главнаяотчеты по проектамотраслевые решенияхимияНовый подход реализа ... вания паровых турбин / 2007 г.

Новый подход реализации систем автоматического регулирования паровых турбин

В настоящее время возникает необходимость реорганизации операторского контроля состояния агрегатов, сбора и архивирования данных ряда производств, пущенных в эксплуатацию несколько десятилетий назад. Это, безусловно, невозможно сделать на устаревшем оборудовании существующих систем. Причем физически и морально устарели как устройства управления, так и исполнительные механизмы. Большинство паровых турбин аммиачных производств имеют срок эксплуатации более 30 лет. Электронных САР на них никогда не было, а гидравлические полностью износились и не обеспечивали требуемой точности и диапазона регулирования.

Введение

Внедряемые ООО «ТРЭИ ГмбХ» электронные системы автоматического регулирования позволяют многократно увеличить точность регулирования, вести регулирование практически во всех диапазонах, обеспечивать устойчивую работу оборудования во время переходных процессов, одновременно поставляя технологическому персоналу подробную информацию о состоянии агрегата в режиме реального времени и ведение архивирования процесса.

Основы разработки

1) замена штатного гидравлического масляного привода парового клапана и системы регулирования на пневматический привод (мощный пневмоцилиндр, характеристики которого по быстродействию и точности регулирования подбираются к динамическим характеристикам штатного привода);

2) в качестве электронного блока, используется контроллер TREI-5B с циклом решения задач не менее 10 раз в секунду;

 
Пневмоцилиндр на паровом клапане турбины воздушного компрессора 101-J цеха Аммиак-2 «НАК «Азот»(d = 160 мм, ход штока = 105 мм)
 
 
Шкафы контроллеров САР турбин цеха Аммиак-2 «НАК «Азот»
 
 
Внешний вид электронного модуля PRX мезонинного типа
 
 
Метка на валу компрессора природного газа цеха аммиака
 

3) измерение частоты оборотов специально разработанным и аттестованным самонастраивающимся модулем ввода сигнала типа PRX непосредственно с датчика-тахометра, позволяющий достигнуть точности измерения 0,01 от измеренной величины оборотов;

4) специальный математический аппарат системы обработки сигналов 3-х тахометров (Q-критерий или критерий Кохрена, выбранный как наиболее простой метод, убирающий из расчётов явно неверный результат из трех измерений). Это позволяет повысить точность и достоверность измерения и исключить недостоверный параметр;

5) специальный зонный динамический регулятор, обеспечивающий:
  • устойчивое регулирование оборотов турбины, начиная с 500 об/мин с точностью ±2...10 об/мин;
  • реализация режима разгона турбины после ее остановки, как из холодного, так и из горячего состояния с проходом критических точек со скоростью от 25 до 100 об/мин за секунду.

  •  
    Окно отображения информации о системе измерения оборотов цеха Аммиак-4 «НАК Азот»
     
     
    На рисунке представлены тренды реального пуска воздушного компрессора 102-J из ЦПУ цеха в режиме АВТОМАТ из холодного состояния
     
    Характер разгона и регулирования на ступенях прогрева турбины:
  • 500 об/мин перерегулирование составило 100 об/мин,
    погрешность регулирования оборотов ± 2 об/мин,
  • 1900 об/мин перерегулирование составило 25 об/мин,
    погрешность регулирования оборотов ± 2 об/мин,
  • 4600 об/мин перерегулирование составило 0 об/мин,
    погрешность регулирования оборотов ± 2 об/мин.

  •  
    6) специальный регулятор с перекрестными связями на турбинах с регулируемым давлением отбора пара (компрессор углекислого газа в цехе Карбамид-3 ОАО «НАК «Азот») реализованы функции:
  • пуск турбины;
  • автоматическое подключение отбора;
  • регулирование оборотов и давления отбираемого пара;
  • автоматическое закрытие отбора.

  • В приведённой схеме имеется 2 переменных (обороты и давление в линии отбора пара) и 3 клапана (КВД, КСД и клапан байпаса).

    В режиме «Подключение отбора»:
    Клапан байпаса = f (давление отбора, обороты)
    КСВ = f (давление отбора, обороты)
    КВД = f (давление отбора, обороты)

    В режим «Регулирования оборотов» (клапан байпаса или полностью открыт – разгон турбины, или полностью закрыт – режим работы)
    КСВ = f (давление отбора, обороты)
    КВД = f (давление отбора, обороты)

    Функции САР

     
    Местный пульт управления, габариты 500х500х300 мм
     
    САР обеспечивает выполнение следующих функций:
    1. Управление САР из трех точек:
    • Местный пульт управления;
    • Станция оператора TREI;
    • Станция оператора цеховой АСУ ТП.
    САР строится как отдельная подсистема в АСУ ТП цеха. Обмен информацией с АСУ цеха осуществляется как по физическим каналам ввода — вывода (используется как основной поток), так и цифровому интерфейсу Modbus (используется как резервный поток).

    2. Три режима работы регулятора:
    • РУЧНОЙ — дистанционное управление паровым регулирующим клапаном;
    • АВТОМАТ — автоматическое поддержание заданного числа оборотов;
    • КАСКАД — поддержание заданного значения технологического параметра (расход, уровень, давление) изменением оборотов турбины, например:
  • регулирование расхода или давления на линии нагнетания воздушного компрессора 101-J и компрессора природного газа 102-J,
  • регулирование уровня в паросборнике для питательных насосов 104-J,
  • регулирование разряжения или состава дымовых газов для дымососов 101-BJ,
  • регулирование давления на всасе компрессора газообразного аммиака 105-J,
  • регулирование давления масла на линии нагнетания маслонасоса.

  • 3. На турбинах с регулируемым давлением пара (например, компрессор углекислого газа) реализованы функции:
    • пуск турбины;
    • подключение отбора в течение минимального времени;
    • регулирование оборотов и давления отбираемого пара.

    4. Автоматическое включение резерва питательных насосов 104-J по совокупности состояния параметров:
    • расход воды в котел,
    • уровень в паросборнике,
    • обороты основного насоса.
     
    Основной рабочий экран оператора (машиниста турбин) цеха Аммиак-2 «НАК «Азот»
     
     
    Интерфейс включения насосов
     

    5. САР использует троированный контроль частоты оборотов и на его основе сформирован «электронный автомат безопасности», который выполняет функцию дополнительной защиты турбины от «сверхоборотов» (штатная защита — механический автомат безопасности турбины).

    6. «ЗАМОРОЗКА» положения пневмоцилиндра в последнем положении при исчезновении пневмопитания.

    7. «ЗАМОРОЗКА» пневмоцилиндра последнем положении при исчезновении электропитания или «ЗАКРЫТИЕ» пневмоцилиндра при исчезновении электропитания.

    8. Режим «ФОРСАЖ» — экстренное закрытие регулирующего парового клапана по сигналу ПАЗ или команде оператора со временем хода от 100% открытия до 0% за 1,2…2 сек.

    9. Ручной дублер (манипулятор) — механическое устройство, позволяющее вручную механически перемещать рычаг регулирующего парового клапана или группы клапанов.

    10. Учет пара на турбины (как функция степени открытия парового клапана).

    Программное обеспечение

     
     
    Экраны диагностики системы
     
    — Отображение технологического процесса в реальном режиме времени, в виде технологических мнемосхем с периодом обновления информации на экране монитора не более 1 раза в секунду.
    — Отображает все надписи, события и обозначения системы полностью русифицированы.
    — Автоматическое обеспечение безударного переключения режимов управления («Ручной» ‑ «Автомат» - «Каскад»).
    — Автоматическое безударное ограничение зоны регулирования по частоте вращения и технологическому параметру (уставки задаются пользователем), в том числе и по заданию от внешних систем.
    — Измерение частоты вращения вала турбопривода с выполнением следующих функций:
  • троирование каналов измерения;
  • усреднение значения оборотов по каналам, с выводом из расчётов значения, не соответствующего Q-критерию вероятности из всех измеренных значений (задаётся пользователем);
  • диагностика работоспособности датчика (в том числе, и сигнализация максимального и минимального зазора между валом и датчиком);
     
    Окно редактирования и ввода установок
     
  • отключения из работы и автоматическая настройка канала измерения каждого датчика.
  • — Автоматическая постоянная самодиагностика системы с расшифровкой отказа (неисправности и сбои вычислительной части контроллера, модулей ввода-вывода, контроль обрыва и короткого замыкания аналоговых входных каналов, контроль исправности интерфейсных каналов связи).
    — Задание пользователем технологических уставок и настроек регуляторов без остановки технологического процесса в реальном режиме времени.
     
    Журнал оперативных сообщений
     
    — Архивирование с отметками времени оперативных и аварийный событий, действий оператора, диагностики системы, значений вводимых уставок и настроек регуляторов (с частотой 80 сообщений/сек. без потери информации), с возможностью просмотра, сортировки и печати событий за указанный период.
    — Архивирование исторических трендов, с возможностью просмотра, сортировки и печати событий за указанный период (не менее 6 месяцев).
    — Разграничение доступа к управлению системой.

    САР паровых турбин обеспечивает

    1) измерение оборотов с точностью до ± 0,01 % от измеренной величины;
    2) автоматическое регулирование оборотов начиная с 500 об/мин, т.е. начиная с зоны прогрева, что в несколько раз меньше, чем позволяют штатные регуляторы «Вудворд» и «Аскания»;
    3) реализация режима разгона турбины после ее остановки, как из холодного, так и из горячего состояния;
    4) проход критических точек со скоростью роста оборотов от 25 до 100 об/мин за секунду;
    5) регулирование числа оборотов турбины с точностью до ± 2...10 об/мин;
    6) время полного хода регулирующего парового клапана:
  • в режиме РУЧНОЙ — 4…4,8 сек,
  • в режиме ФОРСАЖ — 1,2...2 сек;
  • 7) индикация и управление САР как с местного пульта управления, расположенного рядом с турбиной, так и из ЦПУ;
    8) выработку сигнала ПАЗ по «сверхоборотам» в систему ПАЗ цеха;
    9) связь с АСУ ТП цеха;
    10) работа во взрывоопасных зонах, зонах с повышенной температурой на наружных установках.

    Примечание. Пуск модернизированного воздушного компрессор 101-J (модернизация выполнена фирмой «ИнТехМаш» Спб.) на ОАО «НАК «Азот» г. Новомосковск был осуществлен без предварительных испытаний. Внедренная в это же время САР обеспечила при пуске компрессора прохождение всех критических точек с требуемым динамическим ускорением.

    Надежность

    Надежность и устойчивость работы САР обеспечивается:
    1) троирование датчиков оборотов;
    2) 100% резервированием контроллера и модулей УСО;
    3) дублированием системы электропитания;
    4) дублированием сетей связи;
    5) дублированием станций оператора;
    6) межповерочным интервалом 2 года;
    7) 3-х летней гарантией на программно-технический комплекс;
    8) срок службы пневмоцилиндра составляет не менее 10 лет.

    Источники экономической эффективности

    1) масло, применяемое в гидравлических сервомоторах, затрудняет эксплуатацию оборудования по причине его естественного обводнения, разложения, засмоления и окисления;
    2) непожаропасность и простота обслуживания пневмосистемы по сравнению с маслосистемой;
    3) электронный автомат безопасности — действующие САР оснащены механическими «автоматами безопасности», что не обеспечивает чувствительную и быстродействующую защиту турбины при выходе на «сверхобороты»;
    4) экстренный пуск турбины после аварийного остановки с высокой скоростью прохождения критических точек;
    5) существенная экономия пара (при полном открытии регулирующего клапана на линии нагнетания насоса или на линии нагнетания компрессора регулировать расход или уровень оборотами турбины — режим КАСКАД);
    6) в отдельных случаях увеличение мощности турбины за счет увеличения хода штока парового регулирующего клапана.

    Внедрения

    В настоящее время описанные САР работают на ОАО «НАК «Азот» г. Новомосковска на 17-и паровых турбинах в цехах по производству аммиака и карбамида:
     
    Пневмошкаф компрессоров, габариты 1400х800х300 мм
     
    1) компрессор углекислого газа 1-ТК11 цеха карбамида — регулирование оборотов, автоматическое подключение и закрытие отбора;
    2) компрессор природного газа цеха аммиака — регулирование оборотов и давления нагнетания;
    3) воздушный компрессор цеха аммиака —регулирование оборотов и давления нагнетания;
    4) компрессор газообразного аммиака производства аммиака — регулирование оборотов и давления всаса;
    5) дымосос цеха аммиака — регулирование оборотов и разряжения в топке котла;
    6) питательные насосы цеха аммиака — регулирование оборотов и уровня в барабане котла, АВР питательного насоса;
    7) маслонасосы аммиака — регулирование оборотов.

    Последнее внедрение — в июле-августе 2007 г. в цехе Аммиак-2 ОАО «НАК «Азот» была успешно запущена в эксплуатацию система автоматического регулирования компрессора природного газа 102-J и воздушного компрессора 101-J. Данная система является очередным этапом внедрения электронных САР, разрабатываемых ООО «ТРЭИ ГмбХ».
     
      Навигация по странице:
     
    ^ Наверх ^ 61 мс