RISKER KNUTET TILL HETVATTEN OCH ÅNGA I ENERGIANLÄGGNINGAR

Transkript

1 RISKER KNUTET TILL HETVATTEN OCH ÅNGA I ENERGIANLÄGGNINGAR Presentation vid Norsk Bioenergiförenings seminarium «Sikkerhet i biovarmeanlegg» Scandic Oslo Airport Hotel 14 september 2015 Lars Lindskog Statkraft Värme, Projektchef Bio Norden

2 Fjärrvärme inom Statkraft } Några nyckeltal Norge, Statkraft Varme 700 GWh i Norge Sverige, Statkraft Värme 4 orter, 230 GWh 1,0 TWh värme/kylaproduktion 1 GWh elproduktion 20 värmecentraler 3 kylacentraler 8 energikällor 300 km distributionsnät 4500 kunder 126 anställda

3 Energikällor } Avfall } Spillvärme } Elpannor } Biobränsle } VP } Eldningsolja } Bioolja } Naturgas } Avfall och bio är de viktigaste energikällorna i Norden } Mål om 90 % förnybar produktion i Norden, (97% i Sverige år 2014) 3

4 Risker med hetvatten och ånga } Höga temperaturer (ånga max ca. 540 C) } Höga tryck (ånga max ca 140 bar ) } Torrkokning } Överhettad ånga osynlig och med högt energiinnehåll } Fasövergångar vatten-ånga, ånga-vatten } Potentiellt korrosiv miljö med cykliska påkänningar 4

5 Olycksstatistik Källa: Svensk Fjärrvärme 2009:2 5

6 Styrande regelverk i Sverige Tillverkare 97/23/EU (1999:4) 2005:2 + SFV 97/23/EU (1999:4) +SFV Användare 2002:1 2002:1 2002:1 Besiktning 2005:3 2005:3 2005:3 97/23/EU Tryckkärlsdirektivet 1999:4 Tryckbärande anordningar 2002:1 Användning av tryckbärande anordningar Tillverkning av vissa behållare, rörledningar och 2005:2 anläggningar 2005:3 Besiktning av trycksatta anordningar SFV Svensk Fjärrvärme Standard 6

7 Exempel på EN standarder för tillverkning av pannanläggningar EN 286 EN 287 EN 288 EN EN EN EN EN Enkla ej eldberörda tryckkärl avsedda att innehålla luft eller kväve Svetsarprövning-Smältsvetsning Specifikation för godkännande av svetsprocedurer för svetsning av metalliska material Tryckbärande anordningar - Säkerhetssystem för ej eldberörda tryckbärande anordningar Vattenrörspannor och hjälpinstallationer Eldrörspannor Tryckkärl (ej eldberörda) Industriella rörledningar av metalliska material 7

8 Felkällor } Projektering } Tillverkning } Installation } Driftsättning } Drift och Underhåll } Start, stopp, konservering } Ändrad drift } Ombyggnad Mycket kan upptäckas vid besiktning..förutsatt att det görs någon! 8

9 Säkerhetsventiler EN Vattenrörspannor EN Eldrörspannor Källa: Spirax Sarco 9

10 Viktiga faktorer } Media ånga eller hetvatten } Kapacitet varken för liten eller för stor } Montage } Anslutningsledningar Källa: Armatec 10

11 Val av säkerhetsventil beroende på media } Proportionella för vätskor t.ex. stumfyllda hetvattenpannor } Höglyftande för ånga inklusive hetvattenpannor med ångdom. Källa: Armatec 11

12 Montage } Säkerhetsventil ska monteras lodrätt med fjäderkåpan uppåt (avvik kräver godkännande av tillverkare. } Lågpunkt skall ha dränering (utan avstängningsventil) 12

13 Case Study 13

14 Case study - fortsättning 14

15 Konsekvens av överstor säkerhetsventil 15

16 Tillåtna tryckfall i inlopps och utloppsledningar 16

17 Felaktig dimensionering av ledningar 17

18 Case Study 18

19 Ångpanna med naturlig cirkulation Källa: Spirax Sarco 19

20 Torrkokningsskydd Självövervakande vid periodisk övervakning Manuell återstart Löser vid strömbortfall Failsafe med redundant elektronik 20

21 Nödkylning av fastbränslepanna I pannor för fastbränsle ackumuleras ofta stora mängder energi i bränslebädd och murverk. För att förhindra skador/olyckor vid t.ex. strömbortfall installeras nödkylningssystem 21

22 Nödkylningssystem funktion kylslinga 22

23 Case Study - Driftsättning av panna Augusti +28 C Nätets behov mindre än pannans minlast Öppnade nödkylningsventil och körde kontinuerlig nödkylning för att kunna driftsätta pannan Stadsvatten med hårdhet 11 dh 23

24 Nödkylningsslinga efter driftsättning 24

25 Vattenslag (Water Hammer) Tre typer av vattenslag Hydraulic Shock Thermal Shock Differential Shock 25

26 Hydraulic Shock Trycktransient i rör p.g.a. snabb hastighetsändring på vatten i rörledning Snabb ventilstängning Snabb pump start/stopp Luftfickor som imploderar 26

27 Case Study Statkraft Kungsbacka: Tryckhållningspumpar på returledning i fjärrvärmesystem Pumpar hamnade i instabil drift och rusade mellan maxvarv och minvarv Rörskador i kundanläggningar som inte var tillverkade i rätt tryckklass (16 bar) 27

28 Undvika Hydraulic Shock } Rutiner för att öppna/stänga ventiler } Rutiner för att starta/stoppa pumpar } Långsamstängande automatiska ventiler } Långsamstängande backventiler efter pumpar } Välja rördimension för vattenhastighet <2 m/s } Rör med hög tryckklass 28

29 Thermal Shock 29

30 Thermal Shock - mekanism Termisk chock uppträder i system där ångbubblor kommer i kontakt med underkylt kondensat. Ångan kondenserar snabbt Omgivande kondensat rusar in från alla håll i det vacuum som den kondenserade ångan lämnat Chockvågor genereras. Dessa kan vara mycket kraftiga 30

31 Thermal Shock - materialskador Viktigt att driftpersonal lyssnar efter vattenslag i ångsystem så att åtgärder kan vidtas. 31

32 Förhindra termisk chock } Layout ångledning dränering i alla lågpunkter } Uppsamlingskärl för kondensat } Ångfällor rätt typ, rätt dimensionerade och fungerande! 32

33 Differential Shock } I rör med tvåfas-flöde är hastigheten på ånga gånger större än kondensatets hastighet. } Ångflödet ger vågor på kondensatytan som kan utvecklas till en plugg i röret } Kondensatpluggen trycks fram med ångans hastighet Tumregel: Välj diameter så att ånghastighet <15 m/s 33

34 Ångturbiner Källa: Svensk Energi 34 Källa: Siemens AG

35 Panna för överhettad ånga 35

36 Turbinskador förorsakade av föroreningar i ånga och vatten } Fouling av kisel(silica)salter, främst i LP del. } Erosion järnoxid (HP del) eller vattendroppar (MP/LP del) } Korrosion pitting, spänningskorrosion, utmattningskorrosion från Cl, NaOH, sulfater m.fl. 36

37 Föroreningar i vatten och ånga } Kiselsalter - förångas vid lågt tryck - löslighet i ÖH ånga ökar med ökad temperatur - vid hög koncentration bildas beläggningar i turbinens LP-del. } Kontroll - Ångblåsning vid uppstart - Spädvattenkvalitet totalavsaltning - Pannvattenkvalitet nedblåsning och kemikaliedosering (Fosfat, AVT, Lut) - Ångkvalitet - funktion ånga-vatten separering i ångdom 37

38 Case Study olycka vid driftsättning av turbin Källa: EON Värme AB 38

39 Driftsättning av turbin Åbyverket Örebro 6 oktober 2012 } 24 MW ångturbin levererad av TGG-Kanis, admissionsdata 140 bar/540 C Nominellt varvtal 6800 rpm. } Turbinen försedd med digitalt övervarvsskydd (DOPS) som ska lösa ut vid 7480 rpm. Rotorn är fabrikstestad vid 7752 rpm. } 6 oktober 2012 genomförs driftsättning av turbinen av leverantörens personal. Sista delen av driftsättningen är ett funktionstest av DOPS. Man tar upp varvtalet till 7200 rpm. Allt fungerar normalt. } Klockan är 15:54:10 39

40 Åbyverket Örebro 6 oktober 2012 Källa: Sydsvenska Dagbladet Källa: EON Värme AB 40

41 Åbyverket Örebro 6 oktober 2012 } Turbin totalhavererar } Lösa delar slungas ut. Del av rotorn landar 150 m från turbinbyggnaden } Oljeledningar slås sönder. Oljan antänds. Branden varar i 6 timmar } Åbyverket tas ur drift } Strukturella skador på tak skadade kraft- och signalkablar } Inga personskador! 41

42 Skadeutredning } Två oberoende fel som var för sig inte borde ha lett till ett turbinhaveri. } DOPS stod i trippläge. Att turbinen ändå kunde start berodde på en felkoppling i DOPS. DOPS var alltså inte i drift. } Fel i överföring av varvtalsmätning till styrsystemet vid varvtal högre än nominellt varvtal. Vid aktuell parameterinställning reagerade systemet med ett hastigt ångpådrag. Loggade data från DOPS visar att varvtal vid haveri var uppe i >11000 rpm! 42

43 Ändrad design } Kompletterat med mekaniskt övervarvsskydd. } Skärpta rutiner för driftsättning med striktare sign-off. } Mekanisk layout: splittersydd över koppling och flyttade oljeledningar 43

44 TACK