Pomiar poziomu wody w walczaku, Systemy bezpieczeństwa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pomiar poziomu wody w walczaku w odniesieniu do
wskazañ wodowskazu
BTH-AUTOMATYKA s.c., 09/09/2008,
.
Pomiary poziomu wody w walczakach kotłów wodno-parowych s± zawsze
porównywane ze wskazaniami wodowskazów. Na ogół wskazania
wodowskazów nie pokrywaj± siê ze wskazaniami poziomu wody w walczaku.
POZIOM WODY W WALCZAKU
SIEMENS SIMATIC S7-300
SIEMENS SIMATIC S7-400
Kawala Przemysław
Sokołowski Włodzimierz
Autorzy
mgr in¿. Włodzimierz Sokołowski - projekt automatyki
mgr in¿. Przemysław Kawala - opracowanie algorytmu, oprogramowanie sterownika
ELIMINACJA BŁÊDÓW WODOWSKAZÓW W POMIARACH POZIOMU WODY W WALCZAKU
Pomiary poziomu wody w walczakach kotłów wodno-parowych s± zawsze porównywane ze
wskazaniami wodowskazów. Na ogół wskazania wodowskazów nie pokrywaj± siê ze wskazaniami
poziomu wody w walczaku. Powszechnie wiadomo, ¿e wraz ze wzrostem ci¶nienia pary w
walczaku, wodowskazy wskazuj± inn± warto¶æ (z reguły mniej) ni¿ pomiary poziomu wody w
walczaku zrealizowane metoda hydrostatyczn±. Wprowadzenie korekcji do wskazañ pomiaru
poziomu w walczaku niewiele pomogło, bo je¿eli korekcja była prawidłowa i pomiar po korekcji był
poprawny, to nadal wskazania tego pomiaru nie pokrywaj± siê z wodowskazem.Problem ten
powstaje równie¿ do rozwi±zania w przypadku zastosowania nowo lansowanej metody pomiarowej
za pomoc± radaru falowego z elementem referencyjnym, który w stanach ustalonych mierzy
rzeczywisty poziom wody w walczaku a w stanach dynamicznych z uwagi, i¿ element referencyjny
znajduje siê w parze a nie w wodzie mo¿e mierzyæ z błêdem np.: przy znanym zjawisku pêcznienia
wody w walczaku podczas nagłych zmianach obci±¿enia.W zwi±zku z tym, i¿ wskazania
wodowskazów na walczakach kotłów s± dla Urzêdu Dozoru Technicznego podstawowym
miernikiem poziomu wody w walczaku kotła w szczególno¶ci przy odbiorze sygnałów
zabezpieczaj±cych kocioł przed awaryjnie niskim i awaryjnie wysokim poziomem wody w walczaku
kotła, bo te sygnały mog± doprowadziæ do awarii kotła lub turbiny. W celu unikniêcia rozbie¿no¶ci
wskazañ pomiêdzy wodowskazem a wskazaniem pomiaru poziomu wody w walczaku (wskazaniem
po korekcji) nale¿y poznaæ bł±d z jakim wskazuje wodowskaz i uwzglêdniæ ten bł±d we wskazaniach
uwzglêdniaj±cych korekcjê od ci¶nienia w metodzie hydrostatycznej lub korekcjê za pomoc±
elementu referencyjnego w radarach z falowodem. Czyli w pomiarach objêtych korekcj± -
pokazuj±cych rzeczywisty pomiar poziomu wody w walczaku - nale¿y uwzglêdniæ bł±d z jakim
wskazuj± wodowskazy, aby jego wskazania pokrywały siê ze wskazaniami wodowskazu. Bł±d
wodowskazu przy ci¶nieniu 15,5MPa dla awaryjnie niskiego poziomu wody w walczaku wynosi ca.
18% - 20% zakresu pomiarowego tj. wynosi około 30mm.W rozwi±zaniu zastosowanym w
Elektrowni Turów na podstawie stopnia schłodzenia wody w wodowskazie wylicza siê bł±d
wskazania wodowskazu, który uwzglêdnia siê przy obliczaniu pomiaru poziomu wody
zrealizowanego metod± hydrostatyczn± z korekcj± od ci¶nienia pary panuj±cego w walczaku kotła.
Korektor oblicza / rys.1/ najpierw poziom wody niekorygowany / na podstawie wskazañ
przetwornika ró¿nicy ci¶nieñ /, nastêpnie na podstawie pomiaru ci¶nienia w walczaku wyliczany jest
rzeczywisty poziom wody w walczaku /korekcja klasyczna /, a nastêpnie po uwzglêdnieniu
schłodzenia wody powrotnej wodowskazu / na podstawie pomiaru temperatury / odniesiony do
wodowskazu. Je¿eli wskazania wodowskazu pokrywaj± siê w pełnym zakresie ze wskazaniami
Strona 1 / 3
wyliczanymi odniesionymi do wodowskazu Hw, to mo¿emy byæ pewni, ¿e rzeczywisty poziom wody
w walczaku w pełni pokrywa siê z z wyliczonym rzeczywistym poziomem Hrz.W zwi±zku z tym, i¿
Elektrownia Turów postawiła wymóg, aby sygnał do zabezpieczenia kotła od awaryjnie niskiego
poziomu wody w walczaku kotła bazował na istniej±cych pomiarach poziomu wody i istniej±cych
pomiarach ci¶nienia oraz istniej±cych naczyniach pomiarowych i istniej±cych wodowskazach a
cało¶æ winna byæ zrealizowana za pomoc± sterownika i przeka¼ników separuj±cych firmy SIMATIC
posiadaj±cych certyfikat SIL-3 to dobór sterownika uzgodniono z przedstawicielem w/w
producenta.Z pierwszych obliczeñ wynikało, ¿e aby spełniæ w/w wymagania dla kotła OP-650b
posiadaj±cego dwa walczaki i dwa pomiary poziomu wody na ka¿dym walczaku i zrealizowaæ
korekcjê czterech pomiarów poziomu wody w walczaku od czterech ci¶nieñ w walczaku oraz
wyliczyæ bł±d wskazañ dla czterech wodowskazów i na podstawie tych wyliczeñ wyprowadziæ
redundantne dwa sygnały do zabezpieczeñ od minimalnych poziomów wody w walczakach kotła,
nale¿y zastosowaæ sterownik S7 400 je¿eli mamy spełniæ wymagania SIL-3 w zakresie
oprogramowania zgodnie z norm± IEC 61508.Według normy IEC 61508 nale¿y oddzielnie
rozpatrywaæ rozwi±zania dla sprzêtu oraz oddzielnie rozwi±zania w zakresie oprogramowania dla
celów wizualizacji i oddzielnie dla celów zabezpieczeñ. Aby zmniejszyæ wielko¶æ niezbêdnej pamiêci
sterownika i wywi±zaæ siê z nało¿onych zało¿eñ postanowiono, ¿e działanie funkcji
zabezpieczaj±cych w oferowanych rozwi±zaniach bêdzie zrealizowane za pomoc± pliku krzywych
zapisanych w postaci funkcji matematycznych obrazuj±cych zale¿no¶ci pomiêdzy poziomem wody
w walczaku a poziomem wody w wodowskazie w zale¿no¶ci od panuj±cego ci¶nienia pary w
walczaku oraz od temperatury wody powracaj±cej z wodowskazu a nie w postaci tablic
okre¶laj±cych te zale¿no¶ci. Ilo¶æ w/w krzywych, które nale¿y zapisaæ w pamiêci sterownika zale¿y
od dokładno¶ci z jak± maj± zadziałaæ sygnały do zabezpieczeñ. Przy zało¿eniu, ¿e do wyliczania
błêdu wodowskazu niezbêdne jest ¶ledzenie co najmniej siedmiu krzywych obrazuj±cych poziom
wody w walczaku dla awaryjnie niskiego poziomu wody w walczaku przy ró¿nych temperaturach
wody powracaj±cej z wodowskazu i przej¶ciu z zapisu w/w krzywych w postaci tablic na zapis w
postaci funkcji matematycznych mo¿na zaoszczêdziæ około (7 x 1,0 MB) 7,0 MB pamiêci i zamiast
sterownika S7 400 zastosowaæ sterownik S7 300, bowiem korektor wodowskazu bazuj±cy na
siedmiu krzywych, potrzebuje tylko 1,5kB pamiêci.Zastosowano wiêc sterownik S7 315 serii F z
pamiêci± 512 kB, który ma certyfikat SIL-3 na moduły wej¶æ analogowych i na moduły wyj¶æ
binarnych, które umo¿liwiaj± podł±czenie pomiarów poziomów wody w walczaku, pomiarów ci¶nieñ
w walczaku i pomiarów temperatur wody w wodowskazie oraz wyj¶æ binarnych zgodnie z
konfiguracj± 1oo2 (1 z 2), co oznacza, ¿e realizacja nie wymaga zastosowania kosztownego
sterownika S7 400, a mimo to ka¿dy z 4 inicjatorów mo¿e spowodowaæ zadziałanie funkcji
zabezpieczaj±cych.Zgodnie z norm± IEC 61508 wyliczanie progów zadziałania sygnałów do
zabezpieczeñ dla awaryjnie niskich poziomów wody w walczakach kotła OP-650b jest realizowane
w Elektrowni Turów za pomoc± oprogramowania narzêdziowego Distributed safety posiadaj±cego
certyfikat SIL, natomiast wyliczanie błêdu wodowskazu dla celów wizualizacji realizowane jest przez
niecertyfikowane oprogramowanie narzêdziowe Step 7 wersja normal. Niecertyfikowane
oprogramowanie narzêdziowe dotyczy obróbki sygnałów analogowych zwi±zanych z korekcj±
pomiarów poziomów wody w walczakach od ci¶nienia pary w walczakach i sygnałów analogowych
dotycz±cych wyliczenia błêdu z jakim wskazuje wodowskaz. ¯adne sygnały z czê¶ci
niecertyfikowanej nie s± wykorzystywane w oprogramowaniu SAFETY, które słu¿y do
wypracowywania sygnałów do systemu zabezpieczeñ.Opracowane rozwi±zanie jest zgłoszone do
Urzêdu Dozoru Technicznego pod nr: P-382965, w którym zastrze¿ono sposób wyliczania błêdu
wodowskazu za pomoc± czujnika temperatury podł±czonego do króæca wodnego tego¿
wodowskazu. Ponadto opracowane rozwi±zanie wymusiło zmianê najni¿szego poziomu wody w
walczaku (z -100mm na -80mm), aby było ono zgodne z Warunkami Urzêdu Dozoru Technicznego,
Urz±dzenia Ci¶nieniowe WUDT-UC-KP/04 a w szczególno¶ci z jego pkt. 5.6.c, który ¿±da, aby
przezroczysty element obserwacyjny miał tak± długo¶æ, a¿eby najni¿szy poziom wody w kotle
znajdował siê co najmniej 25 mm powy¿ej najni¿szego widocznego punktu tego elementu, a wiêc
zaostrzyło wymogi ruchowe w stosunku do wymogów postawionych przez producenta kotła, aby
zachowaæ istniej±ce wodowskazy na walczakach kotła OP-650b.Opisane rozwi±zanie przeszło w
2007 r. pozytywnie badania sprawdzaj±ce dokonane przez Centralne Laboratorium Dozoru
Strona 2 / 3
Technicznego w Poznaniu w zakresie zabezpieczenia kotła od minimalnego poziomu wody w
kotle.
Szczegółowe informacje:
Przemysław Kawala
tel. 609 086 626
kawala_p@poczta.onet.pl
Strona 3 / 3
[ Pobierz całość w formacie PDF ]