remplazo de actuador de tiro inducido

Transcripción

INDUSTRIAS CONTROLPRO, S.A. DE C.V.
Remplazo De Actuador Neumático Por Actuador Electrualic Para
Damper De Ventilador De Tiro Inducido De Caldera.
1. Prologo:
Por un periodo largo de tiempo, la gente ha usado actuadores neumáticos para
aplicación de manejo de aire. No obstante, debido a la inherente debilidad de los
actuadores neumáticos --- la banda muerta y la repetibilidad son muy bajas y la
respuesta es muy lente, estos factores han causado caídas de presión de aire en el
interior de la caldera, niveles de O2 muy altos, NOx muy altos y el resto de sus
resultados. Esos desperfectos son reconocidos como “desempeño normal” en cualquier
parte del mundo. La Compañía de Petróleo de China hace uso del Actuador Electraulic
para su damper de Ventilador de Tiro Inducido de la caldera No. 24. Los resultados son
aceptados y satisfactorios.
2. La característica de curva del damper
Una de las frases comunes de los ingenieros de campo es “Mi damper puede ser
trabajado abajo de 50%-60% de la señal de control. Sin embargo, no puede encontrar la
posición (hunting) cuando mi señal de control va por arriba del 70%”. En el presente
documento no trataremos de usar formulas o teoría complicadas, solamente la verdad
para investigar la respuesta y ofrecer la solución
Grafica 1. Característica de la curva del damper
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Col. Santa María, Monterrey, Nuevo León C.P. 64650
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Ver Grafica 1.
La curva característica del damper es su curva inherente. Primeramente, nosotros vemos
el porcentaje de apertura del damper por cada 10% de cambio en señal de control desde
0%. Luego nosotros obtenemos la Tabla 1. Proximo paso, nosotros obtendremos la
razón de apertura del damper divido por cada 10% de cambio en la señal de control. Así
nosotros tenemos la Tabla 2.
Tabla 1.
% de señal de control
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100%
% de Apertura
0%
19%
36%
51%
64%
75%
82%
87%
91%
95%
100%
Tabla 2.
Intervalo de cada 10% % de razón de cambio Promedio de % de
de ka señal de control de apertura en cada razón de cambio de
intervalo
apertura en 1% de
cambio de señal
0 : 10
19%
1.9%
10 : 20
17%
1.7%
20 : 30
15%
1.5%
30 : 40
13%
1.3%
40 : 50
11%
1.1%
50 : 60
7%
0.7%
60 : 70
5%
0.5%
70 : 80
4%
0.4%
80 : 90
4%
0.4%
90 : 100
5%
0.5%
Nota: Nosotros asumimos la curva de apertura del damper en cada 10 % de cambio de
señal como una línea curva, así nosotros podemos calcular el promedio
aproximadamente.
Como es inusual, la gente utiliza actuadores neumáticos para los dampers. En la
mayoría de los catálogos de actuadores neumáticos, nosotros podemos fácilmente
encontrar que la resolución de un neumático se encuentra alrededor de +- 1% (la figura
es probada sin carga). Aquí nosotros no consideraremos alguna carga de proceso,
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resistencia mecánica u otros factores que afecten nuestra investigación. Nosotros
concluimos la siguiente:
Desde la Tabla 2, cuando la señal de control esta por debajo del 50% o alrededor, cada
1% de cambio de la señal de control resultara en 1% o un cambio mas grande de apetura
del damper. Para actuadores neumáticos con una resolución de +- 1% esto no causará
alguna problema. Cuando la señal de control esta por arriba de 60% o alrededor, cada
cambio de 1% de señal de control resultara en un cambio menor al 1% de la apertura del
damper. Un actuador neumático con +- 1% de resolución no será capaz para satisfacer
esta demanda. El transmisor de posición mandará este resultado al controlador. El
controlador ordenará al actuador que busque el set point continuamente. El resultado
final es que el set point nunca será encontrado y pasa lo que se llama “hunting”.
Nosotros explicamos el “hunting” desde el punto de vista de la resolución. Cuando se
usa un actuador neumático, significa que se esta usando aire comprimido. La
compresibilidad del aire resultará en un sobre disparó y respuesta tardía. Esto causa
serios problemas
para la controlabilidad del actuador neumático para varias
aplicaciones de damperes y válvulas de control.
Un pobre control del actuador neumático resulta en los siguientes problemas:
a. Consumo adicional de combustible.
b. Incremento de la producción de NOx y SOx.
c. Sobrecalentamiento de la tubería de la caldera reducirá la vida de servicio de la
tubería de la caldera.
d. Incremento de cenizas volátiles.
e. Para la mayoría de las unidades de cogeneración y Proyectos de Independientes
de Generación. El ritmo lento de ascenso y descenso de sus picos de carga a
carga normal diaria causará baja eficiencia de las unidades y consumo adicional
de combustible.
f. Cambios grandes accidentales de la caldera pueden resultar en disparos en el
sistema (seguridad y protección)
g. El hunting continuo reducirá la vida de servicio del controlador del damper y su
mecanismo. Esto también incrementará los ciclos de mantenimiento.
CPC hace uso del Actuador Electrulic para mejorar el control del Tiro Inducido debido
a las ventajas del Actuador Electraulic.
a.
b.
c.
d.
e.
Puede alcanzar resolución de hasta 0.1% si es necesario.
Repetibilidad <= 0.05% de la carrera.
Linealidad < 0.05% de la carrera.
Frecuencia de respuesta = a 2.5 HZ.
Cuando el actuador se encuentra sin energía o el suministro falló, este
permanecerá en su última posición automáticamente, así que el sistema
mantendrá su operación sin paros.
f. Alta densidad de fuerza de salida, bajo mantenimiento, alta confiabilidad.
3. Caso de Estudio de Corporación de Petróleo de China
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a. Trasfondo y problema.
La caldera No. 24 de CPC suministra vapor a su demanda de proceso y también
vende electricidad a Tai-Power. Es una de las utilidades de cogeneración mas
importante para CPC Kaohsiung site. La capacidad de diseño es de 375 ton\hr.
El máximo consumo de combustible es de 30 KL/hr. Esta también equipado con
sistemas DeNox y DeSOx para control de contaminación. Así que tiene un
Ventilador de Tiro Inducido y su damper (ver Grafica 2) para controlar la
presión interna de la cámara de combustión. El flujo de entrada, MCR, es
alrededor de 600000NM3/HR. La distancia desde la cámara de combustión al
Tiro Inducido es de 40 metros de largo. La presión de la caldera es
extremadamente inestable. La escala de presión para el indicador de la pantalla
del DCS es de -100mm : +100mm H2O. El rango de presión fue controlado
entre -10 : 35mmH2O. CPC tenía un actuador neumático (ABB Industria K.K)
para controlar el damper. Dado que el % de apertura del damper y la razón de
flujo de aire es no lineal (ver Grafica 1), el operador necesita sincronizar el
controlador cuidadosamente, de lo contrario el damper tendrá un control pesado
o mas aun divergente. Entre mas alta sea la carga de la caldera, mas fácilmente
ocurrirá. Con el fin de ser compatible con la dificultad de sincronizar la nolinealidad, CPC tuvo que sincronizar el PID lentamente. Sin embargo, la caldera
no puede desafiar la demanda alta de carga de aguas abajo cuando ambos,
suministro de vapor y electricidad son requeridos.
b. Antes y después
A. Ver la Grafica 4,5: la presión tiene un rango de fluctuación desde -10 : 30mm
H2O antes de remplazo y el rango es reducido a 2 : 20mm H2O después del
remplazo.
B. Ver Grafica 6: En el inicio del uso del Electraulic, el gobernador de turbina fallo
debido a la pobre calidad de control del aceite. La carga de la caldera bajo 50
ton/hr de pronto. No hay divergencia del control de presión. El rango de
fluctuación es solamente entre -4 : 22mm H2O.
C. Ver Grafica 7,8: El control de la presión de la cámara de combustión es mucho
mejor que antes.
4. Conclusión:
Obviamente, en el presente reporte nos muestra que cuando el controlador piensa con
inteligencia, no significa que el elemento final de control trabajará con inteligencia
también. Solamente cuando se tiene un músculo fuerte e inteligente es entonces que se
puede mover el elemento final de control tan rápido como se quiera y tan preciso como
se quiera.
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Grafica 3. Actuador Neumático (antes)
Grafica 4. Electraulic (después)
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Grafica 2. Diagrama del Sistema
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Grafica 4. (Antes) Pantalla de la tendencia del DCS
1. Carga de la Caldera esta en 175 t/hr
2. La presión interna de la cámara de combustión fluctúa entre -10-34mm H2O
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Grafica 5. (Después) La entalla tendencia de la pantalla del DCS
1. Carga de la caldera es 224 t/hr
2. Presión interna de la cámara de combustión es reducida, rango desde 2 : 20mm H2O
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Grafica 6. (Después) La pantalla desde la pantalla del DCS
**Rango de Escala -5mm : 25mm
1. Falla en el Gobernador, la carga de la caldera cae desde 226ton/r a 174.5 ton/hr accidentalmente.
2. La fluctuación en la presión de combustión es solamente 22mm H2O, no diverge.
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Grafica 7. (Antes) Tendencia del DCS para dias
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Grafica 8. (Despues) Tendencia del DCS para 7 dias
**Después del remplazo por Actuador Electraulic, CPC sincronizó su PID y la tendencia de presión se convirtió a ser muy estable.
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