Kalkulator Stopnia Nieszczelności Podgrzewacza Powietrza (APH)

Wyciek APH (podgrzewacza powietrza) to najczęściej przedostawanie się strumienia powietrza pod ciśnieniem do spalin. W regeneracyjnych podgrzewaczach powietrza, szczególnie w obrotowych konstrukcjach typu Ljungström, nie jest to zjawisko nieznane. Podczas obrotu wirnika gorące spaliny przechodzą z jednej strony, a powietrze spalania z drugiej. Pomiędzy nimi znajdują się elementy uszczelniające, płyty sektorowe, szczeliny promieniowe i osiowe. Wraz ze wzrostem czasu pracy szczeliny te ulegają zmianie. Czasami ustawienie się rozregulowuje, czasami element uszczelniający zużywa się, a czasami warunki obciążenia sprawiają, że pomiar jest gorszy niż w rzeczywistości.

To narzędzie obliczeniowe służy do przybliżonego określenia stopnia wycieku na podstawie wartości O₂ lub CO₂ na wlocie i wylocie APH. Jeśli znane są bezpośrednio przepływ powietrza wyciekowego i przepływ spalin, można również zastosować metodę przepływową. W systemach z dwoma APH (A i B) obie strony można porównywać osobno. W ten sposób zamiast pytania „czy jest wyciek?” zbliżamy się do pytania „która strona wydaje się bardziej problematyczna?”.

Praktyczne znaczenie wycieku APH

Powietrze wyciekające z uszczelnień APH wydaje się drobnym szczegółem w wydajności kotła, ale jego wpływ jest odczuwalny w kilku miejscach. Gdy do spalin domiesza się nadmiarowe powietrze, O₂ na wylocie APH wzrasta, a CO₂ ulega rozcieńczeniu, czyli jego wartość spada. Wentylator ID (Induced Draft Fan) musi transportować większą objętość. Zmieniają się prędkości po stronie spalin. Przy obliczaniu sprawności zmierzone wartości tlenu mogą być interpretowane inaczej niż w rzeczywistości.

Jeśli na ekranie DCS widoczne jest, że O₂ za APH wzrasta w stosunku do O₂ przed APH, jednym z pierwszych podejrzeń jest wyciek powietrza w APH. Oczywiście nie należy od razu stawiać diagnozy. Może to być nieszczelna linia próbki, przesunięta kalibracja analizatora, niedawna zmiana obciążenia. Ale jeśli wzrost O₂ jest regularny i powtarzalny, należy przyjrzeć się stronie APH.

Dla CO₂ obowiązuje podobna logika. Ponieważ domieszka powietrza rozcieńcza spaliny, wartość CO₂ na wylocie APH spada. Niektóre zakłady opierają się na O₂, inne wykonują kontrolę krzyżową z CO₂. Widzenie obu razem jest często wygodniejsze; jeśli jedno nie zgadza się z drugim, najpierw należy podejrzewać pomiar.

Wizualizacja kierunku przepływu

Wyobraźmy sobie prosty przekrój. Z jednej strony gorące spaliny wchodzą do APH, oddają ciepło elementom wirnika i wychodzą. Z drugiej strony zimne powietrze spalania nadchodzi, nagrzewa się i trafia do kotła. Gdy ciśnienie po stronie powietrza jest wyższe, powietrze ma tendencję do przedostawania się przez szczeliny do strony spalin.

Pomiary i wprowadzanie danych

W kalkulatorze należy najpierw wybrać metodę. Jeśli wybrano metodę O₂, wprowadza się wartości O₂ na wlocie i wylocie APH. Jeśli wybrano metodę CO₂, używa się wartości CO₂ w tych samych punktach. W metodzie przepływowej potrzebny jest przepływ powietrza wyciekowego i przepływ spalin. W porównaniu A/B wprowadza się oddzielnie wartości O₂ na wlocie i wylocie dla strony A i strony B.

Najważniejszą kwestią jest podstawa pomiaru. Jeśli wartość O₂ na wlocie jest na bazie suchej, a na wylocie na bazie mokrej, wynik technicznie nie będzie prawidłowy. To samo dotyczy CO₂. Kalkulator nie dokonuje automatycznej konwersji między suchą a mokrą bazą; należy wprowadzić obie strony na tej samej podstawie, na której wykonano pomiar. To ostrzeżenie może być nużące, ale jest to jeden z czynników najbardziej zniekształcających wyniki w terenie.

Kolejną kwestią jest czas pomiaru. Wartości na wlocie i wylocie APH powinny reprezentować te same warunki pracy. Nie jest dobrym pomysłem obliczanie wycieku na podstawie wartości pobranych podczas zmiany obciążenia kotła, zmiany O₂ lub ruchu przepustnicy wentylatora. Bezpieczniejsze jest obserwowanie stabilnych wartości przez kilka minut niż pojedynczy migawkowy obraz ekranu.

Współczynnik korekcyjny

W metodach O₂ i CO₂ współczynnik korekcyjny domyślnie wynosi 0,9. Można go traktować jako praktyczny mnożnik korekcyjny stosowany w obliczeniach terenowych. Można go zmienić zgodnie z procedurą zakładową, notatką z testów lub własną metodą akceptacji.

Ważne jest, aby nie upiększać wyniku za pomocą tego współczynnika. Jeśli procedura mówi 0,9, należy użyć 0,9. Jeśli zdefiniowano inną wartość, należy ją wprowadzić. W przypadku obliczeń raportowanych należy wyraźnie podać, jakie założenie przyjęto dla współczynnika.

Metody obliczeniowe

Metoda O₂ jest najczęściej używaną szybką kontrolą. Jej logika jest następująca: jeśli O₂ na wylocie APH wzrosła w stosunku do wlotu, wzrost ten można powiązać z wpływem powietrza wyciekowego. W obliczeniach przyjmuje się praktycznie, że zawartość tlenu w powietrzu wynosi 21%.

Obliczenie O₂ odczytuje się w następujący sposób:

Na przykład, jeśli O₂ na wlocie APH wynosi 2,8%, na wylocie 5,7%, a współczynnik korekcyjny 0,9, różnica O₂ wynosi 2,9 punktu. Obliczenie: \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). Wynik to około 17,06%.

Nie można stwierdzić, że ta wartość sama w sobie oznacza „ten element jest uszkodzony”. Jednak całkowicie uzasadnione jest stwierdzenie, że konieczna jest kontrola uszczelnień po stronie APH.

Metoda CO₂

W metodzie CO₂ wykorzystuje się wartości CO₂ na wlocie i wylocie. Ponieważ domieszka powietrza rozcieńcza CO₂, wartość CO₂ na wylocie APH spada. Obliczenie polega na odniesieniu tego spadku do wartości CO₂ na wylocie.

Obliczenie CO₂:

Przykład: CO₂ wlot 14%, CO₂ wylot 12%, współczynnik korekcyjny 0,9. Obliczenie: \( \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 \). Wynik: 15%.

Jeśli metoda O₂ daje wynik około 17%, a metoda CO₂ około 15%, można uznać te wartości za zbliżone. Ale jeśli jedna mówi 5%, a druga 25%, przed obwinianiem kalkulatora należy sprawdzić układ poboru próbek. Może wystąpić kondensacja, nieszczelność, przesunięcie kalibracji analizatora lub niewłaściwy punkt próbkowania.

Metoda przepływowa

Metoda przepływowa wydaje się bardziej bezpośrednia: dzielisz przepływ powietrza wyciekowego przez przepływ spalin i przeliczasz na procent. Jeśli przepływ powietrza wyciekowego wynosi 10, a przepływ spalin 100, wynik to 10%.

Ale tutaj ważna jest kwestia jednostek. Oba przepływy muszą być na tej samej podstawie. Jeśli oba są w Nm³/h, nie ma problemu, ale jeśli jeden jest w kg/h, a drugi w m³/h, nie można bezpośrednio ustalać proporcji. W grę wchodzą korekty temperatury, ciśnienia i gęstości. Na papierze metoda przepływowa jest najkrótsza; w praktyce uzyskanie dobrych danych przepływowych bywa najtrudniejsze.

Porównanie A/B O₂

Porównanie A/B jest szczególnie przydatne w układach z dwoma APH. Czasami całkowity stopień wycieku sam w sobie nie alarmuje, ale jedna ze stron działa wyraźnie gorzej. Ta różnica daje dobry trop zespołowi utrzymania ruchu.

Na przykład na stronie A O₂ na wlocie 2,8%, na wylocie 5,7%. Na stronie B O₂ na wlocie również 2,8%, na wylocie 4,5%. Przy współczynniku korekcyjnym 0,9 strona A daje około 17,06%, strona B około 9,27%. Różnica wynosi 7,79%.

Przy takiej różnicy na liście kontrolnej dla strony A znajdują się: uszczelnienie promieniowe, uszczelnienie osiowe, ustawienie płyty sektorowej, luz wirnika lub lokalne wycieki kanałowe. Stwierdzenie „strona A jest na pewno uszkodzona” byłoby zbyt ostrym osądem; ale strona A zasługuje na bliższe przyjrzenie się.

Interpretacja wyników

Jeśli stopień wycieku jest niski, podgrzewacz powietrza uznaje się za zdrowszy. Wraz ze wzrostem wartości mogą być dotknięte obciążenie wentylatora, przepływ spalin, straty ciepła i interpretacja pomiarów. Mimo to nie należy podejmować ostatecznej decyzji na podstawie pojedynczej wartości procentowej. Ten sam APH może zachowywać się inaczej przy różnych obciążeniach. Ustawienie uszczelnień może zmieniać się w zależności od stanu ciepłego/zimnego. Deformacja wirnika lub nagromadzenie popiołu mogą wpływać na pomiar.

Dlatego wynik należy odczytywać jako wskazówkę, a nie diagnozę. Dobra praktyka terenowa zazwyczaj przebiega następująco: najpierw zweryfikuj pomiar, potem powtórz go w tych samych warunkach, następnie porównaj O₂ i jeśli to możliwe CO₂, na koniec przejdź do kontroli mechanicznej. Jeśli pomiar nie jest prawidłowy, zespół mechaniczny niepotrzebnie wchodzi do APH; nikt tego nie chce.

Którą wartość uznać za wysoką?

Nie ma jednej odpowiedzi na to pytanie. Znaczenie ma typ APH, konstrukcja kotła, obciążenie eksploatacyjne i wartości dopuszczalne producenta. Niemniej w praktyce wraz ze wzrostem stopnia wycieku rośnie poziom uwagi. Ocena w kalkulatorze nie powinna być traktowana jako kryterium akceptacji, ale jako szybkie ostrzeżenie terenowe.

Na przykład wartości około 5% i około 17% nie są oceniane w ten sam sposób. Gdy widoczne jest 17%, sensowne jest powtórzenie pomiaru, sprawdzenie różnicy A/B i kontrola uszczelnień. Należy to jednak interpretować wraz z procedurą eksploatacyjną.

Jeśli wyniki O₂ i CO₂ się różnią

Jeśli metody O₂ i CO₂ dają bardzo różne wyniki, pierwsze podejrzenie powinno paść na stronę pomiarową. Mogła nastąpić zamiana bazy suchej/mokrej. Pomiary na wlocie i wylocie mogły nie być wykonane w tym samym czasie. Jeden z analizatorów mógł się przesunąć. Sonda próbkująca może znajdować się w punkcie o słabej reprezentatywności w kanale.

W takiej sytuacji przed dyskusją nad wynikiem obliczeń należy przedyskutować łańcuch pomiarowy. W obliczeniach wycieku APH jakość danych ma większe znaczenie niż sam wzór.

Krótkie uwagi użytkowe

W obliczeniach O₂ wartość 21 należy traktować jako praktyczne założenie dla zawartości tlenu w powietrzu. Niektóre źródła podają 20,9; ta różnica może być dyskutowana w precyzyjnych testach. Wzór O₂ w tym kalkulatorze działa z założeniem 21. Ważne jest, aby stosować to samo założenie konsekwentnie i odnotować je w raporcie.

Nie należy mylić bazy suchej i mokrej. Wiem, że to brzmi jak powtórka, ale właśnie tutaj w obliczeniach wycieku APH popełnia się najwięcej błędów. Jeśli przyrząd pomiarowy podaje bazę suchą, wartości na wlocie i wylocie należy wprowadzać w bazie suchej. Jeśli mokra – obie muszą być mokre.

Jeśli wyciek wychodzi wysoki, najpierw sprawdza się dane. Czy punkt pomiarowy jest prawidłowy? Czy analizator jest skalibrowany? Czy obciążenie jest stabilne? Czy wartości O₂ i CO₂ reprezentują ten sam przedział czasu? Jeśli to jest w porządku, przechodzi się do kontroli mechanicznej. Kolejno sprawdza się ustawienia uszczelnień, szczeliny wirnika, płyty sektorowe, połączenia kanałów i możliwości lokalnych wycieków.

Krótko mówiąc, obliczanie stopnia wycieku APH to nie tylko generowanie procentów z kilku liczb. Wzór jest szybki; główny wysiłek polega na upewnieniu się, że pomiar jest wiarygodny. Przy prawidłowych danych daje on zespołowi utrzymania ruchu dość jasny kierunek: czy występuje ogólny wyciek, czy może jedna ze stron A/B wydaje się bardziej problematyczna?