2.1 Napájecí voda. 2.2 Kotelní voda. 2.3 Sytá pára

Transkript

1 Moderní řešení on-line analytického monitoringu okruhů voda/pára Ing. Josef Pišan, TECHNOPROCUR CZ, spol. s r.o. 1) Účel a přínos on-line monitoringu Stále zesilující tlak na snižování nákladů a na operativní přizpůsobování výroby elektřiny okamžité poptávce na trhu (omezování počtu provozního personálu, časté najíždění výrobních bloků) přináší zvýšené nároky na přesnost a spolehlivost monitoringu chemických parametrů. V souvislosti s tím je po výrobcích přístrojů požadováno, aby vyvíjeli automatizované analyzátory s minimálními nároky na údržbu, které jsou vybaveny všemi potřebnými diagnostickými a validačními funkcemi (pro kontrolu platnosti měřených hodnot) a jsou schopny upozornit obsluhu v případě výskytu jakéhokoliv problému. Při použití analyzátorů s těmito funkcemi lze hovořit o systémech s automatickou kontrolou kvality on-line analytických měření. Sledování režimů vysokotlakých kotlů kontinuálními analyzátory se v současné době stává již samozřejmostí, bez níž se tyto provozy neobejdou. On-line monitoring poskytuje dokonalou informovanost o chemickém režimu kotlů, hlídá dodržování technologické kázně obsluhy, umožňuje kontinuálně řídit například dávkování čpavku do napájecí vody, fosfátu do kotle, řídit odluh, sledovat účinnost a funkčnost odplynění, atd. Díky dostatku aktuálních a přesných informací o systému lze udržovat stabilní chemický režim, kdy jsou korozní procesy v okruhu zpomaleny na minimum a dochází k minimálnímu opotřebení zařízení. V případě vybočení měřených hodnot z běžných provozních mezí je možno neprodleně reagovat, případně dohledat příčinu pomocí dat z ostatních měřících míst. Včasné zjištění poruch často umožní minimalizovat jejich následky a náklady na jejich nápravu. Archivace měřených hodnot a možnost vizualizace jejich změn v čase (trendů) má veliký význam rovněž pro předcházení nežádoucím provozním stavům a poruchám. On-line monitoring parametrů vody a páry představuje v porovnání s periodickými manuálními rozbory v laboratoři zcela jinou kvalitu získaných informací. Kvalitní kontinuální monitoring parametrů vody a páry spojený s řádným vyhodnocením a využitím měřených hodnot k řízení technologie představuje především cenný nástroj k zefektivnění provozu a prodloužení životnosti zařízení (kotle, přehříváků, turbíny, kondenzátoru, atd.). To je hlavní i když obtížně vyčíslitelný přínos a v porovnání s ním je úspora díky možnosti racionalizace laboratorních činností zanedbatelná. Tento fakt však často bývá podnikovými ekonomy (kteří rozhodují o investicích a kalkulují jejich návratnost) přehlížen. Dále Vám uvádíme typická odběrová místa vzorků, on-line analýzy, které se na těchto vzorcích provádějí, a důvody proč jsou jednotlivé analýzy v těchto místech tak důležité. 2) Sledovaná místa parovodního okruhu a měřené parametry Návrh a osazení monitorovacího systému vychází z požadavků norem pro provoz kotlů (ČSN ) a z předpisů výrobce kotle a turbíny. Pro přehled o stavu celého parovodního okruhu se většinou sledují parametry napájecí vody, kotelní vody, syté páry, přehřáté páry a kondenzátu. Pro všechny dále uvedené on-line analýzy dodává švýcarská firma SWAN přístroje špičkové technické úrovně. Celý analytický systém lze tak osadit přístroji od jednoho výrobce, což je výhodné z hlediska usnadnění zaškolení obsluhy, provádění údržby, dodávek náhradních dílů i zajištění servisu. Strana 1

2 2.1 Napájecí voda Měřící místo napájecí vody je nejčastěji osazeno analyzátory specifické, katexové vodivosti, ph, rozpuštěného kyslíku a křemíku. Pro měření ph bývá stále častěji využíváno systémů kalkulujících ph z rozdílu specifické a katexované vodivosti. Například analyzátor Monitor AMI Deltacon Power měří na jednom vzorku zároveň specifickou, katexovanou vodivost a kalkuluje ph i koncentraci čpavku nebo jiného použitého alkalizačního činidla (např. morfolin, etanolamin). Norma ČSN požaduje pro bubnové kotle nad 12 MPa hodnotu katexované vodivosti napájecí vody do 0,3 µs/cm. Překročení této hodnoty může indikovat například zhoršenou kvalitu vratného kondenzátu, provozního kondenzátu (pokud je vracen do okruhu), či přídavné vody nebo ji může způsobovat při najíždění kotle ve vodě obsažený CO 2 (zvýšeny i hodnoty kyslíku). Kalkulovanou hodnotu ph lze využít pro řízení dávkování alkalizačního činidla. Norma požaduje hodnoty ph v rozmezí 8,7 až 9,2. Nižší ph urychluje korozi, příliš vysoké ph zase může způsobit rozpouštění mosazných částí okruhu. Pro obsah rozpuštěného kyslíku požaduje norma hodnoty do 10 µg/l. Tyto hodnoty lze spolehlivě a přesně detekovat pomocí analyzátoru kyslíku Monitor FAM Oxytrace. Tento analyzátor si však bez problémů a bez potřeby zásahu obsluhy poradí i s koncentracemi až o několik řádů vyššími (například při odstávce kotle). Za provozu mohou být zvýšené hodnoty koncentrace kyslíku způsobené například špatně fungujícím odplyněním (např. mechanicky poškozené trysky nebo rozváděcí desky), změnami výkonu a s tím související proměnlivou účinností odplynění, podkročením minimálního výkonu odplynění, uzavřeným odfukem páry z odplyňováku. Pokud je pro odstranění zbytkového kyslíku v určitém přebytku dávkován hydrazin, může být výsledná koncentrace řízena analyzátorem hydrazinu Monitor AMI Hydrazine. Další kvalitativní parametr požadovaný normou ČSN je obsah křemíku a pro kotle nad 12 MPa je požadována koncentrace křemíku v napájecí vodě do 20 µg/l. Pro spolehlivé měření křemíku dodává firma SWAN analyzátor COPRA Silica. Jelikož se v tomto případě jedná o nákladnější analyzátor pracující na fotometrickém principu (k provozu potřebuje reagenty), dodává se ve vícekanálové konfiguraci umožňující připojit a střídavě měřit v jednom analyzátoru několik vzorků (vzorky napájecí vody, páry, kondenzátu). Hodnota křemíku v napájecí vodě poskytuje informaci o kvalitě vratného kondenzátu a doplňovací vody. 2.2 Kotelní voda V kotelní vodě se vyžaduje obvykle sledování specifické vodivosti, ph, křemíku a fosfátů (v případě dávkování fosfátů). K měření specifické vodivosti slouží analyzátor Monitor AMI Powercon Specific. Norma ČSN stanoví pro kotle nad 14 MPa požadovanou hodnotu specifické vodivosti do 20 µs/cm. Hodnota specifické vodivosti bývá využita pro řízení odluhu (spolu s měřením křemíku). Pro kontrolu alkalizace (z důvodu minimalizace koroze kotle) je vhodné měřit ph kotelní vody. Jelikož je ph kotelní vody ovlivněno především fosfátem (čpavek přechází do páry), není možno kalkulovat ph z rozdílu specifické a katexované vodivosti a je třeba použít analyzátor Monitor AMI ph se skleněnou elektrodou speciálně určenou pro měření kotelních vod. K měření obsahu křemíku v kotelní vodě slouží analyzátor COPRA Silica, který díky vícekanálové konfiguraci umožňuje automaticky měřit jedním analyzátorem vzorky kotelní vody z několika kotlů. K analyzátoru měřícímu vzorky kotelní vody však nelze připojit i vzorky ostatní (napájecí voda, pára, kondenzát), jelikož koncentrace křemíku v těchto vzorcích bývají 20 krát až 100 krát nižší než u kotelní vody a docházelo by ke vzájemnému ovlivňování po sobě jdoucích měření. Vzorky kotelní vody musejí mít svůj samostatný analyzátor křemíku. Limity pro obsah křemíku v kotelní vodě udávají výrobci kotlů (závisí na provozním tlaku kotle, jelikož i rozpustnost křemíku v páře se mění s tlakem). Pro kotle o pracovním tlaku 15 MPa je přípustný rozsah SiO 2 do 0,5 mg/l. Měřená hodnota křemíku se využívá spolu s hodnotou specifické vodivosti pro řízení odluhu kotle. Za určitých okolností může dojít i k výraznému zvýšení koncentrace křemíku v kotelní vodě, aniž by došlo k výraznému ovlivnění specifické vodivosti (například pokud se s přídavnou vodou dostane do okruhu nerozpustný koloidní křemík a dojde k jeho rozvaření v kotli). Proto je důležité měřit v kotelní vodě jak specifickou vodivost, tak i křemík. Pro alkalizaci kotelní vody bývá nejčastěji používán fosfát. Pro kotle nad 14 MPa pracovního tlaku je normou předepsán přebytek P 2 O 5 1 mg/l. Analyzátor COPRA Phosphate umožňuje spolehlivě řídit dávkování fosfátu do kotle. Stejně jako analyzátor křemíku COPRA Silica, je i tento analyzátor dodáván ve vícekanálové konfiguraci a může střídavě měřit vzorky kotelní vody z několika kotlů. 2.3 Sytá pára V syté páře je sledována katexovaná vodivost. K měření katexované vodivosti slouží analyzátor Monitor AMI Powercon Acid. Norma požaduje pro bubnové kotle nad 8 MPa hodnotu katexované vodivosti syté páry do 0,3 µs/cm. Zvýšené hodnoty katexované vodivosti mohou být způsobeny špatnou separací páry v bubnu (přestřiky kotelní vody do páry například vlivem prasklých svárů nebo jinak poškozených separátorů), což následně vede k zanášení přehříváků. Příčinou ale může být i špatná kvalita kotelní vody a zvýšený přestup solí do páry (špatný obsah fosfátů nebo zvýšená koncentrace křemíku v kotelní vodě). Zvýšenou hodnotu katexované vodivosti může způsobovat i CO 2 obsažený ve vzorku (např. při najíždění bloku). Při použití analyzátoru Monitor AMI Deltacon Power jsou kromě hodnoty katexované Strana 2

3 vodivosti k dispozici i hodnoty specifické vodivosti, ph a koncentrace čpavku (či jiného alkalizačního činidla). 2.4 Přehřátá pára Měření přehřáté páry slouží pro kontrolu kvality páry vstupující na turbínu. Velmi cenné informace o kvalitě páry vstupující na turbínu je možno získat použitím analyzátoru Monitor AMI Deltacon DG, který měří na jednom proudu vzorku specifickou, katexovanou vodivost, odplyněnou katexovanou vodivost, ph a obsah čpavku nebo jiného použitého alkalizačního činidla. Norma požaduje pro bubnové kotle nad 8 MPa hodnotu katexované vodivosti přehřáté páry do 0,3 µs/cm. Pokud je katexovaná vodivost přehřáté páry vyšší než katexovaná vodivost syté páry, svědčí to o špatné kvalitě zástřikové vody. Pokud jsou zvýšené vodivosti syté i přehřáté páry, může to být způsobeno špatnou separací páry v bubnu nebo špatnou kvalitou kotelní vody. Zvýšené hodnoty katexované vodivosti syté a přehřáté páry může způsobovat i CO 2 obsažený ve vzorku (např. při najíždění bloku). Hodnotu katexované vodivosti neovlivněnou obsaženým CO 2 nám ukazuje odplyněná katexovaná vodivost, kterou analyzátor Monitor AMI Deltacon DG rovněž měří (vzorek prochází před vstupem na třetí vodivostní sondu integrovanou převařovací odplyňovací jednotkou). Operátorovi dává měření odplyněné katexované vodivosti jistotu, že případná zvýšená hodnota katexované vodivosti (spolu s nízkou hodnotou odplyněné katexované vodivosti) je způsobena pouze obsaženým CO 2, který není z hlediska koroze tak nebezpečný jako soli a díky tomu může najet turbínu dříve, než kdyby čekal na snížení koncentrace CO 2 a s tím související pokles katexované vodivosti (ze samotné katexované vodivosti by nerozpoznal CO 2 od nebezpečných solí). Měřením odplyněné katexované vodivosti lze dosáhnout především u špičkových elektráren s častými najížděními bloku významných úspor a díky tomu je návratnost pořizovací investice do tohoto typu měření velice krátká. Analyzátor Monitor AMI Deltacon DG měří i koncentraci čpavku. Koncentrace čpavku musí být dle normy mezi 0,5 až 1 mg/l. Pokud je koncentrace mimo tyto meze, svědčí to o nesprávném dávkování čpavku (třeba posuzovat zároveň s hodnotami NH 3 a ph napájecí vody, přehřáté páry a kondenzátu) Dalším důležitým parametrem je obsah křemíku, který je měřen vícekanálovým analyzátorem COPRA Silica. Norma požaduje pro bubnové kotle nad 12 MPa koncentraci křemíku v páře do 20 µg/l. Zvýšené koncentrace křemíku jsou pro turbínu nebezpečné kvůli tomu, že jeho rozpustnost v páře výrazně klesá s poklesem teploty a tlaku. Přehřátá pára v parní turbíně expanduje, přičemž klesá její tlak, teplota i rozpustnost solí v páře. Zředěné roztoky některých solí se koncentrují a přecházejí v nasycené a přesycené roztoky a vylučují se v tuhé formě. V důsledku toho se v regulační části turbíny i v lopatkování tvoří nánosy tuhých látek, které vedou k místnímu namáhání lopatek turbíny (případně až k jejich mechanickému poškození), způsobují závady v regulačním ústrojí, zvětšují odpor v lopatkování a tlak rotoru turbíny na axiální ložisko. Výkon a účinnost turbíny klesá a může dojít i k porušení axiálního ložiska a k havárii stroje. 2.5 Kondenzát Optimálními nástroji pro monitoring kvality kondenzátu jsou měření specifické, katexované vodivosti, odplyněné katexované vodivosti, ph a měření sodíku. Měření sodíku umožňuje detekovat případné znečištění chladící vodou (netěsnost kondenzátoru) s citlivostí mnohem vyšší než pomocí katexové vodivosti. Analyzátor odplyněné vodivosti je schopen identifikovat průnik CO 2 do okruhu nebo lze vzduch v kondenzátu detekovat analyzátorem kyslíku. V případě použití kondenzačních čerpadel s ucpávkami chlazenými vodou mohou být zvýšené hodnoty katexované vodivosti a sodíku způsobeny i průnikem chladící vody do kondenzátu při poškození ucpávky. Jsou-li zvýšené hodnoty katexované vodivosti i syté a přehřáté páry, je špatná separace páry v bubnu nebo je špatná kvalita kotelní vody a zvýšený přestup solí do páry. Detekce netěsnosti kondenzátoru pomocí měření sodíku je zdaleka nejcitlivější z dostupných měřících technologií. Netěsnost kondenzátoru se obvykle monitoruje kontinuálním měřením katexované vodivosti kondenzátu, avšak takové měření není dostatečně citlivé, aby bylo schopno odhalit i malé netěsnosti, kterým je v moderních elektrárnách s přísně hlídaným chemickým režimem věnována stále větší pozornost. Pokud je měřen obsah sodíku v přehřáté páře i v kondenzátu, lze tímto způsobem vyhodnocovat «sodíkovou bilanci». Obě koncentrace by měly být stejné (co vstupuje, musí i vystupovat). Vyšší koncentrace sodíku v kondenzátu indikuje netěsnost kondenzátoru. Nižší koncentrace sodíku v kondenzátu indikuje usazování sodíku v systému (na teplosměnných plochách, na lopatkách turbíny, apod.). Čistota kondenzátu je hlídána i měřením křemíku. Běžné provozní hodnoty koncentrace křemíku v kondenzátu jsou do 20 µg/l. K měření obsahu křemíku v kondenzátu slouží analyzátor COPRA Silica, který díky vícekanálové konfiguraci umožňuje automaticky měřit jedním společným analyzátorem i vzorky napájecí vody nebo páry, pro něž je třeba stejný (nebo podobný) měřící rozsah jako pro kondenzát. Strana 3

4 3) Zásady při návrhu systému úpravy vzorků a on-line analýz Samozřejmě i při použití nejmodernějších a nejkvalitnějších provozních analyzátorů (a rovněž při laboratorních analýzách), stále platí zásada, že prvním a nejdůležitějším krokem každého měření je správný odběr reprezentativního vzorku. To je potřeba mít při specifikaci požadavků na monitorovací systém na paměti. Správné řešení úpravy teploty a tlaku vzorků musí být bráno jako nedílná součást návrhu monitorovacího systému. Parametry teploty a tlaku, na něž je potřeba upravit každý vzorek, závisí na specifikaci analyzátorů a na požadované teplotě a tlaku vzorku určeného pro laboratorní odběr (zajištění bezpečnosti obsluhy). Obecně bývá požadováno, aby na výstupu odběrového systému vzorku byl tlak vzorku 1 3 bar, teplota vzorku do 45 C a aby odběrový systém byl schopen poskytnout 60 litrů vzorku za hodinu, tj. 1 litr za minutu. Při měření více parametrů ve vzorku z jednoho měřícího místa (jednoho odběru) se samozřejmě použije jeden dostatečně dimenzovaný odběrový systém a upravený vzorek se dále rozvětví do jednotlivých analyzátorů. Každý připojený analyzátor vyžaduje průtok vzorku v rozmezí 5 15 l/hod a přebytečný vzorek trvale protéká větví laboratorního vzorku přes regulátor zpětného tlaku do odpadu. Laboratorní vzorek je odebírán na výstupu regulátoru zpětného tlaku (viz dále). Při návrhu odběrového systému vzorku je potřeba dostatečně nadimenzovat chladící kapacitu a použité komponenty dle parametrů vzorku přiváděného z parovodního okruhu. Ani nejúčinnější chladič nevychladí správně vzorek, pokud jím nebude protékat dostatečné množství chladící vody. Je nutné vyspecifikovat a zajistit požadovaný průtok a tlak chladící vody pro všechny chladiče vzorků. Při návrhu systému úpravy vzorků je třeba vzít v potaz i kvalitu chladící vody (směrodatný je především obsah chloridů). Vysoký obsah chloridů v chladící vodě výrazně zrychluje postup koroze, což se nejvíce projevuje u částí vystavených extrémním přestupům tepla (chladící hady chladičů) a značně se tak zkracuje životnost chladiče. Proto pokud je kvalita chladící vody špatná, nabízí se možnost použití sekundárního chladícího okruhu, kde je cirkulujícím chladícím médiem demivoda, která je předchlazována v tepelném výměníku chladící vodou (jelikož zde nejsou přestupy tepla příliš vysoké, nevadí špatná kvalita chladící vody) a případně dochlazována chladícím agregátem. Toto řešení je o něco složitější, avšak zajistí dlouhodobou spolehlivou funkci chlazení vzorků (k zanášení chladičů a korozi v takovém případě prakticky nedochází). Druhou možností řešení problémů s kvalitou chladící vody je použití chladičů ze speciálních materiálů, které jsou však značně nákladné. Dle rozsahu monitoringu a počtu odběrových systémů ve společném místě instalace je třeba zvážit, která alternativa je v případě nevyhovujících parametrů chladící vody výhodnější (sekundární chladící okruh nebo speciální materiál chladičů). Důležitým faktorem je i volba správné světlosti vzorkovacího vedení. Při tom je třeba brát v úvahu délky vzorkovacích tras, průtok vzorku a požadovaná maximální dopravní zpoždění. Vnitřní světlost vedení 6, maximálně 8 mm bývá plně dostatečná. Při těchto světlostech nejsou ani delší vzorkovací trasy od vzdálenějších kotlů do společné vzorkovny žádný problém a dopravní zpoždění vzorku je minimální (trasa délky 100 m. dopravní zpoždění méně než 5 minut). 3.1 Uspořádání vzorkovacího a analyzátorového panelu SWAN Je výhodné umístit celý systém úpravy vzorků a provozních analýz do jedné chráněné místnosti (vzorkovny), kam jsou svedeny všechny vzorky i z několika kotlů, které potřebujeme sledovat. V takovém případě není potřeba chránit analyzátory před okolním prostředím ochrannými skříněmi, pro měření křemíku a fosfátů lze použít vícekanálové analyzátory, vzorkovna představuje příjemnější pracovní prostředí i pro obsluhu a údržbu analyzátorů i pro laboranty odebírající vzorky pro laboratoř. Chráněné prostředí má příznivý vliv i na opotřebení a délku životnosti zařízení. Pro chlazení všech vzorků ve vzorkovně postačí jeden společný dostatečně dimenzovaný přívod a odvod chladící vody, kdežto při rozmístění samostatných měřících míst v provoze je potřeba zajistit přívod chladící vody ke každému místu (skupině) odběrových systémů. Totéž platí pro odpadní vedení vzorku a chladící vody. Z hlediska uspořádání zařízení ve vzorkovně je doporučována koncepce, kdy jsou odběrové systémy namontovány na samostatném rámu úpravy vzorků a vychlazené a tlakově zredukované vzorky jsou přivedeny na rám analyzátorů (viz obrázek 1), kde jsou rozvětveny do jednotlivých analyzátorů. Samostatná instalace rámu úpravy vzorků a rámu analyzátorů je výhodná i vzhledem k možnosti fyzického oddělení vysokotlaké a nízkotlaké části (rámy lze instalovat i v oddělených místnostech). Součástí rámu odběrových systémů je i připojení chladičů na trubky přívodu a odvodu chladící vody (umístěny nad rámem odběrových systémů). Všechny analyzátory monitorující vzorek z jednoho měřícího Strana 4

5 místa jsou na rámu umístěny vedle sebe. Díky tomuto názornému uspořádání je možno na první pohled přiřadit měřené hodnoty odpovídajícímu vzorku. Díky kompaktnímu provedení analyzátorů SWAN Monitor, kdy jsou komponenty každého analyzátoru smontovány již od výrobce na samostatném nerezovém montážním panelu a řídící jednotka s displejem je vždy nad analytickou částí analyzátoru, jsou nastavení, obsluha i údržba analyzátorů mnohem jednodušší a celý analyzátorový rám je mnohem přehlednější oproti někdy požadované instalaci převodníků na jednom místě a mokré části s průtočnými měřícími sondami na jiném místě. Obrázek 1: Příklad rámu analyzátorů s analýzami několika parametrů jednotlivých vzorků V závislosti na místních podmínkách, počtu měřících míst, vzdálenosti měřících míst, prostorových podmínkách atd. je samozřejmě možné zvolit i jiná uspořádání a menší samostatné systémy úpravy vzorku a provozních analýz je možné umístit i přímo v provoze (viz obrázek 2). Obrázek 2: Příklad rámu s odběrovými systémy vzorku i analyzátory Strana 5

6 3.2 Popis funkce jednotlivých komponent odběrového systému Odběrové systémy pro úpravu vzorků vody a páry firmy Dr. LEYE jsou složeny z vysoce kvalitních komponent a bývají navrženy přesně dle požadavků konkrétní aplikace. Před zpracováním technickocenové nabídky je třeba vyspecifikovat počet vzorků, teploty a tlaky v jednotlivých místech odběru, požadované on-line analýzy, dostupné množství a kvalitu chladící vody, uvažované umístění a uspořádání. Všechny komponenty jsou namontovány a propojeny na panelech a montážních rámech (příklady panelů úpravy vzorků jsou na obrázcích 4 a 5). Odběrové systémy Dr. LEYE zajišťují ideální podmínky pro optimální provoz analyzátorů a zároveň chrání obslužný personál. Výrobce garantuje bezpečnost odběrových systémů pro parametry vzorku, na něž jsou jednotlivé systémy navrženy (dle specifikace zákazníka) a součástí dodávky každého odběrového systému je i podrobná dokumentace dokladující svářečské postupy, tlakové testy atd. Typické složení panelu odběrového systému: - vysokotlaký vstupní uzavírací ventil - odkalovací ventil (volitelně) - chladič vzorku s uzavíracím ventilem chladící vody na vstupu a zpětnou klapkou na výstupu - redukční tlakový ventil - teplotní pojistný uzavírací systém - regulátor konstantního zpětného tlaku (za ním laboratorní odběr) - výstup vzorku a jeho rozvětvení do analyzátorů (vše propojeno na montážním panelu) Vysokotlaký vstupní uzavírací ventil Umožňuje zcela uzavřít přívod vzorku na panel (např. při odkalování vzorkovací trasy). Jelikož ventil přichází do styku s médiem o nezredukovaných parametrech, musí mít takovou konstrukci, která umožňuje obsluze snadnou manipulaci a spolehlivé uzavření trasy vzorku i za provozu. Obrázek 3: Schéma složení panelu odběrového systému Odkalovací ventil (volitelně viz obr. 4) Umožňuje pročištění (odkalení) vzorkovacího vedení. To se doporučuje provádět např. po nainstalování nového vedení, po odstávce nebo lze tímto způsobem odstranit ze vzorkovací trasy usazeniny, které se postupně nahromaďují ve vzorkovacím vedení i za běžného provozu. Odkalení vzorkovací trasy se provádí při uzavřeném vstupním ventilu vzorku na panel odběrového systému a lze jej provést i za běžného provozu parovodního okruhu. Krátkodobým otevřením odkalovacího ventilu dojde ke značnému nárůstu rychlosti proudění ve vzorkovacím vedení a případné mechanické nečistoty (okuje, rzi) jsou vyfouknuty tlakem média do vhodně uzpůsobeného vysokotlakého odpadu (trubka vysokotlakého odpadu je součástí rámů odběrových systémů). Obrázek 4: Panel s odkalovacím ventilem Obrázek 5: Panel bez odkalovacího ventilu Strana 6

7 Vysokotlaký chladič vzorku Pro chlazení vzorků jsou použity vysoce odolné vysokotlaké protiproudé chladiče dimenzované podle teplot a tlaků jednotlivých vzorků. Z hlediska chladící kapacity i materiálového provedení je nejnáročnější realizovat chlazení vzorků páry o vysoké teplotě a nízkém tlaku (extrémní přestupy tepla na vstupu chladiče), a proto se například pro vzorky přehřáté páry používá nejvýkonnější chladič K60/2 HT, který má vstupní kondenzační část chladícího hadu ze speciální nerez oceli a zároveň má tato část větší průměr než zbývající část chladícího hadu, kde se již chladí zkondenzovaný vzorek. Chladiče jsou dimenzovány tak, aby zvládly uchladit 60 litrů vzorku za minutu. Je tedy k dispozici dostatek vzorku pro všechny kontinuální analýzy i pro laboratorní odběr. Dostatečný průtok vzorku je důležitý i z hlediska dodržení reprezentativnosti a minimálního dopravního zpoždění vzorku (v případě dlouhých vzorkovacích tras). V nejnižším místě skořepiny chladiče je odkalovací ventil, který umožňuje vypustit z chladiče chladící vodu a případné nečistoty. Celá skořepina lze z chladiče sešroubovat a zpřístupnit tak chladící had pro potřeby údržby (kontrola, čištění). Na spodku skořepiny je matice pro nasazení klíče. Místní ukazatel teploty Na výstupu vzorku z chladiče je umístěn tyčový teploměr umožňující vizuální kontrolu teploty ochlazeného vzorku, což je užitečné zejména při spouštění systému (nastavování průtoku chladící vody a průtoku vzorku). Kulový ventil na vstupu chladící vody do chladiče Slouží pro nastavení potřebného průtoku chladící vody a pro uzavření přívodu chladící vody v případě provádění údržby chladiče. Zpětný ventil na výstupu chladící vody z chladiče Slouží pro automatické uzavření odpadu chladící vody při otevření chladiče (aby voda z výstupního potrubí nevtékala do chladiče). Kvůli bezpečnosti zde není použit kulový uzavírací ventil, který by obsluha nepozornou manipulací mohla zavřít (nebo po provedení údržby ponechala zavřený) a pokud by byl uzavřen i vstupní ventil chladící vody, došlo by při puštění vzorku do chladiče k přetlakování skořepiny chladiče a případně i k jejímu roztržení. Jelikož výstupní jednocestný (zpětný) ventil obsluha uzavřít manuálně nemůže, toto nebezpečí nehrozí. Redukční tlakový ventil RV10/2E Slouží pro redukci tlaku ochlazeného vzorku (instalace za chladičem) na parametry vyhovující analyzátorům. Firma Dr. LEYE používá redukční tlakový ventil RV10/2E. Teplotní pojistný uzavírací systém HST (teplotní pojistka) Slouží pro automatické uzavření trasy vzorku, pokud teplota vzorku za chladičem překročí 46 C (například při výpadku průtoku chladící vody nebo při jejím neuváženém uzavření obsluhou). Jakmile se teplotní pojistka zavře, přestane horké médium proudit trasou a tím nedojde k přehřátí komponent odběrového systému ani k poškození analyzátorů. Ani obsluha díky tomu nemůže přijít do kontaktu s nevychlazeným nebo nedostatečně vychlazeným vzorkem. Ztráta průtoku vzorku je ihned signalizována analyzátory (pokud mají zabudováno měření průtoku). Pokud teplota vzorku opět poklesne pod 41 C, teplotní pojistka automaticky průtok vzorku otevře. Je třeba mít na paměti, že při uzavření HST je v trase vzorku až k HST stojící vzorek o plném tlaku (redukce tlaku nastává pouze při proudícím vzorku). Ventil HST je dostatečně dimenzován, aby udržel vzorek o tlaku přicházejícím ze systému. Pro teplotní ochranu není vhodné používat systémy, které nedostatečně vychlazený vzorek pouze přepustí do odpadu. Problém tím není vyřešen a vzorek o neupravených parametrech může poškodit komponenty odběrového systému, bezpečné vyústění tohoto vzorku je problematické a může dojít ke zranění obsluhy nebo provozního personálu. Jehlový ventil ve větvi k analyzátoru/analyzátorům Jehlový ventil slouží pro nastavení průtoku vzorku analyzátorem, který je na danou větev připojen. Většina analyzátorů SWAN má jehlový ventil již zabudován na vstupu vzorku. Průtok tudíž není potřeba nastavovat na panelu odběrového systémy a pro potřeby uzavření trasy k analyzátorům může být výstup odběrového systému osazen kulovým uzavíracím ventilem. Pokud by bylo v budoucnu potřeba připojit na upravený vzorek další analyzátory, lze snadno provést rozvětvení, kdy jehlový ventil na každé z větví umožní nastavit průtok potřebný pro daný analyzátor. Přepouštěcí regulátor zpětného tlaku udržuje konstantní tlak a tudíž je i průtok větví/větvemi k analyzátoru/analyzátorům konstantní. Přepouštěcí regulátor zpětného tlaku Udržuje před sebou konstantní tlak 1 bar a přepouští přebytečný vzorek. Díky použití tohoto ventilu jsou eliminovány problémy, které by mohly nastat například vlivem proměnlivého tlaku vzorku přicházejícího z parovodního systému nebo změnami průtočných poměrů v odběrovém systému. Strana 7

8 Analyzátory by často hlásily příliš vysoký nebo příliš malý průtok vzorku a obsluha by musela neustále chodit nastavovat analyzátorům potřebný průtok vzorku. Regulační ventil konstantního zpětného tlaku těmto komplikacím spolehlivě zamezuje. 4) Specifické technické a diagnostické vlastnosti analyzátorů SWAN Kvalitu výsledků měření jednotlivých analyzátorů ovlivňují samozřejmě faktory specifické jednotlivým přístrojům. Některé analyzátory používají iontoměničové náplně (např. katexová vodivost) nebo reagenty (křemík, sodík). Správné výsledky jsou možné pouze pokud jsou náplně a reagenty pravidelně doplňovány. Rovněž provádění těchto úkonů analyzátory SWAN automaticky monitorují a v případě potřeby aktivují alarm. U některých analyzátorů jsou použity senzory vyžadující periodickou údržbu a případně výměnu po uplynutí životnosti senzoru. Namísto časově náročných kontrolních měření a manuálních kalibrací, upozorní analyzátor sám operátora, jakmile je zapotřebí provést údržbu. Je to díky automatickým validačním procedurám, jimiž jsou analyzátory SWAN vybaveny. Následující část popisuje konkrétní příklady zajištění validace měření u vybraných přístrojů. 4.1 Měření průtoku vzorku Aby mohl jakýkoliv kontinuální analyzátor spolehlivě měřit, musí mít zajištěn trvalý průtok vzorku o požadovaných parametrech. Správnou teplotu a konstantní tlak vzorku zajišťuje odběrový systém předřazený analyzátoru. Teplotní pojistka odběrového systému uzavře průtok vzorku, pokud teplota vzorku na výstupu z chladiče překročí určitou mez (např. 46 C) a pokud se teplota vrátí do normálu (např. po krátkodobém výpadku průtoku chladící vody), zase je průtok automaticky obnoven. Pro kontrolu toho, zda-li vzorek analyzátorem teče a zda-li teče průtokem potřebným pro spolehlivé a přesné měření, mají všechny analyzátory SWAN v provedení Monitor zabudováno kontinuální měření průtoku vzorku (turbínkový průtokoměr viz obrázek 6). Analyzátor zobrazuje aktuální průtok vzorku v l/hod na displeji a při přerušení průtoku nebo při vybočení průtoku z požadovaného intervalu analyzátor neprodleně informuje obsluhu o vzniklé situaci sepnutím systémového alarmu a indikací na displeji. Obrázek 6: Průtočná cela měření specifické vodivosti s průtokoměrem U měření vodivosti je informace o tom, že teče dostatečné množství vzorku analyzátorem klíčová pro validaci měřené hodnoty, protože ze samotného signálu vodivosti nepoznáte, zda-li médium analyzátorem proudí, či nikoliv. Za běženého provozu jsou navíc hodnoty celkem stabilní a pokud by vzorek stál v měřící cele a analyzátorem netekl, nemusel by si toho po dlouhou dobu nikdo všimnout a v případě skutečného nárůstu vodivosti v parovodním systému by se o tom obsluha vůbec nedozvěděla. Měření průtoku vzorku je samozřejmě stejně důležité i u ostatních analýz. Analyzátory SWAN sledují celou řadu dalších diagnostických funkcí, které zajišťují, že se operátor může na hodnoty zobrazené na řídícím systému plně spolehnout. Veškeré skutečnosti, které mají vliv na platnost měřených hodnot, analyzátory SWAN okamžitě hlásí buď prostřednictvím relé sdruženého systémového alarmu nebo v případě volitelné digitální komunikace RS485 (protokol Modbus RTU nebo Profibus DP) může operátor i na dálku identifikovat důvod chybového hlášení. 4.2 Analyzátor specifické, katexované vodivosti, ph a čpavku Monitor AMI Deltacon Power Obrázek 7: Láhev SWAN Catcon používaná jako ionexová kolona integrovaná s průtočnou celou pro dva vodivostní senzory (vodivost před a za katexem) včetně jehlového ventilu a digitálního průtokoměru. Vedle vyobrazena samostatná výměnná láhev s katexovou hmotou. Průtočná cela Catcon systému měření vodivosti (obrázek 7) umožňuje instalaci dvou vodivostních sond (specifická a katexovaná vodivost). Dále obsahuje katexovou kolonu speciální konstrukce (ve tvaru lahve) a senzor kontinuálního měření průtoku vzorku v l/hod. Nesprávné výsledky vzniklé měřením nereprezentativního starého vzorku (stojícího v cele) tudíž nejsou možné. Katexová kolona zabudovaná v cele Catcon má tvar plastové lahve, která má vstup i výstup vzorku shora. Vzorek nejdříve protéká shora vrstvou katexu a u dna natéká přes Strana 8

9 rozptylovací trychtýř (zajišťuje rovnoměrné protékání vzorku katexem) do trubičky, kterou vzorek vytéká nahoru na sondu katexované vodivosti, která je zabudována v průtočné cele Catcon. Součástí cely je i víko, na kterém je láhev s katexovou náplní našroubována. Výměna této kolony je velice jednoduchá. Provádí se pouhým sešroubováním lahve z víka cely, netrvá to déle než několik sekund a není k tomu potřeba žádné zvláštní zručnosti. Katexová náplň má barevnou indikaci nasycení a přes průhlednou stěnu lahve lze sledovat, jaká vrstva je již nasycena. Systémy Monitor AMI Deltacon Power a Monitor AMI Deltacon DG dokonce automaticky vyhodnocují a indikují procentuální vyčerpání katexové kolony (z hodnot vodivostí před a za kolonou a z hodnot průtoku). Kolona Catcon má zabudován systém automatického odvzdušnění katexové náplně. Veliká výhoda tohoto systému je v tom, že při najetí se kolona bez zásahu obsluhy elegantně zbaví vzduchu, který se do ní mohl nasát přes odpadní vedení vzorku po odstavení a vychladnutí okruhu. Vzduch v katexové koloně by jinak neměl šanci se dostat z kolony ven, snižoval by kapacitu kolony a ovlivňoval by přesnost měření. Volitelně je nabízena verze analyzátoru s proplachovací pozicí nové nebo zregenerované katexové náplně, tzv. Pre-rinse. Analyzátor s tímto příslušenstvím navíc obsahuje držák s druhou katexovou kolonou. Tato kolona je připojena na vzorek vystupující z měření katexované vodivosti a ten skrz ní protéká do odpadu. To umožňuje dokonale propláchnout čerstvě zregenerovanou katexovou náplň od zbytků regenerantu nebo vymýt novou katexovou hmotu a po instalaci této lahve s katexem do měřící pozice (před senzor katexované náplně namísto vyčerpaného katexu) je již měření okamžitě plně věrohodné a přesné bez vlivu vyplachování zbytků po regeneraci, které jinak způsobují zvýšení měřené hodnoty katexované vodivosti trvající i několik hodin od provedení výměny kolony (než se kolona vzorkem dostatečně vypláchne). Jelikož jsou obvykle intervaly výměny (regenerace) katexové náplně značně dlouhé (v řádu měsíců) je možné mít v tomto provedení například jen jeden nebo dva analyzátory na bloku a používat jejich Pre-rinse pozici na proplach kolon i pro ostatní analyzátory. Obrázek 8: Analyzátor Monitor AMI Deltacon Power se systémem Pre-rinse pro dokonalý proplachu zregenerovaného nebo nového katexu 4.3 Analyzátor odplyněné vodivosti Monitor AMI Deltacon DG Stejně jako u analyzátorů specifické a katexované vodivosti, má i analyzátor Monitor AMI Deltacon DG zabudován kontinuální průtokoměr vzorku. Vzorek vstupuje do cely Catcon a přes sondu specifické vodivosti natéká do katexové kolony. Protéká vrstvou katexu a dále je měřen sondou katexované vodivosti. Na výstupu z průtokoměru za sondou katexované vodivosti však na rozdíl od analyzátoru Monitor AMI Deltacon Power vzorek neteče do odpadu, ale pokračuje trubičkou do převařovací odplyňovací jednotky. Ve vstupní části této jednotky se potkává v tepelném výměníku studený vzorek s převařeným vzorkem a dochází k výměně tepla (předehřev vstupujícího vzorku a chlazení odplyněného vzorku). Díky tomu se šetří energie potřebná v následujícím kroku na převaření vzorku. Předehřátý vzorek proudí dále do převařovacího reaktoru. Teplota varu je automaticky regulována řídící jednotkou analyzátoru na základě měření atmosférického tlaku. Měření atmosférického tlaku provádí řídící jednotka automaticky 3 krát denně. Obrázek 9: Analyzátor Monitor AMI Deltacon DG s odplyňovací jednotkou 4.4 Analyzátory kyslíku FAM Oxytrace a Solo Oxytrace Standardní provedení analyzátoru kyslíku Monitor FAM Oxytrace se kalibruje manuálně na koncentraci kyslíku obsaženou ve vzduchu a analyzátor při běžném provozu monitoruje integritu membrány a je schopen nahlásit případný únik elektrolytu. U analyzátoru Solo Oxytrace lze provádět automatický test senzoru pomocí Faradayovy verifikace a zjistit tak případnou závadu bez potřeby manuálního servisního zásahu. Analyzátory kyslíku mají samozřejmě také zabudováno automatické měření průtoku vzorku. Strana 9

10 . Rozpuštěný kyslík [ppb] správná odezva - měření v pořádku nesprávná odezva - indikován alarm Čas [sekundy] Obrázek 10: Automatická validace kyslíkového senzoru elektrolýzou vzorku Obrázek 10 zobrazuje odezvu analyzátoru rozpuštěného kyslíku během této verifikační procedury. Senzor, který je v pořádku, reaguje rychle a správně na nárůst koncentrace rozpuštěného kyslíku o 20 ppb. Na rozdíl od poškozeného senzoru, u něhož je odezva pomalá a měřená hodnota nedosáhne 20 ppb během daného časového intervalu elektrolýzy. Analyzátor aktivuje alarm a operátor je vyzván, aby vyměnil membránu senzoru. Funkce automatické kalibrace je k dispozici pouze u analyzátoru Solo Oxytrace. 4.5 Automatická kontrola funkcí analyzátoru křemíku Analyzátory křemíku kontrolují průtok vzorků, dávkování reagentů, těsnost analytického obvodu, jednou za den provádějí automatickou kalibraci nuly. Reaktor i měřící kyveta jsou umístěny v termostaticky vyhřívaném bloku. Díky tomu probíhá reakce za konstantních podmínek a výsledné hodnoty nejsou ovlivněny rozdílnými teplotami jednotlivých měřených vzorků (analyzátor je vícekanálový). 4.6 Automatická kontrola funkcí analyzátoru sodíku Analyzátory sodíku Monitor AMI Sodium jsou rovněž vybaveny celou řadou automatických diagnostických funkcí. Klíčovým z hlediska použitého měřícího principu je kontrola účinnosti kondicionování vzorku. Ta je prováděna pomocí vestavěné ph elektrody, pomocí níž je přímo měřeno, za jakého ph probíhá výsledné měření (výsledné ph musí být nad 10). Pokud by obsluha nedoplnila kondicionizační reagent, spustí analyzátor alarm. Dále i tento analyzátor hlídá průtok vzorku, teplotu vzorku a okolní teplotu prostředí. 5) Přenosy a vizualizace měřených hodnot. Klasický způsob přenosu měřených dat pouze pomocí analogový smyček 4-20 ma není z hlediska automatizovaného systému zajištění kontroly kvality měření dostatečný vzhledem k tomu, že neumožňuje přenos diagnostických dat a parametrů přístrojů. Pro kontrolu kvality je nutné zavést do nadřazeného systému také alespoň binární výstupy sdružené indikace alarmových podmínek jednotlivých analyzátorů (systémový alarm). Takový signál je pro operátora informací, že analyzátor zjistil porušení podmínek měření (ztráta průtoku vzorku, špatný výsledek automatické kalibrace, nevyhovující teplota vzorku, výpadek napájení, atd.) a je potřeba zjistit příčinu a zjednat nápravu. V poslední době si svou cestu do elektrárenských provozů nacházejí i moderní Fieldbus způsoby přenosu dat jako PROFIBUS DP. Tento způsob přenosu dat je pro Systém řízení provozu Přístup na dálku Signály 0/4-20 ma Obrázek 11: Přenos dat a přístupové úrovně Úroveň laboratorní kontroly Systém automatické kontroly kvality měření Úroveň analyzátorové místnosti Úroveň obsluhy analyzátorů Úroveň řízení provozu automatický systém kontroly kvality měření přímo ideální a umožňuje mít na dálku pohodlný přístup ke kompletním informacím, které analyzátory monitorují a poskytují. Někdy bývají použity jak klasické výstupy Strana 10

11 4-20 ma, tak Profibus DP připojení. V takových případech jsou analogové výstupy využity k provoznímu řízení a digitální bus systém k zajištění kontroly kvality (jakosti) měření a údržbě. Příklad tohoto uspořádání je na obrázku 11. Jsou definovány různé přístupové úrovně dle účelu použití. Firma SWAN dodává softwarovou nástrojovou sadu pro integraci funkcí systému automatické kontroly kvality měření (SWAN AQAS Automatic Quality Assurance System) do HMI a SCADA systémů (jako např. Simatic WinCC a Iconics Genesis32). V knihovnách této nástrojové sady jsou obsaženy všechny SWAN analyzátory. Systém řízení kvality na platformě personálního počítače s připojením Profibus DP lze řešit použitím komerčně dostupných softwarových nástrojů jako WinCC od Siemens nebo FREELANCE od ABB. Obsažené funkce: - Vizualizace všech on-line procesních dat včetně alarmů a diagnostických parametrů - Ukládání naměřených dat - Znázornění průběhů v grafické i tabulkové formě - Přenos shromážděných dat na vzdálené počítače pomocí Ethernetu nebo RS232 - PLC brána pro přístroje bez možností Profibus připojení. Příklad takové aplikace je na obrázku 12. Souhrnné okno zobrazuje celý parovodní okruh se všemi aktuálními měřenými hodnotami jednotlivých měřících míst a při zvolení konkrétního měřeného parametru Obrázek 12: Příklad vizualizace okruhu se rozbalí okno diagnostických informací (detail viz obrázek 13). Takový systém umožňuje chemikovi, operátorovi nebo pracovníkovi údržby přístup nejen k aktuálním měřeným hodnotám, ale také k parametrům souvisejícím se stavem měření jako průtok vzorku, zbývající kapacity katexové kolony, výsledky verifikací, datum kalibrace apod. Obrázek 13: Diagnostická data analyzátoru Monitor AMI Deltacon Power 6) Závěr Současná úroveň přístrojového a technického vybavení umožňuje realizovat monitorovací systémy parovodních okruhů, které jsou schopny pracovat dlouhodobě s minimální četností zásahů obsluhy. Při provozu takového systému má operátor kompletní přehled o stavu celého okruhu a má jistotu platnosti měřených hodnot. Při návrhu systému je třeba postupovat komplexně a dodržovat řadu zásad, z nichž některé jsme se snažili nastínit v tomto materiálu. Vzhledem ke složitosti problematiky je žádoucí svěřit návrh technického řešení i realizaci zkušené firmě a přesně specifikovat požadavky na rozsah, vybavení a provedení monitorovacího systému. Firma TECHNOPROCUR CZ, spol. s r.o. je schopna Vám navrhnout a zrealizovat řešení přesně odpovídajícím Vašim potřebám, ať už se jedná o samostatné řešení jednotlivých měřících míst nebo jednotlivých provozních analýz, ale také kompletní systémy odběru, úpravy a on-line analýz vzorků celého parovodního okruhu na špičkové technické úrovni. Takové řešení Vám zajistí dlouhodobý spolehlivý provoz a umožní Vám hlídat a přesně řídit chemický režim zaručující minimální opotřebení a hospodárný provoz celé technologie. Strana 11