DE19749714A1 - Vorrichtung zur Simulation eines technologischen Kreislaufes von einem Kraftwerk in Verbindung mit einer leittechnischen Anlage für die Ausbildung von Prozeßleitelektronikern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulation eines technologischen Kreislaufes von einem Kraftwerk in Verbindung mit einer leittechnischen Anlage für die Ausbildung von Pro­ zeßleitelektronikern.

Simulationsanlagen für die Ausbildung von Prozeßleitelektro­ nikern in der Energiewirtschaft wurden bisher so konzipiert, daß eine an eine leittechnische Anlage gekoppelte Verfahren­ stechnik entweder mit entsprechenden elektrischen Analog­ schaltungen simuliert wurde oder einzelne prozeßtechnische Elemente die verfahrenstechnische Anlage darstellten, die je­ doch keinen Bezug auf die Komplexität eines z. B. praxisnahen Wasser-Dampf-Kreislaufes hatten.

Kleinere und für die Ausbildung modifizierte Anlagen in Kraft- und Heizkraftwerken boten zwar eine praxisnahe Verfah­ renstechnik, ließen jedoch die Aufschaltung von wirksamen Störgrößen nur bedingt zu, da diese in fast allen Fällen mit Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Produktionsanlagen und der anlagentechnischen Sicherheit verbunden waren, wobei zur Demonstration bestimmter Vorgänge immer relativ große Massen­ ströme bewegt werden mußten.

So wird z. B. in der DD 41 612 ein Lehrbedienungsstand als aggregat- oder anlagenunabhängige Analognachbildung von be­ liebigen Originalbedienungsleitständen beschrieben, bei dem diese durch analoge Nachbildung der Funktion des Prozesses mittels Rechengliedern unter Benutzung ihrer mathematischen Beziehungen dargestellt sind und die Rechenglieder die physi­ kalischen Vorgänge, die in den Aggregaten oder Anlagen vor sich gehen, nachbilden.

Die DD 295 266 zeigt eine Simulationsanlage für Kraftwerks- Prozesse, bei der über eine Anzeigetafel Produktionsprozesse dargestellt werden, wobei auf der Anzeigetafel, welche eine mikrorechnergesteuerte Ansteuerung besitzt, die gesamte Kraftwerksanlage in spezifische technologische Abschnitte un­ terteilt ist, die durch Medienflußbilder miteinander verbun­ den sind, wobei die Bausysteme durch vielfältige Programm­ funktionen prozeßspezifisch über einen Wirtsrechner mit Bild­ schirm und Tastatur angesprochen werden.

Weiterhin wird in der DD 150 962 eine Einrichtung zur Simula­ tion des Betriebsverhaltens von Kraftwerksblöcken beschrie­ ben. Hier werden die zu simulierenden Funktionselemente in bekannter Weise durch Leuchtfelder in einem Fließbild symbo­ lisch dargestellt. Die jeweils leuchtenden Felder zeigen an, daß das betreffende Gerät, z. B. Wasserpumpe, Kohlemühle usw., in Betrieb ist. In gleicher Weise werden simulierte Störungen angezeigt. Die einzelnen Parameter, wie Druck, Tem­ peratur u. ä., werden über entsprechende Anzeigegeräte darge­ stellt.

Durch die DD 43 313 ist eine Ausbildungsanlage für das in In­ dustriebetrieben tätige Personal bekannt geworden, der ein Logistiksystem zum Nachbilden von Schalt-, Verriegelungs- und Singalisierungsfunktionen zugeordnet ist, welches einerseits mit dem Rechensystem des Simulators und andererseits mit der Steuer-, Regel- und Signalisierungseinrichtung des Lehr- Leitstandes gekoppelt ist.

Wie schon oben erwähnt, haben alle diese Erfindungen den Nachteil, daß die darzustellenden technologischen Kreisläufe mit entsprechenden elektrischen oder pneumatischen Analog­ schaltungen verwirklicht wurden. Fehler in der Anlage konnten nur von diesen Analogschaltungen simuliert werden. Eine echte Fehlerbeseitigung in einer konkreten Anlage und ein damit verbundener praxisnaher Kenntniserwerb für die auszubildenden Prozeßleitelektroniker war nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine autarke ver­ fahrenstechnische Ausbildungsanlage für Prozeßleitelektroni­ ker zu entwickeln, die im Zusammenwirken mit einer leittech­ nischen Anlage die Komplexität eines technologischen Kreis­ laufes unter Verwendung entsprechender verfahrenstechnischer Elemente real demonstriert und eine von Produktionsprozessen losgelöste Betriebsweise und Aufschaltung von Störgrößen zur praxisnahen Veranschaulichung von Ursache und Wirkung zuläßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß ein Behälter, ein Filter, eine Kreiselpumpe, eine Rückschlag­ klappe, ein Regelventil, ein Druckbehälter, ein Oberflächen­ vorwärmer, ein Einspritzkühler, ein Oberflächenkühler, ein Oberflächenkühler, ein Regelventil und eine Kreiselpumpe mit­ tels einer Rohrleitung in einem Kreislauf miteinander verbun­ den sind, wobei
eine Umgehungsleitung, in der ein Regelventil vorgesehen ist, aus der Rohrleitung vor Regelventil geführt und nach der Kreiselpumpe in die Rohrleitung eingebunden ist,
eine Stichleitung, in der ein Regelventil vorgesehen ist, aus der Rohrleitung vor Regelventil geführt und mit dem Ein­ spritzkühler verbunden ist,
eine Mindestmengenleitung mit in die Mindestmengenleitung eingebundenem Regelventil aus der Rohrleitung vor der Rück­ schlagklappe abzweigt und auf den Behälter zurückgeführt ist, der Oberflächenvorwärmer mit einer Heizmittelzuführungslei­ tung und einer Heizmittelabführungsleitung mit in die Heiz­ mittelabführungsleitung eingebundenem Regelventil versehen ist,
beide Oberflächenkühler mit je einer Kühlmittelzuführungslei­ tung und einer Kühlmittelabführungsleitung mit je einem in die Kühlmittelabführungsleitung eingebundenen Regelventil verbunden sind,
eine Druckluftzuführungsleitung und eine Abluftleitung, in dem je ein Magnetventil vorgesehen ist, in den Druckbehälter eingebunden sind sowie
eine Prozeßmedienleitung in den Behälter und eine davon hin­ aus führende Abzweigsleitung mit eingebautem Regelventil in einen Abwasserbehälter geführt sind.

Im folgenden wird die Vorrichtung an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt sche­ matisch die Vorrichtung zur Simulation eines technologischen Kreislaufes von einem Kraftwerk.

In einem Kraftwerk wird zur Ausbildung von Prozeßleitelektro­ nikern und Leitstandsfahrern ein technologischer Kreislauf (z. B. Wasser-Dampf-Kreislauf) durch Zusammenbau der entspre­ chenden Anlagenteile in groben Zügen nachgestaltet.

Dazu sind der Behälter 1, der Filter 2, die Kreiselpumpe 3, die Rückschlagklappe 5, das Regelventil 6, der Druckbehälter 7, der Oberflächenvorwärmer 8, der Einspritzkühler 9, der Oberflächenkühler 11, der Oberflächenkühler 12, das Regelven­ til 13 und die Kreiselpumpe 14 mittels der Rohrleitung 29 in einem Kreislauf miteinander verbunden. Die Umgehungsleitung 33, in der das Regelventil 15 eingebaut ist, ist aus der Rohrleitung 29 vor Regelventil 13 herausgeführt und nach der Kreiselpumpe 14 in die Rohrleitung 29 wieder eingebunden.

Weiterhin ist die Stichleitung 16, die aus der Rohrleitung 29 vor Regelventil 6 geführt und mit dem Regelventil 10 versehen ist, in den Einspritzkühler 9 eingebunden. Der Oberflächen­ vorwärmer 8 ist mit der Heizmittelzuführungsleitung 17 und der mit dem Regelventil 32 versehenen Heizmittelabführungs­ leitung 18 verbunden. Ebenso sind die Oberflächenkühler 11; 12 mit je einer Kühlmittelzuführungsleitung 19; 20 und je ei­ ner jeweils das Regelventil 23; 24 enthaltenden Kühlmittelab­ führungsleitung 21; 22 verbunden sowie diese in den Abwasser­ behälter 28 geführt. Weiterhin sind in den Druckbehälter 7 die Druckluftzuführungsleitung 25 mit eingebautem Magnetven­ til 31 und die Abluftleitung 26 mit eingebautem Magnetfeld 34 eingebunden. In den Behälter 1 ist die Prozeßmedienleitung 27 geführt, wobei auch eine Abzweigsleitung 35 mit eingebautem Regelventil 36 von dieser Prozeßmedienleitung 27 in den Ab­ wasserbehälter 28 eingebunden ist.

Nach der Kreiselpumpe 3 ist die Mindestmengenleitung 30 aus der Rohrleitung 29 auf den Behälter 1 zurückgeführt. Zur groben Darstellung des Wasser-Dampf-Kreislaufes eines Kraftwerkes entsprechen:
der Behälter 1 einem Kondensator,
die Kreiselpumpe 3 einer Speiseeinrichtung,
der Druckbehälter 7 einem Speiswasserbehälter,
der Oberflächenvorwärmer 8 einem Dampferzeuger,
der Einspritzkühler 9 einer Dampfeinspritzung,
das Regelventil 13 einem Turbinenregelventil,
das Regelventil 15 einer Umleitstation,
die Kreiselpumpe 14 einer Turbine,
wobei die Kreiselpumpe 14 stromverkehrt eingebaut ist.

Um den anlagentechnischen Umfang der Vorrichtung in Grenzen zu halten, wurden nicht alle spezifischen Anlagenteile eines Wasser-Dampf-Kreislaufes für die Vorrichtung verwendet.

Weiterhin wurde aus dem gleichen Grunde auf die Nutzung von Dampf als Prozeßmedium verzichtet.

Als Prozeßmedium im Kreislauf kommt stellvertretend für Kon­ densat und Dampf Trinkwasser zum Einsatz. Die Druckluft steht stellvertretend für Polsterdampf und als Heizmedium wird Heißwasser einer bestehenden Heizungsanlage sowie Gebrauchs­ wasser und Trinkwasser als Kühlmedium verwendet.

Die gesamte Vorrichtung ist mit einer leittechnischen Anlage verbunden und damit steuer- und regelbar. Dazu sind in den Rohrleitungen und Behältern Meßstellen für den Druck, die Temperatur, die Menge und den Stand des Prozeßmediums sowie eine Drehzahlmessung für die Kreiselpumpe 14 eingebunden. Die leittechnische Anlage sowie die o. g. Meßstellen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Als leittechnische Anlage kann sowohl eine mittels einem Computerbildschirm steuer- und re­ gelbare Anlage (z. B. Symphonie der Fa. Hartmann und Braun) als auch ein konventioneller Leitstand (z. B. Freelance 2000 Kompaktleitsystem) zum Einsatz kommen.

Die beiden Oberflächenkühler 11 und 12 haben in der Vorrich­ tung zum einen die Funktion, das aufgewärmte Prozeßmedium ab­ zukühlen, um auf eine Isolierung verzichten zu können und die Temperatur in dem Raum, in welchem die Vorrichtung aufge­ stellt ist, in Grenzen zu halten. Unabhängig davon stellen beide Oberflächenkühler 11; 12 zur Verdeutlichung von Regel­ funktionen (Split-Range-Regelung) ein wichtiges Anlagenteil dar. Gleiches gilt für die Mindestmengenregelung, bei welcher sich durch Aufschaltung des maximalen Pumpendruckes als Soll­ wert die Mindestmenge bei unterschiedlichen Druckwerten auto­ matisch einstellen läßt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Die einzelnen Anlagenteile können von Hand oder über eine Funktionsgruppensteuerung automatisch per leittechnischer An­ lage in Betrieb genommen werden. Dabei wird über die Prozeß­ medienleitung 27 Trinkwasser in den Behälter 1 bis zu einem Stand von ca. 700 mm geleitet. Mit Zuschaltung der Kreisel­ pumpe 3 öffnet das Regelventil 4 in der Mindestmengenleitung 30. Dies sichert eine Mindestfördermenge der Kreiselpumpe 3. Durch Öffnen des Regelventils 6 wird der Druckbehälter 7 bis zu einem Stand von ca. 50% sowie die Rohrleitung 29 bis vor die Regelventile 13 und 15 mit Wasser gefüllt. Gleichzeitig mit dem Füllen des Druckbehälters 7 erfolgt die Druckaufla­ stung im Druckbehälter 7 mittels Druckluft durch Öffnen des Magnetventils 31 in der Druckluftzuführungsleitung 25. Bei Erreichen eines Druckes von ca. 3,5 bar im Druckbehälter 7 erfolgt durch Öffnen des Regelventils 15 in der Umgehungslei­ tung 33 der Kreiselpumpe 14 die Einleitung des Wassers in den Behälter 1 und damit die Aufnahme des Umwälzbetriebes mit ei­ nem Mengenstrom von ca. 1200 kg/h, wobei die Regelung des Druckluftpolsters im Druckbehälter 7 über die Magnetventile 31; 34 in der Druckluftzuführungsleitung 25 und der Abluft­ leitung 26 durch druckabhängiges Öffnen und Schließen der Ma­ gnetventile 31; 34 erfolgt. Die Aufheizung des Wassers im Kreislauf erfolgt mittels des Oberflächenvorwärmer 8. Diesem wird über die Heizmittelzuführungsleitung 17 Heizwasser mit einer Vorlauftemperatur von ca. 100°C zugeführt. Das in der Heizmittelabführungsleitung 18 eingebaute Regelventil 32 re­ gelt die Menge des durch den Oberflächenvorwärmer 8 fließende Heizwasser so ein, daß die abgegebene Wärme des Heizwassers im Oberflächenvorwärmer 8 das Wasser im Kreislauf auf ca. 60°C erwärmt. Im nachfolgenden Einspritzkühler 9 wird das auf 60°C erwärmte Wasser durch Einspritzen von Wasser aus der Stichleitung 16 über das Regelventil 10 abgekühlt. Das Regel­ ventil 10 stellt dabei die Einspritzwassermenge so ein, daß nach dem Einspritzkühler 9 das Wasser im Kreislauf eine Tem­ peratur von ca. 45°C hat. Die weitere Abkühlung des Wassers erfolgt durch die Oberflächenkühler 11 und 12. Als Kühlmittel kommt dabei beim Oberflächenkühler 11 Gebrauchswasser und beim Oberflächenkühler 12 Trinkwasser zum Einsatz. Das Ge­ brauchswasser gelangt über die Kühlmittelzuführungsleitung 19 zum Oberflächenkühler 11 und wird über die Kühlmittelabfüh­ rungsleitung 21 in den Abwasserbehälter 28 geleitet.

Die Regelventile 23; 24 in den Kühlmittelabführungsleitungen 21; 22 stellen dabei die Temperatur des Wassers im Kreislauf nach Kühler 12 auf ca. 25°C ein. Sie sind dabei nach einer Split-Range-Regelung so gekoppelt, daß erst bei Nichterrei­ chen der Temperatur des Wassers im Kreislauf von 25°C nach dem Kühler 12 bei voll geöffnetem Regelventil 23 das Regel­ ventil 24 geöffnet wird, um sich an der Einstellung der ge­ forderten Wassertemperatur im Kreislauf nach dem Kühler 12 zu beteiligen.

Mit dem Magnetventil 36 in der Abzweigsleitung 35 wird be­ wirkt, daß bei Ansteigen der Abwassertemperatur im Abwasser­ behälter 28 auf einen bestimmten Grenzwert aus der Prozeßme­ dienleitung 27 kaltes Wasser in den Abwasserbehälter 28 ein­ strömt und das Abwasser auf einen bestimmten Wert herunter­ kühlt.

Zur Inbetriebnahme der als stromverkehrt eingebauten Kreisel­ pumpe 14 zur Darstellung einer Turbine wird eine definierte Drehzahl am Drehzahlregler vorgegeben. Entsprechend dieser Vorgabe öffnet der Regler 13 und schließt der Regler 15, so daß das Wasser über die als Turbine geschaltete Kreiselpumpe 14 wieder in den Behälter 1 geleitet wird. Damit ist der technologische Kreislauf in Betrieb.

Für an der Vorrichtung Auszubildende kann somit an einer ech­ ten Anlage das Zusammenwirken verschiedenster Prozeßgrößen konkret dargestellt werden. Ebenso ist es möglich, z. B. ei­ nen Kabelbruch bei einem Regler durch Abziehen des Verbin­ dungssteckers als Fehler in die Anlage einzubauen. Der Lehr­ ausbilder stellt dann den Auszubildenden die Aufgabe, anhand des durch die Leitanlage gemeldeten Fehlers die Ursache zu ergründen und abzustellen.

Weitere Vorteile der Vorrichtung:
Vermittlung verschiedenster Ausbildungsinhalte wie z. B.

• - Technologiekenntnisse
• - Kenntnisse und Fertigkeiten der Betriebsmeßtechnik
• - Kenntnisse und Fertigkeiten der Regelungs- und Leittechnik.

Diese Kenntnisse und Fertigkeiten lassen sich an einer Kraft­ werksanlage im fahrenden Betrieb nur bedingt vermitteln (An­ lagensicherheit). Sie sind aber an dieser 1 : 1 Anlage vermit­ telbar, da sich keine gefährlichen Betriebszustände, weder für das Personal noch für die Anlage, ergeben können.

Bezugszeichenliste

1

offener Behälter

2

Filter

3

Kreiselpumpe

4

Regelventil

5

Rückschlagklappe

6

Regelventil

7

Druckbehälter

8

Oberflächenvorwärmer

9

Einspritzkühler

10

Regelventil

11

Oberflächenkühler

12

Oberflächenkühler

13

Regelventil

14

Kreiselpumpe

15

Regelventil

16

Stichleitung

17

Heizmedienzuführungsleitung

18

Heizmedienabführungsleitung

19

Kühlmittelzuführungsleitung

20

Kühlmittelzuführungsleitung

21

Kühlmittelabführungsleitung

22

Kühlmittelabführungsleitung

23

Regelventil

24

Regelventil

25

Druckluftzuführungsleitung

26

Abluftleitung

27

Prozeßmedienleitung

28

Abwasserbehälter

29

Rohrleitung

30

Mindestmengenleitung

31

Magnetventil

32

Regelventil

33

Umgehungsleitung

34

Magnetventil

35

Abzweigsleitung

36

Magnetventil

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Simulation eines technologischen Kreislaufes von einem Kraftwerk in Verbindung mit einer leittechnischen Anlage für die Ausbildung von Prozeßleitelektronikern, bei der
   ein Behälter (1),
   ein Filter (2),
   eine Kreiselpumpe (3),
   eine Rückschlagklappe (5),
   ein Regelventil (6),
   ein Druckbehälter (7),
   ein Oberflächenvorwärmer (8),
   ein Einspritzkühler (9),
   ein Oberflächenkühler (11),
   ein Oberflächenkühler (12),
   ein Regelventil (13), und eine Kreiselpumpe (14)
   mittels einer Rohrleitung (29) in einem Kreislauf miteinander verbunden sind, wobei
   eine Umgehungsleitung (33), in der ein Regelventil (15) vor­ gesehen ist, aus der Rohrleitung (29) vor Regelventil (13) geführt und nach der Kreiselpumpe (14) in die Rohrleitung (29) eingebunden ist,
   eine Stichleitung (16), in der ein Regelventil (10) vorgese­ hen ist, aus der Rohrleitung (29) vor Regelventil (6) geführt und mit dem Einspritzkühler (9) verbunden ist,
   eine Mindestmengenleitung (30) mit in die Mindestmengenlei­ tung (30) eingebundenem Regelventil (4) aus der Rohrleitung (29) vor der Rückschlagkappe (5) abzweigt und auf den Behäl­ ter (1) zurückgeführt ist,
   der Oberflächenvorwärmer (8) mit einer Heizmittelzuführungs­ leitung (17) und einer Heizmittelabführungsleitung (18) mit in die Heizmittelabführungsleitung (18) eingebundenem Regel­ ventil (32) versehen ist,
   der Oberflächenkühler (11) und der Oberflächenkühler (12) mit je einer Kühlmittelzuführungsleitung (19; 20) und einer Kühl­ mittelabführungsleitung (21; 22) mit je einem in die Kühlmit­ telabführungsleitung (21; 22) eingebundenen Regelventil (23; 24) verbunden sind,
   eine Druckluftzuführungsleitung (25) und eine Abluftleitung (26), in dem je ein Magnetventil (31; 34) vorgesehen ist, in den Druckbehälter (7) eingebunden sind sowie
   eine Prozeßmedienleitung (27) in den Behälter (1) und eine davon hinausführende Abzweigsleitung (35) mit eingebautem Re­ gelventil (36) in einen Abwasserbehälter (28) geführt sind.