Autori: Danko Milošević dipl.ing

Neven Reljić dipl.ing

AUTOMATIZACIJA TEHNOLOŠKIH PROCESA

Postrojenje za proizvodnju tehnološke pare
Energana fabrike FERMIN Senta

Trend automatizacije tehnoloških procesa se standardno kreće ka upotrebi programibilnih logičkih kontrolera (dalje: PLC) direktno povezanih sa elektronskim mernim pretvaračima fizičkih veličina karakterističnim za dati proces sa jedne, i izvršnim organima za upravljanje procesom sa druge strane.

Sa jednim takvim, nedavno realizovanim sistemom, upoznaće vas firme "MERA" kao proizvođač uređaja za merenje, indikaciju i signalizaciju i nosilac kompletnog posla automatizacije i "UNO-LUX" kao specijalizovana firma za hardversku i softversku implementaciju PLC-a u sistem automatskog upravljanja procesom.

Reč je o sistemu automatskog upravljanja proizvodnjom tehnološke pare u energani fabrike "FERMIN" iz Sente, koji je pušten u rad u krajem aprila ove godine. Generalni projektant, isporučilac i montažer kompletnog kotlovskog postrojenja za je "MINEL KOTLOGRADNJA".

Kratak opis tehnologije proizvodnje pare omogućiće vam lakše praćenje opisa realizovanog sistema.

Osnovni element energane je kotao za proizvodnju tehnološke pare. U energani su tri kotla koji proizvode paru radnog pritiska 13 bara. Pritisak se meri na zajedničkom izlaznom vodu kotlova. Jedan deo pare se redukuje na 3 bara i koristi za lokalne potrebe energane, a za degazator se trobarska para dodatno redukuje na 0,5 bara. Snabdevanje kotla vodom obavlja se iz napojnog rezervoara, pomoću napojnih pumpi. Regulacija nivoa vode u bubnju kotla omogućava ravnotežu dotoka vode iz napojnog rezervoara i potrošnje pare iz kotla. Pre ulaska vode u kotao vrši se "degazacija" (oslobađanje rastvorenih gasova) tako što se voda u napojnom rezervoaru zagreva na 104°C uz istovremeno održavanje pritiska parnog jastuka na 0,5 bara. Pod ovim uslovima se iz vode vrši najintenzivnije oslobađanje gasova. Regulacija temperature u napojnom rezervoaru vrši se "barbutiranjem", tj direktnim ubrizgavanjem pare kroz perforiranu cev pri dnu rezervoara. Nivo u napojnom rezervoaru reguliše se dotokom vode iz rezervoara kondenzata koja se usput zagreva u dogrevaču kondenzata na 60°C. Rezervoar kondenzata prihvata povratnu vodu iz procesa (povratni kondenzat), a preostala potrebna količina vode se obezbeđuje dotokom iz postrojenja za hemijsku pripremu vode (HPV).

Proizvodnja pare vrši se zagrevanjem kotlovske vode preko gorionika, gde se kao gorivo koristi mazut ili prirodni gas. Radi što efikasnijeg iskorišćenja goriva, vrši se zagrevanje goriva i vazduha za loženje, uz podešavanje odnosa gorivo-vazduh kako bi se obezbedilo najbolje sagorevanje. Grejanje mazuta (obezbeđuje se viskoznost pogodna za tečenje i brizganje kroz diznu gorionika) obavlja se u tri faze: 
• zagrevanje mazuta na nivou poda u skladišnom rezervoaru mazuta
• zagrevanje mazuta na izlazu iz skladišnog rezervoara
• dogrevanje mazuta u dogrevačima pre ulaska u gorionik.

Zadatak koji je bio postavljen pred nas sastojao se u sledećem; potrebno je izvršiti merenje, regulaciju i signalizaciju sledećih tehnoloških veličina:

• nivoa vode u bubnju kotlova br. 1, 2 i 3
• nivoa vode u napojnom rezervoaru
• pritiska pare u razdelnicima 13 bara i 3 bara
• pritiska pare u degazatoru
• temperature vode u napojnom rezervoaru
• temperature vode iza dogrevača kondenzata
• temperature mazuta u dogrevačima br. 1 i 2
• temperature mazuta u podu i na izlazu iz skladišnog rezervoara 

Postavljeni zadatak realizovan je na sledeći način: 
• Izvršeno kontinualno merenje vrednosti projektovanih tehnoloških veličina, pomoću elektronskih mernih pretvarača sa pogonskim indikatorom. Signalizacija nivoa obavljena pomoću elektronskih signalizatora.
• Realizovana prva faza izrade nadzorno-upravljačkog sistema baziranog na primeni programabilnog logičkog kontrolera i odgovarajućeg operatorskog interfejsa. Prikaz analognih tehnoloških veličina i važnijih signalizacija, kao i upravljanje izvršnim organima realizovano i nezavisno od PLC-a.
• Kvalitetno regulisane tehnološke veličine pomoću servopogona sa regulacionim ventilima odgovarajućih karakteristika.

1.MERENJE I SIGNALIZACIJA

"MERA" je iz svog proizvodnog programa odabrala sledeće uređaje :

1. Transmiter diferencijalnog pritiska, MAT002DP, za statičke pritiske do 40 bara, klase 0,6% sa pogonskim pokaznim instrumentom. Transmiter se koristi za merenje nivoa u sudovima pod pritiskom i internom blokadom zaštićen je od uticaja statičkog pritiska.
2. Transmiter pritiska, MAT002P, klase 0,6%, za opsege 1, 6 i 25 bara, sa pogonskim pokaznim instrumentom. Koristi se za merenje.pritiska pare. Podnosi preopterećenje u odnosu 1:2.
3. Temperaturna sonda, tip PT100, klase B, sa čeličnom zaštitnom čaurom za merenje pod pritiskom, otpornom na vrelu vodu i mazut.
4. Signalizator nivoa, DNR-2K, proizvodnje "MP ELECTRONIC-MERA". Koristi se za signalizaciju pri pritiscima do 25 bara i temperaturama do 250°C. Sa izdvojenom dvokanalnom elektronikom i čeličnim sondama odgovarajuće dužine.

2. UPRAVLJAČKI SISTEM

"UNO-LUX" je realizaovao upra-vljački sistem sa PLC-om tipa Koyo UL405, i procesnim operatorskim panelom (Touch Screen), tipa EASY VIEW.

• Preko digitalnih ulaznih i izlaznih modula prihvataju se diskretni signali iz pogona i sa komandnog pulta i prosleđuju se upravljački signali izvršnim organima
• Preko analognih ulaznih modula direktno se prihvataju signali sa kontinualnih merača nivoa, pritiska i temperature, kao i signali sa potenciometara položaja regulacionih ventila.
• PLC sa procesorom UL4-450 softverski realizuje PID regulatore, korišćenjem ugrađenog PID algoritma za 16 regulacionih krugova 
• "TOUCH SCREEN" operatorski panel omogućava kompletan uvid u rad energane kao i punu kontrolu nad tehnološkim procesom

Operater kroz pedesetak ekranskih prikaza (od kompletne tehnološke šeme do pojedinačnog regulatora) prati proces i upravlja njime. Vrednosti svih merenih tehnoloških veličina istovremeno se prikazuju na panelu i pojedinačno, na pripadajućem četvorocifarskom digitalnom instrumentu. Za svaki regulacionu konturu predviđen je dvopoložajni preklopnik za izbor načina rada: ručno i PLC. U položaju "ručno", operatoru se omogućava upravljanje regulacionim ventilom bez PLC-a. Ovaj način rada prvenstveno služi za proveru ispravnosti delova postrojenja i u slučaju otkaza delova automatike koji obezbeđuju rad u automatskom režimu preko PLC-a. U položaju "PLC" upravljanje regulacionim ventilima vrši se preko PLC-a. Softverski regulator omogućava zadavanje i prikaz procesne varijable kao i ručno upravljanje regulacionim ventilom na način skoro istovetan sa hardverskim regulatorom. 

Alarmna signalizacija i detaljan opis uzroka nastanka alarma (npr. "LAH-211 Visok nivo vode u kotlu 2") operatoru omogućava neposrednu intervencija na tom delu pogona. Sa izlaznih relejnih kontakata elektronike signalizatora svih nivoa dodatno je izvedena i svetlosna indikacija stanja havarnih nivoa vode u sudovima pod pritiskom.

3. IZVRŠNI ORGANI I BLOKADE

Regulacija navedenih fizičkih veličina ostvaruje se preko izvršnih organa, tip ISOMACT ST0, ST0.1, ST1, ST1Ex i KLIMACT II, monofaznih električnih servopogona sa linearnim hodom izlaznog vretena, koji se sprežu sa ventilima odgovarajuće regulacione karakteristike i dimenzija. Tip ventila je VR12 dvosedi ventil, osim kod regulacije pritiska pare 3 bara i 0.5 bara, gde su upotrebljeni jednosedi regulacioni ventili spojeni sa odgovarajućim difuzorima radi održavanja potrebnog protoka pare pri nagloj redukciji pritiska. 

Brzina i snaga pogona, regulaciona karakteristika, nazivni otvor i nazivni pritisak ventila, proračunati su na osnovu tehnoloških karakteristika procesnih fluida na mestu ugradnje ventila, uzevši u obzir potrebnu brzinu odziva regulacione konture i tehnološko kašnjenje procesa.

U slučaju dostizanja vrlo niskog nivoa vode u bubnju kotlova 1, 2 ili 3, blokira se rad gorioničkog postrojenja pripadajućeg kotla. U slučaju niskog nivoa vode u napojnom rezervoaru, blokira se rad napojnih kotlovskih pumpi radi ostvarivanja zaštite rada pumpe "na suvo".

REZIME

Optimalnim podešavanjem parametara regulacije, sistem koji je u eksploataciji već nekoliko meseci daje solidne rezultate u upravljanju procesom proizvodnje tehnološke pare. Regulacione konture su formirane kao nezavisne, sa jednim ulazom i izlazom, što je olakšalo podešavanje parametara. Sa druge strane, postoje realne mogućnosti za poboljšanje upravljanja ovim procesom, koje do sada nisu iskorišćene, uglavnom iz objektivnih razloga. U daljem tekstu navešćemo konkretnu nadgradnju i korisna proširenja ovog sistema.

• Uvesti uzajamno, kao pomoćne ulaze, temperaturu vode iza dogrevača kondenzata, nivo vode u napojnom rezervoaru i pritisak parnog jastuka u degazatoru, u regulatore navedenih tehnoloških veličina. Postoji njihov uzajamni tehnološki uticaj.
• Uvesti regulaciju opterećenja kotlova u sistem regulacije. Pošto kotlovi proizvode tehnološku paru bez fiksne regulacije snage tj. opterećenja, može u izvesnim slučajevima doći do nepovoljne preraspodele opterećenja kotlova, tako da jedan od njih pri zajedničkom radu dostigne svoj minimalni/maksimalni kapacitet.
• Uvesti merenje trenutnog i kumulativnog protoka izlazne pare ka pogonu i ulazne vode iz HPV-a. 
• Umesto dvopoložajne, uvesti kontinualnu regulaciju nivoa vode u RK.
• Uvesti nadzorni sistem sa implementacijom SCADA aplikativnog softvera, (profesionalna radna stanica sa 19'' kolor monitorom) za brže i efikasnije upravljanje procesom i pridruženim resursima. x