Siemens: Generálka technologií Červeného mlýna

• Foto

V rámci teplárny pracují spalovací turbína, spalinový kotel a parní protitlaká turbína o celkovém elektrickém výkonu 95 MWe a tepelném výkonu 86 MWt. Generální opravu spalovací turbíny a generátoru zajistila za Siemens divize Power Generation Services. Kromě této náročné akce koordinovaně proběhly také dva další paralelní projekty, a to výměna řídicího systému a modernizace rozvodny.

Příprava na generální opravu začala přibližně tři roky před začátkem odstávky prvními diskuzemi o rozsahu revize. Bez nadsázky lze ale říci, že v rámci komplexního servisního přístupu příprava započala po skončení posledního servisu, kdy se ze shromážděných dat z předcházející generální opravy a provozních údajů prováděly analýzy stavu turbíny. V potaz byly brány zkušenosti nabyté při opravách těchto turbín prováděnými firmou Siemens. Jednání mezi Teplárny Brno a Siemens bylo zaměřeno na přípravu nabídky toho skutečně nejvhodnějšího řešení.

„Hlavním úspěchem projektu byla důkladná a včasná příprava před generální opravou a v době realizace úzká spolupráce a otevřená komunikace mezi členy jednotlivých týmů a managementem. Vedení projektu, konstrukce, technici, všichni měli stejný cíl – dodržet časový harmonogram a dodat tu nejvyšší možnou kvalitu a techniku,“ říká Jaroslav Lahoda ze společnosti Siemens, který měl projekt za Siemens, s.r.o. na starost.

TURBÍNA JE NYNÍ SPOLEHLIVĚJŠÍ

Spalovací turbína značky Siemens na Červeném mlýně patří mezi nejsložitější technická zařízení klasické energetiky. Vychází z konstrukce turbín řady V 84 a V 94 a pracuje na podobném principu jako letecký proudový motor. Tomu musí odpovídat i péče o její technický stav. I když byla generální oprava rozplánována na pouhých deset týdnů, její příprava trvala zmíněné tři roky.

Výheň v turbíně

Nejvíce problematickou částí turbíny je spalovací komora a komponenty stroje, kterými procházejí horké plyny ze spalování, jejichž teplota dosahuje až 1 200°C. Životnost komponentů se přepočítává podle počtu provozních hodin a startů turbíny, při nichž dochází k největším teplotním degradacím. V případě Červeného mlýna se interval mezi generálními opravami pohybuje mezi pěti až šesti lety (v závislosti na provozních hodinách stroje). V minulosti byly již provedeny dvě, ta první v roce 2003 a druhá v roce 2009.

Nedílnou součástí opravy byla technická zlepšení spalovací turbíny, která nelze provést při běžných krátkodobých revizích. Proběhla výměna vysoce exponovaných částí stroje, jež zvýší jeho spolehlivost a bezpečnost. Například byla optimalizována průchodnost předsměšovacích hořáků, vyměněny antipumpážní klapky a přemístěno potrubí hydraulického zvedacího oleje. Technického zlepšení doznal i generátor – byl vyměněn rozváděcí kruh chlazení vinutí generátoru, který je nyní odolnější vůči poškození a jeho nová geometrie zajistila lepší rozvod chladicího vzduchu.

Hlavice hořáků z 3D tiskárny

Při opravě spalovací turbíny Siemens jako první na světě použil technologii 3D tisku u velkých spalovacích turbín – touto cestou vznikly tři z dvaceti čtyř hlavic směšovacích hořáků, v nichž se mísí vzduch s plynem. Jedná se o tvarově složitou součást zařízení, a pokud by se vyráběla klasickým obráběním, proces by trval téměř jeden rok. Z 3D tiskárny součástka vyjede za čtyřiadvacet hodin, a její výroba tak představuje zajímavou finanční a časovou úsporu.

Aditivní výroba zaměřená na spalovací turbíny „3D tisk“

Aditivní výrobu lze aplikovat na mnoho oborů, vedle energetiky se jedná například o automobilový průmysl, zdravotnictví (náhrady, implantáty) i věci denní potřeby. Zvlášť zajímavé je to u výrobků, u kterých musí výrobci garantovat dlouhou životnost. Pokud se například poškodí turbína, kterou výrobce již nevyrábí a neexistují náhradní díly na skladě, aditivní výroba umožní pouze na základě výkresů vyrobit náhradní díl přímo na míru.

U aditivní výroby v energetice se Siemens zaměřuje na spalovací turbíny. Nejprve vznikne model části v návrhovém systému NX od společnosti Siemens PLM. Aditivní výroba probíhá tak, že se 400 W laserovým paprskem ozařují a žhaví tenké vrstvy kovového prášku, který se spéká do požadovaného tvaru. Jedná se o tzv. selektivní tavení laserem (SLM – Selective Laser Melting), které patří k technologicky nejnáročnějším metodám aditivní výroby. Od roku 1995, kdy selektivní tavení laserem vyzkoušeli vědci v německém Fraunhoferově institutu, nachází tato sofistikovaná metoda stále širší uplatnění.

Společnost Siemens předpokládá, že 3D tisk v energetice v budoucnu zrychlí výrobu průměrně až o 75 procent, výrazně se zkrátí opravy i výměny. Aditivní výroba umožňuje individuálně vyrábět jednotlivé komponenty či malé série při zachování velmi nízkých nákladů, přináší výrazně kratší inovační cyklus nebo dokáže, díky velké přesnosti, ušetřit materiál. To i v případech, kdy se jedná o velmi komplikované tvary částí. Aditivní výroba přináší optimalizovaný design (sníženou hmotnost, zvýšenou pevnost, lepší obslužnost) a nejsou při ní potřeba žádné skladové zásoby.

V oblasti spalovacích turbín dnes Siemens používá aditivní výrobu na malé součástky kompresoru, spalovací systém (hořáky, vířivé klapky, trysky, součásti chlazení) a samotnou turbínu (lopatky, statorové rozváděcí lopatky, malé tvarově složité díly).

V současnosti má Siemens několik svých 3D tiskařských center po celém světě – díly vyrábí v Berlíně, v anglickém Worcesteru ve společnosti Material Solutions, ve které Siemens v srpnu 2016 získal 85% podíl. Na počátku loňského roku byl ve švédském Finspångu dokonce otevřen nový závod Siemens, který se na aditivní výrobu přímo specializuje. V něm také byla již v červenci 2016 zahájena komerční aditivní výroba součástek pro spalovací turbíny.

DVĚ FÁZE VÝMĚNY ŘÍDICÍHO SYSTÉMU

Paroplynový blok Červený mlýn je zařízení s vysokým stupněm automatizace. Většinu manipulací provádějí operátoři pomocí operátorské stanice nadřazeného řídicího systému, který byl nyní modernizován. Původní řídicí systém s označením Siemens SPPA – T-2000, jenž v Brně sloužil od konce tisíciletí, byl nahrazen novým systémem SPPA – T-3000. Nový systém přináší větší spolehlivost, rychlost a v případě potřeby dostupné náhradní díly. Jeho prostřednictvím mohou celý blok obsluhovat pouze čtyři zaměstnanci – dva operátoři a dva pochůzkáři.

Výměna systému proběhla ve dvou fázích. V roce 2015 byly nahrazeny zastaralé servery T-2000 za nové T-3000 a uskutečnila se také s tím spojená výměna operátorského prostředí. Operátorské stanice jsou vlastně stolní PC pracující na MS Windows s JAVA jako terminál pro připojení do aplikačního serveru, který je srdcem řídicího systému SPPA T-3000. Toto řešení má, mezi jinými, tu výhodu, že uživatelská práva umožňují přihlásit se jako operátor nebo systémový inženýr a podle toho řídit provoz, měnit nastavení, prohlížet archivní data apod. Hlavní část procesu se odehrála během dvouměsíční odstávky na jaře v roce 2016, kdy bylo, mimo jiné, vyměněno řízení spalovací turbíny, kotle a také buzení generátoru a najížděcí měnič. Odzkoušení a uvedení do provozu spolu s opravenou turbínou a generátorem bylo provedeno během května, kdy bylo dílo kompletně dokončeno. Na projektu se podílel nejen Siemens, s.r.o., ale i odborníci ze Siemens AG a Siemens Maďarsko.

Při provozu teplárenského zdroje je velice důležitá spolehlivost zařízení. Proto byla paralelně s tímto projektem uzavřena i servisní smlouva, která obsahuje možnost vzdálené diagnostiky, podpory 24/7 a expresní dodávku náhradních dílu v případě potřeby. Nový řídicí systém do budoucna však umožňuje daleko víc. Nabízí se možnost provádění vzdálené diagnostiky strojní části a tedy zlepšení prediktivního servisu i strojního zařízení.

MODERNIZACE ZAPOUZDŘENÉ ROZVODNY 110 KV

Červený mlýn se nyní může pyšnit i zrekonstruovanou a rozšířenou zapouzdřenou rozvodnou 8DN9 110 kV, která slouží k transformaci elektřiny vyrobené v teplárně. Kontrakt na dodávku byl uzavřen v srpnu 2014, vlastní realizace proběhla od března do května 2016. Dodávku, instalaci i zkoušky celého zařízení měla na starost divize Energy Management, oddělení Customer Services. Z rozvodny je elektřina vedena dvěma vedeními do oblasti Obchodního centra IBC a do rozvodny Medlánky, kde dochází k napojení na elektrickou soustavu.

Teplárna Červený mlýn je připravena na další léta bezchybného provozu, což bylo hlavním cílem generální opravy. „Turbína byla opravena v rámci servisního programu a nyní je nachystána na dalších šest let bezproblémového fungování“, dodává Jaroslav Lahoda. Platí přitom, že provoz spalovací turbíny je sezónní, přes zimu vyrábí teplo a teplou vodu pro potřeby města, během letních měsíců poskytuje podpůrné služby. „Na špičkové kondici Červeného mlýna závisejí, mimo jiné, dodávky tepla a teplé vody pro Žabovřesky, Královo Pole a v přechodných obdobích i do sídlišť Lesná, Líšeň a Vinohrady. A elektřina, která tady vzniká spolu s teplem při kombinované výrobě, ročně stačí pro potřebu sta tisíc průměrných domácností,“ vysvětluje důležitost zařízení generální ředitel společnosti Teplárny Brno, a.s., Petr Fajmon.

Z podkladů Siemens, s.r.o.

Siemens: Overhaul of Red Mill equipment
The Brno heating plant called Red Mill, a part of the central system, which heats the central heating element in the Moravian capital, is a modern steam and gas source with the cogeneration of electricity and heat. The equipment has been in operation since 1998 and always requires a thorough overhaul after several years. The last one took place in the spring of 2016 under the direction of Siemens, which was the supplier of the gas turbines for Red Mill 19 years ago.

Autor

• (red)