کنترل سطح درام:کلید پایداری و راندمان نیروگاه‌های بخار (نیروگاه توس)

همه چیز در مورد سیستم آب تغذیه در نیروگاه توس

رشد و ارتقاء سیستم آب تغذیه و کنترل والوهای مربوطه در نیروگاه توس

  گزارش کارآموزی

سیستم کنترل آب تغذیه و اهمیت حیاتی آن در نیروگاه‌ها

در عملکرد بهینه و ایمن نیروگاه‌های بخار و سیکل ترکیبی، کنترل سطح درام از اهمیت بالایی برخوردار است. این موضوع به قدری حیاتی است که نصب تجهیزات دقیق و پیشرفته را الزامی می‌سازد. درام، به عنوان یکی از تانک‌های کلیدی در نیروگاه، تحت فشار و دمای بسیار بالا قرار دارد و کنترل دقیق سطح آب آن برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات، به‌ویژه توربین، حیاتی است.

در سیستم‌های کنترل مدرن، برای تضمین پایداری و راندمان، از سه مسیر مجزا با شیرهای کنترل ۳۰%، ۱۰۰% اصلی و ۱۰۰% رزرو استفاده می‌شود. این پیکربندی هوشمندانه، کنترل دقیق فلوی آب تغذیه را در هر تناژی، از کمترین میزان تا حداکثر ظرفیت، تضمین می‌کند و در مواقع اضطراری، واحد را از آسیب‌های جدی و تریپ شدن نجات می‌دهد.

هدف اصلی سیستم کنترل آب تغذیه

هدف نهایی این سیستم، تأمین آب ورودی به بویلر متناسب با مقدار بخار مصرفی است، به گونه‌ای که سطح درام در هر شرایطی ثابت بماند. چرا که نوسانات سطح درام، تأثیر مستقیمی بر دمای بویلر دارد؛ کاهش سطح می‌تواند به افزایش دما و در مقابل، افزایش بیش از حد سطح به ورود آب به پره‌های توربین و آسیب جدی به آن منجر شود.

اجزای کلیدی سیستم آب تغذیه نیروگاه توس

سیستم آب تغذیه در نیروگاه توس، شامل اجزای حیاتی متعددی است که هر یک وظایف مشخصی را بر عهده دارند:

• گرم کردن و هواگیری تقطیرات اصلی در فیدواترتانک توسط بخار توربین.
• انتقال آب اصلی به بویلر توسط پمپ‌های اصلی سیکل با حداقل دمای ۱۳۵ درجه سانتی‌گراد.
• گرم کردن آب تغذیه سیکل توسط هیترهای فشار قوی (شماره ۴ و ۵).
• کنترل دقیق سطح درام در بویلر اصلی به کمک کنترل والو ۳۰% در زمان راه‌اندازی.
• تأمین آب مورد نیاز برای آبزن‌های سوپرهیت و ریهیت.
• تأمین آب تزریقی برای بای‌پس فشار قوی در مواقع راه‌اندازی و اضطراری.
• انتقال تقطیرات از هیتر شماره ۴ به تانک تغذیه اصلی.
• بازگشت تقطیرات بخار کمکی به تانک تغذیه واحد.
• گرم کردن هوای ورودی به بویلر توسط بخار زیرکش توربین.

تجهیزات سیستم آب تغذیه اصلی

• تانک تغذیه اصلی (RL01B010): با گنجایش ۱۲۵ متر مکعب، به عنوان یک هیتر باز عمل کرده و وظیفه هواگیری و کنترل سطح آب را بر عهده دارد. مکانیزم‌های حفاظتی متعددی برای جلوگیری از نوسانات شدید سطح و آسیب به پمپ‌ها و توربین در آن تعبیه شده است.
• پمپ‌های آب تغذیه اصلی (RL11/12/13D010): سه پمپ سانتریفیوژ ۶۰% ظرفیت (۲ پمپ در مدار، ۱ پمپ رزرو) که آب مورد نیاز بویلر را با فشار بالا تأمین می‌کنند. این پمپ‌ها مجهز به کوپلینگ هیدرولیکی برای کنترل سرعت و سیستم‌های حفاظتی در برابر کارکرد بدون دبی (مینیمم فلو) هستند.
  • مزایای کوپلینگ هیدرولیکی: افزایش عمر موتور، حذف ارتعاشات، روغن‌کاری خودکار، عدم اتصال مستقیم بین محرک و متحرک، هماهنگی بار موتورها و قابلیت کنترل سرعت.
• هیترهای فشار قوی شماره ۴ و ۵ (RL20B010/20): وظیفه گرم کردن آب تغذیه را بر عهده دارند. این هیترها دارای سیستم‌های حفاظتی پیشرفته‌ای هستند که در صورت بالا رفتن سطح آب، به طور خودکار بای‌پس شده و از ورود آب به توربین جلوگیری می‌کنند.

آشنایی با انواع والوها در نیروگاه

والوها (شیرآلات) از اجزای حیاتی در سیستم‌های لوله‌کشی نیروگاهی هستند و بر اساس وظیفه‌شان به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند:

1. شیرهای جداکننده (ISOLATING VALVE): برای قطع و وصل جریان سیال با حداقل افت فشار (مانند شیرهای دروازه‌ای، سماوری و پروانه‌ای).
2. شیرهای یک‌طرفه (NON-RETURN VALVE): برای جلوگیری از بازگشت جریان در جهت عکس.
3. شیرهای اطمینان (SAFETY VALVE): برای جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد فشار و حفاظت از تجهیزات.
4. شیرهای خودکار تنظیم فشار: برای تنظیم و ثابت نگه داشتن فشار.
5. شیرهای تنظیم جریان (REGULATING VALVE): برای کنترل مقدار جریان با ایجاد مقاومت (مانند شیرهای کروی، سوزنی و پروانه‌ای).
6. شیرهای مخصوص (SPECIAL VALVE): دارای کاربردهای خاص.

انواع شیرها از نظر ساختمان داخلی:

• شیرهای کروی (GLOBE VALVE): پرکاربرد در نیروگاه‌ها برای دما و فشار بالا. افت فشار در این شیرها زیاد است.
  • استاپ والو (ISOLATING VALVE): نوعی از شیرهای کروی برای قطع کامل جریان.
• شیرهای کنترل (CONTROL VALVE): اجزای ضروری در فرآیندهای صنعتی و نیروگاهی برای تنظیم جریان سیال بر اساس سیگنال‌های کنترلی (سطح، فشار، دما و…).
  • محرک (ACTUATOR): مکانیزمی که سیگنال فرمان را به حرکت تبدیل می‌کند. انواع آن شامل الکتریکی، پنوماتیکی، هیدرولیکی، دستی، الکترومکانیکی، الکتروهیدرولیکی و الکتروپنوماتیکی است.
  • پوزیشنر (POSITIONER): وسیله‌ای بر روی شیر کنترل که موقعیت واقعی شیر را با فرمان دریافتی مقایسه و تنظیم می‌کند. نقش تقویتی نیز دارد.
• شیرهای دروازه‌ای (GATE VALVE): برای قطع و وصل جریان سیال با حداقل مقاومت در حالت کاملاً باز. مناسب برای کنترل جریان نیستند.
• شیرهای پروانه‌ای (BUTTERFLY VALVE): برای کنترل جریان سیال در ظرفیت زیاد و فشار کم با عملکرد سریع و افت فشار کم.
• شیرهای یک ضرب یا سماوری (PLUG VALVE): با گردش ۹۰ درجه، مسیر سیال را باز یا مسدود می‌کنند و قابلیت ایجاد جریان چندراهه را دارند.

سیستم‌های کنترل آب تغذیه و روش‌های کنترل سطح درام

سیستم کنترل آب تغذیه در بویلرها با هدف ثابت نگه داشتن سطح آب دیگ در یک محدوده مشخص طراحی شده است.

• کنترل سطح آب تغذیه یک عنصری: سطح درام با تغییر آب ورودی کنترل می‌شود، اما در برابر تغییرات ناگهانی بار (مانند پدیده Priming که باعث افزایش کاذب سطح می‌شود) دچار اختلال شده و ممکن است به تریپ واحد منجر شود.
• کنترل سطح آب تغذیه دو عنصری: برای رفع مشکل Priming، علاوه بر سنجش سطح درام، دبی بخار خروجی نیز اندازه‌گیری و مقایسه می‌شود. این روش، پایداری بیشتری را فراهم می‌کند، اما همچنان نمی‌توان از ثابت ماندن کامل سطح آب اطمینان داشت.
• کنترل سطح آب تغذیه سه عنصری: مدرن‌ترین و مؤثرترین روش که با استفاده از سه پارامتر (سطح درام، دبی بخار خروجی و دبی آب ورودی) و یک حلقه کنترل Cascade، نوسانات سطح درام را به حداقل می‌رساند. این سیستم با پیش‌بینی تغییرات و اعمال ضرایب مناسب، پایداری و ایمنی را به حداکثر می‌رساند.

تغییرات سطح درام در شرایط مختلف بهره‌برداری:

• افزایش سریع فلوی آب تغذیه: افت اولیه سطح به دلیل تقطیر جزئی بخار و جذب آب بیشتر توسط بویلر.
• افزایش تدریجی فلوی بخار (فشار ثابت): سطح درام تغییری نمی‌کند.
• افزایش حرارت کوره یا دمای آب ورودی: سطح درام افزایش می‌یابد.
• افت جزئی فشار بخار: ابتدا سطح افزایش و سپس کاهش می‌یابد (پدیده Swelling).

هدف نهایی کنترل سطح درام، ایجاد توازن بین دبی آب تغذیه ورودی و دبی بخار خروجی و ثابت نگه داشتن سطح درام در محدوده مشخص، با وجود تغییرات بار است.

عملکرد کنترلی والوهای ۳۰% و ۱۰۰% (RL31S004 و RL32S004)

در سیستم کنترل آنالوگ این والوها:

• سیگنال سطح درام با مقدار ست پوینت مقایسه می‌شود.
• فلوی بخار خروجی (RL10F002) به عنوان ورودی مثبت و فلوی آب ورودی به درام به عنوان ورودی منفی مقایسه می‌شوند.
• خروجی‌ها پس از پردازش در کنترل‌کننده‌های PI و P و از طریق مبدل جریان به فشار (I/P) به پوزیشنر والوها اعمال شده و موقعیت آنها را تنظیم می‌کنند.
• سیگنال‌های اختلاف فلو و سطح، ورودی‌هایی برای کنترل دور پمپ‌های آب تغذیه نیز هستند (سیگنال WATER STEAM BALANCE) که در شرایط خاص مانند خروج یک FD.FAN از مدار، به عنوان پیش‌بینی‌کننده عمل می‌کنند.

نحوه عملکرد والوها در تناژهای مختلف:

• تناژ کمتر از ۳۰% (حدود ۱۶۰ t/h): کنترل والو ۳۰% فعال است.
• تناژ بیشتر از ۳۰% (بیش از ۱۶۰ t/h): کنترل والو ۱۰۰% باز شده و کنترل فلوی آب تغذیه را بر عهده می‌گیرد و والو ۳۰% بسته می‌شود.
• والو ۱۰۰% رزرو (موتوری): در صورت نقص در والوهای ۳۰% و ۱۰۰%، به صورت دستی برای جلوگیری از تریپ واحد استفاده می‌شود.

کنترل پنوماتیک عملگرهای کنترل والوها

در کنترل والوها، محرک‌های پنوماتیکی (بادی) شامل پوسته، دیافراگم/پیستون، ساقه، کوپلینگ و فنر، با اعمال فشار هوا باعث حرکت ساقه و باز یا بسته شدن والو می‌شوند. پوزیشنر نیز با گرفتن فیدبک از حرکت ساقه، موقعیت والو را به صورت آنالوگ و متناسب با سیگنال ورودی (جریان الکتریکی ۴-20mA یا فشار هوا ۰.۲-۱ بار) کنترل می‌کند.

• Normally Close: محرک در صورت عدم وجود فشار هوا، بسته است.
• Normally Open: محرک در صورت عدم وجود فشار هوا، باز است.
• Double Acting: محرک‌های پیستونی که در آنها از فنر استفاده نشده و حرکت در هر دو جهت با فشار هوا انجام می‌شود.

مشخصات فنی کنترل والو ۳۰% (RL31S004) و ۱۰۰% (RL32S004):

نکات مهم:

• والوها با فشار هوا باز و با نیروی فنر بسته می‌شوند.
• با قطع سیگنال الکتریکی به پوزیشنر، کنترل والو بسته می‌شود.
• با قطع یا کاهش هوای تغذیه، والو در موقعیت قبلی خود باقی می‌ماند (به دلیل Air Lock).
• مشخصه عملکرد اکچویتور (میزان حرکت ساقه نسبت به سیگنال ورودی) خطی است.

مطالعه بیشتر