ابزار دقیق در نیروگاه و بویلر: کنترل سهالمانی و پایش آب و دود
بویلر و نیروگاه، هم پرمصرفترین و هم حساسترین بخش بسیاری از کارخانهها هستند. اینجا اندازهگیری فقط برای دانستن نیست؛ سه هدف مشخص دارد: ایمنی (نبود آب در درام یعنی فاجعه)، راندمان (هر درصد هوای اضافی، سوخت است) و عمر تجهیزات (شیمی آب، لولهها را نگه میدارد یا نابود میکند).
۱) سطح درام و کنترل سهالمانی
سطح آب درام باید در محدودهٔ باریکی بماند: پایین رفتن یعنی خشک شدن و آسیب به لولهها، بالا رفتن یعنی ورود آب به بخار و آسیب به توربین. اما اندازهگیری سطح در درام یک پیچیدگی معروف دارد: پدیدهٔ انبساط و انقباض کاذب. وقتی بار ناگهان زیاد میشود و فشار میافتد، حبابهای بخار بزرگ میشوند و سطح بالا میرود، در حالی که آب واقعی در حال کم شدن است. یک کنترل ساده در این لحظه دقیقاً اشتباه تصمیم میگیرد و آب تغذیه را کم میکند.
راهحل استاندارد، کنترل سهالمانی است: سطح درام، دبی بخار خروجی و دبی آب تغذیه با هم دیده میشوند تا کنترل بر اساس تراز جرمی واقعی عمل کند. اجزای لازم:
- ترانسمیتر سطح درام با روش اختلاف فشار و ساق تر؛ محاسبهٔ رنج و ملاحظات آن در این مقاله آمده است. برای نمایش محلی مستقل هم نشانگر سطح مغناطیسی بایپس استفاده میشود که به برق نیاز ندارد.
- فلومتر بخار با جبرانسازی فشار و دما؛ جزئیات در اندازهگیری خط بخار و فلومتر ورتکس. نمونه فلومتر ورتکس کوبولد DVH.
- فلومتر آب تغذیه (معمولاً اوریفیس یا مغناطیسی) و شیر کنترل آب تغذیه؛ سایزینگ شیر را در مقالهٔ شیر کنترل و Cv ببینید.
- سوئیچ حد پایین سطح بهعنوان یک حلقهٔ حفاظتی مستقل از سیستم کنترل؛ به مقالهٔ لول سوئیچ مراجعه کنید.
۲) شیمی آب: خاموشترین عامل خرابی
سه اندازهگیری، عمر لولههای بویلر را تعیین میکنند:
- هدایت الکتریکی: مبنای کنترل بلودان. اگر بلودان کم باشد، املاح تغلیظ میشوند و رسوب میبندند؛ اگر زیاد باشد، انرژی هدر میرود. سنسورهایی مانند سنسور هدایت الکتریکی روزمونت 400-12 برای این کار استفاده میشوند؛ مبانی در مقالهٔ EC.
- اکسیژن محلول: عامل اصلی خوردگی حفرهای در اکونومایزر و لولهها. پس از هوازدا باید در حد بسیار پایین بماند؛ آنالایزرهایی مانند یوکوگاوا DO202G این کار را انجام میدهند. به اندازهگیری اکسیژن مراجعه کنید.
- pH: پنجرهٔ کاری باریک است؛ پایینتر یعنی خوردگی اسیدی و بالاتر یعنی رسوب. الکترود و ترانسمیتر مناسب را در مقالهٔ pH صنعتی معرفی کردهایم.
برنامهٔ کامل کنترل رسوب و خوردگی در سیستمهای آب را در این مقاله آوردهایم.
۳) احتراق و دودکش: جایی که سوخت صرفهجویی میشود
هوای اضافی زیاد یعنی گرم کردن هوای بیفایده و فرستادن آن به دودکش؛ هوای کم یعنی احتراق ناقص، دوده و مونوکسید کربن. تنظیم درست نسبت هوا به سوخت با آنالایزر اکسیژن دودکش انجام میشود که معمولاً از سنسور زیرکونیا در دمای بالا استفاده میکند؛ نمونه آنالایزر اکسیژن یوکوگاوا OX400. اندازهگیری دمای دودکش هم شاخص خوبی برای رسوبگرفتگی سطوح انتقال حرارت است: بالا رفتن تدریجی دمای دود یعنی راندمان در حال افت است. برای دماهای بالا، انتخاب سنسور و غلاف را در مقالهٔ اندازهگیری دمای بالا ببینید.
۴) سوخت و مشعل
دبی گاز یا مازوت مصرفی باید اندازهگیری شود تا بتوان مصرف ویژه (سوخت به ازای تن بخار) را محاسبه کرد. برای گاز، ملاحظات جبرانسازی فشار و دما را در مقالهٔ اندازهگیری دبی گاز آوردهایم. مدار ایمنی مشعل نیازمند پرشر سوئیچ با ریست دستی است تا پس از رفع خطا، سیستم خودبهخود راه نیفتد.
۵) توربین و تجهیزات دوار
در نیروگاه، پایش دور برای حفاظت اورسپید و کنترل حیاتی است؛ گزینهها را در مقالهٔ اندازهگیری دور موتور مقایسه کردهایم. دمای یاتاقانها معمولاً با RTD و ترانسمیتر چندکاناله پایش میشود؛ به مقالهٔ ترانسمیتر دما مراجعه کنید.
جدول خلاصه
بخش پارامتر هدف درام سطح، دبی بخار، دبی آب تغذیه ایمنی و پایداری آب تغذیه هدایت، اکسیژن محلول، pH جلوگیری از رسوب و خوردگی دودکش اکسیژن و دما راندمان احتراق سوخت دبی گاز یا مازوت محاسبه مصرف ویژه خط بخار فشار، دما، دبی جرمی توزیع و مدیریت انرژی تجهیزات دوار دور و دمای یاتاقان حفاظت برای انتخاب تجهیزات هر بخش و تدوین برنامهٔ کالیبراسیون آنها (نگهداری پیشگیرانه)، مشخصات بویلر و شرایط کاری خود را برای کارشناسان فن کنترل بفرستید.
بویلر و نیروگاه، هم پرمصرفترین و هم حساسترین بخش بسیاری از کارخانهها هستند. اینجا اندازهگیری فقط برای دانستن نیست؛ سه هدف مشخص دارد: ایمنی (نبود آب در درام یعنی فاجعه)، راندمان (هر درصد هوای اضافی، سوخت است) و عمر تجهیزات (شیمی آب، لولهها را نگه میدارد یا نابود میکند).
۱) سطح درام و کنترل سهالمانی
سطح آب درام باید در محدودهٔ باریکی بماند: پایین رفتن یعنی خشک شدن و آسیب به لولهها، بالا رفتن یعنی ورود آب به بخار و آسیب به توربین. اما اندازهگیری سطح در درام یک پیچیدگی معروف دارد: پدیدهٔ انبساط و انقباض کاذب. وقتی بار ناگهان زیاد میشود و فشار میافتد، حبابهای بخار بزرگ میشوند و سطح بالا میرود، در حالی که آب واقعی در حال کم شدن است. یک کنترل ساده در این لحظه دقیقاً اشتباه تصمیم میگیرد و آب تغذیه را کم میکند.
راهحل استاندارد، کنترل سهالمانی است: سطح درام، دبی بخار خروجی و دبی آب تغذیه با هم دیده میشوند تا کنترل بر اساس تراز جرمی واقعی عمل کند. اجزای لازم:
- ترانسمیتر سطح درام با روش اختلاف فشار و ساق تر؛ محاسبهٔ رنج و ملاحظات آن در این مقاله آمده است. برای نمایش محلی مستقل هم نشانگر سطح مغناطیسی بایپس استفاده میشود که به برق نیاز ندارد.
- فلومتر بخار با جبرانسازی فشار و دما؛ جزئیات در اندازهگیری خط بخار و فلومتر ورتکس. نمونه فلومتر ورتکس کوبولد DVH.
- فلومتر آب تغذیه (معمولاً اوریفیس یا مغناطیسی) و شیر کنترل آب تغذیه؛ سایزینگ شیر را در مقالهٔ شیر کنترل و Cv ببینید.
- سوئیچ حد پایین سطح بهعنوان یک حلقهٔ حفاظتی مستقل از سیستم کنترل؛ به مقالهٔ لول سوئیچ مراجعه کنید.
۲) شیمی آب: خاموشترین عامل خرابی
سه اندازهگیری، عمر لولههای بویلر را تعیین میکنند:
- هدایت الکتریکی: مبنای کنترل بلودان. اگر بلودان کم باشد، املاح تغلیظ میشوند و رسوب میبندند؛ اگر زیاد باشد، انرژی هدر میرود. سنسورهایی مانند سنسور هدایت الکتریکی روزمونت 400-12 برای این کار استفاده میشوند؛ مبانی در مقالهٔ EC.
- اکسیژن محلول: عامل اصلی خوردگی حفرهای در اکونومایزر و لولهها. پس از هوازدا باید در حد بسیار پایین بماند؛ آنالایزرهایی مانند یوکوگاوا DO202G این کار را انجام میدهند. به اندازهگیری اکسیژن مراجعه کنید.
- pH: پنجرهٔ کاری باریک است؛ پایینتر یعنی خوردگی اسیدی و بالاتر یعنی رسوب. الکترود و ترانسمیتر مناسب را در مقالهٔ pH صنعتی معرفی کردهایم.
برنامهٔ کامل کنترل رسوب و خوردگی در سیستمهای آب را در این مقاله آوردهایم.
۳) احتراق و دودکش: جایی که سوخت صرفهجویی میشود
هوای اضافی زیاد یعنی گرم کردن هوای بیفایده و فرستادن آن به دودکش؛ هوای کم یعنی احتراق ناقص، دوده و مونوکسید کربن. تنظیم درست نسبت هوا به سوخت با آنالایزر اکسیژن دودکش انجام میشود که معمولاً از سنسور زیرکونیا در دمای بالا استفاده میکند؛ نمونه آنالایزر اکسیژن یوکوگاوا OX400. اندازهگیری دمای دودکش هم شاخص خوبی برای رسوبگرفتگی سطوح انتقال حرارت است: بالا رفتن تدریجی دمای دود یعنی راندمان در حال افت است. برای دماهای بالا، انتخاب سنسور و غلاف را در مقالهٔ اندازهگیری دمای بالا ببینید.
۴) سوخت و مشعل
دبی گاز یا مازوت مصرفی باید اندازهگیری شود تا بتوان مصرف ویژه (سوخت به ازای تن بخار) را محاسبه کرد. برای گاز، ملاحظات جبرانسازی فشار و دما را در مقالهٔ اندازهگیری دبی گاز آوردهایم. مدار ایمنی مشعل نیازمند پرشر سوئیچ با ریست دستی است تا پس از رفع خطا، سیستم خودبهخود راه نیفتد.
۵) توربین و تجهیزات دوار
در نیروگاه، پایش دور برای حفاظت اورسپید و کنترل حیاتی است؛ گزینهها را در مقالهٔ اندازهگیری دور موتور مقایسه کردهایم. دمای یاتاقانها معمولاً با RTD و ترانسمیتر چندکاناله پایش میشود؛ به مقالهٔ ترانسمیتر دما مراجعه کنید.
جدول خلاصه
| بخش | پارامتر | هدف |
|---|---|---|
| درام | سطح، دبی بخار، دبی آب تغذیه | ایمنی و پایداری |
| آب تغذیه | هدایت، اکسیژن محلول، pH | جلوگیری از رسوب و خوردگی |
| دودکش | اکسیژن و دما | راندمان احتراق |
| سوخت | دبی گاز یا مازوت | محاسبه مصرف ویژه |
| خط بخار | فشار، دما، دبی جرمی | توزیع و مدیریت انرژی |
| تجهیزات دوار | دور و دمای یاتاقان | حفاظت |
برای انتخاب تجهیزات هر بخش و تدوین برنامهٔ کالیبراسیون آنها (نگهداری پیشگیرانه)، مشخصات بویلر و شرایط کاری خود را برای کارشناسان فن کنترل بفرستید.
