Процесс водоподготовки в технологическом режиме работы ТЭЦ является одним из основных. Качество воды в операциях получения пара в котлах, его конденсации и охлаждения агрегатов напрямую определяет эффективность и безаварийность работы ТЭЦ.
Сам процесс водоподготовки включает несколько этапов, причем существенную роль играет широкое применение хим. реагентов. Поэтому на современных ТЭЦ для хранения этих активных веществ организованы целые товарные парки, где стоит задача непрерывного контроля за состоянием уровня хранящихся кислот, щелочей и других хим. реагентов.
Требования к оборудованию, с помощью которого ведется этот контроль, в основном, определяются:
- стойкостью к химически активным веществам;
- способностью измерять уровни продуктов с различными физико-химическими характеристиками с точностью до 1 мм;
- возможностью вести непрерывный объемный учет количества жидкости в резервуаре, если он является мерой вместимости;
- способностью сигнализировать обслуживающему персоналу и проводить безусловное отключение агрегатов при достижении положения уровня предельных значений по аварийному переполнению/опорожнению контролируемой емкости.
Следует отметить, что процессы автоматического управления в этих случаях практически не применяются, так как технологический процесс постоянно находится под наблюдением оператора.
Контроль за положением уровня жидкости может вестись одним из двух способов - контактным или бесконтактным. Выбор способа зависит от типа хим. реагента и стойкости к его воздействию средства контроля. Контактный поплавковый уровнемер Гамма-ДУУ2 / ДУУ4МА выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и фторопласта-4 /1/. Он может быть вооружен титановыми поплавками или поплавками из той же нержавеющей стали. Когда долговременная стойкость контактного уровнемера к агрессивной среде вызывает сомнение у заказчика, применяется бесконтактный радарный уровнемер Гамма-РДУ1 /2/.
Кроме того, в парк контрольных приборов входит контактный сигнализатор предельного уровня СУР-7. Основным его назначением является оповещение персонала или автоматическое отключение источника подачи продукта в емкость при возможном ее переполнении.
Для резервуара неслучайно выбраны два независимых источника контроля уровня - уровнемер и сигнализатор уровня. Реализованная таким образом функция дублирования, в первую очередь, связана с безопасностью эксплуатации хранилища химически активных жидкостей.
Структурная схема оснащения бака хранения средствами контактного контроля показана на рис.1. Они включают в себя уровнемер Гамма-ДУУ2 или уровнемер ДУУ4МА и сигнализатор предельного уровня СУР-7.
Уровнемеры Гамма-ДУУ2 и ДУУ4МА обязательно имеют в своем составе датчики типа ДУУ2М и отличаются вторичными приборами в разном конструктивном исполнении, а именно:
- датчик уровня ДУУ2М-10 для вертикальных резервуаров;
- датчик уровня ДУУ2М-02 для горизонтальных резервуаров;
- контроллер микропроцессорный Гамма-8М;
- блок сопряжения с датчиками БСД4.
- Сигнализатор предельного уровня СУР-7 состоит из:
- датчика предельного уровня ДПУ7;
- вторичного преобразователя ПВС7.
Рис.1 Структура контактного способа контроля уровня в емкостях хранения.
Основные технические и метрологические характеристики уровнемера Гамма-ДУУ2 определяются датчиками ДУУ2М и сведены в табл.1.
Таблица 1. Характеристики поплавковых датчиков уровня ДУУ2М
|
Наименование параметра |
Значение |
|
1. Технические характеристики: |
|
|
1.1 Длина чувствительного элемента (диапазон измерения), м |
от 1,5 до 25 |
|
1.2 Температура контролируемой среды, ОС |
от -45 до +120 |
|
1.3 Давление контролируемой среды, МПа |
до 2,0 |
|
1.4 Плотность контролируемой среды, кг/м3 |
от 600 до 1500 |
|
1.5 Температура внешней среды, ОС |
от -45 до +75 |
|
1.6 Степень защиты |
IP68 по ГОСТ 14254 |
|
1.7 Климатическое исполнение |
ОМ1,5 по ГОСТ 15150 |
|
2. Метрологические характеристики: |
|
|
2.1 Абсолютная погрешность измерения уровня взлива |
до ± 1 мм |
|
2.2 Абсолютная погрешность измерения температуры |
до ± 0,5 ОС |
Датчики уровня ДУУ2М работают по принципу магнитострикционного эффекта, относятся к контактным средствам измерения уровня. Имеют в своем оснащении поплавки постоянной (для измерения уровня взлива) и переменной, настраиваемой (для измерения уровня раздела несмешиваемых жидких сред) плотностей. Датчики устанавливаются вертикально на фланцевые соединения с диаметрами от 70 мм.
Оба датчика (ДУУ2М-10 и ДУУ2М-02) размещаются во взрывоопасной зоне, поэтому при разработке их конструкции учитывались соответствующие требования по безопасности применения. Функционально в уровнемере реализован вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», где собственно элементы, ограничивающие уровни токов и напряжений до уровней искробезопасности, размещены во вторичном приборе - контроллере Гамма-8М или блоке БСД4. Поэтому отдельное применение датчиков без вторичного прибора (Гамма-8М / БСД4) запрещено. Полностью исключить такую вероятность использования гарантирует закрытый информационный формат данных датчиков.
Контроллер Гамма-8М представляет собой двухканальный специализированный вторичный прибор щитового исполнения для подключения датчиков ДУУ2М производства ЗАО «Альбатрос». Он обеспечивает:
- взрывозащищенное электропитание подключенных датчиков;
- обработку поступающих от датчиков данных и расчет измеряемых данных;
- индикацию измеренных параметров;
- управление внешними устройствами посредством силовых ключей с программируемыми аварийными уставками (например, реализация интеллектуального многоканального сигнализатора предельных уровней) и стандартных токовых выходов;
- одновременное регулирование по любым двум измеренным параметрам;
- цифровой обмен по интерфейсу RS-485 с ЭВМ верхнего уровня.
Образованный таким образом уровнемер способен:
- измерять уровень жидкости в резервуаре высотой до 25 м;
- удалять датчики от контроллера на расстояние до 1,5 км;
- обеспечить вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» для взрывоопасных зон класса 1 (имеет маркировку «1Exib»).
Блок БСД4 является одноканальным прибором. По своему назначению и функционалу он соответствует «половинке» контроллера Гамма-8М. Отличием является конструктивное исполнение - блок крепится на DIN-рельс и устанавливается не на щит, а в шкаф автоматики потребителя. Кроме того, БСД4 относится к особовзрывозащищенным приборам (вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» для взрывоопасных зон класса 0 с маркировкой «0Exiа») и имеет информационный канал ввода градуировочных таблиц, что позволяет для емкостей, представляющих собой меры вместимости, вести объемный учет количества жидкости с погрешностью до 0,43%.
Сигнализатор предельного уровня СУР-7 представляет собой двухканальный прибор, способный одновременно контролировать до двух аварийных значений уровня жидкости. Собственно контроль за положением уровня жидкости ведет датчик предельного уровня ДПУ7, устанавливаемый на емкости непосредственно во взрывоопасной зоне. Он определяет наличие жидкости на высоте его установки, т.е. информационно сообщает - «залит» он или «сухой». При контактном способе контроля часто возникает задача контроля двух предельных уровней на емкости: одного - от переполнения, второго - от опорожнения. В этом случае одного комплектного сигнализатора СУР-7 оказывается достаточным для дискретного контроля емкости. Датчик ДПУ7 можно использовать как при горизонтальной, так и при вертикальной врезке в контролируемую емкость. Длина чувствительного элемента ДПУ7 ограничена 4 м, поэтому для вертикальных резервуаров (высотой более 4 м) нижняя аварийная уставка реализуема только при боковой установке ДПУ7. Для горизонтальных емкостей пользователь выбирает желаемый ему тип врезки датчика.
Непосредственную индикацию состояния датчика и формирование сигналов управления и оповещения выполняет вторичный преобразователь сигнализатора ПВС7. Имея в своем составе по два силовых ключа на каждую аварийную уставку, ПВС7 способен не только без промежуточных реле включать световую и звуковую сигнализацию, но и легко интегрироваться в состав АСУТП, используя свой второй информативный выход. Важной функцией ПВС7 является выработка искробезопасного питания датчиков ДПУ7. Благодаря ПВС7, СУР-7 реализован как особовзрывозащищенный прибор с видом взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» для взрывоопасных зон класса 0 (имеет маркировку «0Exiа»).
Структурная схема оснащения бака хранения средствами бесконтактного контроля показана на рис.2. Они включают в себя уровнемер Гамма-РДУ1 и сигнализатор предельного уровня СУР-7.
Уровнемер Гамма-РДУ1 состоит из датчика уровня радиоволнового РДУ1 и вторичного прибора, контроллера щитового исполнения Гамма-12. Сигнализатор уровня СУР-7 в данном случае используется только как средство контроля от переполнения емкости, т.е. основное время его состояния «сухой» и лишь на момент возникновения аварийной ситуации датчик ДПУ7 оказывается погруженным в хим. реагент. Таким образом, реализуется псевдо бесконтактный способ мониторинга положения уровня жидкости.
Рис.2 Структура бесконтактного способа контроля уровня в емкостях хранения.
Как и в случае с уровнемерами Гамма-ДУУ2 основные технические и метрологические характеристики уровнемера Гамма-РДУ1 определяются датчиками РДУ1 и сведены в табл.2.
В основе работы датчика РДУ1 лежит радиолокационный метод. Частотно-модулированный сигнал сверхвысокой частоты излучается в направлении поверхности продукта, отразившись от нее, принимается антенной датчика. Дальность по поверхности продукта пропорциональна разностной частоте принятого и излучаемого сигнала. Модели датчиков отличаются между собой типами антенн, в описываемых приложения в качестве антенны выбран рупор диаметров 130 мм.
Таблица 2. Характеристики радиоволновых датчиков уровня РДУ1
|
Наименование параметра |
Значение |
|
1. Технические характеристики: |
|
|
1.1 Диапазон измерения уровня, м |
от 0,5 до 25 |
|
1.2 Температура установочного фланца, ОС |
от -45 до +150 |
|
1.3 Температура контролируемой среды, ОС |
не ограничена |
|
1.4 Давление контролируемой среды, МПа |
до 12,0 |
|
1.5 Диэлектрическая проницаемость продукта |
не менее 1,9 |
|
1.6 Температура внешней среды, ОС |
от -45 до +85 |
|
1.7 Степень защиты |
IP66 по ГОСТ 14254 |
|
1.8 Климатическое исполнение |
ОМ1,5 по ГОСТ 15150 |
|
2. Метрологические характеристики: |
|
|
2.1 Абсолютная погрешность измерения уровня |
до ± 6 мм |
Идеология построения бесконтактного уровнемера Гамма-РДУ1 аналогична контактному уровнемеру Гамма-ДУУ2:
- невозможность использования датчика отдельно от вторичного прибора (контроллера);
- для вида взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» ограничения токов и напряжений до соответствующих уровней реализуется в контроллере Гамма-12;
- вторичный прибор обеспечивает местную индикацию измеренных параметров, реализует интерфейсы связи, способен выполнять функции программируемого интеллектуального сигнализатора и регулятора.
Принципиальным различием резервируемых (обладающих двумя независимыми источниками контроля) контактного и бесконтактного способов слежения за положением уровня является в отсутствии во втором случае дублирования факта аварийного опорожнения емкости из-за отсутствия постоянно погруженного датчика ДПУ7. Вместе с тем, радарный уровнемер способен контролировать уровень не только жидких, но и сыпучих продуктов.
В заключении можно сделать вывод, что предлагаемые автоматизированные решения задачи контроля положения уровня химически агрессивных сред, основанные на контактных и бесконтактных способах, целиком удовлетворяют требованиях технологического процесса хранения хим. реагентов и, в целом, оптимальны в данном приложении, а именно:
- комбинация непрерывного (уровнемер с разрешением до 1 мм) и дискретного (сигнализатор) контроля уровня продукта реализует схему дублирования от возможных аварийных ситуаций при сливе/наливе опасных жидкостей;
- применение контактного способа обеспечивает решение задачи контроля фактически независимо от геометрии резервуара, работу через узкие фланцы и нечувствительность к парению и волнению продукта;
- бесконтактный способ органично заменяет контактный, когда требуется повышенная стойкость к агрессии среды.
Кроме того, предлагаемое решение, благодаря функционалу контроллера, имеющего местную индикацию измеряемых параметров, способного интегрироваться в состав АСУТП, сигнализировать и регулировать по установленному алгоритму, удобно для обслуживающего персонала.
Верность данных заключений доказывает многолетняя эксплуатация подобных измерительных комплексов на ТЭЦ г. Москвы и Московской области /3/.
Ю.Б. Дубасов, к.т.н., заместитель коммерческого директора
ЗАО «Альбатрос», г. Москва
