Příloha k průběžné zprávě za rok 2015 Číslo projektu: TE02000077 Název projektu: Smart Regions Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development Číslo výsledku: TE02000077V008 Název výsledku: Optimized experimental pilot unit for membrane module characterization, process design and field long-term tests Typ výsledku: 1*G-technically realized results prototypes, functional sample Datum dosažení: 31.12.2015 Datum implementace: 31.12.2016 Předkládá: Název organizace: Membrain s.r.o. Jméno řešitele: Ing. Pavel Brož
Obsah Str. 1. Úvod 2 2. Popis původní pilotní jednotky separace plynů GSU 3 2.1. Seznam hlavních komponent jednotky GSU 3 2.2. PID pilotní jednotky 6 3. Úpravy pilotní jednotky 7 3.1. Měření teplot 7 3.2. Diferenciální tlaky na filtrech 7 3.3. Snímač polohy ručních ventilů 7 3.4. Dálkové připojení, archivace dat 7 3.5. Tlakové lahve 7 3.6. Kondenzační sušárna vstupního plynu 7 3.7. PID pilotní jednotky po úpravě 8 4. Foto pilotní jednotky po úpravách 9 5. Přínosy provedených úprav 10 6. Závěr 10 2
1. Úvod Optimalizace pilotní jednotky GSU se prováděla za účelem zvýšení spolehlivosti obsluhy zařízení a k vyšší ochraně komponentů jednotky. Připojením PC Lenovo na stávající řídící systém umožňuje automatické ukládání dat o provedených měřeních a zároveň také dálkové ovládání pilotní jednotky. Výsledkem je funkční vzorek inovované pilotní jednotky. 2. Popis původní jednotky separace plynů GSU Zařízení bylo navrženo tak, aby splňovalo požadavky na zařízení ve skupině II, kategorii 3 směrnice 94/9/ES Evropského parlamentu a Rady z 23. března 1994 o sbližování zákonů členských států, týkajících se zařízení a ochranných systémů určených k použití v potencionálně výbušných atmosférách (směrnice ATEX). V jednotce GSU při normálním provozu neexistují žádné potencionální zdroje vznícení, ale mohou existovat v předvídatelných podmínkách a v případech mimořádných závad, které jsou definovány ve směrnici. I když je jednotka určena ke zpracování hořlavé směsi metanu s CO2, měly by provozní postupy zaručovat, je ve všech normálních a přiměřeně předvídatelných podmínkách tato směs nepřekročí výbušné meze. Kategorie 3 se považuje za dostatečnou k tomu, aby se předešlo vznícení v případě mimořádné závady, během níž jednotkou procházejí látky a směsi překračující meze výbušnosti. Vlastní separační jednotka s elektrickým rozvaděčem je tvořena temperovanou uzavřenou skříní se všemi hlavními prvky separační jednotky, které tvoří hlavní zásobník stlačeného plynu (50 litrů), 4 vyrovnávací tlakové nádoby plynu (2x27 a 2x10 litrů), senzory případně i regulátory tlaku, průtoku a teploty, vlastní membránové separační moduly, šroubová vývěva, uzavírací ventily, filtry a volitelně i analyzátor plynu a ohřev. Nedílnou součástí jednotky je elektrický rozvaděč s veškerou řídící elektronikou a napájením jednotlivých komponent včetně vizualizace separačního procesu na monitoru. Vysokotlaký kompresor je k separační jednotce připojen pomocí pružných hadic ukončených na straně sání běžnou rychlospojkou a na výtlaku speciální NGV1 rychlospojkou. Odsiřovací jednotka je volitelné příslušenství pro možnost práce s reálným bioplynem. Tato jednotka odstraňuje nežádoucí sirné sloučeniny, které mají korozívní charakter a které by snižovaly životnost separační jednotky. Jednotka má širokou variabilitu dle podle počtu zapojených modulů jeden, nebo dva moduly, dle tlaku na permeátové straně atmosférický, nebo podtlak a dle systému provozu uzavřený okruh, kdy retentát i permeát se vrací zpět na sání kompresoru a otevřený okruh, kdy retentát i permeát se vrací zpět do zásobníku, např. bioplynová stanice. Tato variabilita je dána 12-ti možnými způsoby nastavení ručních kulových ventilů. 3
2.1. Seznam hlavních komponent jednotky GSU 4
2.2 PID pilotní jednotky
3. Úpravy pilotní jednotky 3.1. Měření teplot - dotykové snímače v provedení Ex Snímání teploty je provedeno na 4 pozicích a to: 2 x Feed, 2 x Retentát. Snímání je provedeno plášťovým termoelektrickým snímačem teploty FlexiTEMP 60 s průměrem stonku 2 mm, který je namotaný okolo příslušné trubky. Délka stonku 200 mm, stonek je na trubce zaizolovaný. S instalací teplotních čidel se zároveň provedla změna programu PLC a doplnění vizualizace. 3.2. Diferenciální tlaky na filtrech - před kompresorem a na vstupu na 1. modul Na příslušné filtry, celkem 2 ks, jsou namontovány diferenční tlakoměry, které slouží k indikaci zvýšené tlakové ztráty na filtrech a zároveň k jejich optimální výměně. 3.3. Snímač polohy ručních ventilů v Ex, 10 ks ventilů V jednotce jsou namontovány indukční snímače polohy ručních ventilů, typ NAMUR, celkem 10 ks. Zároveň došlo ke změně programu v PLC, při špatně nastaveném ventilu není možné spustit provoz pilotní jednotky. Indikace poloh je také vizualizována. 3.4. Dálkové připojení, sledování a ovládání přes Team Viewer, Archivace dat Instalace počítače Lenovo IdeaPad G50-30 ke vzdálenému přístupu a archivaci dat. 3.5. Tlakové lahve 3x20 ltr, 1x2 ltr a odpovídající redukce Pro použití jednotky na reálný plyn např. bioplyn, skládkový, kalový atd. se odebere daný plyn do tlakové lahve 20 ltr/200 bar. Lahev postačí na reálně asi 10 naplnění pilotní jednotky, musíme počítat se spotřebou plynu i na proplach jednotky. 3.6. Kondenzační sušárna vstupního plynu Kondenzační sušárna je určená k odstranění vlhkosti z testovaných plynů včetně vzduchu. Je připojena na sání kompresoru.
3.7. PID pilotní jednotky po úpravě Změny ve výkresu jsou označené tučně.
4. Foto jednotky po úpravách Obr. č.1 Jednotka GSU s připojeným kompresorem a měřením složení plynu MS PRIMA Obr. č.2 Připojená kondenzační sušárna
5. Přínosy provedených úprav Měření teplot Ke komplexnímu popisu separace plynů budeme nyní znát i její teplotní průběh, který je jedním z důležitých parametrů ovlivňující permeaci plynů. Diferenciální tlaky na filtrech Zvýšený diferenční tlak na filtru bude indikovat buď provozní problém, jako např. náhlé zanesení filtru z důvodu vniknutí nečistot, popř. vody a také postupně zvyšující se dif. tlak včas upozorní na nutnost výměny příslušného filtru. Snímač polohy ručních ventilů Pilotní jednotku je možné provozovat ve 12-ti různých režimech zapojení a je nutné po každé změně ručně přestavit ventily a vizuálně zkontrolovat. Špatně nastavený ventil může zapříčinit zvýšení tlaku, nebo pulzaaci tlaku, která může poškodit aparaturu, nebo proměřené membránové moduly. Zařazením snímačů se významně zvýší spolehlivost provozu. Dálkové připojení, sledování a ovládání přes Team Viewer, Archivace dat Dálkové připojení umožní lépe provozovat a sledovat pilotní jednotku nejen na poloprovozní hale, ale i na místě poloprovozních zkoušek. Ukládání procesních dat umožňuje lepší zpracování výsledků měření. Tlakové lahve Pro použití jednotky na reálný plyn např. bioplyn, skládkový, kalový atd. se odebere daný plyn do tlakové lahve 20 ltr/200 bar. Tímto způsobem bude možné provozovat pilotní jednotku v areálu firmy Membrain na reálný plyn. Kondenzační sušárna Kondenzační sušárna zvyšuje životnost kompresoru, rozvodů a prvků M+R tím, že odstraňuje vlhkost z testovaných plynů. 6. Závěr Úpravy pilotní jednotky separace plynů GSU zvýší komfort a spolehlivost obsluhy zároveň s vyšší úrovní měření, rozšířené o měření teplot a archivaci dat. Takto inovovaná jednotka bude dále využita při dalších výzkumných pracích v rámci řešeného projektu. Především se jedná o testování separačního stupně s využitím průmyslové velikosti membránových modulů na reálné plynné směsi přímo v areálu společnosti MemBrain nebo v dané lokalitě. 9