Dołącz do czytelników
Brak wyników

Prewencja

13 kwietnia 2022

NR 2 (Marzec 2022)

Pseudoprojekty S.A. – część III: energetyka

0 64

Czy w XV wieku można było być jednocześnie geologiem, matematykiem, inżynierem, architektem (budującym nie tylko studnie czy mosty, ale i fortyfikacje) i do tego jeszcze doskonałym wynalazcą (w tym także machin wojennych) oraz czy w tym samym czasie można było być także uznanym malarzem, rzeźbiarzem, muzykiem i pisarzem, a gdyby tego jeszcze było mało, to również odkrywcą, anatomem, filozofem i kartografem? Jaka wiedza ogólna i inżynierska jest wymagana współcześnie, aby pracować w biurze projektowym i realizować projekty, które bądź to w ich części, bądź też w całości są związane z systemami nadzoru stanu technicznego? Zanim padną odpowiedzi, przyjrzyjmy się kilku faktom, które miały miejsce w ciągu tuzina minionych lat.

PSEUDOPROJEKT-W: PARANOJE

Biuro projektowe przygotowało SIWZ dla dużego (~1GW) bloku energetycznego. W części dotyczącej nadzoru stanu technicznego jako wymagania sformułowano szereg ogólników. Ich redakcja była zrealizowana w sposób tak uniwersalny, że gdyby czytelnik zapisów nie wiedział, że chodzi o projekt dużego bloku na trzecią dekadę tego wieku, to mógłby jego finalizację relokować w czasie na dowolną dekadę drugiej połowy wieku minionego. W dokumencie można było znaleźć wątpliwej jakości kryterium definiujące maszyny, dla których systemy nadzoru mają być zastosowane. Pierwotnie wątpliwej, bo bazowało na mocy napędów, a nie na rzeczywistej krytyczności maszyn dla pracy bloku oraz wtórnie wątpliwej, gdyż ta moc graniczna była zdefiniowana 2–3 razy wyżej niż dla inwestycji już zrealizowanych kilkanaście lat wcześniej, a wyraźnie jest widoczny światowy trend, że wraz z upływającym czasem, w systemy monitorowania i zabezpieczeń są wyposażane maszyny o coraz mniejszej mocy. W SIWZ zredagowano równie wątpliwej jakości przyzwolenie na zróżnicowanie systemów nadzoru (SIWZ wyrażała bowiem zgodę na zastosowanie dwóch różnych systemów diagnostycznego nadzoru maszyn tego bloku2) oraz nie sformułowano żadnych wymagań odnośnie do SIL3 (czego można się było spodziewać, gdyż SIL w energetyce jest mało popularny), żadnych zabezpieczeń dotyczących standardów interfejsowania cyfrowego tak między systemami nadzoru, jak i tychże systemów z DCS, żadnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa cybernetycznego… długo by jeszcze wymieniać.
Więcej niż brak kompetencji projektantów było widać przy formułowaniu wymagań dla pomiarów włączanych do systemu nadzoru stanu technicznego. I tak m.in.: 

  • dla turbiny sformułowano wymóg zainstalowania pojedynczego czujnika dla monitorowania ekscentryczności dla korpusu WP; zauważmy, że coraz częściej w przypadku nowych bloków i turbin o najwyższej sprawności (a zatem minimalizujących do granic możliwości wybrane luzy mechaniczne), pracujących na parametrach nadkrytycznych, pomiar ekscentryczności realizuje się także dla pozostałych wirników; takie przypadki miały już miejsce w Polsce [2]; w świecie, na turbinach o dużej mocy celem zwiększenia pewności monitorowania ekscentryczności, bywa w tym celu wykorzystywany redundancyjny tor pomiarowy; 
  • w zakresie pomiarów temperatury metalu łożysk turbiny sformułowano wymóg ich realizacji „według zasady po dwa (2) czujniki w każdym punkcie pomiarowym”; wymóg jest jak najbardziej celowy z punktu widzenia kryterium zwiększenia niezawodności pomiarów; natomiast jest to wymóg wtórnej ważności, wymogiem bowiem pierwszoplanowym winno być kryterium poprawności instalacji czujników temperatury na maszynach: cóż z tego, że inwestor będzie dysponował pomiarami o podwyższonej niezawodności, jeśli te pomiary nie będą zainstalowane prawidłowo? W SIWZ nie sformułowano żadnego obwarowania zabezpieczającego inwestora w zakresie poprawności instalacji czujników w łożyskach4,5;
  • zażyczono sobie zrealizowania pomiarów „drgań względnych łożysk” – wymóg całkowicie błędny, gdyż drgania względne są mierzone nie dla łożysk, a dla wirników;
  • dla drgań sejsmicznych postawiono wymóg pomiaru „drgań bezwzględnych pokryw łożysk realizowanego według zasady 1 z 1 dla każdej pokrywy” i tu można mieć kilka zastrzeżeń do sformułowanego wymagania: 
  • dla turbiny dużej mocy winny być realizowane dwa (wzajemnie prostopadłe) pomiary sejsmiczne stojaków łożyskowych, a nie jeden;
  • najlepsza praktyka inżynierska każe mocować czujniki sejsmiczne bezpośrednio do łożysk, a nie do pokryw;
  • najnowszy standard ISO [3] wymaga współosiowej instalacji czujników sejsmicznych oraz drgań względnych (vide RAMKA #1);
  • dla turbozespołów dużych mocy jest widoczna wyraźna światowa tendencja do zastępowania pomiarów drgań względnych wirników przez pomiary drgań bezwzględnych wirników; w Polsce tego typu monitoring nie został jeszcze wdrożony w elektrowni5, natomiast profesjonalne biuro projektowe, w opracowanym rozdziale SIWZ dla tzw. pomiarów specjalnych, winno było postawić wymóg takiej instalacji czujników drgań sejsmicznych i względnych, która by umożliwiała, w przypadku wystąpienia takiej potrzeby, pomiary drgań bezwzględnych wirników, jak również winno było postawić warunek wykorzystania takiego systemu monitorowania stanu technicznego, który zapewniałby skonfigurowanie i pomiar takich drgań.

Reasumując, można stwierdzić, że dla turbozespołu dużej mocy, który winien pracować przez kolejnych 25…30 lat (a więc do połowy XXI wieku) z pomiarami wspomagającymi przez wiele lat ocenę stanu technicznego i ochronę jego integralność mechanicznej na miarę potrzeb współczesnych konstrukcji turbin, PSEUDOPROJEKT-W zaproponował system, który mógłby budzić zastrzeżenia już 30 lat temu z punktu widzenia jego atrakcyjności dla dostarczanych wtedy konstrukcji turbin. Budzący zastrzeżenia, bo bazujący na inteligencji z trzeciej ćwiartki XX wieku.
Być może dla niektórych czytelników ta trzecia ćwiartka, a więc ~50 lat temu, nie wydaje się tak bardzo odległym czasem. Jeśli jednak wziąć pod uwagę fakt, że światowe początki drganiowej diagnostyki technicznej miały miejsce w drugiej ćwiartce XX wieku – to jest to czas odpowiadający wiedzy na półmetku. A wiadomo, że szeroko rozumiany postęp w rozwoju konstrukcji maszyn wykorzystywanych w przemyśle oraz postęp w rozwoju różnych technik wspomagających procesy produkcyjne (w tym także utrzymanie ruchu) nie jest liniowy. To dlatego licznik kolejnych rewolucji przemysłowych tyka coraz szybciej.

PSEUDOPROJEKT PRODUCENTA

W przypadku maszyn najbardziej krytycznych projektantem i dostawcą systemu nadzoru, tak w zakresie oczujnikowania maszyny, jak i skonfigurowanie systemu monitorowania i zabezpieczeń, jest jej producent. Niestety, nie w każdym przypadku wywiązuje się on z tego zadania wzorcowo. We wcześniejszych odcinkach CZARNEGO HUMORU można już znaleźć kilka przykładów.
Np. w „Odcinku 4: PRAWIE – czyni znaczącą różnicę… także w nadzorze maszyn wirnikowych” [5] poddano krytyce sposób podłączenia czujników drgań w węzłach łożyskowych współcześnie dostarczanych turbozespołów, za który odpowiada producent turbiny i generatora. Niby jest to zrobione zgodnie z wytycznymi ISO 20816, natomiast mogłoby być zrobione lepiej. Jedną kwestią jest bowiem utwierdzenie czujników do maszyn, a odrębną podłączenie generowanych przez nie sygnałów do systemu monitorowania. Za ten projekt także odpowiada producent turbozespołu. 
W przypadku większych turbozespołów liczba czujników podłączanych do systemu nadzoru stanu technicznego współcześnie jest na tyle duża, że nawet w przypadku wykorzystywania bardzo wyspecjalizowanych kaset wielokanałowych niezbędne staje się zastosowanie więcej niż jednej kasety. W konsekwencji podłączenie czujników do kaset można zaprojektować wg różnych scenariuszy. 
Na rys. 1 pokazano trzy kasety SYSTEMU 3500 nadzorujące stan techniczny turbozespołu o mocy 1200 MW. Pierwsze dwie kasety realizują pomiary położeń, kształtów i drgań, natomiast kaseta trzecia jest wykorzystywana do monitorowania temperatur łożysk. 
 

Rys. 1. Kasety systemów monitorowania i zabezpieczeń stanu technicznego turbozespołu 1200 MW


SYSTEM 3500 umożliwia monitorowanie drgań bezwzględnych wirników. Jednak w przypadku niektórych aplikacji dla turbozespołów oddanych do użytku w Polsce w ostatnich latach podłączenia czujników do kaset zostały zrobione w taki sposób, że monitorowanie tych drgań (jak zalecane w „Grupie standardów ISO 20816” [3]) nie jest jednak możliwe. Aby było możliwe – wymagane jest podłączenie czujników drgań względnych wału oraz sejsmicznych łożysk do monitorów w jednej kasecie. Jednak producent zrealizował taki scenariusz podłączenia, w którym drgania względne i sejsmiczne są monitorowane w różnych kasetach, co czyni niemożliwym skonfigurowanie pomiarów drgań bezwzględnych. W konsekwencji również ewentualna analiza drgań bezwzględnych wirników w systemie diagnostyki (która winna być pomocna służbom UR) nie jest dostępna.

Ramka 1. ​ Zorientowanie sejsmicznych i bezkontaktowych czujników drgań ​
W roku 2016 rozpoczął się proces aktualizacji drganiowych standardów ISO. Wcześniejsze standardy (seria ISO 10816 dedykowana drganiom sejsmicznym oraz seria ISO 7919 dedykowana drganiom względnym) są zastępowane standardami z serii ISO 20816 [3]. Poszczególne standardy tej serii są adresowane do różnych maszyn. Natomiast generalnie dla maszyn łożyskowanych ślizgowo, dla których pierwszoplanowo winny być stosowane bezkontaktowe czujniki drgań, w przypadkach, w których są także instalowane czujniki sejsmiczne, zaleca się ich instalację współosiowo z czujnikami bezkontaktowymi.
 



Na RYSUNKU pokazano węzeł łożyskowy z zainstalowanymi parami takich czujników pod kątem ±45° od pionu. Dodatkowo pokazano uniwersalny uchwyt, który jest montowany w węźle łożyskowym wraz z czujnikiem bezkontaktowym obserwującym wał (czujnik ten –
pokazany w kolorze żółtym- umożliwia pomiar drgań względnych wału, a także ocenę jego średniego położenia w łożysku), w którym dodatkowo jest miejsce do współosiowego zamontowania czujnika sejsmicznego – pokazanego na rysunku w kolorze czerwonym.
Intencją takiej instalacji czujników jest przygotowanie możliwości pomiarów drgań bezwzględnych wirników. Co w niektórych sytuacjach prowadzi do lepszych diagnoz niż możliwe do uzyskania z pomocą drgań względnych wirnika [4].
Zastosowanie pokazanego uchwytu jest poprawne w przypadku ich mocowania do pokryw charakteryzujących się dużą sztywnością. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, to czujniki winny być mocowane bezpośrednio do łożyska.


Od...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy