоматизированной SIS. Есть две реальные трудности для получения надлежащего ввода от операций.

Во-первых, это последовательность шагов проекта. Трудно получить операционную информацию на этапе разработки программного обеспечения, но менее сложно на этапе написания процедур. Чтобы сделать это правильно, операции должны быть задействованы на протяжении всего проекта.

Во-вторых, отсутствие средств связи между операционной группой и группой разработки программного обеспечения. Нелегко преобразовать потребности операций процесса в пригодный для использования код SIS.

5. Поскольку переход является последовательным и динамичным, синхронизация шагов процесса и изменений блокировки имеет решающее значение. — Динамическое поведение процесса как раз и является причиной его автоматизации. Для этого требуется надежная процедура моделирования с участием технологического и эксплуатационного персонала. Однако мысль о том, что мы оставляем такую ​​рутину письменной процедуре, снижает надежность независимого уровня защиты. Поскольку моделирование с помощью ручной процедуры очень сложно, автоматизация с использованием соответствующих инструментов моделирования является лучшим решением.

Требования к последовательности

Для адекватного определения и автоматизации разрешительных последовательностей необходимы две вещи:

● Глубокое знание процесса и его работы и
● Набор инструментов для работы с динамической логикой безопасности.

При проектировании ПСБ руководство операциями традиционно привлекается на ранних стадиях анализа опасностей процесса (PHA) и снова во время анализа проекта, чтобы обеспечить эксплуатационные возможности окончательного проекта. Затем специалистам по эксплуатации выдают готовую установку для запуска. Таким образом, основная часть проектных данных основана на информации о процессе, которая традиционно находилась в стационарных условиях. Чтобы автоматизировать функции безопасности во время критических переходов между процессами, операции должны вносить значительный вклад наряду с основными данными о процессе на этапе разработки программного обеспечения.

Сложно постоянно привлекать внимание оперативников. Кроме того, операционная группа и команда разработчиков программного обеспечения имеют разный опыт работы и используют разную терминологию, что затрудняет эффективное информирование о потребностях группы разработчиков программного обеспечения. Любой, кто прошел обзор проекта с операциями, просеивая стопки диаграмм лестничной логики, поймет проблему.

Однако, если средства защиты процесса должны оставаться нетронутыми во время переходов между процессами, необходимо понимать процесс, за которым будут следовать операции, и понимать, чего можно ожидать в реальном мире. Если меры безопасности не реализованы «разумным» образом, вполне вероятно, что их можно будет обойти во время фактической эксплуатации.

Поэтому одним из первых шагов является поиск общего языка общения между оперативным и инженерным персоналом.

Традиционный способ рассмотрения логики остановки процесса — это диаграмма причин и следствий. Матрица причинно-следственных связей была первоначально получена из таблиц безопасности в API RP 14C для морских платформ и обычно используется в отрасли безопасности технологических процессов для документирования требований безопасности. На диаграмме причин и следствий набор отклонений процесса, или причин, указан в строках внизу слева, а набор откликов процесса, или следствий, указан в столбцах вверху. Ячейка пересечения в матрице определяет связь между причиной и следствием.

Причинно-следственная диаграмма стала очень популярной среди специалистов по безопасности процессов, потому что это простой метод устранения пробелов в коммуникации в группе разработчиков SIS. Диаграмма представляет собой простой способ для тех, кто знаком с процессом и операциями, понять логику, реализованную в системе безопасности. После изучения и согласования причинно-следственных связей их можно преобразовать в программу системы безопасности.

Основным ограничением причинно-следственных диаграмм была их низкая способность обрабатывать тип динамической логики безопасности, наблюдаемой во время перехода процесса. Пермиссивную последовательность трудно изобразить в статической матрице. Учитывая, что матрица изначально была разработана для связывания причин и следствий с помощью простых пересечений, проектные группы обнаружили, что им нужно больше опций при определении этих пересечений не только для реализации динамической логики, но и для создания исчерпывающих отчетов о проверке.

Инструменты для динамической логики

Инструмент конфигурации должен обладать тремя основными характеристиками, чтобы иметь возможность обрабатывать изменяющуюся логику. К ним относятся:

1. Коррекция, в том числе:

• Коррекция управления как функция переменной процесса (причины) и
• Настройка допустимого времени (см. временную зависимость).

2. Переменные пороги, в том числе:

• Контроль отношений между переменными процесса (причина) и реакциями процесса (следствия).

3. Зависимость от времени, в том числе:

• Определение шагов
• Предел переопределений и
• Контроль длины шага (задержка, продление).

Временная зависимость

В причинно-следственной среде временная связь между причиной и соответствующим следствием может принимать четыре формы (см. рисунок). Чтобы понять процесс, зависящий от времени, рассмотрим продувку печи. Если скорость потока постоянна, то способ обеспечения полной продувки заключается в том, чтобы дождаться, пока через горн печи пройдет достаточный объем воздуха. В этом случае переменной процесса является время, и задержка после отключения не позволит перейти к следующему шагу до тех пор, пока не истечет настроенная продолжительность процесса.

Следовательно, следует рассмотреть четыре типа зависимости от времени:

1. Нет функции времени — эффект наступает, как только активируется причина active
2. Задержка после срабатывания или задержка выключения — эффект активен в течение определенного времени после устранения причины, а
3. Причина с ограничением по времени — причина активна в течение определенного времени после ее срабатывания независимо от состояния.

Переменный порог

Продувка в приложении системы управления горелкой (BMS) является хорошим примером переменного порога.

Продувка должна выполняться при заданном расходе воздуха, который обычно намного выше, чем тот, который необходим для оптимального сгорания. Следовательно, после завершения продувки скорость потока воздуха должна быть снижена перед розжигом запальной горелки или горелок без прерывания последовательности. Это определяет и иллюстрирует взаимосвязь между различными триггерными точками для одной и той же переменной (причины) и выборочно определяет их взаимосвязь с реакцией процесса (следствием). Это делается с использованием нормальных или «N» пересечений, а также переопределяемых или «R» пересечений, в зависимости от ситуации. Подробнее на эту тему позже.

Блокировка управления

Динамическая логика требует, чтобы эффект можно было отменить независимо от некоторых причин. Например, в печи мы хотим отключить печь, когда у нас пропадет пламя, поэтому наша статическая матрица показывает причину пламени и эффект установки топливного клапана (двойная блокировка и выпуск). Однако при запуске нам необходимо иметь возможность открыть (перекрыть) топливный клапан, настроенный на зажигание горелки. Кроме того, мы должны иметь возможность не допускать блокировки по другим причинам, таким как запальное пламя.

Пересечения типа «resettable-override» позволяют реакции процесса (или эффектам) иметь место, несмотря на переменную процесса (или причины).

Эти переопределения ограничены по времени и могут применяться только в том случае, если нет активной переменной процесса (причины) с нормальным пересечением «N», относящимся к этому конкретному эффекту, что позволяет обусловливать последовательность.

Это, например, случай набора двойных запорно-спускных клапанов, которые определяют SIF горелки. Если есть потеря пламени, датчики не обнаружат пламя (переменное или причину), и тогда набор клапанов перекроет газ. Чтобы зажечь горелку, действие датчиков пламени должно быть временно отменено, и это делается с помощью пересечения «R». С другой стороны, блокировка не может быть разрешена, если в запальнике нет пламени, и поэтому пересечение причины «запальное пламя» должно быть нормального типа. В некоторых случаях последовательность может включать выключение пилотного пламени после включения основной горелки, что усложняет процесс. В таком случае должна быть создана новая причина, которая отражает пламя в пилоте, когда пилотные клапаны открыты, с нормальным пересечением с набором клапанов основной горелки с задержкой постотключения, чтобы обеспечить переход.

Наконец, продолжительность переопределения является еще одним важным моментом, который следует учитывать. Переопределение не может длиться бесконечно. В случае продувки, например, время, в течение которого должен быть разрешен следующий шаг (зажигание пилота) после завершения продувки, должно быть оценено на этапе проектирования.

Динамическая матрица причинно-следственных связей

Таким образом, мы можем заключить, что матрица причинно-следственных связей должна быть эффективным инструментом конфигурирования и документирования, позволяющим проверять и проверять логику ПСБ во время работы в установившемся режиме. , во время переходов процессов и в соответствии со стандартами S84 он будет иметь следующие характеристики:

1. Укажите активные причины и следствия независимо от пересечений. Например, окрашивание столбцов и строк: красный = активный, белый = неактивный, зеленый = сброс и т. д.

2. Разрешить возможность настройки (отсрочки и продления), когда причины становятся активными, как объяснено в зависимости от времени.

3. Разрешить возможность определения различных типов функций того, как причины соотносятся со следствиями (пересечениями), включая независимость от переопределения, блокировки или сложных архитектур причин с голосованием.

N: Нормальный — эффект остается активным, пока активна причина
S: Сохраняется — причина вызывает срабатывание эффекта до сброса, независимо от бездействия причины (зафиксировано)
V: С переопределением — позволяет деактивировать эффект независимо от причины, и
R: Сбрасываемая блокировка — то же, что и V, но с защелкой.

4. Возможность переопределения с ограничением по времени и действия обратной связи с причинами.

5. Возможность динамического моделирования логики в автономном режиме для проверки и подтверждения отчетов о конфигурации.

Пример применения

Чтобы проиллюстрировать это, давайте рассмотрим очень простой пример: в этом нефтехимическом процессе необходимо осушать углеводородный газ, пропуская его через реактор, заполненный гранулами абсорбента. В сушилке происходит экзотермическая реакция, что позволяет нам использовать температуру для оценки ее производительности.

Если температура падает ниже определенного уровня, в данном случае 110 °F, это указывает на то, что гранулы пропитались и потеряли способность удалять влагу. Из-за тепловой инерции необходимо выдержать 20-секундную задержку, прежде чем температура будет признана слишком низкой.

С другой стороны, влажность чрезвычайно вредна для последующего процесса, и SIF, который защищает процесс, был признан SIL 3 в анализе уровня защиты (LOPA) с последующим анализом пробелов.

На диаграмме показано, как будет выглядеть традиционная статическая причинно-следственная статичная матрица для этого приложения. Если четыре из шести температур упадут ниже 110 °F, установка будет переведена в безопасное состояние, то есть: V110, V210, V130 и V230 будут заблокированы, препятствуя течению углеводорода вниз по течению, а V120 и V220 позволят любой утечка в рециркуляцию. Пересечения «S» указывают на то, что эффект будет зафиксирован.

Теперь рассмотрим процедуру последовательности запуска, описанную в руководстве по эксплуатации:

Шаг 1: Обход всех датчиков температуры.

Шаг 2: Вручную откройте V110, V130, V230 и V220 и оставьте V210 и V120 закрытыми.

Шаг 3: От BPCS увеличивайте расход со скоростью 5 галлонов в минуту (галлонов в минуту) каждые две минуты до достижения стабильного расхода 30 галлонов в минуту.

Шаг 4: После того, как каждый датчик находится при стабильной температуре выше 110 °F в течение не менее 20 секунд, отключите байпасы на датчиках по одному. Это должно произойти в течение первых 10 минут работы, иначе система должна быть остановлена, так как упаковка гранул оказалась дефектной.

Шаг 5: Через десять секунд откройте V210 и закройте V220.

Это сложная операция, которая оказывает сильное давление на возможности операторов, и она должна выполняться одновременно с принятием решений по аварийным сигналам, значениям процесса, голосованию между значениями процесса, оценке стабильности переменных, управлению рабочими байпасами. , и самое сложное из всех решений, прекращение работы, если реактор ведет себя не так, как ожидалось.

Теперь рассмотрим автоматический запуск этого процесса, используя матрицу причинно-следственных связей со всеми пятью описанными выше характеристиками.

Обратите внимание, что вся информация содержится в динамической матричной диаграмме.

• Причины имеют задержку после срабатывания 20 секунд, что обеспечивает стабильность, заявленную в руководстве по эксплуатации.
• Все пересечения относятся к типу «R», для которых все эффекты будут зафиксированы при срабатывании.
• Имеется тег переопределения-сброса (PB_START), который может быть подключен к кнопке и/или переключателю с ключом, который должен быть нормально замкнутым для проведения диагностики.
• Максимальное время блокировки до прерывания процесса составляет 10 минут, что соответствует требованиям руководства по эксплуатации. Следовательно, через 10 минут реактор должен стабилизироваться, иначе система отключится и процесс придется перезапускать.

Если эта программа реализована в соответствии с приведенной выше динамической матрицей, последовательность запуска будет сокращена до двух простых шагов:

Шаг 1: Нажмите кнопку PB_START.

Шаг 2: От BPCS увеличивайте расход со скоростью 5 галлонов в минуту каждые две минуты до достижения стабильного расхода 30 галлонов в минуту. Эта рампа может выполняться автоматически в ОСУП при наличии защиты системы безопасности. Процесс будет постоянно защищен SIS, независимо от действий оператора.

Выводы и рекомендации

Концепции, обсуждаемые здесь, не так уж сложны и могут быть сведены по большей части к нескольким простым мыслям:

1. Планирование процедур запуска для критически важных приложений может быть выполнено с помощью совсем немного больше инженерных усилий в начале SLC, когда все можно легко изменить.

2. К сожалению, для многих важных приложений не существует предписывающих стандартов, четко определяющих правильную последовательность. Но есть специальные приложения, например BMS, которые наглядно показывают, как это делать. Все, что нужно сделать, это принять аналогичную методологию, основанную на контролируемых принудительных переопределениях, ограниченных полностью активными SIF.

3. Преимущества того, что ваша ПСБ остается под контролем в течение 100 % времени, особенно во время критических последовательностей запуска и остановки, должны быть очевидны.

4. Стандарты безопасности, основанные на характеристиках (например, S84), резко ограничивают количество оценок безопасности, присваиваемых людям, поскольку очень сложно включить в уравнения факторы психологического состояния человека. Таким образом, рекомендации заключаются в том, чтобы свести к минимуму участие человека.

5. В настоящее время существуют простые в использовании программы с рейтингом безопасности (например, Safety Matrix), которые помогают реализовать все это без сложного кодирования и соблюдения требований стандартов по проверке и валидации.

В конце концов, если это можно прописать в руководстве по эксплуатации, это точно можно запрограммировать в SIS.

Луис М. Гарсия Г., CFSE, является бизнес-разработчиком в Северной и Южной Америке для Siemens Energy and Automation, Хьюстон, Техас.

---

Для получения дополнительной информации посетите:

www.iec.ch
www.isa.org
www.sea.siemens.com

---

Дополнительная литература

Электрическая, функциональная/электронная безопасность IEC 6150 Программируемые системы, связанные с безопасностью, части 1-7, Женева: Международная электротехническая комиссия, 1998.

IEC 61511, Функциональная безопасность: автоматизированные системы безопасности для сектора обрабатывающей промышленности, части 1-3, Женева: Международная электротехническая комиссия, 2003 г.

ANSI/ISA S84.00.01-2004, Применение автоматизированных систем безопасности для Process Industries, The International Society of Automation, Research Triangle Park, NC, 2004.

No related posts.