Aktuální vydání

celé číslo

11

2020

Systémy řízení výroby a výrobních podniků

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Zdroje tlakové páry pro průmysl

číslo 4/2003

Zdroje tlakové páry pro průmysl

Příspěvek se zabývá variantami dodavatelsky zhotovených zdrojů tlakové přehřáté páry pro průmysl v kontextu současného stavu techniky v ČR. Zdrojem tepla jsou v nich kotle na zemní plyn. Součástí dodávek, které realizovala moje mateřská firma, bylo i zabezpečení kondenzátního hospodářství, kontrola kvality vraceného kondenzátu a též úpravny surové vody včetně dávkovacích systémů chemických příměsí.

V obecné rovině je základem sestavy:

  • parní kotel spřažený s hořákem s tříbodovým plynulým řízením (První brněnská strojírna, Weishaupt nebo Oilon),

  • napájecí nádrž pro kotel s upravenou vodou a kondenzátem,

  • předřazená úpravna vody včetně automatického dávkování chemických příměsí (dekarbonizace, doměkčení atd.) a její případná akumulace pro špičkové odběry,

  • ohřev vody dopravované do napájecí nádrže na předvolenou teplotu,

  • kondenzátní nádrž (nádrže), kde se shromažďuje odvedený kondenzát z výrobní technologie a popř. kontroluje jeho kvalita, aby nedošlo k poškození kotle nebo k znečištění napájecího traktu při vracení kondenzátu do oběhu výroby páry,

  • zajišťující mechanismy – akční členy (čerpadla, solenoidové ventily, servoventily atd.) včetně snímačů a příslušných řídicích systémů, softwaru SCADA, paměťových médií, komunikace se vzdálenou obsluhou atd.

Obr. 1.

Kotel, který je jádrem sestavy, je vždy opatřen zařízením pro hlídání a kontrolu bezpečnostních parametrů, hlavně úrovně hladiny vody v bubnu. Může tak být zařazen do kategorie obsluhy s občasným dohledem (24 h).

Plynové hořáky jsou standardně vybaveny autonomním automatickým systémem, který při startu nejdříve kontroluje těsnost plynové cesty, tlak, dále v rámci přípravy zapálení výbojem nastaví klapky na minimální výkon, spuštěním dmychadla odvětrá kotel a následně s časovou prodlevou zapálí připravenou směs vzduchu a plynu. Po ustálení hoření postupně tříbodovým ovládáním (vpřed – stát – zpět) ovládá tepelný výkon hořáku podle požadavků nadřízeného systému. Ten je spojen s vlastním systémem hořáku proudovou smyčkou 4 až 20 mA. Hořáková automatika je obvykle osazována speciálními regulátory, např. řady RWF 40 (Siemens), nebo KS 90 (PMA – Philips), umožňujícími ruční i autonomní provoz kotle.

Napájecí nádrž se zásobou upravené vody je většinou umístěna nad úrovní kotle. Z této nádrže se automaticky dočerpává zásoba vody do kotle (řízeno z automatiky kotlového rozváděče) s blokováním chodu dvojice kotlových čerpadel při havarijním nedostatku vody v napájecí nádrži. Sestavy úpravny vody včetně dávkování chemikálií, napájecí nádrže a kondenzátních nádrží jsou vzájemně svázány tak, aby byly udržovány optimální hladiny příslušných médií na provozní úrovni. Teplota vody dopravované do napájecí nádrže je kontrolována a v případě potřeby je ohřívána ve speciálním průtokovém výměníku. Výšky hladin se většinou měří kapacitními sondami se sledováním úrovní provozní minimum – maximum a havarijní minimum – maximum. Příslušná dopravní čerpadla nádrží jsou zdvojena a pracují v záskokovém režimu, kdy výpadek jednoho automaticky vyvolá spuštění druhého, s možnou volbou priority s ohledem na provozní hodiny. Ruční provoz uvedených akčních členů je také možný. Na panelu rozváděče lze v sloupcových grafech sledovat okamžitý stav nádrží. Perioda dávkovacích čerpadel chemických přísad je nastavena podle změřených parametrů napájecí vody a v automatickém režimu je vázána na průtok dotované vody.

Měří a kontroluje se nejen výška hladin, ale i např. tlak a teplota v napájecí nádrži a v odůvodněných případech se používá přídavný ohřev barbotáží (barbotér je součástí napájecí nádrže).

Kondenzátní hospodářství je speciální kapitolou, mnohdy rozhodující o hospodárnosti výrobní jednotky páry. Použitá zkondenzovaná pára je vracena do oběhu kotle, s možnou kontrolou její kvality, většinou s využitím ukazatele vodivosti v mikrosiemensech. Běžná hodnota vodivosti kondenzátu se pohybuje do 50 mS. Znečištění se projeví skokovým nárůstem vodivosti. Lze použít měřicí sestavy zahraničních výrobců za řádově vyšší cenu, než má používaná sestava ZPA Nová Paka, která ale pro tyto účely zcela vyhovuje. Vzhledem ke kolísání teplot měřeného média je nutné použít teplotní kompenzaci, popř. chladič a katexový filtr. Mnohdy jsou kondenzátní nádrže umístěny u výrobních technologií. Potom je tam jako podsestava instalován i systém čerpání média a měření hladin společně s měřením vodivostí a ten komunikuje s nadřazeným systémem kotelny.

Složitý technologický celek výroby páry musí být víceúrovňově kontrolován, jinak by mnohdy nastalo nevratné poškození zařízení a ohrožení lidských životů. Prvořadé jsou havarijní hodnoty těchto veličin:

  • Výskyt topného plynu v ovzduší. Podle koncentrace plynu ve vzduchu jsou rozlišeny dva stupně. První stupeň vyvolá pouze výstražné hlášení, druhý okamžitě zavře havarijní uzávěr plynu, odstaví kotel z provozu a spustí signalizaci (pager, siréna, telefonní hlásič – podle požadavku).

  • Přehřátí prostoru kotelny, např. unikající párou. Přehřátí je kontrolováno prostorovým termostatem. Odstaví provoz hořáku a spustí signalizaci.

  • Zaplavení kotelny vodou při prasknutí potrubí, těsnění apod. Je kontrolováno kontaktními vodivostními čidly. V požadovaných případech odstaví provoz hořáku nebo jen vyvolá výstražné hlášení obsluze.

  • Výpadek větrání kotelny včetně přívodu technologického vzduchu. Je kontrolován výpadkem jističů – spouštěčů motorů nebo i tepelných ochran ve vinutí větráků. Odstaví provoz hořáku a spustí signalizaci. Větrání je v záskokovém režimu – při výpadku jednoho větráku je spuštěn druhý.

  • Dosažení havarijních hladin v nádržích. Po dosažení havarijních hladin se odstaví odtoková čerpadla a návazný blok zařízení a vyvolá se signalizace. Výšky hladin jsou sledovány kapacitními nebo tlakovými čidly.

  • Porucha automatik kotle nebo hořáku. Při poruše se zastaví provoz kotle a je signalizována porucha.

  • Dosažení havarijní vodivosti kondenzátu v příslušné nádrži. Při překročení povolené vodivosti dojde k odstavení čerpadel nebo k uzavření armatur a čerpání vadného kondenzátu do sběrné jímky s okamžitou signalizací havarijního stavu.

  • Havarijní stavy kotle (minimální hladina, překročení hranice vodivosti vnitřní vody, tlak, teplota). Dojde k okamžitému odstavení kotle a k signalizaci poruchy.

  • Havarijní stavy čerpadel řízených měniči frekvence (chod nasucho, porucha měniče atd.). Spustí se záložní čerpadlo a podá hlášení vzdálené obsluze.

Obr. 2.

Další parametry včetně hlášení lze sledovat a popř. zapisovat podle požadavku provozovatele zařízení. Je možné uvést např. přenos a zápis okamžitého tepelného výkonu z příslušných větví výstupu a jejich kalorimetrů, přenos a zápis spotřeby plynu, spotřeby surové vody, objemu vraceného kondenzátu atd.

Obsluha při zprovoznění výrobny páry kompletně zkontroluje stav zařízení a vykoná algoritmus uvedení do činnosti podle provozního předpisu. Přepne ruční provoz do automatického a spustí větrání a přívod technologického vzduchu. Po odblokování poruchových hlášení lze ovladačem start spustit automatický provoz zařízení. Informační panely rozváděčů znázorňují jednotlivé provozní stavy (výšky hladin, tlaky páry, tlak vody, teplotu spalin atd.).

Technické řešení a komplexnost sestavy jsou většinou ovlivněny finančními možnostmi. V některých sestavách jsme použili měřicí ústřednu včetně PC a softwaru pro aktuální a zpětnou kontrolu procesů – vizualizaci např. historických průběhů jednotlivých sledovaných analogových veličin (tlaků, teplot, hladin, vodivosti, složení spalin atd.) v grafech a tabulkách (Microsoft Excel). Tímto způsobem lze detekovat nevratné poruchy a provést seriózní analýzu trendů. Poněkud levnější řešení je s vícekřivkovým zapisovačem, není ale tak efektivní. Komunikaci se vzdálenou obsluhou nejčastěji řešíme vysílačem v neplaceném pásmu, přijímač je dvoukanálový pager („tvrdá a měkká porucha“) se zálohovým napájecím zdrojem. Omezujícím činitelem je vzdálenost – pager je v členitém terénu funkční do jednoho kilometru. Lze použít moduly GSM, např. M20 T (Siemens), a zasílat zprávy na mobilní telefon, nebo použít telefonní hlásič, je-li k dispozici telefonní linka.

Komplexní vizualizace na PC (dispečink) v těchto případech není vhodná, protože jde o automatická zařízení se sporadickou přítomností obsluhy. Lze použít internetový prohlížeč, linku ISDN a příslušná zařízení, ale to provozovatel většinou nepožaduje.

Všechna složitá zařízení kladou jisté nároky jak na projektovou a realizační fázi, tak na samotného provozovatele tepelného zdroje a obsluhu. Většina provozovatelů má v počátečním stadiu provozu vlivem určité nezkušenosti a respektu ze zařízení (u vědomí možných finančních škod při chybách v obsluze) problémy. Lze jim předejít pouze pečlivou přípravou a výběrem pověřených pracovníků a dobrou úrovní spolupráce s dodavatelem a projektanty. Jenom tímto přístupem je možné zabránit škodám i z mnohdy banálních příčin.

Na tomto poli je v českých zemích z hlediska pracovní psychologie a osvěty ještě třeba vykonat mnoho práce. Racionální přístup k problémům podpořený analýzou systémů je základním kamenem optimálního výsledku.

Ivan Stránský
(stransky.cl@nextra.cz)

Inzerce zpět