Средства автоматизированного мониторинга состояния мазутного хозяйства ТЭЦ

Ю.Б. Дубасов (ЗАО «Альбатрос», г. Москва)

Для надежного, экономически продуктивного и безопасного функционирования теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) необходима комплексная автоматизация процесса выработки электроэнергии. Основным топливом большинства ТЭЦ служит природный газ. Жидкое топливо, каким является мазут, используется как резервное в случаях ограничения потребления газа или аварий на питающих ТЭЦ газопроводах. Эти случаи являются нештатными, вследствие чего процесс его использования, обновления получается достаточно длительным во времени и основным режимом в технологии является процесс хранения мазута. Его физико-химические свойства и требования технологии его сжигания заставляют поддерживать мазут в определенном состоянии с целью:

- сохранения его качества (энергоемкости);

- оперативного перехода работы ТЭЦ с основного на резервное топливо.

Таким образом, оказывается актуальной задача автоматизированного мониторинга состояния мазутного хозяйства. Следует отметить, что процессы автоматического управления в этих случаях практически не применяются, так как технологический процесс постоянно находится под наблюдением оператора.

Задачи мониторинга состояния мазутного хозяйства в основном сводится к:

- непрерывному измерению уровня мазута в баках хранения;

- постоянному контролю за температурой, ее градиентом по вертикали емкости с мазутом не менее, чем в трех точках.

Задача измерения уровня раздела сред в резервуаре, т.е. фактически измерения уровня подтоварной воды, обычно, не ставится, т.к. плотности топливного мазута и подтоварной воды близки по значению. Выделению в чистом виде подтоварной воды способствует повышение температуры продукта, когда снижается его вязкость и падает плотность. В таких случаях может возникнуть необходимость контроля уровня придонной воды. Таким образом, решая в целом задачу контроля состояния топливного мазута, следует выбирать аппаратные средства, обладающие способностью определять уровень раздела сред.

Одним из способов комплексного решения задачи мониторинга состояния топливного мазута в резервуаре хранения, а значит и мазутного хозяйства, является применение специализированных измерительных комплексов на базе уровнемеров Гамма – ДУУ2 и многоточечных датчиков температуры ДТМ2 /1/.

Структурная схема измерительного комплекса для одного бака хранения показана на рис.1. Аппаратный состав комплекса следующий:

- датчик уровня / уровня раздела сред ДУУ2М-10(12)Т;

- датчик температуры многоточечный ДТМ2 на три и более точек измерения температуры;

- контроллер микропроцессорный Гамма-8М.

Рис.1 Структурная схема измерительного комплекса.

Основные технические и метрологические характеристики определяются датчиками и сведены в табл.1 и табл.2.

Датчики уровня ДУУ2М (далее «ДУУ2М» или «датчик») работают на принципе магнитострикционного эффекта, относятся к контактным средствам измерения уровня. Имеют в своем оснащении поплавки постоянной (для измерения уровня взлива) и переменной, настраиваемой (для измерения уровня раздела несмешиваемых жидких сред) плотностей /2/. Датчики устанавливаются вертикально на фланцевые соединения с диаметрами от 100 мм.

Таблица 1. Характеристики поплавковых датчиков уровня ДУУ2М

Датчик температуры многоточечный ДТМ2 (далее «ДТМ2» или «датчик») относится к контактным средствам измерения, у которого по длине чувствительного элемента расположены интегральные термометры. Число и места расположения термометров определяются бланком заказа.

Таблица 2. Характеристики датчиков температуры ДТМ2

Оба датчика (ДУУ2М и ДТМ2) устанавливаются во взрывоопасной зоне, поэтому при разработке их конструкции учитывались соответствующие требования по безопасности применения. Функционально в комплексе реализован вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», где собственно элементы, ограничивающие уровни токов и напряжений до уровней искробезопасности, размещены в контроллере Гамма-8М. Поэтому отдельное применение датчиков без вторичного прибора (Гамма-8М) запрещено. Полностью исключить такую вероятность использования гарантирует закрытый информационный формат данных датчиков.

Контроллер Гамма-8М представляет собой двухканальный специализированный вторичный прибор для подключения датчиков ДУУ2М и ДТМ2 производства ЗАО «Альбатрос» /2/. Он обеспечивает:

- взрывозащищенное электропитание подключенных датчиков;

- обработку поступающих от датчиков данных и расчет измеряемых данных;

- индикацию измеренных параметров;

- управление внешними устройствами посредством силовых ключей с программируемыми аварийными уставками и стандартных токовых выходов;

- одновременное регулирование по любым двум измеренным параметрам;

- цифровой обмен по интерфейсу RS-485 с ЭВМ верхнего уровня.

Образованный таким образом измерительный комплекс способен:

- измерять уровень жидкости в резервуаре высотой до 25 м;

- измерять температуру по вертикали резервуара от трех до 16 точек;

- удалять датчики от контроллера на расстояние до 1,5 км;

- обеспечить вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» для взрывоопасных зон класса 1 (имеет маркировку «1Exib»).

Технологический регламент обычно обязывает введение в режим мониторинга процедуры автоматической звуковой или световой сигнализации при возникновении предаварийной ситуации. В данном приложении контролируются границы температурного диапазона хранения продукта: с одной стороны нельзя допустить чрезмерного загустевания мазута при понижении температуры до 40 ^ОС или возрастания температуры выше 90 ^ОС, когда возможно вспенивание продукта с последующим интенсивным испарением легких фракций и, следовательно, потерей теплоемкостных свойств мазута. Ко второй группе аварийно контролируемых параметров, привязанных к средствам звуковой/световой сигнализации, является текущий уровень наполнения резервуара хранения. Регламентные требования здесь также устанавливают минимальный и максимальный уровни мазута: с одной стороны нельзя, чтобы уровень падал так сильно, что оголял нагревательные элементы, а с другой – недопустим перелив. Четыре силовых ключа Гамма-8М не требуют промежуточных реле и, в этом смысле, кажутся наиболее оптимальными для данного приложения.

Несмотря на то, что постоянно присутствует и наблюдает за технологическим процессом технический персонал, регламент требует и регистрации наиболее ответственных параметров процесса на твердом носителе. В качестве регистраторов обычно используются штатные самописцы, управляемые токовыми выходами Гамма-8М.

Применение комплекса для мониторинга состояния мазутного хозяйства требует жесткого соблюдения условий эксплуатации датчиков. Это, в первую очередь, относится к температурному процессу разогрева мазута. Одной из характеристик датчиков является предельная температура контролируемой среды, равная 120 ^ОС. Казалось бы, что это значение намного выше предельно допустимой температуры топочного мазута в 90 ^ОС. Однако, эта последняя величина является средней по резервуару и при включении нагревателей, в местах их расположений возможны случаи локального повышения температуры среды до 160 ^ОС. Такие факты имели место на практике.

Если чувствительные элементы датчиков находились в непосредственной близости от нагревателей, то происходило спекание внутренней структуры нижней части чувствительного элемента и, как следствие, отказ канала измерения или отказ датчика целиком. Установить факт подобного нарушения условий эксплуатации возможно лишь при ведении архива состояния продукта в резервуаре по всем точкам контроля, что делается редко. Особенно это касается нижних точек измерения температуры. Зачастую каналов архивации (например, самописцами) на эти параметры не хватает. Чтобы корректно разрешить вопрос по факту отказа, в нижнюю часть чувствительного элемента датчиков были введены термометки (фиксаторы предельных значений), по состоянию которых, собственно, и были выявлены локальные перегревы до 160 ^ОС.

В этой связи существует ограничение в применении комплекса – это размещение датчиков в резервуаре хранения должно учитывать расстояние до ближайшего нагревателя с целью не допущения нарушения температурного режима эксплуатации датчиков. Данное ограничение очевидно и связано с контактным способом проведения измерений. И если поплавковый датчик уровня можно, в принципе, заменить на бесконтактный радар (правда, не будет возможности контролировать уровень подтоварной воды, и цена удвоится), то вести температурный мониторинг без контакта со средой в промышленных взрывоопасных условиях практически невозможно.

В остальном, предлагаемая структура построения средства мониторинга мазутного хозяйства функционально достаточна, удовлетворяет требованиям технологического процесса и обладает невысокой стоимостью, т.е., в целом, оптимальна в данном приложении. Верность данного заключения доказывает многолетняя эксплуатация подобных измерительных комплексов на ТЭЦ г. Москвы и Московской области.