JELLEGZETES ÜZEMFENNTARTÁSI OBJEKTUMOK ÉS SZAKTERÜLETEK 3.09 3.14 5.03
Földgázvezetékek elzárószerelvényeinek távműködtetése és távellenőrzése Tárgyszavak: információtechnológia; földgáz; távvezeték; távműködtetés; elektrohidraulika; napelem; GSM; szelep.
Földgáz-távvezetékek kompresszorállomásaitól távol, lakatlan terepen elhelyezett elzárószerelvényeinek távműködtetése a villamosenergia-ellátás hiánya miatt általában jelentős járulékos költségeket okoz. Egy lehetséges műszaki megoldás napelemes energiaellátás és a GSM-technika alkalmazásával, villamosenergia-ellátó és távközlési vezetékek nélkül is lehetővé teszi az elzárószerelvények távműködtetését és távfelügyeletét. A földgáz-távvezetékek szabályos távolságokban felszerelt elzáró–szabályozó szerelvényeit az általános automatizálási törekvéseknek megfelelően távvezérelhető egységekké alakítják át. Ez minden névleges méretű és nyomásértékű szerelvényre érvényes. Ez a megoldás az egységek egy központból vezérelt, folyamatos felügyeletét és közvetlen működtetését, a kezelőszemélyzet és a készültségi szolgálat optimálását teszi lehetővé. Az erősáramú és a távközlési hálózathoz való csatlakozás adott esetben nem csak jelentős beruházási költséggel jár, hanem nem elhanyagolható, folyamatos kiadásokat is jelent. Az említett problémák megoldására a Ruhrgas AG, Essen a Franz Schuck GmbH (Schuck Armaturen), Steinheim társasággal együttműködve új eljárást és berendezést fejlesztett ki és optimált. Kísérleti terv keretében egy-egy DN 700 és DN 800, PN 80, ill. 67,5 elzárószerelvényt távműködtethető egységgé alakítottak át, és minden felhasználó számára alkalmas, utólag is a rendszerbe illeszthető, rendkívül kedvező költségű, a hagyományos megoldások tökéletes alternatíváját jelentő energiaellátó és távműködtető–távellenőrző rendszert fejlesztettek ki. A szállított rendszer működésre kész, integrált vezérlést, helyszíni vezérlést és kapcsolóelemeket tartalmaz, ami az üzemeltetőt mentesíti a költséges tervezési tevékenységtől. További előnyt jelent a felhasználó igényeinek megfelelő, optimálisan illesztett, megoldás (1. ábra).
üzemvezetés távműködtető központ GSMszolgáltatás
motor és szivattyú alaphajtás
napelemmodulok
távműködtető berendezés
töltésszabályozó
GSMmodem
elektromos vezérlés
tartály
hidraulikus munkahenger
gömbszelep akkumulátorok
1. ábra Elvi kapcsolási vázlat
Alkalmazás és követelmények A különféle (olaj-, gáz-, víz-) csővezetékekben alkalmazott elzárószerelvények általában kizárólag kézzel működtethetők, így folyamatos ellenőrzésük megfelelő létszámú kezelő, ill. készültségi személyzeti létszámot tesz szükségessé. A hálózat optimális működtetése érdekében az egyes szerelvények helyszíni elérhetőségtől független és így rövid beavatkozási időt igénylő távellenőrzésére, ill. távműködtetésére van szükség. Ennek megvalósításához a szerelvényekhez automatikus hajtóegység, megfelelő vezérlés, továbbá alkalmas távközlési és energiaellátó rendszer szükséges. A rendszernek szélsőséges időjárási körülmények között is megbízhatónak és üzembiztosnak, a teljes rendszernek pedig gazdaságosnak kell lennie. A napelemes energiaellátás a villamos hálózattól való függetlenséget szavatol, ennek azonban előfeltétele az, hogy a hajtás, a vezérlés és a távközlés teljesítményfelvételét – célszerűen a GSM-technikát alkalmazva – korlátozzák.
A hajtásrendszer A követelmények kielégítése érdekében a Schuck társaság supertorc® típusú munkahengerét alkalmazták az X0 típusú hidraulikus vezérléssel.
A munkahengerhajtás
forgatónyomaték
A 90 fok állítási szögű Borsig supertorc® típusú Schuck-hajtások az építőszekrényelven alapulnak, különböző méretekben, 1000–350 000 Nm közötti kimeneti forgatónyomatékot szolgáltató változatokban készülnek. Az alaphajtás alsó és felső készülékházból, valamint az ebben elfordítható módon csapágyazott villából áll. Minden alkatrész nagy szilárdságú és szívós, gömbgrafitos öntvényből készül. Az alaphajtás és elemei: ház felső csúszóbetét, villa felső csúszóbetét, villa, ellenanya, beállítócsavar, beállítókarima, villa alsó csúszóbetét, ház alsó csúszóbetét, ablak, végálláskapcsoló, helyzetjelző, siklócsapágy ház, menesztő, menesztőcsap, ház, hidraulikus munkahenger. A hidraulikus munkahenger egyenes vonalú elmozdulását a Scotch-Yoke elv alapján a csúszóbetétek és a vezetékfelület alakítják át a szükséges 90oos elfordulássá. A munkahenger egyenes vonalú elmozdulása a menesztőn, a menesztőcsap és a csúszóbetétek közvetítésével hat a villa karjára. A ScotchYoke elv előnyős tulajdonsága az állandó bemenőnyomaték, ill. bemenőnyomás esetén a golyós csaphoz illeszkedő kimenő forgatónyomaték (2. ábra).
hajtás
gömbszelep
zárva
gömbszelep helyzete
nyitva
bemenet: nyomás = állandó nyomaték = állandó
2. ábra A hajtás és a gömbszelep forgatónyomatékának elvi jelleggörbéje A supertorc® típusú hajtások előnyös tulajdonságai: – nagy hatásfok a hajtás forgatónyomaték-jelleggörbéjének a golyós szelepéhez való optimális illesztése következtében,
– a hajtáson kívül nincsenek forgó alkatrészek, az elmozdulással arányos helyzetjelzés a teljes beállítási tartományban, a ZÁRVA és a NYITVA helyzet pontos jelzése, – atmoszférikus szellőzésű alaphajtás, – végütközők az elforduló mozgás véghelyzeteinek pontos beállítására és a maximális hajtó forgatónyomaték felvételére, – műanyag bevonatú csapágyak következtében nem igényel karbantartást, – az építőszekrényelvű alaphajtás következtében sokféle kivitel lehetséges, – átalakítás bármikor lehetséges. Az X0 hidraulikus hajtás A supertorc® típusú Schuck-hajtások hajtásvezérlése kevés alkatrészt tartalmaz, ezek: villamos motor, kézi szivattyú, biztonsági szelep, vezérlő karmantyú hidraulikaszeleppel, olajtartály. Az 1. táblázat a hatásvezérlés műszaki adatait tartalmazza. 1. táblázat X0 hidraulikus vezérlés; műszaki adatok Hajtásvezérlés
Elektrohidraulikus X0/jobb-bal forgásirány
Kézi működtetés
Kézi szivattyú
Max. üzemi nyomás
200 bar
Motor max. fordulatszáma
3000 min–1
Motor típusa
Állandó mágneses
Feszültség
24 V egyenfeszültség
Névleges teljesítmény
800 W
Üzemmód
S2–15 min
Robbanásvédelem
EEx d IIB T4 (opcionális)
Környezeti hőmérséklet
–25 °C ... +55 °C
Üzemi adatok Tápfeszültség 24 V Akkumulátor, 100 Ah Kapcsolási gyakoriság kb. Beállítási idő kb. (s)
8”
16”
24”
36”
48”
250 45
250 45
80 137
60 180
30 597
A villamos motor és a hidraulikaszivattyú karimával csatlakozik egymáshoz. A hajtásvezérlés mindkét forgásirányban működik, így a NYITÁS és a ZÁRÁS műveletek egyszerűen megvalósíthatók. A szivattyú közvetlenül a kis olajtartályba nyúlik, amely a hidraulikus munkahenger dugattyúrúdja által okozott térfogatkülönbséget egyenlíti ki.
A karmantyú a teljes vezérlőrendszert tartalmazza, így csak minimális csőszerelés szükséges. A vezérlést túlnyomás ellen védő biztonsági szelepek szintén a vezérlést tartalmazó karmantyúban vannak. A biztonsági szelepek gondoskodnak a forgatónyomaték korlátozásáról is. A vezérlést tartalmazó karmantyú korrózióálló anyagból készül. A vezérlés valamennyi szelepe szivárgásmentes ülékes szelep. A teljes vezérlés műanyagból készült, zárható, IP 65 védettségű szekrényben van. A vezérlőszekrényt közvetlenül a hajtóműházra szerelik. A hajtás vezérlését és a hidraulikus munkahengert rozsdamentes csőszerelvények és adott esetben nagy nyomást álló, szigetelt tömlők kapcsolják egymáshoz. A motort bekapcsolva a szivattyú a hidraulikaolajat a munkahenger egyik végébe továbbítja; a polaritást váltva az ellentétes irányú mozgás érhető el. A hajtásra szerelt végálláskapcsoló a mindenkori véghelyzetben lekapcsolja a motort, és egyúttal járulékosan a szerelvény helyzetét is jelzi. A hajtás kézi működtetése egy-egy kézi szivattyúval lehetséges. A zárási idők jelentősen rövidebbek a hagyományos, kézi kerekes működtetésnél megszokottnál. Az X0 típusú vezérléssel elérhető előnyök: – nagy hatásfok, – kis csatlakozási keresztmetszetek, – gyors szelepműködtetés, – kis olajkészlet, – kompakt felépítés, – kis karbantartásigény, – nagy működési biztonság, – öntisztító olajkörfolyamat, – utólag felszerelhető.
Villamos vezérlés A villamos vezérlés (2. táblázat) a következőket tartalmazza: jelzőlámpák, kapcsoló, működési idő ellenőrzése, napelemtechnika, távműködtető rendszer, GSM modem. A villamos vezérlés tokozása egy belső és egy külső kapcsolószekrényből áll. A napelemes energiaellátás miatt a kapcsolószekrény klimatizálása (fűtés, ventilátor) nem ésszerű. Ezért a teljes villamos vezérlést a belső szekrényben helyezik el. Illetéktelen hozzáférés elleni védelem érdekében valamennyi jelzőlámpa és kapcsoló a belső kapcsolószekrény ajtaján van, és így kívülről nem látható. A külső szekrény zárható.
2. táblázat Villamos vezérlés; műszaki adatok Kapcsolószekrény
Műanyag, szürke, zárható
Feszültség
24 V, egyenfeszültség
Napi energiaigény (átlagos)
144 Wh
Napelempanel
2 × 12 V, egyenfeszültség, 72 Wp
Napelempanel dőlésszöge
55°
Akkumulátor
2 × 12 V, egyenfeszültség, 100 Ah
Önálló működés időtartama
10 nap (normális üzem)
Védelem
IP 65
Robbanásvédelem
(opcionális)
Környezeti hőmérséklet
–25 °C ... +55 °C
A helyszíni jelzőlámpák valamennyi fontos üzemi állapotról, így pl. a hajtás, ill. a szelep helyzetéről, és/vagy hibaállapotokról adnak tájékoztatást. A külső szekrény ajtajára szerelt kapcsoló az ajtó zárt állapotában valamennyi helyi jelzőlámpát kikapcsolja. A teljes hajtórendszer a főkapcsolóval helyezhető üzembe. A „Belső” („Intern”) helyzetben a hajtást a napelemrendszer, azaz a napelemmodulok, a napelem-szabályozás és az akkumulátor táplálja. A kapcsoló „Külső” („Extern”) helyzetében a rendszer külső áramforrásról táplálható. Ehhez a villamos vezérlőegységen felcserélhetetlen csatlakozó van 24 V egyenfeszültség csatlakoztatására. A napelemmodulok a kapcsolónak ebben a helyzetében is töltik az akkumulátort. A kapcsoló középső helyzetében a teljes rendszer feszültségmentes. A „Helyi/Táv” kapcsolóval a rendszer helyi, ill. távvezérlésre kapcsolható. A kapcsoló „Helyi” helyzetében a hajtást a központból továbbra is lehet felügyelni, azonban kezelni nem lehet. Ebben az állapotban a hajtás a helyi „Nyit/0/Zár” kapcsolóval irányítható. A motort motorvédő-kapcsoló védi túlterhelés ellen, és a rendszerben a futásidőt figyelő egység is van.
A napelemtechnika A napelemrendszer az alábbiakat tartalmazza: – Akkumulátorok: 2 × 12 V egyenfeszültség, 100 Ah. – Napelemmodulok: 2 × 12 V egyenfeszültség, 72 Wp. – Töltésszabályozó: 1 × 12 A. A karbantartást nem igénylő ólom–gél–akkumulátorok dryfittechnológiájú, Valve Regulated Lead Acid (VRLA) egységek, amelyek normális üzemben 10 napig táplálhatják a rendszert.
A napelemmodulok polikristályos napelemekből állnak. Ezeket 55° dőlésszögben, viszonylag meredek helyzetben szerelik az alumínium állványzatra, hogy a csapadék viszonylag könnyen lecsúszhasson. A modulok egyúttal árnyékot vetnek a kapcsolószekrényre, és így a túlzott hőmérsékletingadozások ellen védenek. A napelemmodulok mérete olyan, hogy csupán napi egy óra napsütés esetén is ellátják a teljes vezérlés energiaszükségletét. A töltésszabályozóban a szokásos szabályozások mellett egy sor további ésszerű megoldást is alkalmaztak. Ilyen az akkumulátorok lemerülésekor jelzést adó egység, amely az akkumulátorok 40%-os töltöttsége esetén (feszültségérzékelés alapján) a távközlési rendszeren át tájékoztatást ad a központnak.
Távközlés A távközlési rendszer elemei: IDS 450 (módosított) távműködtető egység, GSM-modem M20 terminál. A rendszert a GSM-összeköttetésen át a központból ellenőrzik és vezérlik. A jelzéseket és utasításokat távműködtető protokollal, kódolva továbbítják. A következő jelzéseket generálják: motortúlterhelés, szekrény nyitva, ZÁRT/NYITOTT véghelyzet, rendszer helyi vezérlése, napelemrendszer-riasztás. Ebben az esetben vezérlőutasításként csak a Zárás utasítást viszik át. Ez nem műszaki korlátozás, hanem a megrendelő kívánsága volt. Az energiafogyasztás optimálása és az átviteli költségek csökkentése érdekében a GSM-összeköttetést csak akkor hozzák létre, ha utasítást vagy jelzést kell továbbítani, ill., ha a távműködtető rendszer (beállítható időközönként automatikusan lezajló) öntesztet végez.
Gyakorlati tapasztalatok A bemutatott rendszert a Ruhrgas vállalatnál, egy kísérleti terv keretében valósították meg. A berendezést a gyakorlatban kritikus téli szakaszban vizsgálták. A rendszer az eddigi tapasztalatok szerint bevált. A kísérleti időszakban számos, kellő napsugárzás nélküli nap ellenére nem került sor „Napelemriasztás” jelzés továbbítására. A teljes rendszer következetesen energiatakarékos megvalósítása miatt a napelemtechnika megfelelő méretezése esetén erre a feladatra jól alkalmazható, és a költségek szempontjából előnyösebb a villamos hálózati csatlakozásnál. A rendszer a központból megfelelő módon felügyelhető és vezérelhető. A Ruhrgas vállalat a projektet rendkívül sokat ígérőnek értékeli. A jó eredmények alapján előre láthatólag a csőhálózat további szelepeit is távműködtethető vezetékelzáró berendezésekre fogják átállítani.
(Pálinkás János) Hoster, H.; Bresser, M.: Fernbedienung und -überwachung von Absperrarmaturen in Erdgasleitungen. = Das Gas- und Wasserfach – Gas, Erdgas, 143. k. 5. sz. 2002. p. 262–266. Kandziora, M.: Flexible Überwachungsgeräte verhindern Stillstandzeiten und Reparaturen. = CAV Chemie Anlagen und Verfahren, 35. k. 9. sz. 2002. p. 106–107.
FIGELEM! E-mail címeink megváltoztak: Műszaki–Gazdasági Kiadványok Osztálya:
[email protected] Értékesítés és marketing csoport:
[email protected]
(Folytatás a 42. oldalról)
