SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Средства автоматизированного мониторинга резервуарного парка химических реагентов ТЭЦ

Безаварийная работа ТЭЦ зависит от хорошего качества воды, а оно достигается с помощью специализированных систем, дозирующих различные химические реагенты. Московская компания ЗАО «Альбатрос» производит оборудование, предназначенное для построения таких систем, – уровнемеры, сигнализаторы предельного уровня и контроллеры.

ЗАО «Альбатрос», г. Москва

albatros_logo.gif

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 в нем играет широкое применение химических реагентов. Поэтому на современных ТЭЦ для хранения этих активных веществ организованы целые товарные парки, где необходимо непрерывно контролировать состояние уровня хранящихся кислот, щелочей и других реагентов.

Оборудование, с помощью которого ведется этот контроль, должно отвечать ряду требований, а именно отличаться:
- 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 химического реагента и от стойкости к его воздействию средства контроля. Контактный поплавковый уровнемер Гамма-ДУУ2/ДУУ4МА выполнен из нержавеющей стали 12Х18 Н10 Т 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 у заказчика сомнение, 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 и 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. Эти средства включают в себя уровнемер Гамма-ДУУ2 или уровнемер ДУУ4МА и сигнализатор предельного уровня СУР‑7.

Рис.1.png

Рис. 1. Структура контактного способа контроля уровня в емкостях хранения

Уровнемеры Гамма-ДУУ2 и ДУУ4МА обязательно имеют в своем составе датчики типа ­ДУУ2М и различаются вторичными приборами в разном конструктивном исполнении, к ним относятся:
- 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.

Основные технические и метрологические характеристики уровнемера Гамма-ДУУ2 определяются датчиками ДУУ2М и сведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики поплавковых датчиков уровня ДУУ2М

Таб.1.png

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. Впрочем, вероятность такого использования полностью исключена – это гарантирует закрытый информационный формат канала связи 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, при реализации 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 особовзрывобезопасным 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, то есть сообщает, «залит» он или «сухой». При контактном способе контроля часто возникает задача наблюдать за двумя предельными уровнями (мониторинг двух предельных уровней) в емкости: на одном сигнализатор предотвращает переполнение, на втором – опорожнение. В этом случае одного комплектного сигнализатора СУР‑7 оказывается достаточно 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 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 АСУ ТП, используя свой второй информативный выход. Важной функцией ПВС7 является выработка искробезопасного питания датчиков ДПУ7. Благодаря ПВС7, СУР‑7 реализован как особовзрывобезопасный 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.

Рис.2.png


Рис. 2. Структура бесконтактного способа контроля уровня в емкостях хранения

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, то есть основное время его состояние «сухой» и лишь в момент возникновения аварийной ситуации датчик ДПУ7 оказывается погруженным в химический реагент. Таким образом, реализуется псевдобесконтактный способ мониторинга положения уровня жидкости.

Как и в случае с уровнемерами Гамма-ДУУ2, основные технические и метрологические характеристики уровнемера Гамма-РДУ1 определяются датчиками РДУ1 и сведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики радиоволновых датчиков уровня РДУ1

Таб.2.png

В основе работы датчика РДУ1 лежит радиолокационный метод. Частотно-модулированный сигнал сверхвысокой частоты излучается в направлении поверхности продукта, и, отразившись от нее, принимается антенной датчика. Дальность до поверхности продукта пропорциональна разностной частоте принятого и излучаемого сигнала. Модели датчиков различаются между собой типами антенн, в описываемых приложениях в качестве антенны выбран рупор диаметром 130 мм.

Идеология построения бесконтактного уровнемера Гамма-РДУ1 та же, что и у контактного уровнемера Гамма-ДУУ2:
- невозможность использования датчика отдельно от вторичного прибора (контроллера);
- для вида взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» ограничение 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 между резервируемыми (обладающими двумя независимыми источниками контроля) контактным и бесконтактным способами слежения за положением уровня является отсутствие 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 заключение можно сделать вывод, что предлагаемые автоматизированные решения задачи контроля положения уровня химически агрессивных сред, основанные на контактных и бесконтактных способах, полностью соответствуют требованиям технологического процесса хранения химических 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 удобно для обслуживающего персонала, благодаря функционалу контроллера, имеющего местную индикацию измеряемых параметров, способного интегрироваться в состав АСУ ТП, сигнализировать и регулировать по установленному алгоритму.

Верность данных заключений доказывает многолетняя эксплуатация подобных измерительных комплексов на ТЭЦ Москвы и Московской области [3].


Список литературы

1. Дубасов Ю. Б. Технологии взрывробезопасного мониторинга // Промышленные АСУ и контроллеры. 2007. № 9.
2. Дубасов Ю. Б. Автоматизирован­ные технологии взрывобезопасного мониторинга для установок подготовки нефти // Тезисы докладов научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений». Уфа, 2008.
3. Дубасов Ю. Б. Средства автоматизированного мониторинга состояния мазутного хозяйства ТЭЦ//Промышленные АСУ и контроллеры. 2012. № 2.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(42)_2012

Ю. Б. Дубасов, к. т. н., заместитель коммерческого директора
ЗАО «Альбатрос», г. Москва,
тел.: (495) 921‑4173,
e‑mail: market@albatros.ru,
www.albatros.ru