Система непрерывного контроля газовых выбросов энергоблока № 4 филиала Рефтинская ГРЭС ПАО "Энел Россия" (СНКГВ-М блока №4 Рефтинская ГРЭС)

Назначение

Система непрерывного контроля газовых выбросов энергоблока № 4 филиала Рефтинская ГРЭС ПАО «Энел Россия» (СНКГВ-М- блока №4 Рефтинская ГРЭС) (далее -система СНКГВ-М) предназначена для:

- непрерывных автоматических измерений массовой концентрации загрязняющих веществ - оксида углерода (СО), сумма оксидов азота NOx (в пересчете на NO2), диоксида серы (SO2), твердых (взвешенных) частиц, а также объемной доли кислорода (О2) и диоксида углерода (СО2) и параметров (температура, давление/разрежение, скорость, влажность) и вычисления объемного расхода отходящих газов;

- сбора, обработки, визуализации, хранения полученных данных, представления полученных результатов в различных форматах;

- передачи по запросу накопленной информации на внешний удаленный компьютер (сервер) по проводному каналу связи.

Описание

Принцип действия системы основан на следующих методах для определения:

- всех компонентов и влаги - инфракрасная спектроскопия;

- кислорода - циркониевая ячейка;

- температуры - платиновый термометр сопротивления (изменение сопротивления сплава в зависимости от температуры);

- давления/разрежения - тензорезистивный;

- скорости газа - ультразвуковой;

- твердых (взвешенных) частиц - оптический (по интенсивности рассеянного света).

Система СНКГВ-М является стационарным изделием и состоит из 2-х уровней: уровень измерительных комплексов точки измерения (ИК ТИ); уровень информационновычислительного комплекса (ИВК).

В состав СНКГВ-М входят две точки измерения (ТИ): блок № 4 (газоходы А, Б). Для каждого газохода имеется комплект оборудования, приведенного ниже и расположенного в контейнерах. Комплекты объединены одним ПО (сервером).

Уровень ИК ТИ включает в себя следующие средства измерений утвержденного типа:

- газоанализатор МСА 10 (регистрационный номер 60755-15) для измерений массовой концентрации NO, NO2, SO2, CO и объемной доли СО2, O2, H2O для каждой точки измерения (ТИ), в комплект поставки которого входят пробоотборный зонд с обратной продувкой и обогреваемая линия транспортировки пробы и система подготовки сжатого воздуха производства ООО «Евротехлаб»;

- анализатор пыли DUSTHUNTER модели SP100 (регистрационный номер 45955-10);

- термопреобразователи сопротивления серии TR модификации TR10-B (регистрационный номер 47279-11);

- преобразователи давления измерительные Cerabar S PMP75 (регистрационный номер 41560-09);

- расходомер газа ультразвуковой Flowsic 100PR (регистрационный номер 43980-10), определяющий скорость газового потока, в комплекте с блоком обработки данных (вычислитель) MCU, в котором рассчитывается объемный расход по измеренным данным скорости и введенного значения площади поперечного сечения газохода с учетом профиля скорости в измерительном сечении газохода.

Горячая газовая проба поступает без преобразования от ТИ по пробоотборной обогреваемой линии (185 °С) на вход газоанализатора.

Газоанализаторы MCA 10 монтируются в газоаналитические кондиционируемые шкафы ETL Multigas.

Измеренные данные передаются по протоколу Modbus RTU в ПЛК Segnetics SMH4 и передается через модуль аналогового вывода Elemer 4024 в виде аналогового унифицированного сигнала от 4 до 20 мА в шкаф программно-технического комплекса (ПТК). Программируемый логический контроллер (ПЛК) Segnetics SMH4 и модуль аналогового вывода Elemer 4024 входят в состав газоаналитического шкафа.

Газоаналитические шкафы от двух ТИ размещаются в специализированных контейнерах и подключаются к программно-техническому комплексу ПТК с использованием токового интерфейса от 4 до 20 мА.

Аналоговый сигнал от первичных датчиков скорости потока передается на блок обработки данных MCU, который входит в состав расходомера Flowsick 100/PR.

Усреднённые сигналы значений температуры отходящих газов, а также значений давления/разрежения в газоходе поступают от контроллера системы ПТК на вычислительный блок ультразвуковой измерительной системы.

Уровень ИВК обеспечивает автоматический сбор, диагностику и автоматизированную обработку информации по анализу выходных газов в сечении газохода, автоматизированный сбор и обработку информации, а также обеспечивает интерфейс доступа к этой информации и ее предоставление в существующие АСУ ТП блока №4.

В состав ИВК входят:

- программно-технический комплекс (ПТК);

- автоматизированные рабочие места АРМ;

- сетевое оборудование.

ПТК построен на базе резервированных контроллеров Siemens SIMATIC S7-300 (регистрационный номер 15772-11), которые обеспечивают сбор данных со средств измерений, архивирование данных, передачу этой информации на АРМ и РСУ Блока №4.

В составе СНКГВ-М установлены два АРМ на базе промышленного компьютера SIEMENS SIMATIC IPC547D:

- АРМ ССОД совмещают функции АРМ оператора и АРМ инженера;

- АРМ ЦУСД - центральное устройство сбора данных.

Контроллер со вспомогательным оборудованием размещается в специализированном шкафу ПТК с возможностью механической защиты от несанкционированного доступа. Шкаф ПТК устанавливается в контейнере системы.

Аналоговые сигналы от средств измерений (от 4 до 20 мА или от 0 до 5 мА) по сигнальным кабелям подаются от уровня ИК к уровню ИВК на модули аналоговых входов ПТК, где они нормализуются и преобразуются в цифровой код значений измеряемых величин. ПТК по цифровому каналу передачи данных передает информацию в АРМ для дальнейшей обработки и вывода отчетов на печать.

В ИВК функционирует комплекс программ, использующих измеряемые параметры для реализации информационных и расчетных задач системы.

Измерительные каналы системы заканчиваются средствами представления информации:

- видеотерминалы АРМ пользователей СНКГВ-М;

- устройства вывода информации на печать (принтеры).

В состав СНКГВ-М входят стандартные образцы состава газовых смесей в баллонах под давлением для проведения корректировки нулевых показаний и чувствительности.

Для защиты от несанкционированного доступа контейнер закрывается на замок.

Общий вид СНКГВ-М (контейнер) приведен на рисунке 1, вид внутри - на рисунке 2.

Рисунок 1 - Общий вид контейнера

Рисунок 2 - Вид газоаналитических шкафов ETL Multigas внутри контейнера

Программное обеспечение

Система имеет встроенное и автономное программное обеспечение.

Встроенное программное обеспечение (контроллера) осуществляет функции приема и регистрации данных о параметрах отходящего газа.

Автономное ПО (АРМ) осуществляет функции:

- отображение на экране АРМ измеренных мгновенных значений массовой концентрации NO, NO2, SO2, СО и твердых (взвешенных) частиц, объемной доли О2, CO2 температуры и объемного расхода газового потока, приведение значений к нормальным условиям;

- автоматический расчет массового выброса (г/с) загрязняющих веществ - оксида углерода (СО), оксида азота No, диоксида азота NO2, диоксида серы (SO2), твердых

(взвешенных) частиц;

- ведение архивов данных измеренных значений (массовой концентрации NO, NO2, SO2 и СО, объемной доли О2, СО2, температуры и объемного расхода газового потока) и расчетных значений (массовых выбросов загрязняющих веществ) с усреднением в 1 секунду, и 20 минутных значений;

- автоматическое формирование суточного отчета на основе 20-ти минутных значений;

- формирование месячного, квартального и годового отчета на основе 20-ти минутных значений по запросу пользователя;

- визуализация процесса на дисплеях АРМ пользователей с помощью технологических схем с активной графикой, динамических сообщений, диаграмм, графиков, таблиц в соответствии со стандартами многооконной технологии Windows;

- вывод на печать по запросу необходимой оперативной или архивной информации;

- выполнение разработанных оперативных и неоперативных прикладных программ;

- поддержка многопользовательского, многозадачного непрерывного режима работы в реальном времени;

- регистрация и документирование событий, ведение оперативной БД параметров режима, обновляемой в процессе;

- контроль состояния объектов управления и значений параметров, формирование предупреждающих и аварийных сигналов;

- дополнительная обработка информации, расчеты, автоматическое формирование отчетов и сохранением их на жесткий диск АРМ;

- обмен данными между смежными системами;

- автоматическая самодиагностика состояния технических средств, устройств связи;

- выполнение функций системного обслуживания - администрирование СНКГВ-М (контроль и управление полномочиями пользователей, переконфигурирование при модернизации системы).

Система имеет защиту встроенного программного обеспечения от преднамеренных или непреднамеренных изменений. Уровень защиты - «средний» по Р 50.2.077-2014.

Влияние встроенного ПО учтено при нормировании метрологических характеристик комплекса.

Идентификационные данные программного обеспечения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные данные программного обеспечения________________________

Технические характеристики

Таблица 2 - Метрологические характеристики измерительных каналов системы (газоанализатор с устройством отбора и подготовки пробы и пылемер)

1) Приведенные к верхнему пределу диапазона измерений.

2) При условии градуировки анализатора пыли, установленным на объекте, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9096 «Выбросы стационарных источников. Определение массовой концентрации твердых частиц ручным гравиметрическим методом»

Таблица 3 - Метрологические характеристики газоаналитических каналов системы

Продолжение таблицы 3

Таблица 4 - Диапазоны измерений и пределы допускаемой погрешности газоаналитических каналов системы в условиях эксплуатации

1) С- измеренное значение массовой концентрации, мг/м3

2) Сумма оксидов азота NOx (в пересчете на NO2) является расчетной величиной.

Массовая концентрация оксидов азота (CNOx) в пересчете на NO2 рассчитывается по

формуле:

Cnox=Cno2+ 1,53- Cno,

где CNO2 и Cno - измеренные значения массовой концентрации диоксида азота и оксида азота, мг/м3, соответственно.

Таблица 5 - Метрологические характеристики измерительных каналов параметров газового потока в условиях эксплуатации

Таблица 6 - Основные технические характеристики системы

Знак утверждения типа

наносится на табличку системы внутри контейнера или на титульный лист Руководства по эксплуатации.

Комплектность

Таблица 7 - Комплектность системы

Поверка

осуществляется по документу МП-242-2298-2019 «ГСИ. Система непрерывного контроля газовых выбросов энергоблока № 4 филиала Рефтинская ГРЭС ПАО «Энел Россия» (СНКГВ-М блока №4 Рефтинская ГРЭС). Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» 31 января 2019 г.

Основные средства поверки:

- стандартные образцы состава газовых смесей: ГСО 10540-2014 (O2/N2), ГСО 105462014 (/NO/N2), ГСО 10546-2014 (CO/N), ГСО 10546-2014 (NO2/N2), ГСО 10540-2014 (CO2/N2), ГСО 10546-2014 (SO2/N2) в баллонах под давлением;

- комплекс переносной измерительный КПИ (регистрационный № 69364-17) или средства измерений и вспомогательные устройства в соответствии с МИ «М-МВИ-276-17 «Методика измерений массовой концентрации диоксида серы и окислов азота в промышленных выбросах», регистрационный № ФР.1.31.2017.27953 от 01.11.2017 г. (спектрофотометр серии UV модель UV-1800, регистрационный № 19387-08);

- генератор влажного газа эталонный «Родник-4М» (регистрационный № 48286-11) или средства измерений и вспомогательные устройства в соответствии с МИ «М-МВИ-277-17. Методика измерений массовой концентрации паров воды в промышленных выбросах» регистрационный № ФР.1.31.2018.30255 (весы лабораторные электронные с пределами допускаемой абсолютной погрешности ±15 мг в диапазоне взвешивания от 0,2 до 600 г, например, МЛ-06-1 (регистрационный № 60183-15);

- калибратор многофункциональный портативный Метран 510-ПКМ (регистрационный № 26044-07);

- манометр грузопоршневой МПА-2,5 (регистрационный номер 47376-11);

- термометр цифровой малогабаритный ТЦМ 9410 Ex/M1 в комплекте с термопреобразователями сопротивления ТТЦ 01-350-1 и ТТЦ 06-1300-1 (регистрационный № 32156-06);

- рабочий эталон единицы скорости воздушного потока в соответствии с Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29.12.2018 г № 2825 «Об утверждении Государственной поверочной схемой для средств измерений объемного и массового расходов газа», или

- система для определения параметров газопылевого потока GMD 13 (регистрационный № 72736-18) для каналов измерений температуры, давления, скорости газового потока;

- рабочий эталон единицы спектрального коэффициента направленного пропускания в диапазоне значений от 1,9 до 85 % на основе комплекта нейтральных светофильтров КСФ-01 с относительной погрешностью не более ±0,5 % в соответствии с Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 января 2016 г. N 41 «Об утверждении Государственного первичного эталона единиц спектральных коэффициентов направленного пропускания, диффузного и зеркального отражений в диапазоне длин волн от 0,2 до 20,0 мкм»;

- рабочий эталон единицы массовой концентрации частиц в аэродисперсных средах с относительной погрешностью не более ±10 % в соответствии с ГОСТ Р 8.606-2012;

- пыль инертная марки ПИГ по ГОСТ Р 51569-2000;

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке.

Сведения о методиках (методах) измерений приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

Приказ Минприроды России № 425 от 07.12.2012 «Об утверждении перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и выполняемых при осуществлении деятельности в области охраны окружающей среды, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений»

Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29.01.2016 г. N 41 «Об утверждении Государственного первичного эталона единиц спектральных коэффициентов направленного пропускания, диффузного и зеркального отражений в диапазоне длин волн от 0,2 до 20,0 мкм».

Приказ Росстандарта от 14.12.2018 г. № 2664 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений содержания компонентов в газовых и газоконденсатных средах»

ГОСТ Р 50759-95 Анализаторы газов для контроля промышленных и транспортных выбросов. Общие технические условия

ГОСТ Р ИСО 10396-2006 Выбросы стационарных источников. Отбор проб при автоматическом определении содержания газов

ГОСТ 17.2.4.02-81 Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ