Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Společnost Endress+Hauser nabízí radarové hladinoměry s vedenou vlnou Levelflex M FMP54 a Levelflex FMP54, jedinečné přístroje umožňující snadno, spolehlivě a v souladu se současnými provozními i bezpečnostními požadavky řídit provoz energetických parních kotlů.
Parovodní okruh energetického zařízení
Základem tepelné elektrárny nebo teplárny je parovodní okruh, ve kterém trvale cirkuluje napájecí voda (obr. 1). Kondenzát vodní páry získávaný za turbínou je rovnoměrně tlačen do vodotrubného parního kotle přes několikastupňové předehřívače, nízkotlaké i vysokotlaké. V bubnu kotle se sbírá ještě dále přehřívaná vodní pára o vysokém tlaku a teplotě, která poté napájí turbínu pohánějící generátor elektřiny. Následně se pára v kondenzátoru přemění na vodu a celý cyklus se opakuje. V turbíně se tepelná energie obsažená v přehřáté páře přemění na mechanickou a v generátoru na elektrickou. Bezpečný provoz kotle závisí především na parametrech vodní páry.
Klíčový význam úrovně hladiny vody v bubnu pro činnost kotle
Základní úlohou kotle je odpovídající příprava páry pro napájení turbíny. Pomocný přirozený oběh vody v kotli je velmi citlivý na úroveň hladiny v bubnu kotle. Při příliš nízké hladině může dojít k propálení trubek výměníku umístěných nad topeništěm kotle, které dodávají parovodní směs do bubnu. Vysoká hladina vody způsobuje zhoršení vlastností páry dopravované do přehřívače, následkem čehož může být poškozena turbína a odstaven generátor. S tím spojené odstavení celého energetického bloku znamená nejen velké finanční ztráty z neuskutečněné výroby, ale i velké náklady na opravu a opětovné uvedení energetického bloku do provozu.
Z uvedeného plyne, že schopnost za všech okolností přesně měřit úroveň hladiny vody v bubnu a udržet ji v požadovaném rozmezí je jednou ze základních podmínek bezporuchové činnosti kotle. Přibližně každá druhá z větších havárií kotlů je způsobena tím, že se nepodařilo udržet hladinu vody v kotli v potřebném rozmezí.
Klasický způsob měření úrovně hladiny vody v bubnech
Úlohy měření úrovně hladiny vody v bubnech kotlů patří v energetice k nejobtížnějším. Jejich realizaci komplikují podmínky a děje provázející provoz kotle. Zejména jde o:
- vysoký statický tlak média v kotli,
- velký rozsah změn statického tlaku,
- vysoké teploty,
- velký průtok parovodní směsi,
- chybějící výrazné rozhraní mezi vodou a párou.
Dosavadní zkušenosti ukazují, že s ohledem na těžké pracovní podmínky se z tradičních metod jako nejvhodnější k měření úrovně hladiny v bubnu jeví metoda měření hydrostatického tlaku s použitím snímačů rozdílu tlaků. Je všeobecně používána, současně s vodním stavoznakem sledovaným kamerou. Nejde však o metodu, která za daných podmínek spolehlivě zaručí potřebnou správnost měření.
Nepatřičná úroveň hladiny vody v bubnu může být způsobena jeho nesprávnou obsluhou a chybami vznikajícími při měření hladiny na principu hydrostatického tlaku.
Hlavními zdroji nepřesností při měření hydrostatickou metodou jsou:
- nesprávné provedení kondenzačních nádob okruhů pro měření úrovně hladiny,
- nesprávná montáž samotného snímače,
- nedodržení teplotních podmínek pro správnou funkci kondenzačních nádob,
- odchylka osy bubnu kotle od vodorovné roviny,
- velký rozsah kolísání statického tlaku,
- různé jevy spjaté s průtokem a termodynamikou.
Hydrostatická metoda rovněž vyžaduje velké náklady na montáž měřicího okruhu a jeho údržbu (impulzní potrubí, kondenzační nádoby atd.).
Jedinečné radarové hladinoměry s vedenou vlnou Levelflex M FMP45 a Levelflex FMP54
Rychlost šíření elektromagnetických vln s velkou frekvencí podél vlnovodu závisí na dielektrické konstantě okolí, které vlnovod obklopuje. U standardního radarového hladinoměru s vedenou vlnou se počítá s tím, že jeho vlnovod pracuje v atmosféře, jejíž dielektrická konstanta je známa a nemění se. Umístěním jeho vlnovodu do bubnu kotle však vzniknou velké chyby měření, způsobené měnící se dielektrickou konstantou parovodní směsi (tab. 1). Standardní radar s vedenou vlnou tyto změny a následné chyby neumí dynamicky a spojitě kompenzovat.
Od standardního radarového hladinoměru se v tomto ohledu zcela odlišuje přístroj Levelflex M FMP45 (a jeho nástupce Levelflex FMP54 z nové typové řady) od společnosti Endress+Hauser. Jde o jedinečný radar s vedenou vlnou, který jako první na trhu zaručuje jednoznačné, opakovatelné a přesné měření úrovně hladiny v bubnu kotle (obr. 2, obr. 3). Je vybaven vlnovodem s referenčním úsekem, díky kterému převodník spojitě a automaticky, bez nutnosti zásahu obsluhy, koriguje zobrazení úrovně hladiny podle aktuálního tlaku a teploty páry nad hladinou vody (obr. 4).
Nárůst hodnoty dielektrické konstanty parovodní směsi nad hladinou vody v bubnu způsobuje snížení rychlosti šíření elektromagnetických vln podél vlnovodu. Proto standardní radar ukáže nižší úroveň hladiny vody v bubnu, než je skutečnost, čímž vzroste nebezpečí odstavení energetického bloku pro „nedostatek“ vody v kotli.
Podobně pokles hodnoty dielektrické konstanty parovodní směsi nad hladinou vody v bubnu způsobí zvýšení rychlosti šíření elektromagnetických vln podél vlnovodu. Standardní radar proto ukáže vyšší úroveň hladiny v bubnu, než odpovídá skutečnosti, takže opět vzroste nebezpečí odstavení energetického bloku, v tomto případě pro „nadbytek“ vody kotli.
V obou uvedených případech právě Levelflex M FMP54 (FMP 45) jako jediný radar na trhu zaručuje správné měření úrovně hladiny vody v bubnu kotle, a to díky konstrukci vlnovodu s referenčním úsekem a použití promyšleného vyhodnocovacího programu v převodníku. Přehledně jsou hlavní vlastnosti přístroje shrnuty ve vloženém textu v rámečku.
Závěr
Inovační radarové hladinoměry s vedenou vlnou Levelflex M FMP45 a Levelflex FMP54 jako jediné na trhu správně a spolehlivě měří polohu hladiny v bubnu parního kotle nezávisle na změně hustoty vody a kolísání tlaku a teploty v bubnu kotle, tj. nezávisle na změnách výkonu bloku a vlastnostech vodní páry v bubnu. Přístroje jsou konstruovány a certifikovány TÜV k použití v bezpečnostních okruzích parovodního kotle ve shodě s platnými normami. Snadno se instalují bez nutnosti zásahu do konstrukce bubnu kotle a nevyžadují údržbu.
Základní vlastnosti a přínosy radarových hladinoměrů s vedenou vlnou Levelflex FMP45 a Levelflex M FMP54:
- správný údaj polohy hladiny vody v bubnu nezávislý na změnách statického tlaku a teploty,
- necitlivost na změny hustoty parovodní směsi,
- pracovní rozsah Tmax = 450 °C, (400 °C pro FMP45), Pmax = 40 MPa,
- certifikace TÜV k použití v bezpečnostních okruzích kotlů podle ČSN EN 12952-11 a ČSN EN 12953-9, jako součást bezpečnostního okruhu ve spojení s bezpečnostním PLC nebo převodníkem Endress+Hauser RMA42,
- certifikace SIL podle ČSN EN 61508 pro SIL 2 a SIL 3 v homogenní redundanci (např. 2 ze 3),
- unikátní jednoduchý způsob montáže,
- dlouhá doba provozního života,
- nevyžadující obsluhu,
- osvědčené v bezpečnostních systémech pro odstavení kotlů.
Obr. 1. Principiálních schéma parovodního okruhu tradičního energetického zařízení
Obr. 2. Hladinoměr Levelflex M FMP54 vložený do armatury stavoznaku k montáži na buben kotle
Obr. 3. Radar s vedenou vlnou Levelflex M FMP45 ve fázi montáže na kotel
Obr. 4. Radar Levelflex M FMP45/FMP54: princip kompenzace vlivu směru tlaku a teploty média s použitím referenčního úseku vlnovodu
Tab. 1. Chyba při měření úrovně hladiny v bubnu standardním radarem v závislosti na parametrech páry (údaje v procentech naměřené hodnoty; netýká se přístrojů Levelflex M FMP45 a Levelflex FMP54)