Aktuální vydání

celé číslo

10

2019

Automatizace v chemii a petrochemii

Hladinoměry

celé číslo

Jak se měnil kotel

Automa 3/2001

Ing. Petr Bartošík

Jak se měnil kotel

Článek popisuje výměnu regeneračního kotle v a. s. Frantschach Pulp & Paper ve Štětí. Regenerační kotel na spalování sulfitového louhu je řízen systémem Advant OCS firmy ABB. Projekt byl náročný na přípravu, neboť doba vlastní realizace musela být velmi krátká a nebylo možné ji prodlužovat. Aplikace je příkladem komplexní dodávky řešení firmy ABB pro papírenský průmysl.

Papír a buničina
Papír je jedním z nejběžnějších materiálů. Každodenně se s ním setkáváme: vyrábějí ze z něj časopisy, knihy, hygienické potřeby, balí se do něj zboží, a dokonce se z něj může vyrábět i nábytek. Spotřeba papíru celosvětově roste, a to i přes futuristické vize, že v obalech bude nahrazen plasty a v kanceláři elektronickým ukládáním dokumentů. Podle statistik se v ČR za rok 1999 spotřebovalo 816 tisíc tun papíru a kartónů, tj. přibližně 79 kg na obyvatele.

Z čeho se papír skládá? V podstatě jsou to rostlinná vlákna, zplstěná, slepená, usušená a uhlazená. Vlákna se obvykle získávají ze dřeva. Vytěžené dřevo určené k výrobě papíru se naseká na štěpky a pod tlakem se vaří s varnými chemikáliemi (siřičitanové a hydrogensiřičitanové sloučeniny). Při tom se hmota rozvlákňuje. 45 až 55 % dřevní hmoty se ve varných chemikáliích rozpouští, zbytek zůstává jako buničina (nesprávně zvaná celulóza; odtud název provozu celulózka). Odpad – varné chemikálie s rozpuštěnou dřevní hmotou – se nazývá sulfitový louh. Je to odporně páchnoucí hnědá kapalina. Vypouštět ji do vodních toků, jak se to dělávalo v menších papírnách, samozřejmě v moderním závodě není možné. Znečišťuje životní prostředí, a navíc se s odpadem ztrácejí i cenné suroviny. Je proto žádoucí sulfitový louh zužitkovat. Lze jej používat jako surovinu v chemickém průmyslu, ale možnosti jeho využití nejsou tak velké, aby se spotřeboval všechen. Nejjednodušší cestou tedy je spálit jej. Tím se z něj odstraní spalitelné složky, získá se energie a zbylou taveninu lze regenerovat a znovu použít k přípravě varných chemikálií.

Sulfitový louh ovšem nelze spálit bezprostředně po rozpuštění dřevní hmoty, je třeba jej předem zahustit tak, aby obsahoval více než 50 % sušiny. Takový louh hoří bez přídavného paliva.

Obr. 1.

Regenerační kotel
Regenerační kotel na spalování sulfitového louhu není obyčejný teplárenský kotel. Při jeho konstrukci je třeba především pamatovat na odlučování velmi jemného popílku, který při spalování vzniká, a na snižování vysokého obsahu oxidů síry v kouřových plynech.

Kotlem na spalování sulfitového louhu je vybavena každá moderní papírna, tedy i papírna Frantschach Pulp & Paper a. s. ve Štětí. Starý kotel ve Štětí, postavený v roce 1972, měl kapacitu 1 250 tun sušiny denně, po modernizaci v roce 1995 se kapacita zvýšila na 1 350 tun denně. Protože objem výroby papíru se stále zvětšuje, nový požadavek zněl zvýšit kapacitu na 1 450 tun denně. Co dělat?

Starý kotel se navíc blížil ke konci svého života. Případná porucha, jejíž pravděpodobnost, sice malá, se s časem přece jen zvyšovala, by měla pro papírnu katastrofální důsledky: mohlo by dojít k těžkým zraněním obsluhy, nebo dokonce ztrátám na životech, k velkým materiálním škodám a k přerušení výroby, jež by vedlo ke ztrátě pozice firmy na trhu. Protože nejvíce namáhanou částí kotle jsou trubky, bylo by možným řešením vyměnit pouze je, což by však bylo časově náročné. Vedení papíren proto zvolilo jinou cestu: kompletní výměnu kotle. Taková výměna umožní nejen dosáhnout požadované kapacity, ale v budoucnosti ji bez velkých investic dále zvýšit až na 1 800 tun sušiny denně.

Výměna regeneračního kotle však není ani levná, ani jednoduchá. Bylo třeba myslet na to, aby nový kotel byl ještě bezpečnější než starý, aby respektoval přísné požadavky na emise škodlivin a aby celá doba odstávky byla minimální.

Vedení firmy Frantschach Pulp & Paper se po pečlivém uvážení rozhodlo pro kotel firmy Kvaerner s řídicím systémem Advant OCS firmy ABB.

Kvaerner a ABB
Firmu Kvaerner si společnost Frantschach Pulp & Paper vybrala pro její silné know-how, mnohé reference z úspěšných aplikací a zkušený realizační tým. Regenerační kotle této společnosti pracují v mnoha zemích světa, např. v papírnách v Tampere a Lapua (Finsko), ve švédském Gothenburgu nebo ve Williamsportu v USA.

Společnost ABB jistě není třeba čtenářům časopisu AUTOMA dlouze představovat. Frantschach Pulp & Paper si ji jako dodavatele řídicí části kotle zvolil především pro ucelenou nabídku celého zařízení, od snímačů až po řídicí systém, včetně potřebného vybavení nízkého i vysokého napětí. I tato společnost se stejně jako Kvaerner může pochlubit dlouholetou tradicí, mimo jiné právě v oblasti papírenského průmyslu, mnoha referencemi a zkušenými pracovníky.

Popis systému
Podívejme se nyní na tu část projektu, která je čtenářům časopisu AUTOMA nejbližší, tj. na vlastní řídicí systém dodaný firmou ABB. Kotel je řízen systémem ABB Advant OCS. Tento řídicí systém je obecně určen k přímému řízení různých výrobních procesů. Jeho podstatnou výhodou je to, že dokáže řízení procesu integrovat s nadřízenou manažerskou úrovní řízení výroby. Díky své otevřenosti (OCS – Open Control System) jej lze připojit v podstatě ke všem počítačovým systémům. Samozřejmostí je jeho přizpůsobení na míru dané aplikaci. Nejvíce systémů Advant OCS je použito právě v papírenském průmyslu, dále v dolech, při zpracování kovů, minerálů, stavebních materiálů, při úpravě vody, v chemickém a petrochemickém průmyslu a v energetice.

Ve Štětí byl součástí dodávky v celkové hodnotě přibližně padesát miliónů korun nejen vlastní řídicí systém, ale i veškeré provozní přístroje, elektrická zařízení a instalace.

Obr. 2.

Vedoucím projektu za ABB byl pan Alois Christ. Kromě něj na projektu spolupracovalo dalších 12 inženýrů z ABB a 24 pracovníků z řad subdodavatelů.

Databáze řídicího systému pracuje s přibližně 2 000 vstupních a výstupních signálů. Prostřednictvím redundantní sběrnice MasterBus 300 komunikují dvě řídicí jednotky Advant Controller AC450 s pracovišti operátorů, kde jsou dvě Advant Station AS 520 – výkonné průmyslové operátorské stanice vybavené potřebným softwarem SCADA pro ovládání celého řídicího systému. Každá stanice má dvě obrazovky, na nichž může operátor sledovat technologii a z nich ji také ovládat. Řídicí jednotky jsou prostřednictvím sběrnice AF100 připojeny také k serveru OPC, který umožňuje předávat údaje o řízení kotle přímo do informačního a technologického systému podniku (dodaného libereckou firmou Merz).

Řídicí jednotky AC 450 jsou schopny vykonávat příkazy prosté i sekvenční logiky, aritmetické operace a mnohé úlohy regulace. Pro účely regeneračního kotle je důležité především to, že mohou realizovat funkci PID regulátorů, a to i s adaptivním nastavením parametrů.

K AC 450 jsou připojeny jednotky distribuovaných vstupů a výstupů S 800 I/O. Tyto spolehlivé a odolné jednotky mají stavebnicové uspořádání: na základní desku lze umístit až dvanáct I/O modulů, každý s šestnácti digitálními nebo osmi analogovými I/O. Jednotlivé moduly se liší seskupením vstupů a výstupů do skupin, úrovní a druhy analogových signálů (0 až 10 V, 4 až 20 mA, termoelektrické články apod.) a dalšími parametry, takže ve výsledku lze pomocí těchto modulů sestavit jednotku I/O pro drtivou většinu úloh, jež se při řízení procesů vyskytují.

29 dní
Firma Frantschach Pulp & Paper požadovala, aby celá výměna trvala maximálně 29 dní. Uvědomíme-li si, že bylo třeba vyměnit skutečně celou technologii – vybourat starý kotel, postavit nový včetně přívodu sulfitového louhu, odvodu taveniny, instalovat zážehové hořáky, přehřívák páry, přívod vody, přívod větru do spalovacího prostoru, odlučování spalin atd., je na první pohled jasné, že to nebyl lehký úkol. Vyžadoval také důkladnou přípravu.

První krok, vznesení požadavku na výměnu kotle, učinila společnost Frantschach Pulp & Paper (tenkrát ještě AssiDomän Sepap Štětí) 10. května 1998. Po mnoha schůzkách a jednáních byla 25. února 1999 podepsána smlouva. V textu smlouvy se objevila tato věta: „Vzhledem k mimořádnému charakteru tohoto projektu dodavatel na sebe bere úkol na své náklady učinit všechna možná opatření, aby omezil riziko neplánovaného prodloužení doby odstávky.“ Mimořádná pozornost musela být proto věnována projektovým a přípravným pracím: výběru subdodavatelů, přípravě pracovního týmu a školení pracovníků (včetně jejich psychologické přípravy – sehraný kolektiv bez osobních konfliktů mezi jeho členy je důležitým předpokladem úspěchu). Důraz byl kladen i na zajištění bezpečnosti. Zásluhou preventivních opatření v průběhu návrhu (stanovení únikových cest, vytvoření systému informování pracovníků) i v průběhu prací (bezpečnostní inspekce) bylo dosaženo toho, že během celé akce nenastala ani jedna vážná nehoda.

Vlastní práce začala 1. srpna 1999 přípravou pracoviště. 17. října 1999 byl starý kotel odstaven. Díky propracované logistice se podařilo v několika dnech odstranit obrovské množství materiálu ze starého kotle a postavit kotel nový. K úspěchu v této fázi vydatně přispěl společný tým pracovníků podniků Královopolská, a. s., a Hutní montáže Ostrava, a. s. Již 20. října tak mohla firma ABB začít s komplexními testy funkce zařízení. Dne 7. listopadu byl kotel podroben tlakové zkoušce, 14. listopadu v něm byl zažehnut pomocnými mazutovými hořáky oheň a tím byl kotel RK 9 uveden do provozu. Po ověřovacím provozu byl definitivně předán zákazníkovi 23. listopadu 1999.

Závěr
Kotel RK 9 od uvedení do provozu spolehlivě pracuje. Skutečnost, že tak náročná akce, jakou byla výměna kotle, proběhla bez nejmenšího zdržení, bez nehod a bez větších závad, svědčí o tom, že se důkladná příprava projektu rozhodně vyplatí. Zároveň je to důkaz zkušeností a znalostí všech pracovníků zúčastněných firem.