Vytištěno z internetového portálu TLAKinfo (www.tlakinfo.com), dne: 21.05.2024
zdroj: http://www.tlakinfo.com/t.py?t=2&i=694
Vodoznaky kotlů - seřizování, signalizace, blokády Datum: 27.4.2004Autor: Ing. Theodor Zipfel, CSc. Ing. Pavel Filip, CSc. Alstom Power, s.r.o se sídlem v Brně Seminář TLAK 2003- Cílem referátu bylo seznámit pracovníky v oboru tlakových zařízení s problematikou spojenou s měřením hladiny v bubnech parních kotlů na základě stručného popisu fyzikálních procesů, které souvisí s určováním skutečné hladiny v bubnu parních kotlů na základě dálkového měření, vysvětlit podstatu rozdílů hladin určovaných odečtem z přímého vodoznaku vzhledem ke skutečné výpočtové hladině, stanovit určující veličiny pro výpočet skutečné hladiny pro regulaci hladiny, signalizaci výstrah a reakce blokád při překročení havarijních mezí prostřednictvím software řídícího systému a způsob hardwarového jištění kotle pro případ výpadku řídícího systému, resp. jeho krátkodobého výpadku.
2.1. Skutečná hladina v bubnu - hladina ve vodoznaku Zjednodušené schéma včetně definičního oboru je znázorněno na následujícím obrázku 1 Obr. 1 Schéma určujících veličin buben - přímý vodoznak Fyzikální veličiny: H - rozteč mezi odběry [ m ] hB - skutečná hladina v bubnu [ m ] <0;H> hV - hladina ve vodoznaku [ m ] pB - absolutní tlak v bubnu [ MPaa ] pB - přetlak v bubnu [ Mpag ] r c +r 2 - měrná hmotnost vody a páry na mezi sytosti [ kg/m3] r Ve - ekvivalentní měrná hmotnost vodního sloupce hv ve vodoznaku D hB - diference hladiny od středu regulačního pásma : D hB = hb - hb,0 [ m,mm ] D hv - diference mezi skutečnou hladinou v bubnu a hladinou vodoznaku : D hv = hB - hv [ m,mm ] t1 - teplota media (pára, kondenzát) ve vodoznaku [°C] t2 - teplota vně vodoznaku (teplota okolí) [°C] ts1 ; ts2- teplota vnitřní a vnější stěny skla [°C] l s - tepelná vodivost skla vodoznaku [W/mK] s - tloušťka skla [ m ] a 1, a 2 - součinitel přestupu tepla na vnitřní a vnější straně desky [W/m2K]
hB.r c + ( H - hB). r 2 = hv. r Ve+ (H- hV). r 2 [ kg/m2] (2 -1) po úpravě : hB = hV . (r Ve -r 2 ) / ( r c - r 2 ) [ m ] (2 -2)
Pozn.: Termodynamické veličiny vody, vody a páry na mezi sytosti jsou určovány dle standardu ” IAPWS-IF97” uvedených v Parních tabulkách [ L1 ] z roku 1999. Po tomto fyzikálním popisu si nadefinujeme problém, který zásadně ovlivňuje poměry v systému buben-vodoznak. Touto veličinou je r Ve - - ekvivalentní měrná hmotnost vodního sloupce hv ve vodoznaku. V důsledku odvodu tepla do okolního prostředí zvyšuje se hodnota měrné hmotnosti z hodnoty r c = f (pB) na hodnoty r V = f (pB, t1) a následně z hodnot r V po výšce, buď integrální metodou nebo váženým průměrem (lichoběžníková diferenciální metoda) určit r Ve . Jak tento problém řešit v praxi z hlediska orientace revizního technika při kontrole chování, resp. nastavení hladiny daného kotle v provozních podmínkách? Obecně je znám fakt, že interní a externí hladiny se liší. Diskutovaným je zpravidla rozdíl skutečná hladina hB (určovaná softwarově v ŘS) a hV . Je to 20, 40, 60 nebo více mm ? Pro stanovení r Ve je možno využít komplikovaných matematicko-fyzikálních modelů např. s respektováním kondenzace syté páry, odvodu tepla do okolí a do tělesa armatur vodoznaku. Relativně zjednodušenou metodou vycházející z lokálního odvodu tepla rovinnou ( skleněnou) stěnou, zjistíme dotykovým nebo bezdotykovým teploměrem teplotní pole na vnějším povrchu skla od hladiny vodoznaku po jeho spodní část. Pro kontrolu změříme i teplotu potrubí odvodu kondenzátu zpět do bubnu. Pro případné použití v praxi uvádíme rovněž výchozí rovnici pro měrný tepelný tok q v rovinné desce: q = k (t1 - t2) [ W/m2 ] ( 2-3 ) kde součinitel prostupu tepla k určíme ze vztahu : k = 1 / (1/a 1 + 1/a 2 + s/l ) [ W/m2K ] ( 2-4 )
a 2 = 7,8 + 4,1 . w [ W/m2K ] ( 2-5) kde w [ m/s ] značí rychlost podélného proudění vzduchu v místě stavoznaku (a 2 = cca 17)
3. Možnosti řešení ochran minimální a maximální hladiny v kotelním bubnu pro hardwarové odstavení kotle na minimální nebo maximální hladinu. 3.1.Pseudospojité měření vodivostními sondami Popis: Kotel je vybaven sadou binárních vodivostních snímačů umístěných ekvidistantně po celé výšce kotelního bubnu. Vyhodnocovací aparatura poskytuje pseudospojitou indikaci hladiny vody dvoubarevným světelným sloupcem a všechny potřebné binární hodnoty alarmů a tripů. Známá řešení: Hydrastep (Ledvice), Clark-Reliance (EC Kladno) Výhody:
Nevýhody:
3.2. Binární měření vodivostními sondami Popis: Kotel je vybaven binárními vodivostními snímači s komparátory. Vyhodnocovací aparatura poskytuje Binární hodnoty tripů (a případně také alarmů).
3.3. Analogové měření tlakové diference Popis: Kotel je vybaven snímači tlakové diference měřícími rozdíl hydrostatických tlaků mezi kondenzátem v impulsním potrubí a sloupcem sytá pára - kotelní voda v bubnu. Snímače tlakové diference poskytují spojitý (pasivní) signál 4 - 20 mA jako vstup pro on-line výpočet hladiny kotelní vody. Dalším vstupem pro on-line výpočet je hodnota statického tlaku v bubnu, z níž se ve funkčních generátorech odvozují měrné hmotnosti syté páry a kotelní vody.
Pro účely regulace hladiny jsou použity tři snímače tlakové diference a snímač statického tlaku. Zásah ochrany minimální a maximální hladiny je odvozen metodou ”dva ze tří” (2oo3),ochrana zasáhne, pokud je indikován zásah alespoň ve dvou kanálech. Redundantní metoda 2oo3 je z principu odolná proti jedné izolované vnitřní chybě a není nutné používat při ní certifikovaných zařízení. První kanál vyhodnocení zásahu ochrany je odvozen z výstupu řídícího systému DCS. Další dva kanály zásahu ochrany se odvozují matematickým členem ZPA INMAT 451. Matematický člen ve funkci signálového procesoru zajišťuje on-line výpočet hladiny, kontinuální komparaci s úrovněmi HH a LL zásahů ochran na max. a min. hladinu a případně také indikaci výpočtové hladiny.
Použitá literatura L1 Mareš, Šifner, Kadrnožka Tabulky vlastností vody a páry VUT v Brně, Nakladatelství VUTIUM, Brno 1999 L2 Černoch Strojní technická příručka SNTL, Praha 1977 L3 Michal Výpočet hodnot pro nastavení zákonných stavoznaků měření hladin v bubnu kotlů K9, K10 Technická zpráva Škoda Praha, a.s., Mělník 1997 |