افزايش طول عمر نيروگاههاي موجود از طريق نوسازي و بازسازي
http://www.ewa.ir/images/topics/generation.jpg توليد و نيروگاه :
مقاله: افزايش طول عمر نيروگاههاي موجود از طريق نوسازي و بازسازي
عمر يك نيروگاه، عمدتا به عمر قطعات متحرك آن بستگي دارد. اين قطعات به دليل‌تحمل نيروهاي متناوب مكانيكي و خستگي، زودتر فرسوده شده و كارايي خود را از دست‌مي‌دهند. از طرف ديگر فن‌آوريهاي جديدي هر سال در زمينه‌هاي مختلف از قبيل مواد، اندازه‌گيري، كنترل و... توسعه مي‌يابد كه نيروگاههاي قديمي موجود از آنها بهره‌اي ندارند.
اين امر سبب مي‌شود كه بازده نيروگاههاي فرسوده بسيار پايين‌تر از نيروگاههاي جديد باشد. از طرف ديگر با توجه به هزينه سنگيني كه صرف ايجاد نيروگاه شده است،هر طرح اقتصادي بهينه سازي، نوسازي و بازسازي كه منجر به افزايش عمر نيروگاه وبالا رفتن بازده آن شود بايد مورد بررسي قرار گيرد.
در اين گزارش نمونه‌اي از اين طرح بازسازي و نوسازي كه توسط كمپاني ABBبراي‌دو نيروگاه سيكل تركيبي ابوظبي به اجرا در آمده معرفي مي‌شود. در اين طرح سيستم‌كنترل گاورنر با يك سيستم كنترل جديد، تعويض شده و روتور توربينهاي گازي نيزنوسازي شد. شركت ABB با اجراي اين طرح عمر نيروگاهها را تا 15 سال ديگر تضمين كرده است.
ابوظبي بزرگترين شيخ نشين امارات‌متحده عربي است. منطقه ام‌النهار در ابوظبي‌مركز فعاليتهاي صنعتي متعدد است. در اين‌منطقه 14 نيروگاه با ظرفيت توليد 1200مگاوات و 16 واحد آب شيرين‌كن با ظرفيت‌توليد 200 ميليون ليتر در روز در حال كار است.
شركت ABB در فاصله سالهاي 1976 تا1980 يك نيروگاه سيكل تركيبي
140 مگاواتي را براي سازمان آب و برق‌ساخته است. اين نيروگاه داراي دو توربين‌گازي 13 GT، دو ديگ بخار بازياب گرما وچهار واحد آب شيرين‌كن است. آب‌شيرين‌كنها در پايين دست نيروگاه، واقع شده‌و روزانه 80 ميليون ليتر آب شرب توليدمي‌كنند. شركت ABB همچنين مسووليت‌تامين سيستمهاي الكتريكي و كنترل يك‌نيروگاه 160 مگاواتي واقع در غرب ام‌النهار رانيز بر عهده گرفته است.
نيازهاي آب و انرژي ابوظبي
نياز ابوظبي به برق در فاصله ماههاي‌ژوئن و سپتامبر، حداكثر است. در ساير ماههاي سال، مصرف انرژي بين 30 تا 40 درصد اين قله بار فصلي است. نياز آب‌ابوظبي در طول سال تقريبا ثابت است درنتيجه بخار توليد شده نيروگاهها بايد ثابت‌باشد. بنابراين ضريب بار توربينها بايد باتوجه به اين موضوع تنظيم شود.
توسعه ساختار اجتماعي - اقتصادي‌و نياز به بهينه سازي منابع
همزمان با توسعه ساختار اجتماعي -اقتصادي ابوظبي، نياز آن به انرژي الكتريكي‌نيز افزايش مي‌يابد. براي تامين اين نياز، نه‌تنها نيروگاههاي جديدي بايد ساخته شودبلكه از ظرفيت توليد توان موجود بايد به طوركامل استفاده كرد. عمر بيشتر نيروگاههاي‌موجود بين 15 تا 20 سال است و سيستمهاي‌بكار گرفته شده در آنها قديمي است. زمانهاي توقف آنها نسبتا طولاني و قابليت‌اطمينان توليد برق آنها كم شده است. علاوه‌بر آن تهيه قطعات يدكي نيروگاهها نيزمشكل است. سازمان آب و برق از سياست‌نوسازي و بازسازي مداوم نيروگاهها در ام‌النهار پيروي مي‌كند.
برنامه و روش اجراي بازسازي ونوسازي
اعمال سياست بازرسي و تعميرات‌درازمدت نيروگاهها توسط سازمان آب و برق،سبب شده كه اين نيروگاهها در شرايط عالي‌باشند. اين امر باعث شده است تا با انجام‌نوسازي و بازسازي، بتوان عمر نيروگاهها را15 تا 20 سال ديگر افزايش داد. طرح‌بازسازي و نوسازي به صورت پروژهايي توسط سازمان آب و برق در نظر گرفته شده‌است كه براي تهيه پيشنهاد مناقصه ازمهندسان مشاور استفاده شد. روشها و شرايط فعلي انجام مناقصه در ابوظبي به گونه اي‌است كه بررسي اين پروژه‌ها و عقد قرارداد، دوتا سه سال وقت لازم دارد. بديهي است با اين زمان طولاني نمي‌توان انتظار داشت كه‌اجراي پروژه سريعا شروع شود.
شركت ABB با همكاري نزديك‌سازمان آب و برق ابوظبي برنامه انعطاف‌پذيري براي سرويس، بهره‌برداري و نوسازي (SOR)نيروگاهها تدارك ديده است. در اين‌برنامه پروژه‌هاي بازسازي و نوسازي به دو بخش تقسيم شده است. در بخش نخست‌تمام سخت افزارهاي مورد نياز به همراه اسنادو مدارك مهندسي مربوط، تهيه شده و بخش‌دوم شامل نصب و راه اندازي اين‌سخت‌افزارهاست. بخش نخست به روش‌متداول سفارش و خريد قطعات يدكي توسطخود نيروگاه انجام شده است ولي بخش دوم‌در قالب قراردادهاي تعميرات كه هر دو سال يك بار تكرار مي‌شود انجام شده است.
شيوه فوق نياز به تعيين دقيق مشخصات‌تجهيزات و برنامه زماني تحويل آنها دارد.سازمان آب و برق، بستري فراهم آورده كه در آن سفارش خريد و اعلام مناقصه براي عقدقرارداد تعميرات به طور همزمان انجام‌مي‌شود. اهداف اصلي برنامه و بازسازي ونوسازي به اين شرح است:
-بهينه سازي نيروگاه و اجزاي آن
-افزايش عمر نيروگاه و تجهيزات مربوط به‌آن
-كاهش هزينه بازرسي و تعميرات
-كاهش زمان نصب و راه اندازي
برنامه زماني و كنترل دقيق پروژه به نحوي‌كه عمليات نصب و تعميرات در همان‌دوره‌هاي بازرسي عادي و تعميرات‌پيشگيري‌كننده انجام و از وقفه‌هاي اضافي‌در توليد برق، اجتناب شود.
در تمام قراردادهاي بازسازي، مدت يك‌سال گارانتي پيش بيني شده است كه پس ازراه‌اندازي به اجرا در مي‌آيد.
راه اندازي استاتيكي تجهيزات باكمترين زمان توقف
تجهيزات راه‌اندازي استاتيكي جديد(شكل1) مبتني بر فن آوريPROCONTROLP شركت ABB بوده ووظايفي را انجام مي‌دهد كه عبارتند از:
-راه‌اندازي و گردش روتور
-قابليت تعمير توربين گازي، شامل‌اندازه‌گيريهاي لازم و تجزيه و تحليل نتايج
-تست عملكرد سيستم كنترل، شامل برنامه‌كنترل توربين گازي، محركهاي خودكار وسيستم ايمني توربين
-ارتباط با اتاقهاي كنترل گرمايي والكتريكي
-عملكرد هشدار دهنده‌ها و قفلهاي حفاظتي.
اين مرحله شامل نصب يك‌ترانسفورماتور جديد راه‌اندازي و اصلاح نقطه خنثي ژنراتور نيز بوده است. نصب سيستم‌راه‌اندازي استاتيكي 6 هفته به طول انجاميدو مدت توقف توليد، دو هفته بوده است.
تعويض سيستم كنترل توربينهاي‌گازي
در توربينGT13 نيروگاه ام‌النهار شرقي‌كه قبلا به وسيله سيستم گاورنر مكانيكي‌كنترل مي‌شده است، بسياري از قطعات، دچار فرسودگي شده و نياز به تعميرات مكرر داشت (شكل 2). براي بهبود عملكرد و قابليت‌اطمينان سيستم، اين گاورنرها با سيستمهاي‌كنترل EGATROL جايگزين شده است.
EGATROL در سال 1983 به عنوان‌سيستم كنترل استاندارد توربينهاي گازيGT13 توسط ABB بكار گرفته شد. اين‌سيستم الكتروهيدروليكي از دو بخش‌تشكيل مي‌شود، واحد كنترل‌الكتروهيدروليكي و سيستمهاي الكترونيكي‌مربوط و كنترل و مراقبت تمام عوامل كارتوربين گازي.
با تغيير سيستم كنترل به EGATROL،تعداد قطعات مكانيكي به شدت كاهش‌يافت و قطعات در معرض ساييدگي كلا حذف‌شد. برتري ديگر سيستم EGATROLنيازبه تعداد موتورهاي الكتريكي كمتر است. دراين سيستم، دسترسي به داده‌هاي فرايندي وتعويض قطعات معيوب و فرسوده، ساده‌تراست.
EGATROL براساس سيستمPROCONTROLP كار مي‌كند و از ويژگيهايي برخوردار است كه عبارتند از:
-فن‌آوري استاندارد كه تعويض سيستمهاي‌فرسوده اندازه‌گيري و كنترل آن ساده است.
-كاهش ارتباط بين اجزا
-انعطاف پذيري بالا و امكان تنظيم برنامه‌هنگام كار
-نياز به فضاي كم
-استفاده از دستگاههاي فرايندهاي موجود
-بهينه سازي با استفاده از سيستم كنترل‌رايانه‌اي
-مقادير كنترل دقيق و تكرار پذير
براي تغيير سيستم كنترل به اگاترول تنهاتغييرات جزيي در سيستم موجود، لازم است.در سيستم كنترل اگاترول نيز تغييراتي داده‌شده تا با سيستم موجود در نيروگاه هماهنگ‌شود. اين تغييرات در كارخانه سازنده انجام ومورد آزمايش قرار گرفته است. تعدادي حس‌كننده دما و فشار هم در محل نيروگاه نصب‌شده تا دماي محيط و ورودي به توربين و فشارهاي ورودي و خروجي كمپرسور رااندازه‌گيري كند. دو سيستم اگاترول در اواخرسال 1997 و اويل سال 1998 نصب شده‌است.
نوسازي روتور براي افزايش عمر
ماشينهاي پيچيده همواره شامل قطعاتي‌است كه زودتر از ساير قطعات، ساييده‌مي‌شوند. هدف از نوسازي، افزايش طول‌عمرتوربين گازي يا نيروگاه از طريق تعويض‌قطعات فرسوده‌تر و حفظ سرمايه اوليه است. اگر اين قطعات به موقع عوض شوند عمرماشين 20 تا 30 درصد قابل افزايش است.
مهندسان شركت ABB با همكاري‌كاركنان نيروگاه توانسته‌اند با انجام يك‌تجزيه و تحليل روي طول عمر باقي‌مانده‌قطعات، زمان مناسب و بهينه تعويض قطعات‌فرسوده را تخمين بزنند.با در نظر گرفتن‌پيچيدگي نيروگاه و تعداد زياد قطعات بكار رفته،تخمين آنها معقول بوده است.
چگونه مي‌توان طول عمر باقي‌مانده‌را پيش بيني كرد؟
در روش سنتي براي پيش بيني عمرقطعات از تنشهاي چرخه‌اي مواد با تواتر بالااستفاده مي‌شود. در اين روش، خستگي ناشي‌از تنشهاي چرخه‌اي و دوام تركها از عواملي‌است كه بايد ثبت شود. عوامل ديگر وابسته به‌زمان عبارتند از نحوه تغييرات بار توربين وتعداد ساعتهاي كاركرد و رفتار ديناميكي‌نيروگاه.
شركت ABB براي پيش بيني عمرباقي‌مانده قطعات از نتايج روش تستي وروشهاي محاسباتي جديد استفاده كرد. دريكي از اين روشها از فرمول EOH(ساعت‌كار معادل) استفاده مي‌شود كه به‌وسيله آن مي‌توان كاهش در عمر پره‌هاي‌توربين و قطعات ديگري كه در معرض گازهاي داغ قرار دارند را پيش‌بيني كرد. دراين فرمول حدود دماي كاركرد، راه‌اندازيهاي‌سريع و عددي و شرايط گذرا مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
شركت فوق، نرم‌افزاري نيز براي محاسبه‌عمر باقي‌مانده روتور توربين تهيه كرده است.در اين برنامه از بار گرمايي و خستگي روتوراستفاده مي‌شود. طول عمر سپري شده روتوراز خستگي ناشي از تعداد راه‌اندازيهاي سريع،راه‌اندازي گرم و تعداد تريپ‌ها به دست‌مي‌آيد. تفاضل اين زمان با زمان مجاز كل‌خستگي، عمر باقي‌مانده را مي‌دهد.
براساس اين تجزيه و تحليل پيشنهادي‌براي بازسازي توربينهاي گازي نيروگاه ام‌النهار شرقي ارايه شده كه عبارت است از:تعويض روتور هر دو توربين و تعويض پره‌ثابت توربين دو.
پس از خريداري اين قطعات، عمليات‌تعويض در خلال بازرسي، تابستان 1997انجام شد.
استفاده از روتور فرسوده
روتور توربين گازي بيشتر در قسمت‌توربين، آسيب ديده است و به جاي به دور انداختن كل روتور، شركت ABB قسمت‌كمپرسور روتور را بريده و به قسمت توربين‌يك روتور سالم جوش داده است. روتور دو تكه حاصل، مي‌تواند حدود 100 هزارساعت ديگر كار كند. البته سطح روتور معيوب‌در قسمت كمپرسور بايد بازرسي چشمي شودو معمولا تعميرات مورد نياز، جزيي است.
آموزش كاركنان بهره‌برداري
هنگامي مي‌توان بيشترين بهره را ازسيستمهاي جديد نصب شده برد كه كاركنان بهره‌برداري در تمام مراحل پروژه، همكاري‌داشته باشند. در پروژه بازسازي و نوسازي اين‌نيروگاه سعي شده است مهندسان به ويژه درمراحل اوليه پروژه و تعيين مشخصات فني‌تجهيزات، مشاركت داشته باشند. بر اين‌اساس تست پذيرش تجهيزات سفارش داده‌شده توسط مهندسان نيروگاه انجام و دوره‌آموزش اين تستها نيز در مراكز آموزشي شركت ABB برگزار شد. اين دوره‌ها با بازديدمهندسان نيروگاه از نيروگاههاي بازسازي‌شده ديگر همراه بوده است . بازديدي نيز از امكانات تحقيقاتي و توليدي شركت ABBانجام شد.
گام بعدي، انجام آزمايشهاي دقيق‌بسته‌هاي سخت افزاري و نرم‌افزاري تحويل‌شده در محل كارخانه بود. در مرحله بعد روش‌درست نگهداري مواد و تجهيزات تا زمان مونتاژ و راه‌اندازي، آموزش داده شد.
مهندسان نيروگاه در مرحله نصب وراه‌اندازي نيز در كنار كارشناسان شركت ABBحضور داشته‌اند. اين امر، انتقال كامل‌فن‌آوري را در پي دارد. در آخرين مرحله، دوره‌آموزشي براي كاركنان بهره‌برداري و تعميرات نيروگاه برگزار شد.
علاوه بر دوره‌هاي فوق، سمينارهاي‌سالانه‌اي هم براي به هنگام كردن كاركنان‌بهره‌برداري شركت آب و برق ابوظبي برگزارمي‌شود. مشتري مي‌تواند موضوعات موردنظر خود را در برنامه سمينار بگنجاند اين سمينارها دو روز به طول مي‌انجامد تا فرصت‌كافي براي تبادل نظر و طرح سوالات توسطشركت كنندگان باشد.
نوسازي نيروگاه - يك وظيفه مستمرمديريت
در نيروگاه ام‌النهار شرقي هنوز قابليتهاي‌زيادي براي بهسازي و نوسازي وجود دارد.كارهايي كه تاكنون انجام شده امكان‌بازسازيهاي ديگر را فراهم مي‌آورد.
مديريت نيروگاه برنامه‌اي براي نوسازي گام به گام در دست دارد. بخشي از اين برنامه، تعويض بقيه دستگاههاي اندازه‌گيري وكنترل و تعمير كلي سيستمهاي تغذيه DCدرآينده است.
سيستمهاي رايانه‌اي فرايندها درواحدهاي (7 و ... ام‌النهار غربي نيز بايد باسيستمهاي جديد شركت ABB جايگزين‌شود تا تمام واحدهاي ام‌النهار به يك شبكه‌واحد متصل شوند.
برگردان: مهندس علي اصغر رستمي
منبع:
[1] Khoory,A.J.L and kool H., Mod-ernization and Retrofit Concept forthe Umn AL Nar East CombinedCycle Power Station, ABB Review,PP23 - 29, 1/1998.
ماهنامه صنعت برق
بانک مقالات مهندسی برق
