Kontrol Vanalarının Akış Kontrolü

Kontrol her şeydir: Kontrol Vanalarının Akış Kontrolü

Fırat Kolbaşı ve Kahraman Çoban

Özet: Ülkemizin en verimli Doğal Gaz Kombine Çevrim Santralleri’nden olan 960 MW’lık Bandırma-I ve 600 MW’lık Bandırma -II santrallerinin kritik ekipmanlarını proaktif bir bakış açısıyla gözlemlememiz gerekmektedir. Bu çalışmada termik santrallerin vazgeçilmezleri olan Su-Buhar çevrimindeki kontrol vanalarının birim zamanda geçirdikleri akışkanın oranını online izleyerek verimliliklerinin kontrol edilmesi hedeflenmiştir. Böylelikle kontrol vanasının % olarak açıklığını, olması gereken akışkan miktarını ve üretici dokümanındaki teknik verilerin karşılaştırılması sağlanmaktadır.

Gereksinim

Dijital Dönüşüm ve COVID-19, 2020 yılında belki de en çok duyduğumuz 2 kavram olarak karşımıza çıkmaktadır. Yıllar sonra bu iki kavram arasındaki bağlantı tam anlaşılamayacak olsa da bizler COVID-19’un dijital dönüşüm projelerini ne kadar hızlandırdığının belki de en yakın şahitleriyiz. Enerji politikalarının yenilenebilir enerji tarafına yoğunlaştığı bu dönemde özellikle doğal gazdan Elektrik üreten santraller baz yüklerde çalışan santraller durumuna gelmiş ve hala ulusal güvenliğimiz için kritik öneme sahiplerdir. Baz yük çalışan santraller için emre amadelik kadar verimli çalışmak da olmazsa olmazlardan birisidir. Büyük resimde santralin en verimli şekilde çalışabilmesi için kritik ekipmanlardan pompaların, vanaların da en verimli halleriyle çalışması gerekmektedir. Peki bu verimli çalışmayı nasıl gerçekleştireceğiz? Gerçekleştirirsek bunu yaptığımızı nasıl ölçeceğiz? Bu sorular günümüz işletmelerinin en büyük dijital sorunsallarından birisi haline gelmiştir. Bizler operasyon ve bakım ekipleri olarak kritik ekipmanlarımızın planlı bakımlarını yaparak en verimli halde çalışmaları için gerekli ortamı hazırlamaktayız. Bu verimli çalışmayı ölçmek için de özellikle doğal gaz Santralleri’nin su buhar çevrimlerinde anahtar rol oynayan kontrol vanalarını ele aldık. Uzun yıllardır doğal gaz Santrali’mizdeki Kontrol Vanaları, kapalı konumdayken aşırı akışkan geçirme veya tam açık konumdayken az akışkan geçirme gibi problemlerle bakım ihtiyaçları doğurmuştur. Bu bakımları yapabilmek için de ünitenin 8-12 saatlik fırsat duruşları takip edilerek çalışmalar yapılmıştır. Zamanla vanaların bakım ihtiyaçları santralin emre amadeliğini zorlayacak şekilde artmış fakat geçici çözümlerle bu sorunların da üstesinden gelinmiştir. Fakat buradaki asıl gereksinim Kontrol Vanalarının bakım gereksinimini önceden tahmin eden ve bu öngörüyü İşletme -Bakım Ekiplerinin inisiyatifinden çıkarıp sayısal bir değerle bize sunan ve trende döken bir sistematik eksikliğiydi. Aslında bu sistematik vananın verim değerinin ta kendisi olacaktır. Bu verim değeri bize vanamızın üreticisinin sunduğu dizayn değerinde çalışıp çalışmadığını, yakın zamanda bakım ihtiyacı olup olmadığını söyleyecek ve herhangi bir ek trend kontrolü yapmadan vananın anlık kondisyonu ile ilgili bilgiyi kullanıcıya sunacaktır. Kullanıcı da eğer uygun duruş fırsatı olursa o vanada bakım ekibinin yapması gereken çalışmayı ilgililere sunacaktır.

Bandırma DGKÇ Santralleri’nde PI ProcessBook® [1] yazılımı kullanılarak kestirimci bakım faaliyetleri kapsamında kritik kontrol vanalarının verileri izlenerek, verimleri hesaplanmaya başlanmış ve anlık olarak izlenmesi amaçlanmıştır. Böylece bu kontrol vanalarının performansında oluşabilecek bir olumsuzluk önceden tahmin edilerek önlem alınabilecektir.

Uygulama

Kontrol Vanalarının verim değeri literaturde Cv değeri veya akış katsayısı olarak adlandırılmaktadır. Cv değeri kontrol vanasından birim basınç düşümünde geçen akışkanın miktarını tanımlar.[2]Bu çalışma kapsamında verim değerleri hesaplanacak kontrol vanaları Tablo 1’de verilmiştir. Bazı vanaların verim hesabı için alınması gereken veriler DCS’e gelmediği için verim hesabı yapılamayabilmektedir.

Örnek bir Kontrol Vana verim hesabı(Cv) için gereken veri seti

Vana performans / verim hesaplaması için gerekli veri seti sözel olarak aşağıda listelenmiştir:

• Akışkan debisi.
• Akışkan yoğunluğu.
• Vana girişindeki akışkan basıncı.
• Vana çıkışındaki akışkan basıncı.
• Vananın anlık açıklık değeri.
• Vana üreticisi tarafından yayınlanmış Cv -Strok grafiği.

Veriler santral kontrol yazılımından (Distributed Control System – DCS) ilgili TAG numarası ile PI ProcessBook® yazılımına aktarılmıştır.
Kontrol Vanası Akış Katsayısı(Cv) hesabı[2]
Vananın Cv Değeri aşağıdaki formüle göre hesaplanmaktadır. Daha sonra verim olarak adlandırdığımız Cv değeri Vananın % strok ve % Cv grafiği ile yorumlanır.
𝐶𝑣=𝑞√(𝑆𝐺𝑑𝑃) [5]

Q : akışkan debisi (𝑔𝑝𝑚)
SG : Akışkanın özgül ağırlığı (su için 1 g/cm3 )
dP : Basınç Düşümü (psi)
birimleri metrik olarak görmek istersek
𝐶𝑣=11,6𝑞√(𝑆𝐺𝑑𝑃) [2]

Bu durumda diğer değişkenlerin birimleri
Q : akışkan debisi (𝑚3/ℎ)
SG : Akışkanın özgül ağırlığı (su için 1000 kg/m3 )
dP : Basınç Düşümü (kPa)

Denklemler PI ProcessBook® yazılımına aktarılarak, vana performansı oluşturulan arayüz ekranından ve üretici firma verim-vana açıklık grafiği üzerinden karşılaştırma yapılarak anlık olarak izlenmektedir.

PI yazılımı kullanımı ve arayüz.

Öncelikle Vana Cv değeri için hesaba katılacak veriler santral kontrol yazılımı üzerinden PI arayüzüne aktarılmıştır. Şekil 2’de bu değerler online olarak görülmektedir.

Şekil 2. 20LAB90AA102 Vanası Verim girdiler

Şekil 2’de görülen değerlerle Cv değeri, PI yazılımı içine yazılan formülle ile online hesaplanmaktadır. Bu değer aşağıda yeşil puntolarla gösterilmiştir. Bu değeri yorumlamak için vana üreticisinin sağladığı vana teknik dokümanındaki % 100 Cv değeri referans olarak alınır ve yine vana üreticisinin verdiği % Cv- % Vana açıklık değeri grafiğine bakılır.

Şekil 3’ de Grafikte de görüldüğü üzere hesaplanan Cv değeri (akış katsayısı) , üreticinin verdiği CV eğrisi grafiğindeki çizgiye çok yakın durmaktadır. Bu yakınlık, kontrol vanasının dizayn değerleri içinde çalıştığını anlatmaktadır. İlave olarak, hesaplanan Cv değerinin yeşil puntolarla ekranda belirmesi dizayn değeri içinde olduğunu da ifade etmektedir.

Şekil 3. Normal çalışan kontrol vanasının Cv değeri görünümü

Son olarak Şekil 4’de görüleceği üzere Kontrol vanası tasarım değerleri dışında (referans max Cv değeri üstünde ve min değerin altında) çalışırsa PI yazılımı Cv değerini limit dışında hesaplayarak aşağıdaki şekilde yanıp sönerek ve yazı karakterinin rengini değiştirerek bizlere uyarı verecektir.

Bu görsel uyarılar işletme ve bakım ekiplerine kontrol vanasının iç kısımlarında bir problem olmadan, proseste nelerin değişmiş olabileceğini inceleyip aksiyon alabilme imkanını verecektir. Bu vananın % 100 Cv değeri 23 ’ dür.

Şekil 4. PI yazılımında Cv range dışında uyarı durumu

Değerlendirme

Uygulama kısmında anlatıldığı üzere vanaların online verim değerlerinin izlenmesi ve alarm sisteminin geliştirilmesi tam olarak da Enerjisa Üretim bünyesinde kritik ekipmanlar için kurmaya çalıştığımız kestirimci bakım sistematiğine hizmet etmektedir. Bir kontrol vanasının hareketli Plug veya sabit seat oturma yüzeyi kısmında oluşabilecek aşınmalar bu alarm sistemi ile anında tespit edilebilecek olup fırsat duruşlarıyla bu parçaların tamiri veya değişimine gidilecektir. Bununla da malzeme ömürleri uzatılacak ve aynı zamanda santralin ileride olası bir zorunlu duruş ihtimalini de ortadan kaldıracaktır.

Yine bir kontrol vanasının suya yol veren cage, nozul parçasından birim zamanda geçen akışkanın azalmasını online izleyebilmek ve anında tespit edebilmek bizlere o vanayla ilgili fırsat bakımı kovalamayı, aksiyon almayı kolayştıracaktır. Sonuç olarak kontrol vanalarındaki bu iki önemli kondisyon, bu verim hesabıyla tespit edilebilecek olup büyük resimde santralin emre amadeliğinin daimi olarak sürdürülebilir olmasına hizmet edecektir.

Günümüzde tüm işletmelerin yeni teknolojiler ve dijital dönüşüm trendlerini takip etmeleri de kaçınılmaz olarak ortaya çıkmaktadır. Bu kapsamda farklı online sistemlerin, platformların, sunucuların, algoritmaların kullanımını ortaya çıkarmaktadır. Yakın bir gelecekte yapay zekâ (Artificial Intelligence) olarak da adlandırılan bu teknolojik gelişmelerle santral işletme ve bakım süreçlerinin, varlıkların yönetimi / optimizasyonu amacıyla bir değişime uğramasının kaçınılmaz olacağı öngörülmektedir.

“Hayatı akışına bırakabilirsiniz ama kontrol vanalarını asla.”

Bu değerlendirmelere ek olarak, en önemli unsur ise yetkin personelin varlığı ve eğitimidir. Personelin kestirimci bakım teknolojilerini bilmeleri, kullanabilmeleri ve en önemlisi değerlendirme / analizi yapabilmeleri gerekmektedir. Bandırma Santrali’nde başlatılan kestirimci bakım, operasyonel mükemmellik çalışmaları ile PI sisteminin kullanımının arttırılması, verilerin izlenerek değerlendirilmesi ile teknik yetkinliğin artırılması da hedeflenmiştir.

Planlanan Çalışmalar

• Bundan sonraki aşama PI verilerinin akıllı telefonumuza aktarılarak Kontrol Vanası verim değerlerinin telefonumuzda flash ederek bizleri uyaracağı bir sisteme geçmek olacaktır
• Kontrol Vanaları ve Kritik pompaların verim hesaplarının birleştirilerek buradaki verimsizliklerin daha karmaşık üst sistemlerde ne gibi arızalar çıkarabileceğini öngörecek ekranlar üzerine çalışmaların yapılması planlanmaktadır.
• Mevcut çalışma ile görsel, veri ve hesaplama ile ilgili konularda geliştirmeler devam edecektir. Sonrasında diğer santrallerdeki ilgili birimler ile paylaşılması hedeflenmektedir.
• Sektörde kullanılan ya da kullanılması için çalışmalar yapılan teknolojilerin araştırılması, firmalar ile görüşmelerin yapılması ve teknik / mali açıdan uygun olan altyapıların santralimize kazandırılması çalışmaları devam edecektir.

Teşekkür

PI tanıtımı ve PI koşullandırma hesaplarındaki desteği için Emin Onur Şahin’e, DCS ekranlarındaki değerleri yazılıma taşımadaki desteği için Ozan Duman’a

Kaynakça

[1] OSIsoft LLC, PI ProcessBook (ver.3.6.0.82), California, ABD, https://www.osisoft.com
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Flow_coefficient
[3] https://www.engineeringtoolbox.