Primeri dijagnostickih merenja na hidrotehnickim objektima

Dusan Prodanovi\'c

Marko Iveti\'c

Dragutin Pavlovi\'c
Gradjevinski fakultet Beograd

APSTRAKT: U radu se prikazuju rezultati dijagnostickih merenja obavljenih na tri hidrotehnicka sistema: prvi je PPV Zabran, Sabac, gde je obavljeno bazdarenje postoje\'ceg meraca protoka merenjem polja brzine u blagopromenljivim neustaljenim uslovima; drugi je PPV Tabanovi\'c, Sabac, gde je prvo odredjen protok na sistemu pri radu jedne pumpe, a zatim su merene dinamicke karakteristike sistema: pumpa - vazdusni kazan - cevovod - vodotoranj; i tre\'ce, najslozenije merenje na sistemu za hidraulicki transport pepela na TE Nikola Tesla A, Obrenovac, gde su odredjene karakteristike pumpi i cevovoda u cilju analiziranja rada sistema pri planiranom povisenju kote na deponiji. U zakljucku se naglasava neophodnost raspolaganja kvalitetnim podacima sa stvarnih sistema, kako bi se pove\'cala pouzdanost matematickih modela kojima se mogu uspesno simulirati ustaljeni i neustaljeni rezimi rada.

Kljucne reci: dijagnosticka merenja, bazdarenje meraca protoka, hidraulicki transport pepla

ABSTRACT: The paper presents results of diagnostic measurements on three water conveyance systems: the first one is WTP Zabran, Sabac, where the calibration of process control flow meter was done by measurement of flow field using miniature electromagnetic velocity probe in gradually varied flow conditions; the second is WTP Tabanovi\'c, Sabac, where the discharge and dynamic behavior of the system consisting of pump - air chamber - pipeline - water-tower is determined; and the third one is the system for hydraulic transport of flying ash on power plant Nikola Tesla A, Obrenovac, where the system characteristics were measured in order to analyse the effects of impoundment enlargement. The necessity for such diagnostic measurements are underlined in conclusions, as a primary way for calibration and verification of modern sophisticated numerical models.

Key words: diagnostic measurements, flow device calibration, hydraulic transport of flying ash

1  UVOD

Dijagnosticka merenja spadaju u grupu merenja koja se obavljaju na izgradjenim objekima, u periodima njihovog normalnog funkcionisanja. Ova merenja treba da obezbede podatke o trenutnom stanju objekta u redovnom radnom rezimu. Ukoliko se dijagnosticka merenja sprovode sistematski, sa periodicnim ponavljanjem, dobijeni podaci omogu\'cuju pra\'cenje ``starenja'' objekta.

Jasno je da se na osnovu organizovanih i dobro planiranih dijagnostickih merenja, moze do\'ci do izuzetno vrednih podataka. Neke od primena tih podataka su:

1. Pra\'cenje rada pojedinih delova sistema i uredjaja, kalibracija stalnih mernih uredjaja, detekcija kvarova na opremi itd.
2. Pra\'cenje starenja pojedinih uredjaja (promena Q/H karakteristike pumpe kroz vreme, pove\'canje gubitka energije na delovima cevovoda, itd.).
3. Kalibracija i verifikacija matematickih modela koji opisuju pojedine procese u objektu ili ceo sistem, odnosno rekalibracija modela koji je koris\'cen u fazi projektovanja sistema.
4. Formiranje baze podataka koja \'ce biti konsultovana pri projektovanju slicnih objekata, ili kada se bude odlucivalo o potrebama rekonstrukcije (ili gasenja) postoje\'ceg objekta.

Zbog niza aktuelnih problema u nasoj zemlji (ekonomski, vlasnicki, organizacioni), dijagnostickim merenjima na hidrotehnickim objektima nije poklonjena duzna paznja. Zakonom je predvidjena obaveza kontinualnog pra\'cenja rada objekata, ali ta materija nije precizirana podzakonskim aktima. Dijagnosticka merenja se uglavnom svode na jednokratna kampanjska merenja i to najces\'ce u havarijskom rezimu rada.

2  O SPROVEDENIM DIJAGNOSTICKIM MERENJIMA

U poslednjih par godina, Institut za hidrotehniku na Gradjevinskom fakultetu u Beogradu je ucestvovao u nekoliko dijagnostickih merenja na ve\'cim vodoprivrednim sistemima. Za ovaj rad su izdvojeni rezultati merenja na tri sistema, dva postrojenja za precis\'cavanje vode za pi\'ce i jedan sistem za hidraulicki transport pepela.

Zajednicko za sva tri merenja je da su organizovana sa ciljem namenskog prikupljanja podataka o stanju pojedinih delova sistema i to iskljucivo radi otklanjanja uocenog problema, odnosno radi provere rada sistema u promenjenim uslovima. Sva merenja su izvodjena uz koris\'cenje savremene merne opreme, koja omogu\'cava kontinualno pra\'cenje vise mernih velicina, cime se dobija uvid u staticke (lokalni gubici energije, raspored brzina u profilu) i dinamicke (sopstvene periode sistema, brzina prostiranja talasa) karakteristike sistema.

Koris\'cenje racunara i data logger-a u procesu merenja znatno pojednostavljuje samu organizaciju merenja. Da bi se snimile karakteristike sistema, nije neophodno sistem vestacki drzati u odredjenom radnom rezimu (na primer, odrzavanje konstantnog protoka u cevovodu) i kada se postigne taj rezim, obavljati planirana merenja pritisaka, brzina ili nivoa vode. S obzirom da sistem u svom redovnom radu sâm prolazi kroz sve svoje radne rezime, potrebno je na odredjenom broju mesta postaviti logger-e koji sinhronizovano i dovoljno brzo kontinualno prikupljaju podatke o zeljenim velicinama. Koris\'cenjem matematickog modela sistema, u fazi obrade podataka, moze se do\'ci do potrebnih parametara sistema. Da bi se dobio maksimum informacija o sistemu, potrebno je nekada izazvati i neki manji ili ve\'ci planski poreme\'caj i pustiti da sistem odreaguje¹.

U nastavku rada, daje se kratak opis svakog od hidrotehnickih sistema na kojima su obavljena merenja, procedura merenja, kao i neki dobijeni rezultati. U radu se ne\'ce detaljnije objasnjavati koji su merni uredjaji i postupci koris\'ceni, zbog ogranicenosti prostora.

3  PPV ZABRAN - SABAC

Na ulazu na PPV Zabran, Sabac, protok se meri koris\'cenjem ostroivicnog preliva i sonde za nivo, nakon prolaska vode kroz aerator. Da bi poboljsali merenje ulaznog protoka, postavljena je LOG sonda² na glavnu dovodnu cev. Kako LOG sonda zahteva dugacke prave deonice ispred i iza mernog profila, a sto nije moglo da bude ispostovano, obavljeno je detaljno snimanje stvarnog polja brzina i odredjivanje tacke u kojoj treba da se montira sonda.

Na slici 1 je prikazana lokacija mernog profila. Na donjoj slici je prikazan presek kroz cevovod, sa ucrtana dva profila pod uglom od 90⁰ duz kojih je snimljen raspored brzina merenjem u 12 tacaka. Koris\'cena je elektromagnetna sonda za brzine, sa sistemom za precizno pozicioniranje sonde pod pritiskom.

S obzirom da se snimanje profila brzina radilo u redovnim uslovima eksploatacije, varijacije protoka (odnosno brzine) su bile ve\'ce od 5%. Da bi se smanjila greska usled neustaljenog toka, za sve vreme snimanja je koris\'cena druga elektromagnetna sonda, koja je stajala u jednoj tacki. Uz pretpostavku da se sâm profil brzina ne menja mnogo sa malim varijacijama protoka, brzina u toj tacki je koris\'cena za korekcije neustaljenosti protoka.

Ceo postupak merenja je obuhvatio snimanje profila brzina u dva medjusobno ortogonalna pravca i to za dva protoka. Obradom dobijenih podataka, odredjeni su protoci, profili brzine (na slici 1, donja slika, prikazan u formi izotaha za protok Q=212 l/s), kao i odnos izmedju srednje profilske brzine i brzine u tacki u kojoj je montirana stalna LOG sonda.

4  PPV TABANOVI\'C - SABAC

U fazi probnog rada postrojenja PPV Tabanovi\'c, Sabac, signalizirano je da ugradjena LOG sonda na izlazu iz postrojenja verovatno ne radi korektno, jer pokazuje velike fluktuacije protoka. Sprovedena su merenja koja su obuhvatila prvo snimanje profila brzine na mestu ugradnje LOG sonde, a zatim dinamicko snimanje protoka i pritisaka u razlicitim rezimima rada sistema.

Merni profil ispunjava potrebne uslove o dugackim pravim deonicama, tako da je dobijen profil brzina blizak ``idealnom'' (slika 2, gornja slika). Zbog nemarnosti u postavljanju prikljucka za sondu, nije postignuta dobra osnosimetricnost, te je u obradi podataka to trebalo uzeti u obzir.

U toku dinamickih merenja pritisaka (slika 2, srednja slika) i protoka (donja slika), pra\'cen je rad postrojenja prilikom ispada iz pogona jedne pumpe i njenog ponovog starta nakon 35 minuta. Takodje, detaljnije je snimljen kontinualni rad sistema (nije prikazano u ovom radu) kao i ispad rada jedne pumpe, uzimanjem prvo 10 uzoraka u jednoj sekundi a kasnije i 500 uzoraka u sekundi (da bi se odredile sopstvene periode cevovoda i krupnijih vrtloga u mernom profilu).

S obzirom da je postrojenje bilo u probnom radu, nije bilo mogu\'ce napraviti eksperiment sa radom i ispadom dve pumpe. Analiziraju\'ci dobijene rezultate, doslo se do zakljucka da je postoje\'ci merni uredjaj korektno pokazivao postojanje fluktuacije protoka u sistemu (na slici 2, donja slika, vidi se da je sistem ``slabo'' prigusen i da je podlozan oscilacijama sa periodom od T=202 sekundi). Zbog lose postavljene uvodnice za sondu, data je i korekcija izmedju pokazivanja ugradjene LOG sonde i tacnog protoka.

5  TE NIKOLA TESLA A - OBRENOVAC

Termoelektrana Nikola Tesla A, Obrenovac, koristi hidraulicki transport pepela na deponiju udaljenu do 5.6 km. U transportu se koristi mesavina vode i pepela u projektovanom odnosu 10:1 (mada se taj odnos uglavnom odrzava na 20:1).

Postoje\'ci sistem za transport, prikazan na slici 3 (gornja slika), zadovoljava potrebe TENT A. Medjutim, planirano je da se u narednom periodu maksimalna kota deponije podigne za 10 m. Da bi se analizirale mere koje treba preduzeti da se nastavi nesmetani transport pepela, sprovedena su opsezna merenja. Na osnovu rezultata merenja, odredjeni su parametri postoje\'ceg sistema. Sa tako odredjenim parametrima, napravljen je matematicki model na kome su analizirani neki scenariji za budu\'ce, planirano stanje.

Na slici 3, gornja slika, prikazane su sve velicine koje su istovremeno merene na cevovodu. Koris\'cenjem sekcijskih zatvaraca, menjan je protok na sistemu. Merenjem pritisaka u vise tacaka, kao i razlike pritisaka na deonicama od 20 m, odredjivani su gubici energije duz cevovoda.

Na slici 3, srednja slika, prikazani su rezultati merenja debljine naslaga duz cevovoda. Treba uociti da je cevovod D5 bio ``prljav'' (cevovod se cisti svakih 1.5 do 2 godine) a cevovod D7 ``cist'' (radio je 6 meseci).

Najoptere\'ceniji deo sistema za hidraulicki transport je svakako bager pumpa. Na slici 3, donja slika, prikazane su Q/H karakteristike bager pumpi, za dva najces\'ce koris\'cena tipa. Na dijagramu su ucrtane karakteristike za razlicite starosti radnog kola (radno kolo treba da se menja na 2000 sati rada). Na drugom dijagramu je odvojeno prikazan proces starenja kola pumpe³, kroz relativno opadanje visine dizanja pumpe u funkciji od broja radnih sati.

Na osnovu obavljenih merenja i sprovedenih analiza na matematickom modelu, doslo se do slede\'cih zakljucaka: na dve lokacije na cevovodu je doslo do lokalnog znatnog smanjenja proticajnog profila (cest slucaj, jer se povremeno odvaljuju veliki paketi naslaga); za budu\'cu, planiranu kotu pepelista, nije neophodno ugradjivati dodatne buster stanice (kao sto je bila jedna od varijanti) ve\'c treba kvalitetnije regulisati odnos mesavine (smanjiti uces\'ce vode na projektovani nivo, cime se smanjuje kolicina prepumpane mesavine uz smanjenje problema sa drenazom pepelista), menjati kola bager pumpi na predvidjenih 2000 sati i ces\'ce cistiti cevovode. S obzirom da se povremeno menjaju deonice cevovoda zbog starosti, treba i\'ci na postepeno pove\'canje precnika cevovoda na prvih 2 km duzine.

6  ZAKLJUCAK

Prikazana tri primera dijagnostickih merenja se u znatnoj meri razlikuju po svom obimu i kompleksnosti. Prvo merenje je obuhvatalo samo detaljno izucavanje profila brzina u jednom preseku, drugo merenje je, pored istrazivanja profila brzina analiziralo i dinamiku rada sistema, dok je tre\'ce merenje ukljucilo i odredjivanje gubitaka energije duz cevovoda kao i karakteristike pumpe.

Medjutim, zajednicko za sva tri merenja je upotreba kompleksne merne opreme kojom se dolazi do kvalitetnih pokazatelja trenutnog stanja hidrotehnickog sistema. Sprovedenim dijagnostickim merenjima se dolazi do stvarnih vrednosti protoka, linijskih gubitaka energije ili Q/H karakteristike pumpe. Na osnovu tih stvarnih pokazatelja, mogu\'ce je znatno pouzdanije na matematickom modelu simulirati budu\'ca ili havarijska stanja, a samim tim doneti i kvalitetnije odluke.

Mada je potpuno jasno da su dijagnosticka merenja neophodna i da su rezultati tih merenja od neprocenjivog znacaja u fazama analize rada sistema, kod nas jos nije zazivela praksa sistematskih merenja. Jedan od najvaznijih razloga za to su nereseni vlasnicki odnosi i materijalni polozaj hidrotehnickih objekata. Ne retko se ulazi u velike investicije koje su bazirane na nekvalitetnim i hipotetickim podacima. A kvalitetni i realni podaci su svuda oko nas, na dohvat ruke ....

References

[1]

ELEKTRO (1997), Tehnicka dokumentacija za mikroprocesorski akviziter MAP.

[2]

Maksimovi\'c, C. (1993), Merenja u hidrotehnici, Gradjevinski fakultet Beograd.

[3]

Prodanovi\'c, D., Iveti\'c, M., Pavlovi\'c, D. (1996), Merenja i primarna analiza karakteristika bager pumpe i transportnog cevovoda TENT Obrenovac A, Gradjevinski fakultet Beograd.

[4]

Prodanovi\'c, D., Pavlovi\'c, D. (1997), Bazdarenje EM sonde na izlazu iz postrojenja Tabanovi\'c - Sabac, Gradjevinski fakultet Beograd.

[5]

Prodanovi\'c, D., Pavlovi\'c, D. (1997), Bazdarenje LOG sonde na ulazu postrojenja Zabran - Sabac, Gradjevinski fakultet Beograd.

[6]

Svet Instrumentata (1996), Tehnicka dokumentacija za elektromagnetnu jednokomponentnu sondu.

Footnotes:

¹Problem odredjivanja parametara sistema (identifikacija sistema) koris\'cenjem matematickog modela i rezultata merenja, u literaturi se naziva ``Inverzni problem''. Da bi se postigla sto bolja tacnost, potrebno je planirati broj i vrstu merenja, kao i stanja kroz koje sistem mora da prodje.

²LOG sonda je minijaturna elektromagnetna sonda koja meri brzinu u tacki. Pretpostavljaju\'ci da je logaritamski raspored brzine u preseku, na osnovu jedne brzine se odredjuje protok.

³Da bi se pratile karakteristike pumpe kroz vreme, potrebno je sistematski obavljati dijagnosticka merenja. Zahvaljuju\'ci ranijim merenjima na TENT A, kao i obavljenim merenjima, bilo je mogu\'ce analizirati proces starenja kola bager pumpe.