Control y Automatización del Sistema de Agua de Alimentación de una central de Ciclo Combinado

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Javier Cano Jiménez
hace 6 años
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1 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA () INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA PROYECTO FIN DE CARRERA Control y Automatización del Sistema de Agua de Alimentación de una central de Ciclo Combinado AUTORA: MADRID, Junio de 2005

2 RESUMEN En la memoria de este proyecto se recoge la ingeniería de desarrollo del control y la automatización del Sistema de Agua de Alimentación de una Central de Ciclo Combinado. La generación de energía mediante Ciclos Combinados es la gran apuesta de España para los próximos años. A causa del protocolo de Kyoto se ha tenido que recurrir a procedimientos de generación de energía eléctrica más limpios y con mayor flexibilidad de operación así como la utilización de materiales alternativos al carbón (gas natural) por su precio competitivo. Debido a esta motivación inicial y la posibilidad de realizar este proyecto en una de las empresas líderes de este sector como es Empresarios Agrupados A.I.E., se ideó la idea de desarrollar un proyecto donde la importancia de los Ciclos Combinados, como la forma de generación de electricidad de los próximos años, se pusiera de manifiesto y además se enfocase a uno de los sectores más importantes de la ingeniería, la automatización industrial. La primera parte del proyecto, profundiza en el funcionamiento de las centrales de Ciclo Combinado y se realiza un estudio de la descripción de los equipos que forman la central especificando sus principales funciones. Su impacto ambiental es otro de los temas que se trata, relacionándolo con las exigencias del Protocolo de Kioto, de obligado cumplimiento y al cual se han adscrito la mayoría de países del mundo. - Página 1 -

3 La segunda parte del proyecto se centra en la automatización de uno de los principales sistemas de la central, el sistema de Agua de Alimentación. Su función principal es la de aportar agua calentada a los calderines de media y alta presión para la producción de vapor de alta y media presión, y mantenimiento de los niveles de los calderines de alta y media presión dentro de los límites establecidos. Este proceso es fundamental para que la Caldera Recuperadora de Calor realice su ciclo correctamente. Como consecuencia de haber elegido un sistema muy completo (contiene control lógico, control secuencial, lazos de regulación e instrumentación redundante), se consigue tener un buen ejemplo que recoge todos los pasos necesarios para automatizar un sistema. Dicho pasos se resumen a continuación: 1. Descripción del sistema: Como se ha dicho anteriormente, este sistema aporta agua a los calderines de media y alta presión, por lo cual existen dos partes bien diferenciadas dando lugar a dos subsistemas: Media y Alta presión. Para ello se dispone de dos bombas del 100% de capacidad para el circuito de alta presión y de dos bombas del 100% de capacidad para el circuito de media presión. Cada bomba está protegida mediante una línea de mínima recirculación con válvula de control que actúa por señal de caudal en la descarga de la bomba. 2. Diagramas de flujo o P&ID: En estos diagramas se muestra un esquema de los equipos que lo componen: tuberías, bombas, válvulas, así como de los instrumentos que se utilizan para controlar, supervisar y proteger el sistema. - Página 2 -

4 3. Diagramas de control lógico y regulación: Es principal actividad de este proyecto. En él se desarrolla toda la lógica del sistema distinguiendo entre Alta y Media Presión. Para facilitar su comprensión, se analiza cada elemento realizando un diagrama típico de su control, que posteriormente se utilizarán en diseño de los diagramas de control. También se desarrolla la secuencia de arranque y parada automática para cada una de las bombas. 4. Listado de entradas/salidas al sistema de control (SCD): En este listado aparecen todas las señales que entran y salen del Sistema de Control Distribuido, con sus rangos eléctricos y de ingeniería. 5. Gráficos de proceso: También llamados de interface operador/proceso. Estos gráficos son los que permitirán al operador controlar y supervisar remotamente el sistema desde la estación de control. Es importante destacar, que la metodología seguida ha sido la que siempre se utiliza al abordar la automatización de un sistema en Empresarios Agrupados A.I.E., lo que consigue que este proyecto sea un fiel reflejo de la realidad industrial. Director del PFC: Alumna - Página 3 -

5 D. Jaime Navarro Ocón - Página 4 -

6 SUMMARY The memory of this project includes the engineering of development of the control and the automation of the FeedWater System of a Combined Cycle Power station. The generation of energy by means of Combined Cycles is the great gool of Spain for the next years. Because of the Kyoto Protocol it has had to resort to methods of generation of electrical energy cleaner and with greater flexibility of operation as well as the use of alternative materials to the coal (natural gas) due to a competitive price and lower level of pollution. Due to this initial motivation and the possibility of making this project in one of the companies leaders of this sector as it is Empresarios Agrupados A.I.E., I have taken the decision of developing a project where the importance of the Combined Cycles, as the form of electricity generation for the next years, was shown and in addition it focused to one of the most important sectors of engineering, the industrial automatization. The first part of the project, describes the operation of the Combined Cycle Power station and a study of the chief equipments of the power station specifying their main functions. Its environmental impact is another one of the subjects analazed, relating the exigencies of the Kyoto Protocol, whose fulfillment is mandatory and to which all of countries of the world have been assigned. The second part of the project is focused in the automatization of one of the main systems of the power station, the FeedWater System. The main purpose of the FeedWater Sistem is to supplies water that has been preheated in the economisers to the high and intermediate pressure drums in order to produce high - Página 1 -

7 and intermediate pressure steam. Furthermore, it is also designed to maintain the levels in the high and intermediate pressure drums within established limits. As a result of to having selected a very complete system (it contains binary control, sequential control, analog loops and redundant instrumentation), is has been a gool example to realize all activities necessary to automate a system. These activities are the following: 1. Description of the system: Basically, the FeedWater system supplies water to two of the three drums of the recovery boiler: to the intermediate and to the high pressure drum. For this purpose, these are two pumps of 100% capacity for the high pressure circuit and two pumps of 100% capacity for the intermediate pressure circuit. Each pump is protected by a minimum recirculation line with a control valve which actuates with a flow signal at the discharge of the pump. 2. Flow charts or P&ID: In these diagrams are shown the mechanical equipments as: pipes, pumps, valves..., as well as the instruments to be used for control, supervision and protection of the system. 3. Diagrams of binary control and analog loops: This is the main activity of this project. It has been developed is all the logics of the system distinguishing between High and Medium Pressure. Also it has been developed the control sequence for automatic starting and shutdown of each one of the pumps. - Página 2 -

8 4. List of imputs/outputs to the control system (SCD): In this list appear all the signals that go in and out the Distributed Control Sistem, with their electrical rangues and engineering units. 5. Process graphics: These are designated as man/machine interfaces. These graphics are those that will allow the operator to remotely control and supervise the full system from the control stations in the main control room. It is important to emphasize, that the followed methodology has been the one that is normally used when approaching the automatization of a system in Empresarios Agrupados A.I.E., which obtains that this project is a faithful reflection of the industrial reality. Director of the PFC: Student D. Jaime Navarro Ocón - Página 3 -

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