Системи за управление на горелки

• Производителите на оборудване за технологична топлина все по-масово интегрират в горелките специални технически средства за управление, известни като BMS системи
  
  
• Основната им функция е да гарантират безопасна и ефективна работа на горелките с минимални емисии и разход на гориво
  
  
• Сред водещите сектори на приложение на BMS системите са енергетиката, химическата индустрия, нефтено-газовият сектор и др.

В енергетиката, промишлеността и нефтено-газовата индустрия се използват разнообразни типове подгреватели на технологични флуиди или продукти за преработка с директно и индиректно възпламеняване на горивото. Тези агрегати използват горелки, чието стартиране, експлоатация и изключване влияе не само върху ефективността на горивния процес и на системата в цялост, но може да създаде и сериозни рискове за безопасността на персонала и материалните активи. Ето защо производителите на оборудване за процесна топлина все по-масово интегрират в конструкцията на горелките специални технологии и технически средства за управление, известни в международната практика под общото название BMS системи (Burner Management Systems).

Предназначение, функции и компоненти

BMS системите са инженерно решение за контрол на опасността от експлозия вследствие на неизправна работа на горелката и отоплителното оборудване или неправилното им използване. Важни задачи на тези системи са да минимизират разходите за гориво и изискванията за поддръжка, както и продължителността на престоите.

Сред водещите сектори на приложение на BMS системите са енергетиката, химическата индустрия, нефтено-газовият сектор и други отрасли и процеси, в които се използва промишлено оборудване за генериране на технологична топлина чрез възпламеняване на гориво. Такива са и подгревателите за термична/химична преработка, линейните подгреватели и някои хоризонтални сепаратори.

Системите за управление на горелки могат да осъществяват контрол върху запалителния модул и горивния процес чрез пламъчни детектори, както и върху различни изпълнителни механизми като спирателните клапани. Най-общо BMS устройствата представляват комбинация от технически средства за управление и мониторинг на температурата в подгревен съд, контрол на системите за безопасност с цел гарантиране на безрисковото стартиране, използване и изключване на горелките и управление на системите за автоматизирано подаване на гориво.

Основните компоненти на BMS системите включват:

• Горелка – устройството, в което горивото (газ, нафта, мазут и т. н.) се смесва с въздух и се възпламенява, за да се изгори с цел производство на топлинна енергия. Големите подгревателни системи обикновено са оборудвани с повече на брой горелки;
  
  
• Контролер – микропроцесорно устройство, използвано за управление на последователността на горивните и спирателните клапани и запалителните механизми и за управлението на процесите на прочистване (продухване), възпламеняване, изгаряне и изключване;
  
  
• Пламъчен детектор – устройство за регистриране на наличието или отсъствието на пламък в даден момент и иницииране на индикиращ резултата сигнал;
  
  
• Запалителен механизъм – перманентно интегрирано в системата устройство, което се грижи за подаване на енергия за запалване към основната горелка;
  
  
• Клапани/вентили – използват се за управление или спиране на потока на възпламенимия газ или масло в горивната система.
  
  

Основните функции на BMS системата включват гарантиране на безопасното стартиране на главната горелка, надеждна детекция на пламък, мониторинг на процеса и осигуряване на безопасни последователности от действия на автоматизираните системи и процеси за ефективно изгаряне на горивото/достигане на желаната производителност или температура и безопасно изключване на горелката. Други задачи на тези технически средства включват:

• Подпомагане/иницииране на запалването дори при различни от стандартните (но безопасни) работни условия;
  
  
• Мониторинг на горелката с цел детекция на рискови фактори или отклонения;
  
  
• Защита на оборудването и персонала при неизправна работа;
  
  
• Аварийно изключване и заключване на системата;
  
  
• Предотвратяване на стартирането на горелката и възпламеняването преди фазата на продухване на горивната камера да е приключила;
  
  
• Предотвратяване на стартирането при небезопасни условия;
  
  
• Контрол на последователностите на действие на отделните компоненти при стартиране и изключване;
  
  
• Защита от подаване на неподходящи количества гориво към системата;
  
  
• Мониторинг на статуса на отделните компоненти и обратна връзка за състоянието и работата им;
  
  
• Условно допускане на работа в даден режим при покриване на съответните минимални изисквания за безопасност;
  
  
• Автоматичен надзор на работата на оборудването и оповестяване на необходимост от т. нар. Master Fuel Trip (MFT) аварийно изолиране на горивната система при специфични рискови условия;
  
  
• Осъществяване на MFT изолиране/аварийно изключване при необходимост;
  
  
• Минимизиране на разхода на гориво и атмосферните емисии.

Автоматизирани BMS системи

Използваните за контрол и управление на горелките технически средства в индустрията и енергетиката могат да се интегрират в системата от производителя или от потребителя, поотделно (включително устройства с ръчно задействане и управление) или като цялостно и интегрирано автоматизирано решение. Последният вариант е най-привлекателен за повечето предприятия, тъй като осигурява значителни икономии на време, усилия и разходи, като същевременно гарантира висока надеждност, безопасност и енергийна ефективност на системата и не на последно място – безупречна оперативна съвместимост между отделните компоненти.

Макар на пазара да се предлагат и т. нар. ръчни BMS системи с пневматични елементи, които се управляват чрез контролирано от оператор подаване на газ/въздух за задействане на изпълнителните механизми, много по-популярни в съвременната практика са автоматичните системи с дигитален контрол. Най-често те се управляват от електронен блок с нисковолтово захранване. Една такава технологична платформа може самостоятелно да регистрира дали е възникнала необходимост горелката да бъде изключена или запалена отново, както и да извърши нужното действие автоматично. BMS системите без операторски надзор комуникират помежду си и с основния блок за управление/контролер чрез контролни клапани с ниско налягане. Тези вентили контролират и поддържат температурата на електрическите горелки чрез подаване на подходящото количество газ или друго гориво към системата. Възпламенителната система на автоматизираните BMS устройства е с електронно управление и не налага физическото присъствие на оператор в рисковата от възникване на пожар или експлозия зона.

Автоматизираните системи за управление на горелки обикновено включват следните специфични компоненти – съпротивителен температурен детектор (RTD), вентил за управление на електрическата горелка (т. нар. E-LO клапан) и електрически превключвател за ниво (за изключване при ниско ниво на технологичния флуид). RTD устройството измерва температурата на технологичния топлоносител и изпраща съответния електрически сигнал към клапана, за да регулира (увеличи или намали) количеството гориво. Ключово за тези детектори е да са с висока точност и повторяемост.
E-LO клапаните са контролни вентили с ниска мощност и ниско налягане, предназначени да управляват потока в приложения с налягане под 3 бара. Производителите ги използват често като основни контролни клапани на горелките в автоматизираните BMS системи.

Типове BMS системи и предимства

В практиката се използват основно два типа системи за управление на горелки – с интегриран или с отделен контрол. При първата група т. нар. инструментална система за безопасност (SIS) и основна система за управление (BPCS) са интегрирани в общо решение, докато при втората SIC и BPCS системите функционират поотделно. Предимствата на втория вариант се изчерпват основно с факта, че при отказ на едната система другата може да поддържа оборудването в безопасен работен режим. Ползите от комбинирания дизайн са много повече и сред тях са интегрираните (и с възможности за централизиран операторски контрол): команден интерфейс и софтуер, пламъчни и газови детектори, споделена работа и управление, диагностика, инструменти за безопасност и отстраняване на проблеми, инструменти за анализ на състояние, неизправности и аварии, модули за симулация и оптимизация и др. Благодарение на директната комуникация между двете системи, обединени в обща платформа, се постигат и много по-навременни реакции вследствие на по-бързия обмен на данни.

Сред предимствата при използването на автоматизирани BMS системи с интегриран дигитален SIC и BPCS контрол са още:

• n Минимални изисквания за намеса на оператор;
  
  
• n По-бързо изключване/включване;
  
  
• По-лесно възстановяване на стандартен работен режим при смущения в процесите;
  
  
• По-лесно интегриране на допълнителни компоненти и системи;
  
  
• Не е необходима външна/целева времева синхронизация;
  
  
• По-ниски разходи за хардуер и инсталация;
  
  
• По-малък брой резервни части;
  
  
• По-лесно и по-евтино проектиране и поддръжка;
  
  
• По-малък на брой операторски персонал, по-ниски разходи за труд;
  
  
• По-малко необходимо време (и разходи) за обучение и по-ниска сложност на системата;
  
  
• Подобрена достъпност.