Гидравлические системы управления для геотермальных электростанций

На геотермальных электростанциях для выработки энергии используется тепло земных недр. В зависимости от технологической схемы в энергетическом цикле могут участвовать пар, горячая вода, пароводяная смесь или вторичный теплоноситель.

В установках с турбинным оборудованием необходимо управлять регулирующими, стопорными и отсечными клапанами. Для этого могут применяться электрогидравлические приводы, которые обеспечивают требуемые усилие, скорость срабатывания и точность перемещения исполнительных механизмов.

Специфика геотермального объекта связана не только с параметрами турбины. При выборе оборудования необходимо учитывать температуру и влажность в зоне размещения, состав окружающей среды, возможное присутствие сероводорода и других химически активных соединений.

Где применяются гидроприводы на геотермальной электростанции

Гидравлические приводы могут использоваться для управления:

• регулирующими клапанами турбины;
• стопорной и отсечной арматурой;
• байпасными клапанами;
• исполнительными механизмами вспомогательных систем;
• оборудованием, участвующим в штатном и аварийном останове установки.

Привод подбирается под конкретный регулирующий орган. Исходными параметрами служат усилие, рабочий ход, требуемое время открытия и закрытия, точность позиционирования и безопасное положение механизма при отказе питания или управляющего сигнала.

Для плавного регулирования применяются электрогидравлические сервоприводы с обратной связью по положению. Быстрое закрытие защитной арматуры может обеспечиваться пружиной, гидроаккумулятором или специальной схемой разгрузки рабочих полостей.

Условия эксплуатации геотермального оборудования

Гидравлическая аппаратура обычно не контактирует непосредственно с геотермальным теплоносителем. Однако на нее может воздействовать атмосфера производственного помещения или открытой площадки: повышенная влажность, высокая температура, конденсат и химически активные вещества.

Поэтому требования к исполнению определяются для конкретного места установки. Необходимо установить:

• возможный состав окружающей атмосферы;
• диапазон рабочих температур;
• вероятность образования конденсата;
• содержание сероводорода и соединений серы;
• требуемую степень защиты электрического оборудования;
• условия размещения трубопроводов и гидравлических блоков;
• требования к техническому обслуживанию.

Наличие агрессивных компонентов в технологическом контуре не означает, что вся гидросистема должна изготавливаться из нержавеющей стали. Материалы и защитные меры выбираются по результатам анализа фактических условий эксплуатации.

Коррозионная защита гидравлической системы

Сероводород, влажный пар и другие химически активные вещества способны ускорять коррозию металлических деталей, повреждать электрические контакты и снижать надежность соединений.

В зависимости от условий проекта могут потребоваться:

• элементы из коррозионностойких материалов;
• защитные лакокрасочные или гальванические покрытия;
• герметизированные электрические корпуса;
• защищенные разъемы и кабельные вводы;
• повышенная степень пылевлагозащиты;
• специальные исполнения электромагнитов и датчиков;
• трубопроводы и фитинги из нержавеющей стали;
• уплотнения, устойчивые к рабочей жидкости и внешней среде.

Полное исполнение гидростанции из нержавеющей стали оправдано при непосредственном воздействии агрессивной атмосферы или при соответствующем требовании технического задания. В остальных случаях может применяться комбинированное исполнение: защищенная рама и бак, коррозионностойкие трубопроводы, герметизированные электрические компоненты и локальная защита наиболее уязвимых элементов.

Электрогидравлическое управление клапанами турбины

Электрогидравлический сервопривод преобразует сигнал системы автоматического управления в перемещение клапана. Для контроля фактического положения используется датчик обратной связи, установленный на гидроцилиндре или связанном с ним механизме.

В состав привода могут входить:

• гидравлический цилиндр;
• сервоклапан или пропорциональный гидравлический клапан;
• датчик перемещения;
• электронный модуль управления;
• датчики конечных положений;
• блок защитной гидроаппаратуры.

При замкнутом управлении сигнал датчика сравнивается с заданным значением, после чего корректируется подача рабочей жидкости к исполнительному механизму. Такая схема применяется там, где необходимо не только открыть или закрыть клапан, но и точно поддерживать его промежуточное положение.

Для защитной арматуры основное значение имеют время закрытия и гарантированный переход в безопасное состояние. Для регулирующих клапанов дополнительно учитываются точность, плавность движения и устойчивость положения при изменении нагрузки.

Гидростанция и резервирование системы управления

Источником давления для исполнительных механизмов может служить отдельная гидростанция, разрабатываемая по техническому заданию.

Ее состав определяется количеством приводов, требуемыми расходом и давлением, режимом работы турбины и требованиями к надежности. В установку могут входить:

• основной и резервный насосные агрегаты;
• бак рабочей жидкости;
• напорные, сливные и циркуляционные фильтры;
• гидроаккумуляторы;
• теплообменное оборудование;
• распределительная, регулирующая и предохранительная аппаратура;
• датчики давления, температуры и уровня;
• средства контроля загрязнения фильтров.

Резервный насос позволяет сохранить работоспособность системы при отказе основного агрегата. Гидроаккумуляторы используются для компенсации кратковременного пикового расхода, поддержания давления и выполнения защитных команд после остановки насосов.

Уровень резервирования зависит от последствий отказа. Для вспомогательного механизма может быть достаточно одного насосного агрегата, тогда как управление стопорными клапанами требует более жестких решений по сохранению защитных функций.

Контроль состояния гидросистемы

Контроль параметров необходим не только для автоматического управления, но и для оценки технического состояния оборудования.

Система диагностики может отслеживать:

• положение исполнительных механизмов;
• давление в напорной и управляющих линиях;
• температуру и уровень рабочей жидкости;
• состояние фильтров;
• готовность насосных агрегатов;
• время открытия и закрытия клапанов;
• соответствие фактического положения заданному.

Изменение времени срабатывания, снижение давления, нестабильное позиционирование или рост перепада на фильтре могут указывать на неисправность гидравлической части до полного отказа оборудования.

Состав контролируемых параметров согласуется с архитектурой АСУ и требованиями производителя турбинной установки.

Исходные данные для проектирования гидросистемы

Для разработки гидравлической системы управления геотермальной электростанции необходимы:

• назначение и конструкция управляемых механизмов;
• усилия и рабочие ходы приводов;
• требуемая скорость срабатывания;
• точность позиционирования;
• параметры управляющих и диагностических сигналов;
• рабочее и минимально допустимое давление;
• алгоритм штатного и аварийного останова;
• характеристики рабочей жидкости;
• температура и состав окружающей среды;
• требования к материалам и антикоррозионной защите;
• необходимый уровень резервирования;
• ограничения по компоновке оборудования.

На основании этих данных определяются гидравлическая схема, тип исполнительных механизмов, состав гидростанции, материалы трубопроводов и требования к электрическим компонентам.

Компетенции ПНЕВМАКС в разработке гидростанций, электрогидравлических приводов и систем управления для энергетического оборудования могут быть применены при проектировании гидросистем геотермальных электростанций по техническому заданию заказчика.