Automatyka pracy wirówek paliwa

LABORATORIUM
AUTOMATYZACJI SYSTEMÓW
ENERGETYCZNYCH STATKU
Nr 21: Automatyka pracy wirówek paliwa
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
1. Wstęp i cel ćwiczenia
Podczas
normalnej
obsługi
statku
zachodzi
konieczność
oczyszczania
rozmaitych czynników biorących udział w procesie eksploatacji. Oczyszczanie może
być dwojakiego rodzaju:
-
profilaktyczne, mające na celu zabezpieczenie
maszyn i silników okrętowych przed ewentualnym
uszkodzeniem lub szybszym niż przewidywane zużyciem,
-
separacyjne, polegające na rozdzieleniu dwóch
czynników zmieszanych ze sobą z jakichkolwiek powodów .
Znaczne przyspieszenie procesów usuwania zanieczyszczeń z paliwa oraz
zwiększenie ich dokładności można uzyskać w tym przypadku, gdy sedymentacja
cząstek zanieczyszczeń odbywa się nie pod wpływem sił naturalnej grawitacji, lecz
pod wpływem sił bezwładności występujących w ruchu wirowym. Przyspieszenia
występujące w takim ruchu powodują powstawanie sił bezwładności, starających się
przesunąć każdą wirującą masę w kierunku przeciwnym do osi wirowania. Ze
względu na to, że masa jednostkowa zanieczyszczeń jest większa od masy czystego
oleju napadowego, w wirującej masie paliwa bada się one przemieszczały w kierunku
obrzeża tej masy, podczas gdy w jej środkowej części będzie się gromadzić czysty
olej napędowy.
W obecnie stosowanych urządzeniach służących do oczyszczania paliwa opisaną
metodą, nazywanych wirówkami, stosowane są specjalne talerze nachylone pod
pewnym kątem do osi wirowania. Skraca to znacznie drogą, jaką muszą przebyć
cząsteczki zanieczyszczeń wyodrębniane z paliwa, a więc wpływa również
korzystnie na skracanie czasu oczyszczania.
Zależnie od ilości i rodzaju zanieczyszczeń, jakie mają być usunięte z oczyszczanego
paliwa, istnieją różne metody przeprowadzania procesu separacji zanieczyszczeń w
wirówkach. Jeżeli przez wirowanie mają być rozdzielone dwie nie mieszające się
ciecze o różnych masach jednostkowych, na przykład woda i olej napędowy oraz
większe zanieczyszczenia stałe, wówczas stosowane są wirówki oczyszczające zwane
puryfikatorami b). Jeżeli głównym celem wirowania jest usunięcie zanieczyszczeń
2
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
małych oraz niewielkich ilości cieczy, do wirowania stosowane są wirówki klarujące
zwane klaryfikatorami
Coraz powszechniejsza automatyzacja siłowni okrętowych najrozmaitszych
rodzajów i stopni, aż do bez wachtowych siłowni włącznie, musi pociągnąć za sobą
całkowitą automatyzację wszystkich procesów pomocniczych.
Do takiego procesu pomocniczego należy m.in. proces oczyszczania olejów
napędowych, opałowych i smarowych w instalacjach wirowania.
Zautomatyzowaniu w instalacjach wirowania podlegają następujące czynności:
-
włączanie i wyłączanie wirówki w zależności od poziomu oleju w zbiornikach
rozchodowych;
-
cykliczne oczyszczanie bębna wirówki z zanieczyszczeń stałych;
-
sterowaniem położenia granicy podziałów pomiędzy czynnikami;
-
zapewnienie odpowiedniej temperatury podgrzania wirowanego oleju;
-
zabezpieczenie procesu wirowania przed przerwaniem zamknięcia wodnego;
-
zabezpieczenie wirówki przed wystąpieniem nadmiernych wibracji;
-
zabezpieczenie silnika elektrycznego podczas rozruchu.
Ponadto w skład automatyzacji procesu wirowania może jeszcze wchodzić
sygnalizacja:
-
w przypadku zbyt niskich obrotów;
-
w przypadku zbyt niskiej temperatury wirowanego oleju oraz zbyt wysokiej
lepkości;
- poziomu oleju w zbiornikach.
Celem ćwiczenia jest:
•
poznanie wszystkich elementów z których składa się system wirowania oleju
•
przygotowanie wirówki do startu procesu oczyszczania
•
obsługa ręczna wirówki podczas wirowania oleju
•
praca automatyczna wirówki
3
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
2. Opis stanowiska
Stanowisko składa się z komputera PC, w którym zastosowano wizualizację
systemu oczyszczania oleju w programie InTouch. Program odpowiedzialny jest, za
symulacje większości zachodzących procesów. Pozwala
również na konfigurację
działania całego systemu automatyki i wprowadzanie zmian warunków pracy.
Z komputerem połączony jest sterownik programowalny PLC. Sterownik PLC jest
odpowiedzialny za kontrolę wejść i wyjść w panelu sterującym oraz starterze.
Komunikacja pomiędzy sterownikiem, a komputerem odbywa się za pomocą łącza
szeregowego RS-232C. Jest to łącze szeroko stosowane i będące pod kontrolą
systemu operacyjnego przez port komunikacyjny COM1, COM2. Komunikacja po
złączu szeregowym musi być kontrolowana przez odpowiedni program (protokół),
który ustala parametry transmisji danych. W projekcie wykorzystano protokół
MODBUS,
którego
prosta
konfiguracja,
umożliwia
komunikację
pomiędzy
sterownikiem, a aplikacją wizualizacyjną.
Połączenie wszystkich elementów stanowiska wygląda następująco:
wejściowe
wyjściowe
Sygnały
wyjściowe
Sygnały
wejściowe
Sygnały
Sygnały
STARTER
Pulpit sterowniczy
Rys.1 Komunikacja pomiędzy elementami stanowiska
4
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
3. Uruchomienie stanowiska.
Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy upewnić się czy sterownik PLC jest
zasilony i nie świeci się dioda ERROR widoczna na sterowniku. Ponadto należy
sprawdzić czy zostały podłączone łącza komunikacyjne.
W celu poprawnego działania aplikacji po włączeniu komputera uruchamiamy
programy w następującej kolejności:
1. Uruchom bibliotekę projektów (Projects Library)
2. Wybierz i otwórz projekt o nazwie System oczyszczania
3. Prześlij program do sterownika (menu Project/Build, F2)
4. Uruchom program Modbus w celu zrealizowania komunikacji sterownika z
InTouch'em
5. Uruchom InToucha i zaznacz aplikację o nazwie System oczyszczania
i naciśnij przycisk Window Viewer
6. Uruchom program Window Viewer wciskając przycisk „Runtime!" znajdujący
się w prawym górnym rogu ekranu.
4. Przykładowe ćwiczenia dydaktyczne
Wszystkie poniżej przedstawione ćwiczenia mogą być wykonane z poziomu
aplikacji
InTouch.
Przyciski
umieszczone
w
aplikacji
wizualizacyjnej
zostały
zdublowane na pulpicie sterowniczym i skrzynce startowej . Na pulpicie umieszczone
są także lampki sygnalizujące istotniejsze stany pracy sytemu.
5
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
W aplikacji możemy wykonać następujące ćwiczenia:
1. Przygotowanie systemu oczyszczania paliwa do pracy.
2. Sterowanie automatyczne pracą wirówki z niskim poziomem wody w oleju.
3. Sterowanie automatyczne pracą wirówki z średnim poziomem wody w
oleju.
4. Sterowanie automatyczne pracą wirówki z wysokim poziomem wody w
oleju.
5. Sterowanie automatyczne pracą wirówki z nastawianym czasem wirowania
na przekaźniku czasowym.
6. Sterowanie ręczne pracą wirówki,
7. Symulacja stanów alarmowych.
Po uruchomieniu aplikacji wizualizacyjnej powinna wyświetlić się na ekranie strona
tytułowa pracy z paskiem menu na dole ekranu.
Rys. 2 Pasek menu.
Za pomocą paska można przemieszczać się pomiędzy 7 głównymi oknami:
1. Home Page – strona główna
2. Instalation – główna instalacja wirowania oleju
3. View – poglądowa instalacja wirowania oleju
4. General layout – sygnały wchodzące i wychodzące z kontrolera
5. Bowl arranged – przekrój bębna wirówki
6. Alarm – okno z alarmami
7. Trends – Wykresy
Obsługę systemu można rozpocząć przechodząc na główną instalację wirowania oleju
poprzez naciśnięcie przycisku Instalation.
6
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
Okno Instalation przedstawia ogólny schemat całej instalacji systemu oczyszczania
paliwa i oleju smarnego .
W oknie przedstawiono:
•
wirówkę (Separator)
•
podgrzewacz parowy (heater)
•
pompę transportową (transfer pump)
•
pompy obiegowe (feed pumps)
•
zbiornik osadowy (settling tank 33)
•
zbiornik obiegowy (service tank 32)
•
zbiornik wody sterującej (operating water tank)
•
stację sprężonego powietrza (compressed air)
•
przetwornik (transducer)
•
zawór spustowy sterowany (drain valve)
•
zawór ciśnienia zwrotnego (back pressure valve)
•
zawór parowy procentowy
•
starter do pomp i wirówki (separator and pump starter)
•
programator i kontroler (supervision and controller)
•
presostat ciśnienia na rurociągu wylotowym (oczyszczonego paliwa lub
oleju)
•
lampa sygnalizacyjna (alarmująca)
•
najważniejsze parametry urządzeń niezbędne do kontroli procesu
oczyszczania
•
wiele innych zaworów
7
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
Zadanie 1
Przygotowanie systemu oczyszczania paliwa do pracy.
1. Włączyć starter (Power on-zasilanie skrzynki startowej).
2. Załączyć zasilanie powietrza (air supply),
3. Załączyć zasilanie pary (steam supply),
4. Załączyć zasilanie wody (water supply),
5. Otworzyć zawory:
(Z31 i Z41) lub (Z32 i Z42), Z5, Z6, ZWOD, ZWOD1, ZWOD2, ZPAR, Z3,
Z9, Z8, Z7, ZSLU
6. Poziom oleju w zbiorniku osadowym (settling tank) powinien mieścić się w
granicach 38 – 100 % . Poziom można uzupełniać w trybie manualnym
pompę transportową (transfer pump):
- otworzyć zawory Z1 i Z2
- kliknąć na pompę transportową i uruchomić pompę (ON)
7. Uruchomić pompę zasilającą.
8. Wybrać
odpowiednią
opcję
sterowania
automatyczną
lub
ręczną
przełącznikiem auto/man na starterze lub klikając na skrzynkę startera na
oknie, po czym pojawi się okno sterowania starterem i tam można wybrać
rodzaj sterowania przełącznikiem auto/manual.
0 – tryb Manual 1 – tryb Auto
Uwaga!!!! Priorytet wyboru opcji sterowania jest na starterze.
Można ominąć priorytet po ustawieniu przełącznika auto/man na starterze
w pozycji środkowej, możliwe jest wtedy wybieranie trybu sterowania w
programie.
9. Przy ustawieniu „manual” należy klikając na sam podgrzewacz (heater) lub
czujnik Pt100 nastawić odpowiednią temperaturę, jaką ma osiągnąć olej
tj. 94-102 °C. Przy nastawie trybu pracy auto temperatura oleju zostanie
osiągnięta automatycznie.
10. Zwolnić hamulec wirówki (brake)
11. Wykonać reset na starterze lub programie w oknie sterowania starterem.
8
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
Przy wykonywaniu powyższych czynności bardzo pomocna jest opcja „Pre-Set
Checks”, którą możemy uruchomić z okna „system” lub „view”, informuje
nas jakie warunki już spełniliśmy, a jakie nie. Po spełnieniu wszystkich warunków
dioda na przycisku Pre-Set Checks powinna podświetlić się na zielono.
Zadanie 2
Sterowanie automatyczne pracą wirówki z niskim poziomem wody w oleju.
W celu uruchomienia pracy automatycznej należy wykonać całe zadanie 1
W punkcie 8 zadania1 należy ustawić tryb auto (patrz punkt 8 zad.1)
1.
Wybrać opcje trybu automatycznego sterowania procesem wirowania z
niskim poziomem wody w oleju. W tym celu klikamy na skrzynkę
sterownika (supervision and controller), powinno pojawić się okno obsługi
sterownika i tam należy wybrać opcję Low free water in oil
2.
Uruchomić separator na starterze lub programie w oknie sterowania
starterem.
Zadanie 3
Sterowanie automatyczne pracą wirówki z średnim poziomem wody w oleju.
W celu uruchomienia pracy automatycznej należy wykonać całe zadanie 1
W punkcie 8 zadania1 należy ustawić tryb auto (patrz punkt 8 zad.1)
1.
Wybrać opcje trybu automatycznego sterowania procesem wirowania ze
średnim poziomem wody w oleju. W tym celu klikamy na skrzynkę
sterownika (supervision and controller), powinno pojawić się okno obsługi
sterownika i tam należy wybrać opcję Medium free water in oil
2.
Uruchomić separator na starterze lub programie w oknie sterowania
starterem.
9
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
Zadanie 4
1. Sterowanie automatyczne pracą wirówki z wysokim poziomem wody w
oleju.
W celu uruchomienia pracy automatycznej należy wykonać całe zadanie 1
W punkcie 8 zadania1 należy ustawić tryb auto (patrz punkt 8 zad.1)
1.
Wybrać opcje trybu automatycznego sterowania procesem wirowania z
wysokim poziomem wody w oleju. W tym celu klikamy na skrzynkę
sterownika (supervision and controller), powinno pojawić się okno obsługi
sterownika i tam należy wybrać opcję High free water in oil
3.
Uruchomić separator na starterze lub programie w oknie sterowania
starterem.
Zadanie 5
Sterowanie automatyczne pracą wirówki z nastawianym czasem wirowania na
przekaźniku czasowym
1. Wyłączyć zasilanie główne na starterze(przełącznik w pozycji OFF)
2. Otworzyć starter i nastawić na przekaźniku czasowym czas wirowania
oleju. Zamknąć starter.
3. Wykonać całe zadanie 1. W punkcie 8 zadania1 należy ustawić tryb auto
(patrz punkt 8 zad.1)
4. Wybrać opcje trybu automatycznego sterowania procesem wirowania z
Nastawą czasu wirowania na przekaźniku czasowym. W tym celu klikamy
na skrzynkę sterownika (supervision and controller), powinno pojawić się
okno obsługi sterownika i tam należy wybrać opcję Set Timer.
5. Uruchomić separator na starterze lub programie w oknie sterowania
starterem.
10
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
Zadanie 6
Sterowanie ręczne pracą wirówki
W celu uruchomienia pracy automatycznej należy wykonać całe zadanie 1
W punkcie 8 zadania1 należy ustawić tryb manual (patrz punkt 8 zad.1)
1. Uruchomić separator na starterze lub programie w oknie sterowania
starterem.
2. Po rozruchu wirówki (prędkość wirówki ok. 9000 rpm), można rozpocząć
odwirowywanie paliwa start separation przycisk na oknie obsługującym
sterownik.
3. Po upływie 10 minut wirowania możliwe jest odstrzelenie (discharge), trzeba
pamiętać o odstrzeleniu przed 21minutą wirowania,
gdyż spowoduje to
wywołanie alarmu wynikającego z zbyt dużej ilości zanieczyszczeń w bębnie
wirówki.
Zadanie 7
Symulacja stanów alarmowych
W programie możliwa jest symulacja następujących stanów alarmowych:
1. Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura oleju podawanego do wirówki (<94
lub>102) – podczas wirowania oleju w trybie sterowania ręcznego obniżyć lub
podwyższyć temperaturę oleju klikając na podgrzewacz (heater) lub
czujkę Pt100
2. Zbyt niski poziom w zbiorniku osadowym - podczas wirowania oleju w trybie
sterowania ręcznego alarm pojawi się, gdy poziom oleju w zbiorniku
osadowym (settling tk.) spadnie poniżej 37%.
3. Zbyt wysoki poziom w zbiorniku osadowym – podczas gdy przekroczymy stan
oleju w zbiorniku osadowym podczas sterowania ręcznego.
4. Nieprawidłowe załączanie pomp – alarm wystąpi wówczas, gdy uruchomimy
pompę nie otwierając zaworów na ssaniu i tłoczeniu pompy.
11
Automatyka pracy wirówek paliwa, ćw. nr 21
5. Zbyt duża ilość zanieczyszczeń w bębnie – gdy nie opróżnimy bębna wirówki
ze szlamu (discharge) przed 21minutą wirowania w trybie sterowania
ręcznego.
6. Załączony hamulec bębna przy rozruchu wirówki.
7. Zbyt wysokie ciśnienie w rurociągu – wystąpi wówczas, gdy zamkniemy drogę
przepływu oleju w rurociągu, przy włączonej pompie zasilającej.
8. Przerwanie
uszczelnienia cieczowego –
symulację
tego stanu
można
zasymulować przymykając lub otwierając zawór regulacyjny ciśnienia na
rurociągu wylotowym z wirówki BPV(Back pressure valve). Obsługa zaworu
jego możliwa po kliknięciu na ten zawór (BPV).
Pytania kontrolne
1. Omówić procesy związane z wirowaniem paliwa
2. Co to jest puryfikacja?
3. Co to jest klaryfikacja?
4. Omówić etapy wirowania paliwa.
5. Omówić budowę wirówki paliwa.
12