Společnost JSP dodává monitoring chemického režimu pro Elektrárny Opatovice, a.s.

• Foto

Úvod

Společnost JSP, s.r.o. je přední český výrobce a dodavatel měření a regulace, který vyrábí a dodává především snímače pro měření teploty, tlaku, průtoku, hladiny, chemické analýzy a dalších veličin pro energetiku, chemii a ostatní odvětví průmyslu. JSP rovněž dodává kompletní I&C řešení pro výstavbu nových a rekonstrukce stávajících energetických celků. Jedná se většinou o ucelené dílo včetně kompletního inženýringu - od projektových prací, přes vlastní dodávky, montáž nebo šéfmontáž, testy a uvedení do provozu, až po zajištění záručního a pozáručního servisu, dodávek náhradních dílů a další potřebné podpory, jako je například pravidelná kalibrace čidel ve vlastní akreditované laboratoři (AKL) či ověření pro fakturační měření v autorizovaném měřicím středisku (AMS) JSP.

Mezi hlavní dodávky patří také „Systémy kontinuální chemické analýzy vody a páry v energetice“. Zažitá zkratka pro tyto systémy je SWAS (Steam and Water Analytical System).

Elektrárny Opatovice, dále jen EOP jsou jedním z velkých dodavatelů energií v České republice. Tato kogenerační uhelná elektrárna je součástí Energetického a průmyslového holdingu. Kromě výroby elektřiny elektrárna dodává teplo do několika měst, především do Hradce Králové a Pardubic. Ke kombinované výrobě elektrické a tepelné energie používá šest parních kotlů s práškovým spalováním, tři kondenzační, dvě odběrové a jednu protitlakou turbínu.

Právě pro kotle K2, K3, K5 a K6 realizuje v současné době společnost JSP nový monitoring chemického režimu. Realizace probíhá ve dvou etapách. První etapa instalace pro kotle K2 a K3 je nyní v roce 2017 právě dokončena a probíhají testy a uvedení do provozu. Druhá etapa realizace pro kotle K5 a K6 proběhne v roce 2018.

Účel chemické analýzy v energetických provozech

Kvalita, chemické složení a znečištění vody má přímý vliv na životnost a spolehlivost zejména blokových zařízení (kotlů a turbín) klasických i jaderných elektráren. Tyto parametry mají přímou vazbu na opotřebení a celkově na ekonomiku celého provozu. Úroveň některých chemických prvků či nečistot je v moderních provozech nutné monitorovat „on-line“, v reálném čase a s přímou vazbou do řídicího systému, tak aby obsluha mohla včas diagnostikovat stav a preventivně na měnící se parametry reagovat adekvátní úpravou či zásahem. Dnes je dokonce řízení chemie okruhů postaveno na úroveň řízení toku energie. Pomocí porovnání reakce a měřením na různých místech okruhu lze také například rychle diagnostikovat zdroj nečistot, odhadnout typ znečištění nebo poruchy chemie.

Řetězec vzniku informace o chemickém režimu od technologie k člověku zahrnuje:

• odběr vzorku z hlavního proudu média,
• úpravu vzorku (snížení teploty a tlaku či kondenzace páry na kapalinu),
• vlastní analýzu měřených hodnot,
• zpracování signálu (filtrace, mrtvé pásmo, …),
• přenos do databáze a zobrazení v DCS,
• informace o validitě měření (mohu naměřenému údaji věřit?),
• identifikaci příčiny poruchy a poškození technologie (varovný systém),
• zajištění vysoké bezpečnosti při provozu, obsluze a údržbě.

Předchozí již nevyhovující stav

V technologii EOP byly dosud instalovány pouze omezené prostředky pro sledování chemických parametrů. Chemické vlastnosti vody a páry byly sledovány prostřednictvím katexované a specifické vodivosti, přičemž byly měřeny vzorky přehřáté páry, syté páry, napájecí vody a kotelní vody všech kotlů.

Základem měření bylo dosud pouze vyhodnocování vodivosti. Měření ostatních parametrů (pH, fosfát, křemík, kyslík, …) nebylo kontinuální, ale bylo prováděno ručními odběry. Při pochůzce byl odebrán vzorek a následně byl v laboratoři změřen. Delší doba od odebrání vzorku po jeho analýzu neumožňovala přesné stanovení hodnot a měření bylo ovlivněno řadou vnějších činitelů.

Chemické složení páry a vod má přímý vliv na provoz a poruchovost zařízení pro výrobu a použití páry, především kotlů a turbogenerátorů. Nedodržování chemických parametrů mohlo vést k nadměrnému zatížení energetických zařízení a tím ke zkrácení jejich životnosti i snížení provozní spolehlivosti (tvorba nánosů i vyšší korozní rychlost).

SiO₂ se v kotelní vodě vyskytuje ve formě kyseliny H₄SiO₄, respektive H₂SiO₃. Do páry procházejí hlavně nedisociované (niontové) formy. Při expanzi v turbíně se snižuje rozpustnost v páře a vyloučený SiO₂ se usazuje na lopatkách turbín a spolu s ostatními látkami (oxidy železa, mědi, Ca, Mg, …) vytváří tvrdé, jen velmi obtížně odstranitelné nánosy. Projevují se růstem tlaku za C kolem VT dílu turbíny. Musí pak následovat promývání turbíny sytou parou s přídavkem louhu sodného, což je velmi nebezpečná a kritická operace.

Taktéž rozpuštěný kyslík zvyšuje rychlost koroze železných a měděných slitin a zvyšuje náchylnost k lokálním formám koroze materiálů. Zdrojem kyslíku bývá přisávání vzduchu na vakuové části okruhu voda-pára, nebo špatně fungující termické odplynění, případně okysličený zdroj přídavné vody nebo kondenzátu jdoucího do napájecí vody mimo termické odplynění v NN.

Riziko různých druhů korozí bylo vysoké:

• a) Chemická koroze – pochody, kdy na sebe působí vzájemně kov a okolní prostředí chemicky (vznik okují, vodíková koroze z rozkladu páry).
• b) Elektrochemická koroze - ve vodném prostředí.
• c) Místní (skvrnitá, důlková, bodová, mezikrystalická, selektivní).
• d) Celková - vyznačuje se stejnoměrností po celém povrchu.
• e) Kyslíková koroze - s kyslíkovou depolarizací v kapce vody, kde větraná část s obsahem kyslíku se stává katodou. Vytvořený elektrochemický článek rozpouští kov, a vzniká důlek, který zeslabuje stěnu. Nejčastěji k ní dochází na odstaveném a vypuštěném zařízení po špatném vypuštění.
• f) Vnější a vnitřní články - mezi kovem a jeho oxidy při styku s vodou, také soustava Cu - Fe.
• g) Vodíková koroze z rozkladu páry - způsobí křehnutí materiálu. Vzniká až za teplot nad 700°C, proto je nutná dobrá cirkulace vody v kotli.
• h) Mezikrystalická koroze - koroze vlivem agresivního prostředí na styčných plochách krystalů kovu. Šíří se do hloubky kovu. Následně vypadává z trubky kus materiálu nebo se vytvoří „škleb“.
• i) Plošná koroze - nejčastěji v kyselém nebo neutrálním prostředí vlivem účinku oxidu uhličitého.
• j) Selektivní koroze - ve slitinách, např. odzinkování mosazi.

Nové řešení monitoringu chemického režimu

Instalované technické řešení systému chemické analýzy vody a páry pokrývá celkové zjišťování provozně potřebných fyzikálně-chemických vlastností vody a páry, které umožňuje dálkově kontrolovat a registrovat všechny potřebné údaje v ŘS bez zásahů obsluhy. Řešení je provozováno v automatickém režimu a je trvale chráněno proti chybným manipulacím a nežádoucím provozním režimům pomocí jisticích prvků. Ty poskytují provoznímu personálu i personálu údržby všechny potřebné údaje ve formě, která zajišťuje bezpečný a ekonomický provoz technologie při minimálních nárocích na zatížení obsluhy.

On-line monitoring parametrů vody a páry představuje v porovnání s periodickými ručními rozbory v laboratoři zcela jinou kvalitu získaných informací. Kvalitní kontinuální monitoring parametrů vody a páry spojený s řádným vyhodnocením a využitím měřených hodnot k řízení technologie představuje především cenný nástroj k zefektivnění provozu a hlavně prodloužení životnosti zařízení.

V rámci realizace projektu jsou instalovány dva zcela nové, moderní systémy chemické analýzy vody a páry. Zkompletované panely úpravy vzorku JSP a panely s analyzátory SWAN jsou instalovány na novém montážním rámu, je zajištěn společný přívod chladící vody a společné odpadní potrubí pro odvod chladící vody, vzorků z jednotlivých analyzátorů a ručních odběrů. Odběrové trasy jednotlivých technologických médií jsou připojeny ke vstupu daného panelu úpravy vzorku (NV, KV, SP, PP) novým impulsním potrubím. Panely úpravy vzorku jsou pak propojeny nerezovým impulsním potrubím k jednotlivým analyzátorovým jednotkám. Odpad z analyzátorů a ručních odběrů je nakonec sveden nad nerezový žlab s mřížkou pro možnost odkládání lahví pro ruční kontrolní odběry.

Rozsah dodávek společnosti JSP zahrnuje:

• kompletní návrh řešení a projektovou dokumentaci,
• demontáž původních zařízení včetně potrubí a všech konstrukcí,
• dodávku dvou nových kompletních rámů s panely úpravy vzorků a analyzátory pro K2, K3 a K5, K6,
• nové odběrové potrubí vzorků od kotlů k panelům úpravy vzorků,
• dodávku potřebných kabeláží, skříní a elektro,
• přenos měřených veličin do řídicího systému a zobrazení na stanicích operátorů kotlů a CHUV,
• kompletní projekt, dodávky, instalaci a zprovoznění systémů,
• zhotovení a předání dokumentace skutečného stavu.

V rámci řešení jsou nahrazena dožitá měření vodivostí a dochází k rozšíření měření dalších parametrů:

• U napájecí vody je stávající analyzátor vodivosti AMI Deltakon Power rozšířen o online monitoring kyslíku a křemíku.
• Stávající měření vodivosti kotelní vody je nahrazeno měřením specifické vodivosti a doplněno měřením pH a měřením fosfátu.
• Měření vodivosti syté páry je nahrazeno měřením katexované vodivosti.
• U přehřáté páry je opět stávající měření nahrazeno měřením katexované vodivosti a doplněno měřením specifické vodivosti, monitoringem pH, měření úrovně čpavku a křemíku.

U všech měření je doplněn přenos měřených hodnot a vizualizace v řídicím systému.

Závěr

Řešení nového chemického monitoringu kotlů K2, K3 i budoucí instalace K5 a K6 v Elektrárnách Opatovice určitě přispěje k budoucímu ekonomickému, spolehlivému a bezpečnému provozu technologie těchto kotlů, stejně jako tomu je při podobných instalacích systémů kontinuálního měření chemického režimu realizovaných společnosti JSP. Z významných referencí lze uvést instalace pro ČEZ - nový paroplynový blok elektrárny Počerady 880 MW nebo instalaci kontinuálního měření chemie vody a páry rekonstruovaných bloků C, D a E (3x 250 MW) Prunéřova II v rámci jejich Komplexní obnovy, a pro Sokolovskou uhelnou pak instalace na teplárně a dvou paroplynových blocích Vřesová a na mnoha dalších energetických provozech v České republice i zahraničí.

JSP Monitors the Chemical Regime for Opatovice, a.s.
The Opatovice Power Station (EOP) is a major energy supplier in the Czech Republic. A cogeneration coal-fired power plant, it is a unit of Energetický a Průmyslový Holding. In addition to the generation of electricity, the plant also supplies heat to several cities including Hradec Kralove and Pardubice. The combined production of electric and thermal energy uses six steam boilers with powder burning, three condensing turbines, two exhaust turbines, and one counter-turbine. For the K2, K3, K5 and K6 boilers, JSP is currently implementing a new chemical monitoring regime. Implementation is taking place in two stages. The first installation phase, for the K2 and K3 boilers, was completed in 2017 and tests and commissioning are currently underway. The second stage of implementation, for boilers K5 and K6, will take place in 2018.

Autoři

• Ing. Fukač Petr MBA
• Ing. Horký Miroslav