Автоматический контроль водно-химических режимов ТЭЦ

1. ВВЕДЕНИЕ

Проект выполнен с целью оснащения пяти энергоблоков Норильской ТЭЦ-2 системой автоматизированного контроля водно-химического режима (АК ВХР) в соответствии с РД 153.34.1.37-352.4-2001 в рамках общих планов создания системы химико-технологического мониторинга.

На ТЭЦ-2 автоматический контроль на энергоблоках практически отсутствует. Показатели, характеризующие питательную воду и ее составляющие, определяются ручным анализом в соответствии с регламентом ТЭЦ-2 и действующими методиками.

2. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

АСУ ТП ВХР ТЭЦ-2 предназначена для оперативного мониторинга водно-химического режима предприятия с целью обеспечения надежной эксплуатации оборудования, исключения возможных аварийных ситуаций, связанных с нарушением ВХР на теплотехническом оборудовании, обеспечивает экономичность работы оборудования, сокращение трудозатрат.

3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ

Оснащение ТЭЦ-2 необходимыми устройствами для автоматического отбора, подготовки и химического анализа проб с целью оперативного мониторинга водно-химического режима предприятия для :

• Обеспечения надежной эксплуатации оборудования ТЭЦ, исключения возможных аварийных ситуаций, связанных с нарушением водно-химического режима на тепломеханическом оборудовании.

• Обеспечения экономичности работы узлов и оборудования в целом

• Обеспечения экономии трудозатрат, связанных с обслуживанием пробоотборных точек (забор проб, их подготовка, проведение химанализа)

• Повышение производительности и улучшение условий труда за счет автоматизации техпроцесса

В результате реализации проекта, тепломеханическое оборудование ТЭЦ-2 будет оснащено приборами автоматического контроля, вывод показаний приборов на блочные щиты управления, в экспресс-лабораторию.

4. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

В главном корпусе (ГК) ТЭЦ-2 находятся:

• шесть котлоагрегатов типа'ГП-13А (№3-8),

• два котлоагрегата типа ТГМЕ-464 (№9,10);

• три турбоагрегата ВК-100-90-6 (№2-4);

• два турбоагрегата T-100/120-130-4 (№5-6);

• подогреватели сетевой и подпиточной воды-15 шт.;

• вакуумные деаэраторы- 5 шт.;

• питательные деаэраторы- 5 шт.;

• Бак запаса конденсата;

• Дренажные баки турбин – 5 шт.;

На момент начала работ контроль за водно-химическим режимом работы оборудования выполнялся вручную с периодичностью от двух раз в смену до одного раза в сутки. Часть анализов выполняется по устаревшим методикам, что дает значительные погрешности в результатах анализов. Не определяется содержание солей Na, электропроводимость в паре и конденсате, хотя они являются нормируемыми показателями.

Лаборатории не оснащены современными приборами лабораторного контроля с повышенной чувствительностью и точностью измерений. Отсутствует автоматический химический контроль режима работы основного оборудования, что не позволяет своевременно выявлять и устранять возникающие нарушения водно-химического режима и принимать меры по их устранению, вследствие чего допускается длительная работа оборудования с нарушениями. Не в полном объеме осуществляется контроль за нормируемыми показателями качества воды и пара.

5. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ

Основным технологическим оборудованием КТС АСУ ТП ВХР ТЭЦ2 являются приборы автоматического химконтроля (АХК), устройства подготовки проб (УПП), приборы контроля расходов, температур и разряжений. Также КТС содержит шкафы сбора данных (ШСД), сервер, автоматизированные рабочие места (АРМы) и сеть передачи данных.

КТС АСУ ТП ВХР входит в ОАО «НТЭК» и располагается в существующих помещениях котло-турбинного цеха ТЭЦ2 в осях 29-32 ряд Б-В отм.9,6. Приборы контроля расходов, температур и разряжений устанавливаются по месту и передают информацию на ШСД по интерфейсу 4-20 мА. Пробы по импульсным линиям доставляются от пробоотборных вентилей к устройствам подготовки проб (УПП), на которых производится охлаждение пробы и понижение давления и далее поступают на приборы АХК.

Приборы АХК производят анализ подготовленных проб и передают информацию на ШСД по интерфейсу 4-20 мА. Приборы АХК могут быть переведены в ручной режим для выполнения ремонтных работ, калибровки и тд. Информация о переводе в ручной режим, калибровке или возникновении аварии передается на ШСД посредством «сухого контакта».

ШСД передает собранную информацию через вычислительную сеть на сервер. На сервере производится обработка и архивирование поступающей информации. Кроме того сервер совмещен с АРМ администратора системы. Сервер предоставляет информацию на все АРМы, где она отображается в виде видеокадров.

Описание приборного парка

В качестве приборов автоматического химического контроля (АХК) использованы приборы фирмы SWAN (Швейцария). Приборы поставляются укомплектованными и полностью смонтированными на навесной панели. В качестве лабораторных приборов использованы приборы фирмы WTW (Германия) предназначенные для сравнения показаний.

Все приборы имеют сертификат об утверждении типа средства измерения и внесены в государственный реестр средств измерения.

Приборы AХK SWAN калибруются по месту монтажа. Методики калибровки описаны в поставляемой комплектно с приборами документации. Калибровка выполняется по буферным и стандартным растворам (см. спецификацию оборудования ТС.18.01.08-АТХ.00.00 СО листы 34…35).

В качестве устройств подготовки пробы (УПП) использовано оборудование фирмы Sentry (США) серии SL200.

Кондуктометры Powercon Specific/Acid представляют собой автоматические кондуктометры и предназначены для измерения общей удельной электропроводности питательной воды, пара и конденсата. Обеспечивают надежное непрерывное измерение и контроль УЭП в пароводяном цикле ТЭЦ с целью обеспечения стабильности параметров ВХР. Цифровой дисплей и система контроля и сохранения информации обеспечивают комфортную эксплуатацию прибора.

Powercon Specific: измерение УЭП проводится с помощью стандартного двухэлектродного датчика Swansensor RC UP со встроенным датчиком температуры NT5K. Константа кондуктометрического датчика определяется с точностью до пятого знака. Внешний вид кондуктометра приведен на рис.2.

Powercon Acid: отличается тем, что измерения электропроводимости происходит после сильнокислотного катионита. В комплект входит проточная ячейка из нержавеющей стали со встроенной катионообменной колонкой. Анализатор автоматически определяет ресурс работы катионита. Внешний вид кондуктометра приведен на рис.3.

Калибровка производится 1 раз в месяц.

Технические данные:

Диапазон измерения:	0.055 мкСм/см – 1000 мкСм/см
Количество каналов измерения:	один
Погрешность:	+/- 1% от измеренного значения
Требования к пробе: Температура пробы Расход пробы Давление пробы	До 50°С От 5 до 20 л/ч От 0,2 до 2 бар
Электропитание	230 В переменного тока
Параметры окружающей среды: Температура Влажность	От +5 до +50°С 10…90% без конденсации влаги
Класс защиты корпуса:	IP65
Аналоговые выходы:	2* 4-20мА
Дискретные выходы:	2 реле предельной сигнализации 1 реле аварийной сигнализации

Рис.1. Внешний вид кондуктометра Powercon Specific

Рис.2. Внешний вид кондуктометра Powercon Acid

Анализаторы натрия AMI Sodium P представляют собой автоматический анализатор для измерения содержания растворенного натрия в питательной воде, паре и конденсате. Анализатор обеспечивает надежное непрерывное измерение и контроль содержания натрия при зР пробы >7 в воде, паре и конденсате в пароводяном цикле ТЭЦ с целью обеспечения стабильности параметров ВХР.

Анализаторы поставляются укомплектованными и полностью смонтированными на панели из нержавеющей стали. Добавление подщелачивающего реагента с постоянным контролем pH пробы. Простая двухточечная калибровка, история калибровок сохраняется в памяти трансмиттера. Непрерывный контроль протока пробы. Автоматическая температурная компенсация. Большой дисплей.

За счет наличия у этих анализаторов возможности анализа пробы отобранной вручную нет необходимости приобретать отдельный лабораторный анализатор растворенного натрия. Процедура анализа ручной пробы:

• Анализатор переводится в ручной режим, при этом на выходе (информация в АСУ ТП) замораживается последнее значние.

 

• Отобранная вручную проба вставляется в калибровочный узел вместо калибровочного раствора.

 

• Производятся необходимые измерения, проба заменяется на калибровочный раствор.

 

• Анализатор переводится обратно в автоматический режим работы. Калибровка производится 1 раз в месяц

 

Технические данные:

Диапазон измерения:	0,1 – 10000 мкг/л
Количество каналов измерения:	один
Погрешность:	+/- 5% от измеренного значения
Требования к пробе: Температура пробы Расход пробы Давление пробы	5-45°С мин. 100 мл/мин От 0,3 до 3 бар
Электропитание	230 В переменного тока
Параметры окружающей среды: Температура Влажность	От -10 до +50°С 10…90% без конденсации влаги
Класс защиты корпуса:	IP65
Аналоговые выходы:	2* 4-20мА
Дискретные выходы:	2 реле предельной сигнализации 1 реле аварийной сигнализации

Рис.3. Внешний вид анализатора натрия AMI Sodium P

Анализаторы растворенного кислорода Oxitrace представляют собой автоматические анализаторы растворенного в воде кислорода. Обеспечивает надежное непрерывное измерение и контроль содержания растворенного кислорода в воде, паре и конденсате в пароводяном цикле ТЭЦ с целью обеспечения стабильности параметров ВХР.

Измерение кислорода производится с помощью ячеек Кларка. Анализатор обеспечивает компенсацию по температуре и атмосферному давлению, а также снабжен индикацией поломки мембраны и истощения электролита, что существенно повышает надежность измерений. Цифровой дисплей и система контроля и сохранения информации обеспечивают комфортную эксплуатацию прибора.

Калибровка производится 1 раз в месяц.

Технические данные:

Диапазон измерения:	0,0-200 мкг/л 0-2000 мкг/л 0-20 мг/л   >
Количество каналов измерения:	один
Погрешность:	+/- 2%
Требования к пробе: Температура пробы Расход пробы Давление пробы	10-45°С От 6 до 14 л/ч От 0,3 до 3 барр
Электропитание	230 В переменного тока
Параметры окружающей среды: Температура Влажность	От -10 до +50°С 10…90% без конденсации влаги
Класс защиты корпуса:	IP65
Аналоговые выходы:	2* 4-20мА
Дискретные выходы:	2 реле предельной сигнализации 1 реле аварийной сигнализации

Рис.4. Внешний вид анализатора растворенного кислорода Oxitrace

Анализаторы pH MONITOR AMI PH представляют собой анализаторы для непрерывного измерения значения pH или Redox-потенциала (ОВП) в особо-чистой воде, паре и конденсате. Обеспечивает надежное непрерывное измерение и контроль pH с целью обеспечения стабильности параметров ВХР.

Цифровой дисплей и система контроля и сохранения информации обеспечивают комфортную эксплуатацию прибора. Имеют проточную ячейку QV-Flow IS1000 изготовленную из нержавеющей стали, включающую быстросъемный измерительный сосуд, игольчатый вентиль, цифровой расходомер и температурный датчик. Анализаторы поставляются укомплектованными и полностью смонтированными на панели из нержавеющей стали.

Калибровку анализатора необходимо производить 1 раз в два месяца.

Технические данные:

Диапазон измерения pH: Диапазон измерения   Разрешение Температура приведения ОВП: Диапазон измерения: Разрешение: Температура (датчик Pt1000): Диапазон измерения: Разрешение:	0.00 - 14.00 pH 0.01 pH 25°C     -500 до +1500 мВ 1мВ   -30 до +130 °C 0.1 °C
Количество каналов измерения:	один
Погрешность:	+/- 2%
Требования к пробе: Температура пробы Расход пробы Давление пробы	10-45°С От 6 до 14 л/ч От 0,3 до 3 барр
Электропитание	230 В переменного тока
Параметры окружающей среды: Температура Влажность	От -10 до +50°С 10…90% без конденсации влаги
Класс защиты корпуса:	IP65
Аналоговые выходы:	2* 4-20мА
Дискретные выходы:	2 реле предельной сигнализации 1 реле аварийной сигнализации

Рис.5. Внешний вид анализатора pH MONITOR AMI PH

Переносной лабораторный кондуктометр Cond 340i.

Технические данные:

Диапазон измерения: проводимость температура соленость TDS	0,0…500 мСм/см -5°С…+105,0°С 0,0…70,0 0,000…1999 мг/л
Погрешность	0,5% по проводимости
Электропитание:	100-240В перем.тока
Класс защиты корпуса:	IP65

Переносной лабораторный pH-метр pH 340i SET.

Технические данные:

Диапазон измерения: pH Редокс-потенциал	-2,000…+19,999 999,9…+999,9; 1999…+1999 мВ
Погрешность	0,01; 0,005 по рН
Электропитание:	100-240В перем.тока
Класс защиты корпуса:	IP65

Размещение приборов АХК

УПП и анализаторы размещаются в котло-турбинном цехе в помещениях лаборатории на модульных монтажных стойках (PE92 для анализаторов, PE91 для УПП). Внешний вид монтажной стойки PE92 с установленными приборами химанализа приведен на рис. 6 и 7. Внешний вид монтажной стойки PE91 с установленными УПП приведен на рис. 8.

Рис.6 Общий вид монтажной стойки с анализаторами.


Рис.7 Пример размещения анализаторов на монтажной стойке.


Рис.8. Пример размещения УПП на монтажной стойке.

Приборы группируются по точкам отбора для четкого сопоставления измеряемых значений с точками контроля. Калибровка и обслуживание упрощается, так как все компоненты анализатора устанавливаются на одной стороне панели.

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Перед исполнением проекта Заказчиком поставлена задача: оценить экономический эффект от расширения парка приборов АК ВХР.

Для оценки ожидаемого экономического эффекта были проанализированы следующие материалы:

• сведения о водно-химическом режиме котлов энергоблоков ст № 2 и 4 за 2004-2006 г.г.;

• нормы качества воды и пара, действующие на ТЭЦ;

• фактический объем и периодичность химконтроля (лабораторного и приборами АХК);

• Данные по выработке активной электроэнергии за 2008 год.

Для проведения оценки были представлены данные по блокам ст.№2 и 4 и котлоагрегатам ст. №4 и 7.

Тип и основные характеристики оборудования энергетических блоков ст.№2-4 и ст. №5, 6

Блоки ст. № 2-4 имеют следующие характеристики:

• 1.тип котлоагрегата – ТП-13А;

• 2.количество котлоагрегатов в блоке - 2;

• 3.паропроизводительность котла - 220 т/ч;

• 4.давление в барабане котла - 115 кгс/см2;

• 5.температура перегретого пара - 540 оС;

• 6.температура питательной воды - 225 оС;

• 7.схема испарения - ступенчатая, барабан котла имеет три отсека: чистый и два солевых - левый и правый;

• 8.турбоагрегаты, реконструированные с теплофикационным отбором, номинальная мощность - 100 МВт: турбины К-100-90-6

• 9.топливо: основным топливом является природный газ, резервным - мазут.

Блоки ст.№ 5 и 6 имеют следующие характеристики:

• тип котлоагрегата – ТГМЕ-464 (Е-500);

• количество котлоагрегатов в блоке - 1;

• паропроизводительность котла - 500 т/ч;

• давление в барабане котла - 140 кгс/см2;

• температура перегретого пара - 560 оС;

• температура питательной воды - 235 оС;

• схема испарения - ступенчатая, барабан котла имеет чистый отсек и имеются два выносных циклона - левый и правый;

• турбоагрегаты Т-100/120-130-4, паровая теплофикационная мощность 110 МВт.

• топливо: основным топливом является природный газ, резервным - мазут.

Станция представила средние данные о качестве питательной воды, турбинного конденсата, пара и котловых вод по энергоблокам ТЭЦ-2 за 2005-2007 г.г.

Усредненные показатели водно-химического режима за год не дают информацию о фактах нарушения качества питательной воды, их продолжительности, так как усреднение в годовом разрезе нивелирует отклонения показателей от нормы.

Из представленных показателей за 2005 г. можно судить об имеющихся нарушениях ВХР.

Качество питательной воды обоих блоков по некоторым показателям не удовлетворяет нормам ВХР. Качество основного конденсата не соответствует нормам ВХР у обоих обследуемых блоков.

У энергоблока ст. №4 зафиксировано превышение содержания растворенного в конденсате турбины кислорода. Превышение имеет длительный характер и значительную величину. Для котла ТП-13А энергоблока №4 также имеются превышение содержания кремниевой кислоты в котловой воде чистого отсека. Длительные нарушения нормативных показателей связано с невозможностью оперативно обнаружить и устранить источник нарушения режима, что в свою очередь свидетельствует о недостаточности объема автоматического контроля.

Из опыта автоматизации ВХР следует, что отказы по причине длительного перегрева металла (как результат накипеобразования, образование отдулин), коррозионное разрушение внутренней поверхности экранных труб (свищи) – типичны для эксплуатации.

Повреждаемость коррелирует с нарушениями качества питательной воды по жесткости, УЭП, кислородосодержанию. По этим критериям – коррозия, образование накипей проведена оценка ожидаемой эффективности внедрения системы автоматического контроля водно-химического режима технологического процесса ТЭЦ-2.

По существующей ситуации весь объем химического контроля над тестируемыми потоками обеспечивается, как упоминалось выше, ручным анализом, осуществляемым оперативной химической лабораторией. Ручным анализом нарушение качества контролируемого потока может быть обнаружено (в среднем) через 6 часов. Поиск причин занимает 24 часа, устранение нарушения, восстановление регламентного режима ВХР в среднем 6 часов, кроме аварийных случаев в развитии. Общая продолжительность устранения нарушения – в среднем 36 часов. Временные затраты взяты из опыта эксплуатации оборудования подобной мощности.

Внедрение системы автоматического контроля позволяет в темпе работы оборудования обнаружить нарушение качества питательной воды, ускорить ликвидацию нарушения норматива ВХР, ингибировать процесс коррозии поверхностей нагрева, снизить интенсивность образования котловых накипей.

7. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО И ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Утвержденной методики оценки экономического эффекта от внедрения автоматического контроля ВХР нет. Проведенные расчеты основаны на материалах научно-технической литературы, НТД

Выполненные расчеты доказывают повышение надежности и экономичности работы котла за счет:

• своевременного устранения в ПВТ угрожающих концентраций агрессивных газов, в данном случае растворенного кислорода, и этим самым, ингибирование коррозионных разрушений металла поверхностей нагрева;

• снижение интенсивности накипеобразования путем своевременного устранения причин попадания загрязнителей в питательную воду.

Ориентировочный срок окупаемости системы АК ВХР ТЭЦ-2 составит 5,5 лет.

8. АНАЛИЗ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА (СХТМ) ПО ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ.

Анализ работы СХТМ на Черепетской ГРЭС за период с 1996 по 2000 г.г. проведен специалистами МЭИ (см. «Теплоэнергетика» № 8, 2006 г.). Анализ подтверждает снижение индекса повреждаемости поверхностей нагрева (ИППН) на 46%. Основной вклад в снижение ИППН внесло улучшение химического индекса – ХИ (сочетание индексов ВХР и СХТМ). СХТМ позволил вовремя устранять нарушения, приводящие к интенсификации коррозионных процессов и разрушение поверхностей нагрева. Снижение самой повреждаемости составило 23,2% за указанные годы.

В работе МЭИ ТВТ (2006 г.), посвященной анализу внедрения СХТМ водно-химических режимов энергоблоков Пермской ГРЭС прогнозируется:

• снижение повреждаемости оборудования, связанной с ВХР, на ≥ 50%;

• снижение расхода условного топлива на 0,5%;

• снижение числа нарушений ВХР в 5-10 раз;

• снижение расхода корректирующих реагентов на ≥ 30%;

• снижение скорости роста отложений на 50%;

• снижение недовыработки электроэнергии на 0,5%;

• оптимизация ВХР паро-конденсатного тракта и работы ХВО.

9. ВЫВОДЫ

Внедрение СХТМ (контроль ВХР) позволяет своевременно обнаружить нарушение качества питательной воды по кислороду, оперативно меры по устранению нарушений, сократить их величину и продолжительность, что позволит снизить скорость коррозионных процессов. Ожидаемый экономический эффект составит 12,2 млн. руб. / год.

Очевидно, что эффект от внедрения автоматического химконтроля может быть достигнут при комплексном решении этого вопроса. Как показывает практика, наличие приборов автоматического контроля по отдельным потокам полностью не решает проблему оперативного устранения нарушений ВХР. Это связано с невозможностью, при выполнении ручных анализов, оперативно обнаружить и устранить источник нарушения режима в потоках, состоящих из множества составляющих.

Для оценки эффективности внедрения проектного парка приборов АХК ВХР от прогнозируемого снижения интенсивности накипеобразования приведен расчет экономии топлива при минимальном годовом приросте слоя отложений δН = 0,1 мм. Для получения информации о фактической динамике изменения загрязненности поверхностей нагрева котлов энергоблоков, необходимо проведение специального исследования с вырезкой образцов труб.

Снижение интенсивности накипеобразования в котлах энергоблоков (до 0,1мм в год) позволит сэкономить в год 1085 т.у.т. Полученный при расчете экономический эффект сопоставим с данными ВТИ им. Дзержинского. Москва.

Срок окупаемости затрат на внедрение системы АХК ВХР составит около 6,5 лет. Не все аспекты внедрения автоматического химического контроля параметров водно-химического режима блока можно оценивать экономическими категориями. Следует отметить такие положительные стороны, как повышение культуры производства, снижение объема выполнения ручных анализов, улучшение условий труда персонала и др.