Συστήματα ασφαλείας Gas Train: VPS, πρεσοστάτες και βαλβίδες ασφαλούς διακοπής

Συστήματα ασφαλείας Gas Train: VPS, πρεσοστάτες και βαλβίδες ασφαλούς διακοπής

Η ασφαλής λειτουργία ενός βιομηχανικού καυστήρα φυσικού αερίου εξαρτάται από τη συνεργασία πολλών διατάξεων προστασίας.

Το Gas Train δεν αποτελεί απλώς ένα συγκρότημα σωληνώσεων και βαλβίδων. Είναι μέρος του συστήματος ασφαλείας της εγκατάστασης, καθώς ελέγχει την παροχή καυσίμου και επιτρέπει την απομόνωσή του όταν οι συνθήκες λειτουργίας δεν είναι αποδεκτές.

Σημαντικό ρόλο έχουν το Valve Proving System (VPS), οι πρεσοστάτες αερίου, οι αυτόματες βαλβίδες ασφαλούς διακοπής και το σύστημα διαχείρισης καύσης (Burner Management System – BMS).

1. Γιατί χρειάζεται σύστημα ασφαλείας στο Gas Train;

Το φυσικό αέριο πρέπει να εισέρχεται στον καυστήρα μόνο όταν έχουν ικανοποιηθεί οι απαιτούμενες συνθήκες ασφαλείας.

Πιθανά επικίνδυνα συμβάντα περιλαμβάνουν:

• Διαρροή από βαλβίδα που δεν κλείνει στεγανά.

• Υπερβολικά χαμηλή πίεση αερίου.

• Υπέρβαση επιτρεπόμενης πίεσης.

• Αποτυχία έναυσης.

• Απώλεια φλόγας κατά τη λειτουργία.

• Ανεπαρκή αέρα καύσης.

• Αστοχία κρίσιμου εξαρτήματος ή αλληλομανδάλωσης.

Το σύστημα ασφαλείας πρέπει να ανιχνεύει τις προβλεπόμενες επικίνδυνες συνθήκες και να εκτελεί την κατάλληλη προστατευτική ενέργεια.

Η λειτουργία του δεν βασίζεται αποκλειστικά σε έναν αισθητήρα ή μία βαλβίδα.

2. Ποια είναι τα βασικά εξαρτήματα ασφαλείας;

Ένα βιομηχανικό Gas Train μπορεί να διαθέτει:

1. Πρεσοστάτη ελάχιστης πίεσης αερίου.

2. Πρεσοστάτη μέγιστης πίεσης αερίου.

3. Δύο αυτόματες βαλβίδες ασφαλούς διακοπής σε σειρά.

4. Σύστημα ελέγχου στεγανότητας βαλβίδων (VPS).

5. Κατάλληλες διατάξεις προστασίας από υπερπίεση.

6. Σημεία μέτρησης και επιτήρησης.

7. Διασύνδεση με το BMS.

Η απαιτούμενη αρχιτεκτονική εξαρτάται από την εφαρμογή, την ισχύ του καυστήρα, τις πιέσεις λειτουργίας και τα εφαρμοστέα πρότυπα.

Δεν είναι υποχρεωτικά όλα τα παραπάνω εξαρτήματα σε κάθε εγκατάσταση.

3. Τι είναι το Valve Proving System (VPS);

Το VPS είναι ένα σύστημα που ελέγχει την αποδεκτή στεγανότητα των αυτόματων βαλβίδων διακοπής αερίου.

Σε μια συνηθισμένη διάταξη, δύο αυτόματες βαλβίδες εγκαθίστανται σε σειρά:

Παροχή αερίου → Βαλβίδα V1 → Ενδιάμεσος χώρος → Βαλβίδα V2 → Καυστήρας

Το VPS αξιολογεί τη συμπεριφορά της πίεσης στον ενδιάμεσο χώρο μέσω προκαθορισμένης διαδικασίας.

Εάν η συμπεριφορά της πίεσης δεν είναι αποδεκτή, το σύστημα αναγνωρίζει αποτυχία ελέγχου.

Ανάλογα με τη σχεδίαση, η αποτυχία μπορεί να εμποδίσει την εκκίνηση και να ενεργοποιήσει ένδειξη βλάβης.

Το VPS δεν αποτελεί γενικό ανιχνευτή διαρροής αερίου στον χώρο εγκατάστασης.

4. Πώς λειτουργεί ο έλεγχος στεγανότητας;

Η ακριβής μέθοδος εξαρτάται από τον κατασκευαστή και τον τύπο του VPS.

Ορισμένα συστήματα χρησιμοποιούν ελεγχόμενη μεταβολή πίεσης στον χώρο μεταξύ των δύο βαλβίδων.

Άλλα αξιολογούν την αύξηση ή μείωση της πίεσης κατά τη διάρκεια προκαθορισμένου χρόνου.

Η γενική αρχή περιλαμβάνει:

• Δημιουργία κατάλληλης αρχικής συνθήκης πίεσης.

• Παρακολούθηση της πίεσης στον ενδιάμεσο χώρο.

• Σύγκριση της συμπεριφοράς με αποδεκτά όρια.

• Έκδοση αποτελέσματος επιτυχίας ή αποτυχίας.

Η συγκεκριμένη ακολουθία, οι χρόνοι και τα όρια πρέπει να προκύπτουν από το εγκεκριμένο σύστημα.

Δεν υπάρχει μία καθολική διαδικασία που να εφαρμόζεται σε όλα τα VPS.

5. Γιατί χρησιμοποιούνται δύο βαλβίδες σε σειρά;

Η χρήση δύο αυτόματων βαλβίδων σε σειρά παρέχει την προβλεπόμενη αρχιτεκτονική απομόνωσης καυσίμου για πολλές εφαρμογές.

Επιτρέπει επίσης, σε κατάλληλες διατάξεις, τον έλεγχο του ενδιάμεσου όγκου.

Οι βαλβίδες μπορεί να έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά, ανάλογα με τις απαιτήσεις του συστήματος.

Η ύπαρξη δύο βαλβίδων δεν σημαίνει ότι οποιαδήποτε διάταξη δύο εξαρτημάτων παρέχει αυτομάτως την απαιτούμενη ασφάλεια.

Απαιτείται κατάλληλη επιλογή, πιστοποίηση και ενσωμάτωση στον αυτοματισμό.

6. Αυτόματες βαλβίδες ασφαλούς διακοπής

Οι αυτόματες βαλβίδες ασφαλούς διακοπής επιτρέπουν ή διακόπτουν τη ροή αερίου κατόπιν εντολής του συστήματος ελέγχου.

Σε πολλές εφαρμογές είναι τύπου normally closed, δηλαδή παραμένουν κλειστές χωρίς την απαιτούμενη ενέργεια ενεργοποίησης.

Κατά τη λειτουργία, το BMS επιτρέπει το άνοιγμά τους μόνο όταν ικανοποιούνται οι προβλεπόμενες προϋποθέσεις.

Σε προστατευτική διακοπή, οι βαλβίδες επιστρέφουν στην καθορισμένη ασφαλή κατάσταση.

Η απαιτούμενη ταχύτητα κλεισίματος, η κατηγορία βαλβίδας και τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά επιλέγονται βάσει εφαρμογής και προτύπων.

7. Πρεσοστάτης ελάχιστης πίεσης αερίου

Ο πρεσοστάτης ελάχιστης πίεσης επιτηρεί την επάρκεια της πίεσης τροφοδοσίας.

Όταν η πίεση μειωθεί κάτω από το καθορισμένο όριο, μπορεί να ενεργοποιηθεί η προβλεπόμενη προστατευτική λειτουργία.

Πιθανές αιτίες χαμηλής πίεσης είναι:

• Μειωμένη πίεση δικτύου.

• Περιορισμός παροχής.

• Ρυπασμένο φίλτρο.

• Ανεπαρκώς διαστασιολογημένος ρυθμιστής.

• Υπερβολικές απώλειες πίεσης.

• Μεγάλη ζήτηση καυσίμου.

Η ενεργοποίηση του πρεσοστάτη δεν αποδεικνύει από μόνη της ποια είναι η αιτία.

8. Πρεσοστάτης μέγιστης πίεσης αερίου

Ο πρεσοστάτης μέγιστης πίεσης επιτηρεί την υπέρβαση του επιτρεπόμενου ορίου.

Η υπερπίεση μπορεί να σχετίζεται με:

• Ακατάλληλη ρύθμιση.

• Αστοχία ρυθμιστή.

• Μη αποδεκτή συμπεριφορά lock-up.

• Μεταβατικές συνθήκες πίεσης.

• Πρόβλημα σε προηγούμενη βαθμίδα ρύθμισης.

Η θέση του πρεσοστάτη και η επιλεγμένη τιμή ενεργοποίησης πρέπει να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της εγκατάστασης.

Ένας πρεσοστάτης δεν αποτελεί από μόνος του πλήρη μηχανική προστασία έναντι όλων των σεναρίων υπερπίεσης.

9. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ πρεσοστάτη και μεταδότη πίεσης;

Ο πρεσοστάτης (pressure switch) χρησιμοποιείται κυρίως για την επιτήρηση ενός προκαθορισμένου ορίου.

Ο μεταδότης πίεσης (pressure transmitter) παρέχει συνεχή ή αναλογική ένδειξη πίεσης.

Για παράδειγμα:

• Πρεσοστάτης: Σήμα αποδεκτής ή μη αποδεκτής πίεσης.

• Μεταδότης: Μέτρηση πίεσης, όπως 85 mbar.

Η ύπαρξη μεταδότη πίεσης στο SCADA δεν σημαίνει ότι έχει αντικατασταθεί μια απαιτούμενη πιστοποιημένη προστατευτική λειτουργία.

10. Τι είναι το Burner Management System;

Το Burner Management System (BMS) είναι το σύστημα που διαχειρίζεται τις κρίσιμες ακολουθίες λειτουργίας και προστασίας του καυστήρα.

Ανάλογα με την εγκατάσταση, επιτηρεί:

• Τις προϋποθέσεις εκκίνησης.

• Την κατάσταση των πρεσοστατών.

• Τη διαδικασία προαερισμού.

• Τον έλεγχο στεγανότητας, όπου προβλέπεται.

• Την ακολουθία έναυσης.

• Την επιβεβαίωση φλόγας.

• Τις απαιτούμενες προστατευτικές διακοπές.

Το BMS μπορεί να είναι ενσωματωμένο σε ειδικό ελεγκτή καυστήρα ή να αποτελεί μέρος μεγαλύτερου πιστοποιημένου συστήματος ασφαλείας.

11. Πώς συνεργάζεται το VPS με το BMS;

Το VPS μεταφέρει στο σύστημα ελέγχου την κατάσταση του ελέγχου στεγανότητας.

Μια ενδεικτική λογική είναι:

Εντολή εκκίνησης → Έλεγχοι ασφαλείας → Επιτυχής έλεγχος VPS → Συνέχιση εγκεκριμένης ακολουθίας εκκίνησης

Εάν ο έλεγχος VPS αποτύχει, η εκκίνηση δεν επιτρέπεται σύμφωνα με την προβλεπόμενη λογική.

Η χρονική θέση του ελέγχου μπορεί να διαφέρει.

Ορισμένα συστήματα πραγματοποιούν έλεγχο πριν από την εκκίνηση, ενώ άλλα εφαρμόζουν διαφορετική εγκεκριμένη ακολουθία.

12. Τι συμβαίνει όταν χαθεί η φλόγα;

Η παρουσία φλόγας επιτηρείται από κατάλληλο σύστημα ανίχνευσης.

Εάν η φλόγα χαθεί κατά τη λειτουργία, το σύστημα διαχείρισης καύσης πρέπει να εκτελέσει την προβλεπόμενη ενέργεια ασφαλείας.

Αυτή περιλαμβάνει την ασφαλή διακοπή τροφοδοσίας καυσίμου σύμφωνα με την πιστοποιημένη λογική.

Η επιτρεπόμενη αντίδραση, οι χρόνοι ασφαλείας και η δυνατότητα επανεκκίνησης καθορίζονται από τα εφαρμοστέα πρότυπα και τον κατασκευαστή.

13. Τι είναι το Safety Lockout;

Το safety lockout είναι κατάσταση προστατευτικού κλειδώματος που μπορεί να προκύψει μετά από συγκεκριμένη βλάβη.

Ο καυστήρας παραμένει εκτός λειτουργίας μέχρι να ολοκληρωθεί η προβλεπόμενη διαδικασία επαναφοράς.

Η επαναφορά δεν πρέπει να χρησιμοποιείται ως μέθοδος παράκαμψης ενός επαναλαμβανόμενου προβλήματος.

Εάν μια βλάβη εμφανίζεται συχνά, απαιτείται διερεύνηση από κατάλληλο τεχνικό προσωπικό.

14. Ποιες ενδείξεις πρέπει να εμφανίζονται στο SCADA;

Σε μια βιομηχανική εγκατάσταση, είναι χρήσιμη η απεικόνιση:

Η διάκριση μεταξύ εντολής ανοίγματος και πραγματικής επιβεβαίωσης θέσης είναι ιδιαίτερα σημαντική.

Μια εντολή προς τη βαλβίδα δεν αποδεικνύει ότι αυτή άνοιξε ή έκλεισε.

15. Πώς διαγιγνώσκεται μια αποτυχία VPS;

Η αποτυχία VPS μπορεί να οφείλεται σε περισσότερους από έναν παράγοντες.

Πιθανές αιτίες περιλαμβάνουν:

• Μη αποδεκτή στεγανότητα βαλβίδας.

• Πρόβλημα αισθητήρα ή διακόπτη πίεσης.

• Μη αποδεκτή πίεση τροφοδοσίας.

• Ακατάλληλο ενδιάμεσο όγκο για το επιλεγμένο σύστημα.

• Ηλεκτρική ή λειτουργική αστοχία.

• Πρόβλημα στη διαδικασία ελέγχου.

Η διάγνωση πρέπει να βασίζεται στον κωδικό βλάβης, στο τεχνικό εγχειρίδιο και στις προβλεπόμενες δοκιμές.

Δεν επιτρέπεται η γεφύρωση του VPS ώστε να συνεχίσει η λειτουργία.

16. Συνηθισμένα προβλήματα ασφαλείας Gas Train

Οι παραπάνω αιτίες είναι ενδεικτικές.

17. Έλεγχοι και συντήρηση συστημάτων ασφαλείας

Οι περιοδικοί έλεγχοι μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Έλεγχο στεγανότητας σύμφωνα με τις απαιτήσεις της εγκατάστασης.

• Επαλήθευση λειτουργίας πρεσοστατών.

• Έλεγχο αυτόματων βαλβίδων.

• Έλεγχο VPS.

• Έλεγχο λειτουργίας ανίχνευσης φλόγας.

• Επαλήθευση κρίσιμων αλληλομανδαλώσεων.

• Έλεγχο καταγραφής συμβάντων.

• Επιθεώρηση ηλεκτρικών συνδέσεων και καλωδιώσεων.

Η συχνότητα και η μέθοδος των ελέγχων καθορίζονται από τους κατασκευαστές, τη μελέτη και τις εφαρμοστέες απαιτήσεις.

Οι εργασίες πραγματοποιούνται αποκλειστικά από αρμόδιο και εξουσιοδοτημένο προσωπικό.

18. Σχετικά τεχνικά πρότυπα

Ανάλογα με την εγκατάσταση, σχετικές τεχνικές αναφορές περιλαμβάνουν:

• EN 161: Αυτόματες βαλβίδες διακοπής για καυστήρες και συσκευές αερίου.

• EN 1643: Συστήματα ελέγχου στεγανότητας αυτόματων βαλβίδων.

• EN 1854: Διατάξεις επιτήρησης πίεσης για καυστήρες και συσκευές αερίου.

• EN 676: Αυτόματοι καυστήρες εξαναγκασμένου ελκυσμού για αέρια καύσιμα.

• EN 298: Αυτόματα συστήματα ελέγχου καυστήρων και συσκευών αερίου ή υγρών καυσίμων.

• EN 14382: Διατάξεις ασφαλούς διακοπής για συστήματα ρύθμισης πίεσης αερίου, εντός του πεδίου εφαρμογής του.

Η ισχύουσα έκδοση και η εφαρμοσιμότητα κάθε προτύπου πρέπει να επιβεβαιώνονται για τη συγκεκριμένη εγκατάσταση.

Συμπέρασμα

Τα συστήματα ασφαλείας Gas Train αποτελούν βασική προϋπόθεση για την αξιόπιστη λειτουργία ενός βιομηχανικού καυστήρα φυσικού αερίου.

Το VPS ελέγχει την αποδεκτή στεγανότητα των αυτόματων βαλβίδων, οι πρεσοστάτες επιτηρούν κρίσιμα όρια πίεσης και οι βαλβίδες ασφαλούς διακοπής απομονώνουν την παροχή καυσίμου όταν απαιτείται.

Το BMS συντονίζει τις σχετικές λειτουργίες σύμφωνα με την εγκεκριμένη λογική ασφαλείας.

Η σωστή επιλογή εξοπλισμού, η επαλήθευση των αλληλομανδαλώσεων και η προγραμματισμένη συντήρηση είναι απαραίτητες για τη μείωση των λειτουργικών κινδύνων.