Zaměřte se na plamen. Zdokonalíte systém řízení hořáku

Zaměřte se na plamen. Zdokonalíte systém řízení hořáku Zdroj obrázku: Siemens

Pět kroků vedoucích k zajištění bezpečnějšího a efektivnějšího výkonu spalovacích zařízení.

Spalovacím zařízením (kotle, ohřívače a pece), která se nacházejí téměř ve všech průmyslových odvětvích, se ve většině společností nevěnuje dostatečná pozornost, co se týče bezpečného provozování. Naštěstí může společnost podniknout kroky ke zlepšení systému řízení hořáku (burner management system – BMS) a zajistit, aby kritická spalovací zařízení fungovala bezpečně a efektivně. Ať už je závod budován od základů, nebo se organizace snaží vylepšit stávající systém BMS, zodpovědní činitelé by měli zvážit pět klíčových faktorů, aby v každém jednotlivém případě zajistili spolehlivé fungování spalovacího systému.

1. Zajistěte bezpečný a produktivní provoz

Výkon BMS a výkon celého závodu jdou ruku v ruce. Špatně navržený systém, který se pravidelně stává obětí rušivých výpadků, problémů se zapálením a obtížným odhalováním a odstraňováním závad, může sice stále chránit samotné zařízení i obsluhu, ale přerušení procesu, jež tyto výpadky způsobí, může mít významný dopad na funkčnost a výkonnost celého závodu.

BMS poskytuje kritickou bezpečnostní funkci spalování. Jelikož BMS řídí bezpečné zapalování, spouštění a vypínání spalovací jednotky, monitoruje proces z hlediska nebezpečných stavů. Z důvodu ochrany osob a zařízení musí být systém navržen
správně a musí fungovat po celou dobu životnosti zařízení.

Aby se předešlo ztrátám ve výrobě, když obsluha společně s pracovníky údržby řeší selhání BMS, měl by systém zahrnovat osvědčené postupy při výběru a údržbě polní instrumentace s využitím zařízení, které má příslušný certifikát, shromažďovat a analyzovat kritická data BMS a používat sekvenční přístup při navrhování logických funkcí. Osvědčené postupy BMS zajišťují identifikaci a zohlednění bezpečnostních stavů, což operátorům umožňuje rychle a spolehlivě identifikovat příčiny selhání zařízení (viz obr. 1).

horaky1Kvůli řádné ochraně osob a zařízení musí být BMS od počátku správně navržen a dobře udržován, jen tak je schopen poskytovat špičkový výkon po celou dobu životnosti zařízení. Obrázky v textu poskytla společnost Emerson North Amerika

2. Sekvenční sled logických funkcí

Nejstarší existující systémy používají k provádění bezpečnostních logických sekvencí reléové panely. Tyto velké, pevně zapojené booleovské logické instalace byly relativně spolehlivé, ale jen s velkými obtížemi je bylo možné opravit nebo změnit. Technologie však pokročila a hardwarové reléové panely byly nahrazeny PLC –  specializovanými počítači, které napodobují logiku relé pomocí softwaru. Díky tomu byla modifikace bezpečnostní sekvence snazší než s logikou relé.

Konfigurace založená na sekvencích mění paradigma na logice BMS. Sled operací z hlediska bezpečnosti je snadno pochopitelný. Dokumentují se povolení a akce operátora potřebné k přechodu z jednoho kroku na další. Výstupy spojené s každým krokem jsou jasně definovány. Logické funkce BMS hořáku jsou definovány a zdokumentovány v jedné malé tabulce.

3. Celostní přístup

Nejlepší praxe BMS začíná holistickým přístupem k řízení, který zahrnuje externí snímací zařízení, ovládací prvky, a dokonce i procesní potrubí spojené s dodávkou paliva. Údržba komponent je stejně důležitá jako údržba hardwaru a softwaru BMS. Pokud páteř systému nepracuje správně, BMS není zcela efektivní.

Organizace usilující o zajištění trvalé dostupnosti a provozuschopnosti BMS by měly zaujmout holistický přístup k údržbě, tzn. náležitě vyhodnotit a udržovat veškeré zařízení připojené ke spalovacímu systému. Ať už během zdokonalení BMS aktualizujeme starý systém, nebo implementujeme zařízení na zelené louce, je nezbytné porozumět vzájemnému propojení mezi systémem a jeho zařízením.

Dodatečná modernizace stávajícíhosystému. Komplexní systém vyhodnocení pomáházajistit, aby systémy BMS splňovaly současné závazné předpisy a doporučené postupy. Přizpůsobit řízeníhořáků současným standardům je nezbytné a stálevíce požadované zákonem. Poté, co je ukončena aktualizace systému, je užitečné hledat oblasti, které zjednoduší logiku a zlepší sběr dat.

Projekty modernizace mají často šanci eliminovat sériové zapojení snímacích zařízení a nahradit spínače vysílači. Kdysi se během prvních instalací většiny systémů BMS šetřilo tak, že se zapojilo více snímačů do série k jednomu vstupu řídicí jednotky. O několik let později tato konfigurace zvyšuje složitost řešení problémů. Podobně byly v mnoha případech spínače hodnoceny jako levné, a proto se jich u počátečních instalací hojně využívalo. V současné době však již neposkytují diagnostické funkce, které umožňují mnohem spolehlivější provozování systému.

Další způsob, jak se postupuje v rámci projektu modernizace stávající instalace BMS, spočívá v provedení komplexního terénního průzkumu. U starších systémů se můžeme běžně setkat s problematickými záležitostmi, jež je třeba opravit, včetně snímacích zařízení, která chybí, instalovaného vybavení, které už neodpovídá současným bezpečnostním normám, a nedostatečné dimenze potrubí odvzdušnění. Průzkum v terénu pomáhá realizačnímu týmu vidět celkový obraz, což usnadňuje zajištění toho, aby finální produkt přinášel výhody po celou dobu životnosti zařízení.

Implementace projektu na zelené louce. Při vývoji specifikací pro instalaci BMS věnujte pozornost prvkům polní instrumentace. Problémy se snímači nebo ovládacími prvky způsobují pozdější obtíže se spolehlivostí BMS. Abyste se vyhnuli opakujícím se zádrhelům, dbejte na to, abyste vybrali správná zařízení a zajistili náležitě provedenou instalaci. Nejjednodušší způsob, jak se ujistit, že všechna zařízení jsou nastavena a provozována podle principů nejlepší praxe, je provést komplexní průzkum místa instalace.

Ať už modernizujete starý systém, anebo se jedná o nový projekt na zelené louce, zevrubný průzkum místa instalace pomáhá implementačnímu týmu snížit počet neplánovaných výpadků technologie a zvýšit efektivitu odstraňování problémů. Díky průzkumu získají týmy jasnou představu, na co se zaměřit a kde využít inteligentní polní instrumentaci spolu s chytře nastaveným systémem BMS. Nejmodernější provedení polní instrumentace, včetně potřebné sady nástrojů, nejenže provádějí uživatele každou sekvencí zapálení hořáku, ale v případě selhání rychle identifikují přesnou příčinu. V ideálním případě proveďte tento průzkum ve spolupráci s důvěryhodným odborným partnerem (viz obr. 2).

horaky2Holistický přístup ke konstrukčnímu řešení a k údržbě BMS pomáhá zajistit špičkový výkon systému po celou dobu životnosti zařízení.

4. Hodnocení SIL a integrované systémy

Přestože hodnocení úrovně integrity bezpečnosti (safety integrity level – SIL) není vždy aplikováno na bezpečnostní funkce související s topným zařízením, normy a osvědčené postupy vyžadují v současné době použití řídicího hardwaru, který je certifikován dle kategorie SIL. Ať už je hardware přijat s certifikací SIL pro splnění podnikových směrnic, nebo pro splnění zákonných požadavků, využití ratingu stanoví, zda dotyčný BMS ještě stále vyhovuje toleranci rizika, jež je stanovena pro celou organizaci.

Řídicí jednotky s certifikací kategorie SIL jsou vybaveny funkcemi a diagnostikou, díky nimž jsou zvláště vhodné pro aplikace, u nichž je kladen velký důraz na bezpečnost. Náklady na certifikaci dle kategorie SIL jsou obvykle kompenzovány úsporami generovanými díky konstrukčně‑bezpečnostnímu řešení na základě výhod vestavěné diagnostiky hardwaru SIL. Některé organizace, které se rozhodnou nepoužívat řídicí jednotky certifikované dle SIL, musejí učinit další kroky, ba dokonce přidat komponenty, aby prokázaly, že dané konstrukční řešení lze bezpečně provozovat. A jelikož zařízení, která jsou certifikována dle kategorie SIL, navíc výrazně snižují pravděpodobnost poruchy, odpovídajícím způsobem rovněž snižují riziko vzniku nebezpečných incidentů, což v praxi znamená méně problematických událostí a méně prostojů.

Další úspory lze nalézt u integrovaných systémů. Při navrhování BMS, stejně jako u jakéhokoli bezpečnostního přístrojového systému (SIS), musejí být bezpečnostní funkce odděleny fyzicky nebo pomocí logických funkcí od řídicího systému. Využití způsobu logického oddělení umožňuje oddělení bezpečnostních funkcí podle průmyslových standardů při současném zachování integrace systému s celkovými ovládacími prvky procesu.

Integrovaná architektura řízení obvykle vede ke značnému snížení nákladů na provoz a údržbu životního cyklu. Integrované systémy zjednodušují konstrukci a generují úspory. Poté, co je systém uveden do výroby, není díky použití integrovaného hardwaru zapotřebí spravovat dva systémy, nýbrž jen jeden, a to s výsledky, které zvyšují hodnotu napříč celým životním cyklem (viz obr. 3). Moderní automatizační systémy jsou schopny poskytnout všechny výhody jediného systému při zachování požadované separace pro logické funkce.

horaky3Integrované systémy zjednodušují celkovou konstrukci a pomáhají organizacím rychle dosahovat úspor při provozování BMS

5. Uživatelské rozhraní představuje rozhodující faktor

Sekvenční přístup k návrhu bezpečnostní logiky umožňuje organizacím vybudovat vylepšené uživatelské rozhraní navržené pomocí osvědčených postupů, což pomůže personálu rychleji a efektivněji reagovat na to, co se děje v BMS. Sekvence řízení hořáku je prezentována pomocí jasné intuitivní grafiky zřetelně rozlišující všechny možné stavy a zvýrazňující aktivní fázi procesu.

Sekvenční přístup také umožňuje organizacím přizpůsobit rozhraní BMS tak, aby vyhovovalo potřebám jejich závodů. Různé závody mohou vyžadovat interakci operací pro spuštění různých částí procesu nebo se mohou rozhodnout automaticky postupovat po jednotlivých krocích. Sekvenční přístup usnadňuje implementaci návrhů přizpůsobených na míru.

Správné spuštění, odstavení a náležitý provoz spalovacího zařízení jsou rozhodující pro bezpečné fungování zařízení. Uplatňování moderních strategií osvědčených postupů při vytváření, aktualizaci nebo údržbě BMS přináší reálné dividendy ve formě zvýšené bezpečnosti a prodloužené doby provozu u kritických procesů. Ať už instalujete zcela nový BMS, nebo hledáte způsoby, jak zmodernizovat existující systém, využití technologického pokroku přináší výhody pro zlepšení funkčnosti a snížení celkových nákladů na vlastnictví po celou dobu životnosti zařízení.

Jacob Swafford je ředitel platformy DeltaV ve společnosti Emerson North America.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz