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Computergestützte Turbinenüberwachung

mit unserem MONITOR-System zur Laufüberwachung und Schwingungsüberwachung an Maschinen sowie zur Analyse und Trendverfolgung von Betriebsdaten



Inhalt:

Anlagenüberwachung

Turbinenüberwachung - System

Turbinenüberwachung - Aufbau des Systems

Turbinenüberwachung - Darstellung von Online-Ergebnissen

Turbinenüberwachung - Trendanalysen

Turbinenüberwachung - Normalbetriebs- und Alarmzustand

Anlagenüberwachung - Zeitstandbeanspruchte Komponenten

Anlagenüberwachung - Restlebensdauer

Anlagenüberwachung - Anlagenmanagement, Dampfmengenbilanz

Anlagenüberwachung - Emissions-Überwachung von Kesselanlagen





Anlagenüberwachung

Die steigende Auslastung von Produktionsanlagen als Folge der Intensivierung der Produktion verlangt eine wachsende Verfügbarkeit von Maschinen und Komponenten.

In diesem Rahmen ist es die Aufgabe der Instandhaltung, schadensbedingte Abschaltungen zu vermeiden und Instandhaltungsphasen vorab zu planen.

Das Ziel der geplanten Instandhaltung, die Vermeidung zufallsbedingter Ausfälle, ist zu erreichen entweder

oder

Die zustandsbedingte Instandhaltung ist bezüglich der Kostenminimierung der erstgenannten, präventiven Methode überlegen.

Hinzu kommt, daß reproduzierbare, maximale Information über den Anlagenzustand auch zu nachvollziehbaren Entscheidungen hinsichtlich von Abschaltungen führt.

Als wichtiges Hilfsmittel zur Informationsbeschaffung über eine Anlage ist ein rechnergestütztes Multi-Sensor-System anzusehen, welches reproduzierbare Daten liefert und neben dem aktuellen Anlagenzustand den Trend der Anlagendaten über Wochen und Monate zeigt.

Die von uns entwickelten Anlagenüberwachungssysteme befinden sich seit Jahren erfolgreich in der Industrie im Einsatz.

In den folgenden Abschnitten werden unsere Überwachungssysteme, deren Einsatz, Funktion, sowie die Aufbereitung von Anlagenzustandsdaten in Beispielen betrachtet.



Turbinenüberwachung - System

Das Turbinenüberwachungssystem gestattet sowohl die Überwachung des laufenden Betriebes von Turbinenanlagen als auch die Trendverfolgung bestimmter Kenngrößen, die den Alarmzustand, bzw. den Verschleißzustand, der Anlage repräsentieren.

Im laufenden Betrieb werden mit diesem System betriebsrelevante Anlagenmeßdaten erfaßt, ausgewertet und gespeichert.

Anlagenmeßdaten beinhalten sowohl zeitlich rasch veränderliche Meßgrößen wie Amplituden-Zeit-Verläufe von Lager- und Wellenschwingungen, als auch zeitlich relativ langsam veränderliche Meßgrößen wie Gehäusedehnungen, Werkstoff-, Lager-, Öl-Temperaturen und -Drücke.

Im Rahmen der Online-Auswertung werden die momentanen Meßdaten mit Vorgabewerten, sog. Grenzwerten, verglichen und so über eine eventuelle Ausgabe von Alarmmeldungen entschieden.

Weiterhin werden Meßdaten online einer Frequenzanalyse unterzogen und die Ergebnisse hinsichtlich Wellenbruchkriterien (Omega, 2xOmega, Phasenwinkel) überprüft.

Zur Durchführung von Trendanalysen können Folgen von Meßdaten und Auswerte-Ergebnissen beliebigen Datums miteinander verglichen werden.

Der Anlagenzustand und jede Änderung des Anlagenzustandes wird somit auf folgende Art dokumentiert:

Aus der Online-Auswertung ergeben sich kurzfristig Entscheidungskriterien zur Beurteilung des aktuellen Anlagenzustandes. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm als numerische Werte oder in Forum von Grafiken dargestellt oder über Mehrfarbendrucker bzw. Plotter ausgegeben.

Durch Trendanalysen lassen sich Änderungen im Betriebsverhalten extrapolieren, als Hilfe bei der Vorausplanung von Instandsetzungsphasen.



Turbinenüberwachung - Aufbau des Systems

Die Hardware des Systems ist von der Anzahl der zu überwachenden Anlagenkomponenten abhängig und besteht in der Grundausführung aus

Die Signalleitungen enden, von den Sensoren bzw. den Meßumformern kommend, in der Adapter-Einheit. Dort werden die unterschiedlichen Signalgrößen zu Spannungssignalen umgeformt und auf einheitliche Pegel transformiert.

In den der Adaptereinheit nachfolgenden Einheiten werden die Signale entsprechend ihrer Dynamik und der weiteren Auswertung konditioniert, d.h. anti-aliasing- oder tiefpaß-gefiltert und digitalisiert.

In der Zentraleinheit, dem Rechner, erfolgt die Meßdatenaufnahme, die Auswertung der Daten und die Weiterverarbeitung zur Darstellung.

Alle Meßdaten und Auswerteergebnisse können ausgegeben werden in Form von Grafiken und numerischen Werten über den Bildschirm sowie den o.g. Ausgabegeräten.

Eine vorübergehende Ablage der Meßdaten erfolgt auf der Festplatte des Rechners, eine endgültige Datensicherung vorzugsweise auf Wechsel-Festplatten oder auf Wunsch auf Disketten.



Turbinenüberwachung - Darstellung von Online-Ergebnissen

Während die Meßaufnahme als Hintergrundprogramm Anlagendaten kontinuierlich aufnimmt, auswertet und in temporären Speichern ablegt, werden die Ergebnisse direkt oder in Form von Log-Dateien auf dem Bildschirm des Meßwerterfassungs-Rechners dargestellt und/oder über den Protokolldrucker ausgegeben.

Der aktuelle Anlagenzustand aufgrund von Online-Auswertung wird folgendermaßen veranschaulicht:



Turbinenüberwachung - Trendanalysen

Die Trendanalyse von Zustandsgrößen umfaßt Meßergebnisse aus unterschiedlichen, auswählbaren Betriebszeiten.

Folgende Darstellungen sind wählbar:

Zur Online-Information sind die Positionen der Sensoren in der Turbinenanlage auf dem Bildschirm des Rechners als Meßstellenplan einblendbar.



Turbinenüberwachung - Normalbetriebs- und Alarmzustand

Es wird vom Überwachungssystem erkannt, ob sich die Turbinenanlage im Normalbetrieb oder in einem besonderen Betriebszustand befindet, wie beispielsweise bei An- und Abfahrvorgängen, da nach jedem Meßzyklus die Meßdaten mit ihren Grenzwerten verglichen werden.

Findet das Überwchungssystem die aktuellen Meßwerte im Bereich der zulässigen Werte und befindet sich die Anlage nicht im An- oder Abfahrzustand, so geht das Überwachungssystem in den Alarmzustand.

Das bedeutet:



Im Normalbetrieb werden in Abständen von 20 Sekunden Meßdaten aufgenommen und in einem Ringspeicher im RAM des Rechners abgelegt.

Dieser Ringspeicher dient dazu, eine vorbestimmbare Anzahl von Meßwerten als Referenz für den Zustand vor dem augenblicklichen Zeitpunkt abzulegen.

Bei Nichteintritt eines Alarms wird der Ringspeicher laufend aktualisiert; bei Eintritt eines Alarms wird der Inhalt des Ringspeichers auf die Festplatte des Rechners kopiert.

Normalbetrieb werden weiterhin in Abständen von 10 Minuten sog. Tagesdateien in einem zweiten Speicher abgelegt und im Zyklus von 24 Stunden sukzessiv überschrieben.

Durch Einblick in die Tagesdateien ergibt sich ein genaues Bild des aktuellen Anlagenzustandes in den zurückliegenden 24 Stunden. Zum Zwecke der Dokumentation können die Tagesdateien dauerhaft gespeichert werden.

Weiterhin werden im Normalbetrieb Meßwerte im Abstand von 6 Stunden gespeichert, zur kontinuierlichen Dokumentation des Anlagenzustandes.



Wird vom Überwachungssystem durch Vergleich von Meßwerten mit vorgegebenen Grenzwerten eine Überschreitung der Alarmgrenzen festgestellt, so geht das Überwachungssystem vom normalen Meßbetrieb in den Alarmbetrieb über, d.h.:



Anlagenüberwachung - Zeitstandbeanspruchte Komponenten

Die Meßdatenaufnahme zur Turbinenüberwachung ist erweiterbar um ein sog. WT-Modul, mit dem an zeitstandbeanspruchten Bauteilen die anteilige Betriebszeit bei bestimmtem Druck und bestimmter Temperatur gemessen wird.

Die Betriebszeiten in unterschiedlichen Druck-Temperatur-Phasenzellen werden jeweils separat aufsummiert und dargestellt.



Anlagenüberwachung - Restlebensdauer

Das von uns entwickelte System gestattet unter Berücksichtigung von TRD 301 und TRD 508 eine rechnerische Ermittlung des Gesamterschöpfungsgrades von zeitstand- und dehnungswechselbeanspruchten Bauteilen.

Der Zustandsraum der Zeitstandbeanspruchung hat die Dimensionen Bauteilspannung und Bauteiltemperatur, wobei die Bauteilspannung bei druckführenden Komponenten durch den Innendruck repräsentiert wird.

Die Dehnungswechselbeanspruchung ergibt sich aus der Anzahl der Lastwechsel bei An- und Abfahrten und aus Leistungsänderungen der Turbinenanlage (TRD 310), wobei der aus der Anfahrgeschwindigkeit resultierende Temperaturgradient eine repräsentative Größe darstellt.

Die Materialermüdung errechnet sich nach der Lebensdaueranteilregel nach Miner-Robinson.

Es werden spezifische Werkstoffdaten wie Zeitstandsfestigkeit und Dehnungswechselermüdung (LCF) der entsprechenden Komponenten-Materialien benutzt.

Die Erschöpfungsberechnung bezieht sich auf den Ort der Temperatur- bzw. Druckmessung und ist übertragbar auf Referenzstellen, die gleichartigen Belastungen ausgesetzt sind.

Die gesamte Erschöpfung eines Bauteils setzt sich aus Zeitstands- und Dehnungswechsel-Anteilen zusammen.

Das Ergebnis der Restlebensdauer wird, getrennt nach Zeitstands- und Dehnungswechsel-Ermüdung, in einem Säulendiagramm dargestellt,

wobei der zugehörige Meßstellenplan die genaue Lage der repräsentativen Komponente, bzw. der Meßstelle, zeigt.



Anlagenüberwachung - Anlagenmanagement, Dampfmengenbilanz

Als Werkzeug zum Anlagenmanagement und zur Kontrolle der Effizienz betriebseigener Kraftwerke dient die Registrierung und Auswertung von Daten über kraftwerksseitig und betriebsstellenseitig erzeugte Dampfmengen.

Sowohl die Durchsätze als Verteilungskurve als auch der Spitzendurchsatz einzelner Erzeuger und Verbraucher oder Verbrauchergruppen stellen eine wichtige Information zu o.g. Aufgabe dar.

Ebenfalls als Ergänzung zurTurbinenüberwachung bieten wir zu Dampfmengenbilanzierung an:



Anlagenüberwachung - Emissions-Überwachung von Kesselanlagen

Als Ergänzung zur Turbinenüberwachung läßt sich die Darstellung der Emissionswerte von Kraftwerks-Kesselanlagen integrieren.

Die Darstellung der momentanen Emissionskonzentration umfaßt hier u.a. folgende Einzelpunkte:



Die Ermittlung und Darstellung der Emissionsraten je Schadstoff umfaßt u.a. folgende Detailpunkte:


Zur weiteren Auskunft über die von uns angebotenen Verfahren sowie zur Abgabe eines Angebots stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

Dr. H. Czeschik


© 2004 Ingenieurbüro Dr. H. Czeschik



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