Otomatik Seviye Kontrol Sistemleri

Açma/kapama, modülasyonlu, iki ve üç elemanlı otomatik seviye kontrolünün detaylı açıklaması, avantaj ve dezavantaj karşılaştırmasıyla birlikte.

Açma/kapama kontrolü

Şimdiye kadar açıklanan seviye algılama yöntemlerinin tümü, seviye kontrolü için açma/kapama sinyali üretmek üzere kullanılabilir. En yaygın seviye kontrol yöntemi, basitçe besleme pompasını düşük seviyede çalıştırmaya başlatmak ve kazan içinde daha yüksek bir su seviyesine ulaşana kadar çalışmasına izin vermektir.

• Şamandıralı seviye kontrolünde, dahili histerezis veya ölü banda sahip manyetik bir anahtar kullanılır.
• İletkenlik problarında, iki prob gereklidir (pompayı açma ve pompayı kapama) ve sabit anahtarlama seviyeleri verir.
• Kapasitans probu, ayarlanabilir açma/kapama anahtarlama seviyeleri sağlamak için kullanılabilir. İngiltere’de, yaklaşık 5 000 kg/h buhar üretim hızının altındaki kazanlarda açma/kapama tipi kontrol neredeyse evrensel olarak kullanılmaktadır, çünkü en ucuz seçenektir. (Avustralya ve Yeni Zelanda’da, standartlar 3 MW’ı (tipik olarak 5 000 kg/h) aşan kazanlarda modülasyonlu kontrol takılmasını zorunlu kılmaktadır). Ancak, bu tür açma/kapama kontrolünün kazan kontrolü için ideal olmadığı ileri sürülebilir, çünkü pompa çalışırken ‘soğuk’ besleme suyunun nispeten yüksek akış hızı kazan basıncını düşürür. Bu durum, brülör ateşleme hızının pompa açılıp kapandıkça sürekli olarak değişmesine neden olur. Tipik bir örnek alındığında, besleme suyu 80°C olsa bile, brülör ateşleme hızının besleme pompası açıkken, kapalı olduğundan %40 daha yüksek olması gerekebileceği hesapla gösterilebilir. Bu sürekli değişim şunlara neden olur:
• Brülör kontrollerinde aşınma.
• Kazanın termal döngüye girmesi.
• Verim düşüşü.
• Şekil 3.17.2’de gösterilen grafik kaydedici tarafından tasvir edilen ‘testere dişi’ tipi buhar akış hızı. Buhar yükleri yüksekse, değişken buhar akış hızı, buharla birlikte su taşınımını artırma eğiliminde olacak ve özellikle çoklu kazan tesislerinde ilişkili düşük su seviyesi kilitleme tehlikesiyle su seviyelerinin giderek daha dengesiz hale gelmesine neden olacaktır. Ancak, açma/kapama kontrolünün yukarıda tanımlanan küçük ve orta kapasiteli kazanlarda çok yaygın olarak kullanıldığı ve büyük yük dalgalanmalarıyla çalışan buhar kazanlarıyla ilişkili birçok sorunun kısmen açma/kapama seviye kontrol sistemlerinden kaynaklandığı gerçeği devam etmektedir.

Açma/kapama seviye kontrolünün özeti

Avantajlar:

• Basit.
• Ucuz.
• Beklemedeki kazanlar için uygundur. Dezavantajlar:
• Her kazan kendi besleme pompasını gerektirir.
• Besleme pompasında ve kontrol ekipmanında daha fazla aşınma.
• Değişken buhar basıncı ve akış hızı.
• Daha fazla kazan suyu taşınımı.
• Büyük yük dalgalanmaları altında günlük çalışma sorunları olasılığı daha yüksektir.

Modülasyonlu kontrol

Bu tür bir sistemde besleme pompası sürekli çalışır ve besleme pompası ile kazan arasındaki otomatik bir vana, buhar talebine uyum sağlamak için besleme suyu akış hızını kontrol eder. Doğru çalıştığında, modülasyonlu kontrol buhar akış hızı grafiğini dramatik şekilde düzeltebilir ve kazan içinde daha yüksek su seviyesi stabilitesi sağlayabilir. Modülasyonlu seviye kontrolü için, su seviyesini algılamak üzere aşağıdaki yöntemler kullanılabilir:

• Sürekli sinyal çıkışı veren şamandıralar.
• Kapasitans probları.
• Fark basınç hücreleri.

Devridaim

Kapalı modülasyon valfine karşı pompalama sırasında besleme pompasını aşırı ısınmadan korumak için, pompadan geçen minimum akış hızını sağlamak amacıyla bir devridaim veya geri akış hattı sağlanır. Bu devridaim bir vana veya bir plaka ile kontrol edilebilir. Devridaim edilecek su miktarı fazla değildir ve genellikle pompa üreticisinden rehberlik alınabilir. Bir gösterge olarak, tipik bir kazan için orifis boyutu genellikle 5 mm ile 7 mm arasında olacaktır. Kazan besleme pompasının hızını değiştirerek modülasyonlu seviye kontrolü Bu tür bir sistemde, kazan su seviyesini temsil eden bir modülasyon sinyali (örneğin, bir kapasitans probundan) bir elektrik frekans kontrol cihazına yönlendirilir. Bu kontrol cihazı sırayla kazan besleme pompası motoruna giden AC voltajının frekansını değiştirir ve böylece hızını değiştirir.

• Çok fazla su gerekiyorsa, pompa yüksek hızda çalışır.
• Daha az su gerekiyorsa, pompa hızı düşürülür. Bu şekilde pompa hızı, kazanın besleme suyu talebine uygun bir besleme suyu akış hızı sağlamak üzere modüle edilir. Değişken hız sürücü teknolojisi genellikle iki şekilde uygulanır: Devridaim ile - Talep karşılandığında ve motor hızı minimuma düşürüldüğünde, pompa aşırı ısınmasını önlemek için besleme deposuna bir miktar besleme suyu devridaimi hala gereklidir (Bkz. Şekil 3.17.5). Devridaimsiz - Bu durumda motor kontrolcüsü, çok düşük kazan yüklerinde besleme pompasını durdurur, bu nedenle devridaim gerekmez. Pompanın durdurulması ve çalıştırılmasıyla ilgili iki önemli faktör şunlardır:
• Pompa, üreticinin önerdiğinden daha sık belirli bir süre içinde çalıştırılıp durdurulmamalıdır.
• Çalıştırma sırasında, pompadaki aşınmayı en aza indirmek için frekans kontrol cihazı düşük hızdan kademeli olarak artırılmalıdır. Değişken hız sürücülerinin temel avantajı, pompa hızı değiştiği gibi güç tüketiminin de değişmesidir ve tabii ki azalan güç tüketimi azalan işletme maliyetleri anlamına gelir. Ancak, değişken hız sürücülerin kullanımından elde edilen maliyet tasarrufları, kontrol ekipmanının daha yüksek maliyetiyle karşılaştırılmalıdır. Bu genellikle, yük dalgalanmaları geniş olan veya lider/takipçi modunda çalışan büyük kazanlar için uygundur.

Tek elemanlı su seviyesi kontrolü

Oransal kontrollü standart tek elemanlı kazan su seviyesi kontrol sistemi, çoğu kazan tesisinde mükemmel kontrol sağlar. Ancak, tek elemanlı oransal kontrolde, besleme suyu kontrol vanasının açılması için su seviyesinin düşmesi gerekir. Bu, düşük buharlaşma hızlarında su seviyesinin daha yüksek ve yüksek buharlaşma hızlarında daha düşük olması gerektiği anlamına gelir: düşen seviye kontrol karakteristiği. Ancak, bazı su borulu kazan türlerinde ani yük değişimlerinde tek elemanlı kontrolün sınırlamaları vardır. Bir kazanın nominal kapasitesi dahilinde çalıştığı durumu düşünün:

• Kazan ‘su’yu aslında sudan daha az yoğun olan su ve buhar kabarcıkları karışımını içerecektir.
• Buhar talebi artarsa, kazandaki basınç başlangıçta düşer ve kontrol sistemi brülör ateşleme hızını artırır. Buharlaşma hızı artan talebi karşılamak için artar.
• Artan buharlaşma hızı, kazan suyunun daha fazla buhar kabarcığı içereceği ve daha az yoğun hale geleceği anlamına gelir. Kazana şimdi ani bir yük uygulanırsa:
• Kazanın içindeki basınç daha da düşer ve kazan suyunun bir kısmı flaşlaşarak buhara dönüşür. Kazan suyunun flaşlaşması, artan brülörlerin maksimuma yükselmesiyle birlikte artan ısı girdisi, kazan ‘su’yunun daha da fazla buhar kabarcığı içereceği ve yoğunluğunun daha da düşeceği anlamına gelir.
• Basınç düştükçe, buharın özgül hacmi artar ve kazandan çekilen buharın daha yüksek hızı, su seviyesinde görünür bir yükselmeye neden olabilen buhar kabarcığı/su karışımında bir ‘şişmeye’ yol açabilir.
• Seviye kontrolleri bu görünür su seviyesi yükselişini algılar ve aslında daha fazla su gerekirken besleme suyu kontrol vanasını kapatmaya başlar. Şimdi durum, yüksek bir buhar talebi olduğu ve seviyeyi korumak için kazana su eklenmediğidir.
• Su seviyesinin ‘şişmesi’nin çökebileceği ve muhtemelen düşük seviye alarmlarının altına düşebileceği bir noktaya ulaşılır ve kazan aniden ‘kilitlenerek’ tesisi devre dışı bırakabilir. İki elemanlı su seviyesi kontrolü İki elemanlı kontrol, düşen seviye kontrol karakteristiğini tersine çevirerek su seviyesinin yüksek buharlaşma hızlarında yükseltilmesini sağlar. Bu, kazandaki su miktarının tüm yüklerde sabit kalmasını ve ani buhar talebi artışları sırasında besleme suyu kontrol vanasının açılmasını sağlamaya çalışır. Sistem, buhar tahliye boru hattına takılmış bir buhar akışölçerden gelen sinyali kullanarak yüksek buhar yüklerinde seviye kontrolcü set noktasını artırarak çalışır. Sinyalin iki elemanı şunlardır:
• Birinci eleman - Kazan içindeki sudan seviye sinyali.
• İkinci eleman - Kazan buhar çıkışındaki buhar akışölçerden akış sinyali.

İki elemanlı su seviyesi kontrolünün özeti Sık sık ani yük değişimleri yaşayan herhangi bir kazan tesisi, iki elemanlı besleme suyu kontrol sistemi ile daha iyi çalışabilir. Proses yük değişimlerinin şiddetli olduğu yerlerde (bira fabrikaları yaygın bir uygulamadır) iki elemanlı kontrol düşünülmelidir ve bir kazanda %25’ten fazla ani yük değişimlerinin olduğu durumlarda gerekli görülmektedir.

Üç elemanlı su seviyesi kontrolü Şekil 3.17.8’de gösterilen üç elemanlı kontrol, daha önce bahsedilen iki sinyal elemanını artı üçüncü bir elemanı içerir; bu da kazana giren besleme suyunun gerçek ölçülen akış hızıdır. Üç elemanlı kontrol, genellikle bir dizi kazanın ortak, basınçlı bir ana hattan beslendiği kazan dairelerinde daha sık görülür. Bu koşullarda besleme suyu ana hattındaki basınç, her bir kazanın ne kadar su çektiğine bağlı olarak değişebilir. Ana hattaki basınç değiştiği için, besleme suyu kontrol vanasının geçireceği su miktarı da belirli bir vana açıklığı için değişecektir. Üçüncü elemandan gelen girdi, besleme suyu kontrol vanasına giden sinyali, bu basınç değişimini hesaba katacak şekilde değiştirir.

Modülasyonlu seviye kontrolünün özeti

Avantajlar:

• Kazanın termal kapasitesi dahilinde sabit buhar basıncı ve akış hızı.
• Daha verimli brülör çalışması.
• Kazan kabuğunda daha az termal stres.
• Daha az kazan suyu taşınımı.
• Merkezi besleme pompası istasyonu kullanılabilir.
• Besleme pompasında ve brülörde daha az aşınma. Dezavantajlar
• Daha pahalı.
• Besleme pompası sürekli çalışmalıdır.
• ‘Bekleme’ çalışması için daha az uygundur.
• Muhtemelen daha yüksek elektrik tüketimi.