Тенденции в развитието на вентили и задвижвания за електроцентрали

Бързото развитие на технологиите в областта на електрониката постепенно трансформира обхвата и функционалността на контролните системи в съвременните електроцентрали. Паралелно с това, повлиявани от политически и икономически стимули, се изменят и самите технологии за производство не енергия.

Глобалните програми за намаляване на въглеродните емисии са в основата на значителни инвестиции в областта на възобновяемите енергийни източници. Тези нови източници на зелена енергия, които обаче са с непостоянен характер, пораждат необходимостта от по-гъвкаво управление на конвенционалните електрически централи и повишават изискванията към процесите и компонентите им.

Множество иновации се прилагат в областта на вентилите и задвижванията за електроцентрали, чиито технически характеристики и възможности трябва да отговарят адекватно на бързо изменящия се пазар на енергия и новите технологии за производството й.

Иновации при вентилите и задвижванията

Вентилите и задвижванията са критични за почти всички аспекти на дейностите и процесите в съвременните електроцентрали. Те се използват в широка гама приложения, включително контрол на замърсяването, водоподаване и водоохлаждане, химическо третиране на технологичната вода, контролните системи за управление на дънната пепел в горивните съоръжения и на парните турбини и др.

Тези компоненти постоянно са изложени на агресивни условия: широк спектър от химически субстанции, абразивни флуиди и високи температури. Безпроблемното им функциониране е от критично значение за оптимизирането на ефективността на електроцентралите, като често биват поставяни в позицията на водещ контролен елемент в работата на тези съоръжения.

Въпреки че базовата технология на повечето вентили и задвижващи системи на пазара е останала непроменена през последните няколко десетилетия, налице са множество иновации в приложенията и модификации в дизайна, насочени към разрешаването на различни ключови проблеми в енергетиката.

Забележителни са новостите в областта на задвижванията, предназначени да намалят разходите за експлоатация на електроцентралите и да подобрят работата на вентилите. Усилията са насочени към подобряване на възможностите за прецизно дроселиране, които да осигурят по-добра работа на парните агрегати под високо налягане, турбините и др.

Принцип на работа при задвижванията

Задвижващите системи в електроцентралите регулират масовите и енергийни потоци чрез контрол на вентилите, клапаните и крановете. Задвижването и клапанът образуват общо устройство - контролния вентил. В работна среда задвижванията изпълняват много и различни последователности от движения, включително линейни, въртеливи и махаловидни. Те се задействат чрез пневматична, хидравлична или електрическа енергия.

В съвременните електроцентрали задвижващите системи получават контролни сигнали от системите за автоматизация. Тези сигнали се преобразуват в движения, така че кореспондиращият компонент от системата да заеме необходимата позиция в пространството. При контролните вентили това движение обикновено е линеен ход. При клапите, сферичните кранове или ротационните клапани се инициират въртеливи или махаловидни движения.

Новости в областта на задвижващите системи

В електроцентралите традиционно се използват пневматични задвижвания, които да задействат множеството контролни вентили в съоръжението. Съвременните достижения в технологията на електрическите задвижващи системи обаче спомагат за значително намаляване на експлоатационните разходи в такива обекти и ги правят все по-предпочитано решение от фасилити мениджърите.

Електрическите задвижвания са подходящи за непрекъснати работни цикли и за експлоатация в агресивни среди, като осигуряват множество предимства по отношение на функционалността за редица приложения. Сред тях са подобрена ефективност, по-малка нужда от поддръжка, усъвършенстван контрол на вентилите и т. н.

Тези задвижвания са базирани на нова технология, разработена да отговаря на специфичните изисквания на новата генерация електрически контролни вентили. Подобно на традиционните пневматични задвижки, електрическите задвижвания са в състояние да извършват постоянно модулиране за дълги периоди в рамките на жизнения цикъл на вентила.

Тяхно предимство е, че не се нуждаят от регулярно калибриране с течение на времето. Високите температури, химическите субстанции и други фактори на средата не оказват влияние върху точността и калибровката им. Така електрическите задвижвания могат да работят месеци и дори години без пренастройка. С допълнение към по-ефективната и икономична работа, те осигуряват и по-голяма сигурност и екологосъобразност.

Базова конструкция на вентилите и задвижванията за електроцентрали

Всяка електрическа централа, независимо от нейния вид, разполага със стотици различни типоразмери и модели вентили, всеки управляван от задвижваща система. Вентилите се използват за спиране и пускане на потоци от флуиди, намаляване или увеличаване на дебита, контрол на посоката, регулиране на потока и налягането и др.

Основната конструкция на тези устройства не се е променила много през годините, но с подобряването на технологиите при материалите и производствените метод са нараснали изискванията към устойчивост на високи температури, налягания и натоварване.

Задвижванията играят ролята на свързващ елемент между клапана и управляващата система. Ефективността на електроцентралата зависи от прецизното управление на този свързващ процес. Самото задвижване представлява мотор, монтиран към предавателна кутия, който задейства клапана.

Иновациите в областта се дължат на все по-богатите възможности на електронните компоненти на вентилите и задвижките, развитието на технологиите в областта на автоматизацията и отдалечения мониторинг и контрол.

Съвременните модели могат да бъдат управлявани и наблюдавани дистанционно от централизирани контролни пунктове в електроцентралите, като чрез инсталирани сензори, датчици, трансмитери и различни измервателни средства се следят работните им параметри. Системата изпраща голямо количество разнородни данни към платформа за контрол и мониторинг, която ги обработва и анализира и във всеки един момент разполага с актуална информация в реално време за статуса на всеки вентил и задвижващ механизъм.

Пневматични и хидравлични задвижвания

Сред новостите в областта на пневматичните и хидравлични задвижвания за електроцентрали са интелигентите позициониращи системи, както и някои технологични иновации в сферата на пневматичното задвижване.

В електроцентралите типично функционират множество бутални и ротационни задвижващи механизми, които са базирани основно на шлицови или диафрагмени съединения на контролните вентили.

Пневматичните задвижвания, оборудвани с интелигентни позиционери, могат да се мерят по ефективност с електрическите задвижвания, както и по отношение на защита от отказ при загуба на контролен сигнал със значително по-ниски оперативни разходи. Основно предимство на хидравличните задвижващи системи е способността им да постигат високи въртящи моменти.

Някои производители предлагат на пазара линейни задвижвания, които могат да бъдат модифицирани и за ротационни движения посредством зъбна предавка. Тази конфигурация типично разполага с помпа със стъпков сервомотор с цифрово управление, която осигурява по-висока прецизност на позиционирането в сравнение с пневматичните задвижващи системи.

Хидравличните задвижвания се използват дори и в приложения като позициониране на контролните клапани на малки турбини. Задвижването е свързано чрез кабел към електронна контролна кутия за програмиране, разположена в близост. Чрез нея се извършват конфигуриране и калибриране на системата, като за целта кутията се монтира на удобно и безопасно място встрани от технологичния процес.

Системна интеграция

Основната функция на задвижванията е да отварят и затварят клапите на вентилите. С разработката на все по-усъвършенствани контролни технологии и интелигентни задвижвания, тези устройства придобиват множество нови приложения като част от инструментите за диагностика и поддръжка на разпределените контролни системи (DCS) в съвременните електроцентрали.

Механичната работа на задвижванията е свързана с клапаните, които задействат, необходимия ход/въртящ момент, размер на фланците и изходна скорост на преминаващия флуид. Допълнителни изисквания към тези системи задават стандартите за устойчивост на вибрации, температури и др. Връзката им с разпределените контролни системи се осъществява посредством стандартен комуникационен интерфейс.

Семейството индустриални комуникационни интерфейси, използвани за разпределен контрол в такива системи, е Fieldbus. Този тип комуникация е създадена като аналог на простите еднопосочни кабелни връзки между полеви устройства (например задвижвания) и техните контролни системи.

Интелигентните задвижвания

могат да изпращат и диагностична информация за състоянието на вентила към контролната система, както и да осъществяват мониторинг на работните условия и да локализират неизправности. Интегрирането на интерфейс за Fieldbus съвместимост превръща тези устройства в решения за отдалечен мониторинг и диагностика, както и дистанционно конфигуриране и тестване.

В съвременните електроцентрали между полевите устройства и контролните системи се осъществява трансфер на огромен обем данни от различни източници и с разнороден характер. Надеждната и безпроблемна системна интеграция на физическата архитектура и информационните технологии чрез комуникационни протоколи и интерфейси за данни е ключова за ефективността и безопасността на съоръженията.

Възможностите за безпроблемно свързване на технологии от различни производители е от съществено значение с оглед пренасищането на пазара с множество различни продукти за едно и също приложение. Вече не е от значение единствено съответствието в механичния дизайн, важно е и да е налице съвместимост в комуникационните стандарти на отделните компоненти.

Тестване на вентилите и задвижванията

Наличието на оперативна съвместимост между отделните устройства в системите, функциониращи в електроцентралите, се осигурява чрез тестване, което да гарантира, че отговарят на необходимите изисквания. Типично се проверяват възможностите за интеграция в разпределена контролна система.

За целите на тези изпитвания е създаден стандартизираният език EDDL (език за описване на електронни устройства), който се използва за описване на параметрите на полевите и контролните устройства и минималните и максималните им стойности с цел тестова диагностика.

За безпроблемна работа на устройствата в една система е необходима пълна оперативна съвместимост на комуникационните и работните им параметри. При съвременните интелигентни устройства интеграцията в разпределени контролни системи става все по-лесно. Смарт задвижванията могат да бъдат настроени така, че да задействат аларми при достигане на минималната или максимална стойност на даден параметър при провеждане на тестовете за системна интеграция.

Те са в състояние дори да регистрират данните от измерванията в собствени дата логери (регистратори за данни), полезни и при реалната им работа в електроцентралите. Възможностите за звукова и светлинна индикация, които са налице при усъвършенстваните вентили, задвижвания и контролни системи благодарение на интегрираните в тях електронни компоненти, позволяват лесно и бързо тестване, навременна и адекватна сигнализация в работна среда при наличието на неизправност или критични нива на даден параметър и др.

Поддържане на постоянна висока ефективност във времето

Електроцентралите се експлоатират в продължение на десетилетия, като при топлоелектрическите и атомните централи този период обикновено е около 50 години. Собствениците и операторите на тези съоръжения се стремят да удължат експлоатационния им живот, както и този на отделните им системи и агрегати.

За тази цел през последните години се инициират мащабни инвестиции и проекти за обновяване на остарелите активи с модерни и високоефективни технологии, които да осигурят дълъг живот, безпроблемна и икономична работа, безопасност и улеснена поддръжка на електроцентралите.

Бързото развитие на технологиите в сферата на електрониката предлага на инсталаторите и системните интегратори на решения за автоматизация, контрол и мониторинг множество нови възможности по отношение на задвижващите механизми, клапаните и вентилите.

Понякога обаче не всички компоненти на съществуващите съоръжения са подходящи за ретрофит.

Много задвижващи и контролни системи в по-старите електрически централи не са съвместими с модерните електронни системи. Така единственото възможно решение се оказва подмяна на старите задвижвания и вентили с нови такива, които да подсигурят безпроблемна работа на системите.

Старите механични или електрически задвижвания типично са с прогнозен експлоатационен живот от 25 или 30 години, като обикновено поддръжка е извършвана само на устройствата, които са били в неизправност, а останалите са оставяни да работят колкото издържат до настъпването на критична или неотстранима повреда. Маслените уплътнения и О-пръстените в такива съоръжения стандартно имат полезен живот около 10 и 15 години.

Ето защо при мащабен ретрофит на съоръженията в електроцентралите е добре да бъде извършена прецизна диагностика на всички компоненти. Освен на осигуряването на оперативна съвместимост е добре да се обърне внимание и на елементите от системата, които към момента са в изправност, но чийто прогнозен експлоатационен цикъл е възможно да изтече само няколко години след подмяната и да причини сериозна авария на новото и скъпо оборудване.

При оценяването на предимствата и недостатъците от инициирането на проект по цялостна подмяна на вентилите и задвижванията в действащите електроцентрали е необходимо да бъдат отчетени разходите за закупуване на новите устройства, техния монтаж и пригаждане към съществуващите системи. Ползите от реализацията на подобна инициатива във финансов, екологичен и социален аспект (с оглед повишената безопасност на съоръженията) е добре да бъдат разглеждани в дългосрочен план.