Açık Deniz Rüzgar Enerjisi İçin Patlamaya Dayanıklı İzleme Sistemleri

Offshore rüzgar türbinine elektrik izleme kurmak, bir fabrika veya kıyı alt istasyonu kurmaktan farklıdır. Tuz püskürtmesi, sürekli titreşim ve ayaklarınızın altında kayabilen güverte, her muhafaza, bağlantı ve sensörün performansını değiştirir. Patlamaya dayanıklı izleme sistemibu sahalar için izleme sistemleri, tüm bunları yönetmeli ve geçerli tehlikeli alan sertifikasını korumalıdır, çünkü nacelle bataryalardan veya trafolardan kaynaklanan yanıcı gaz birikebilir ve kapalı alan, kıyıdaki bir arıza veya yangın olayını çok daha ciddi hale getirir. Çoğu teknik makale, izleme sistemlerinin özelliklerini veya iletişim protokollerini bağımsız olarak ele alır; nadiren ele alınan ise, Warom'da proje incelemeleri sırasında tekrar tekrar gördüğümüz şeydir: arızalar donanım sınırlarına değil, eksik ön uç mühendisliğine işaret eder. Koruma yöntemi, sıcaklık sınıfı ve satın alma öncesi yapılan düzenleme kararları, bir sistemin yıllarca çalışıp çalışmayacağını veya ilk kıştan itibaren arıza bildirimleri yapıp yapmayacağını belirler.

Offshore rüzgar türbininde Patlamaya Dayanıklı İzleme Gerektiren Yerler

Offshore rüzgar kurulumlarında tüm yapıya yayılmış tehlikeli alan sınıflandırmaları yoktur. En kritik bölgeler nacelle içi, trafolara yakın bölümler ve batarya enerji depolama sistemleri içeren veya bunlara bitişik kapalı alanlardır. Kurşun-asit veya bazı VRLA bataryalarda arıza durumunda gaz çıkışı, kapalı nacelleyi Zone 1 gaz konsantrasyonlarına itebilir. Bu arada, kablo giriş contası bozulursa ve gaz yükselirse, kule tabanı Zone 2 alanı haline gelebilir. Proje spesifikasyonlarında tüm nacelle güvenli olarak sınıflandırılmış olsa da, yetkililer batarya havalandırma hesaplamaları gösterdikten sonra tam bir inceleme talep etmiştir. Ders açıktır: izleme sisteminizin bileşenleri sadece tehlikesiz alanlar için derecelendirilmişse, bir batarya arızası sizi kontrolsüz bir kıvılcım riskine bir adım yaklaştırır.

İzleme sistemi düzeni, sadece SLD üzerindeki dikdörtgen değil, gerçek havalandırma ve gaz dağılım analizi ile uyumlu olmalıdır. Kamera, basınç transdüseri ve gaz dedektörleri için Ex d muhafazalar yaygındır. Ancak, tasarımlarda kameranın Ex d derecelendirmesi uygun olsa da, montaj braketi M20 girişinden kondensasyon girişine izin vererek, altı ay içinde korozyon yolunu açan tasarımlar gördüm. Tasarım, her penetrasyonu patlamaya dayanıklı bütünlüğün bir parçası olarak ele almalıdır.

Gaz Tespiti ve Elektriksel Parametre İzleme: Ne Birleştirilmeli

Sadece gaz %LEL veya duman alarmı tetikleyicisi raporlayan bir izleme sistemi, size geçmiş olayların kaydını sağlar; bir sonraki olayı önlemenize yardımcı olmaz. Desteklediğimiz offshore rüzgar uygulamaları, gaz tespiti ile elektriksel parametre izlemeyi aynı veri geri iletimi üzerinde birleştirir. Özellikle, trafoların sargı sıcaklığı, kısmi boşalma imzaları ve batarya dizisi voltaj dengesizliği ile gaz okumalarını izliyoruz. Neden? Çünkü hidrojen konsantrasyonu 25% LEL'ye ulaşmadan uzun süre önce yavaşça artan batarya hücresi sıcaklığı, tam alarmı önleyen erken bakım müdahalesini tetikleyebilir. Bir projede, müşteri, gaz dedektörleri alarm vermeden üç hafta önce voltaj kaymasıyla arızalı bir batarya dizisini tespit etti; çünkü izleme mantığı, elektriksel anormallikleri potansiyel gaz riskleriyle ilişkilendirmeye tasarlandı, sadece eşiklere göre tetiklemek değil.

Dökme reçine trafoda kısmi boşalma başka bir öncü göstergedir. Deniz ortamına uygun olmayan bir solunum hortumu tahliye deliği aracılığıyla içeri giren nem, izolasyonu bozabilir ve başlangıçta gaz tespitiyle fark edilmesi zor olan kısmi boşalma aktivitesine yol açar. Eğer izleme sistemi sadece gaz okuması yapıyorsa, bu bozulma fark edilmez ve izolasyon başarısız olup hidrojen birikintisini tutuşturabilir. Hiç görmedim, gaz sensörleri içermeyen bir izleme spesifikasyonu; birçoklarını gördüm, elektriksel parametre izlemeyi içermeyen ve ciddi yakın tehlikeleri olanlar her zaman bunlardı.

Neden Deniz Dışı Rüzgar Elektrik Bölmelerinde Sıcaklık Sınıfı T4 Sıklıkla Yanlış Anlaşılır

Birçok izleme sistemi bileşeni T4 (135°C) sıcaklık sınıflandırmasıyla sunulmakta ve belirleyiciler bunu kabul etmektedir çünkü göbek çevresinin nadiren 40°C'yi aşacağını varsayarlar. Bu varsayım genellikle başarısız olur. Sürekli yaz güneşi altında, hatta Kuzey Denizi’nde bile, türbin tam hızda çalışmadığında ve havalandırma azaldığında, göbek iç sıcaklıkları 50°C’nin üzerine çıkabilir. Bir bağlantı kutusu veya güç kaynağı ve ağ anahtarını içeren kontrol paneli içinde, iç sıcak nokta 120°C’yi aşabilir. T4 sınıflandırması ve 50°C çevresinde, izin verilen muhafaza iç sıcak artışı sadece yaklaşık 85°C’dir, bu genellikle yetersiz olur. T5 (100°C) ve T6 (85°C) öneriyorum bağlantı kutuları ve kablo vanaları ve doğrudan transformatör muhafazalarına bitişik göbek bölmelerindeki bağlantı başlıkları, çünkü transformatörden yayılan ısı, yerel ortam sıcaklığını dış hava sıcaklığının ötesine iter. T4’ten T5’e yükseltmek, termal bozulma sonrası Ex sertifikasını kaybeden arızalı bir kontrol panelini değiştirmeye kıyasla küçük bir maliyettir.

Aynı durum gaz dedektör sensör başlıkları için de geçerlidir. T4 dereceli ve maksimum çevresel sıcaklık yakınında çalışan katalitik boncuk sensör, zamanla kayma gösterecek ve kalibrasyon sıklığını koruma ihtiyacı genellikle deniz dışında göz ardı edilir, bu da bir boşluk bırakır. Ayrı, daha düşük sıcaklıkta sinyal koşullama elektroniklerine sahip T5 veya T6 sensör başlığı, daha güvenilir bir düzenlemedir.

Muhafaza Malzemesi ve Kablo Giriş Tasarımı: İzleme Sisteminin En Zayıf Halkası

En iyi gaz dedektörleri ve PTZ kameralar, muhafazaları korozyona uğrarsa veya kablo somunu IP sızdırmazlığını kaybederse çalışamaz. Deniz dışında rüzgar için, tüm izleme elektroniği barındıran muhafazalar için paslanmaz çelik 316L kullanıyorum, çünkü alüminyum alaşım yetersiz değildir, ancak tuz sisi ve alüminyumun boyama kaplamasındaki kaçınılmaz küçük çiziklerin birleşimi, alev yollarını köprüleyen filamentöz korozyona yol açar. Korozyona uğramış bir muhafazadaki Ex d alev yolu artık standartlara uygun değildir, hatta cihaz hala çalışsa bile. İlk tasarımda kullanılan alüminyum ve polyester toz kaplamanın deniz koşulları için yeterince kalın olmadığı için iki yıl sonra muhafazaların arızalandığını gördük. GRP muhafazalar bazı alanlarda bağlantı kutuları için kabul edilebilir, ancak sürekli titreşim altında mikro çatlamalar yaşayabilir; hareketli parçalar içeren (pan/tilt) bir kamera içeren izleme sistemi için metal tercih edilir.

Kablo giriş tasarımı da aynı derecede kritiktir. Nikel kaplı pirinç Ex d somun ve sel sızdırmazlık botu ile zırhlı kablo temelimizdir. Kamera görüntüsünü kontrol odasına taşıyan fiber optik kablolar için, dikey kablo hattında hava aldıran tahliye deliği, içerde yoğuşmayı önler. Kablonun girişinin aşağıya bakacak şekilde monte edilmesi gerektiğini ve muhafaza içindeki zırhsız bölümün toplam uzunluğunun 150 mm’den az olması gerektiğini öğrendim, böylece ısıyla yumuşayan kablo yalıtımı sarkıp doğrudan muhafazaya yol açmaz.

İzleme Sistemi Entegrasyonu ve Uzaktan İletişim: Tedarikçiye Ne Sorulmalı

Bir açık deniz rüzgar projesi için bir izleme sistemi tedarik ettiğimizde, müşteri genellikle şunu sorar: "Modbus TCP'yi destekliyor mu? Verileri OPC UA ile SCADA'ma besleyebilir miyim?" Cevap, protokol uyumluluğunun ötesine geçmelidir. Asıl soru şudur: patlamaya dayanıklı izleme sistemi, ağ tıkalı olsa bile alarm sinyallerini önceliklendirebilen bir veri toplayıcı içeriyor mu ve bir olaydan sonra kısmi deşarj alarmı, gaz alarmı ve devre kesici açılması dizisini hassas bir şekilde yeniden oluşturabilmek için olayları IEC 61850 uyumlu zaman damgalarıyla damgalayabiliyor mu? Her beş saniyede bir her Modbus kaydını ileten basit bir kara kutu kaydedici yeterli değildir. Kule tabanında basınçlı bir Ex p kabininde bulunan izleme alt panosunun, 30 günlük eğilim verisi için yerel depolama alanına sahip yerleşik bir Linux denetleyicisi çalıştırdığı sistemler tasarladım. Bu sayede, fırtına sırasında fiber bağlantı koparsa, türbin yerel olarak izlenmeye devam eder ve bağlantı kurtarıldığında veriler geri doldurulur.

Uzaktan yapılandırma da önemlidir. Açık deniz erişimi yavaş ve pahalıdır. Kalibrasyon veya yapılandırma değişiklikleri için sensörlerin fiziksel olarak bağlantısının kesilmesini gerektiren bir izleme sistemi, mürettebat transfer masrafları açısından operatöre binlerce dolara mal olur. Bu nedenle teslim ettiğimiz sistemler, karadaki kontrol merkezinden HART protokolü aracılığıyla uzaktan sensör sıfırlama ve aralık kalibrasyonu içerir ve kameranın ön ayarları ve temizleme döngüsü uzaktan tetiklenebilir. Bir şartname yazdığımda, yerel HMI'da sunulan tüm kalibrasyon ve teşhis fonksiyonlarının, ayrı bir yazılım lisansı gerektirmeden ağ arayüzü aracılığıyla da erişilebilir olmasını talep ederim.

İzleme Sistemi Testi ve FAT: Sevkiyat Öncesi Doğruladıklarımız

Atölyemizden ayrılmadan önce her izleme sistemi için bir fabrika kabul testi (FAT) gerçekleştiriyoruz, ancak açık deniz rüzgarı için standart IEC 60079 kontrollerinin ötesine geçen testler ekliyorum. Özellikle, herhangi bir iletişim kesintisi olup olmadığını izlerken, birbirine bağlı kablolar ve rakorlar dahil olmak üzere tüm montajlı sistemi -20°C ila +60°C arasındaki bir termal döngü altında test ediyoruz. Türbin kışın kapatılıp uzaktan başlatılabileceği ve bir kameranın pan motoru uyanmazsa, mürettebatın ziyaret etmek için bir hava penceresi beklemek zorunda kalacağı için -20°C'de 12 saatlik bekletme ile soğuk çalıştırma zorunludur. Ayrıca bir yoğuşma testi yapıyoruz: sistem 48 saat boyunca bağıl nem ve 40°C'de bir odaya yerleştirilir, ardından 4 saat boyunca -5°C'ye düşürülürken tam yükte çalıştırılır. Kamera muhafazasında veya kontrol panelinde oluşan herhangi bir iç yoğuşma, lens üzerindeki buğulanma veya düşük yalıtım direnci okuması olarak ortaya çıkar; her ikisi de FAT'ı başarısız kılar. Bu test Ex standartları tarafından zorunlu kılınmamıştır, ancak kış başlangıç sorunundan birden fazla projeyi kurtarmıştır.

Ayrıca, termal döngüden sonra tüm muhafaza kapakları ve denetim pencerelerindeki Ex d alev yolu boşluğunun, muhafazanın ve cıvatalı kapağın diferansiyel genleşmesi, cıvatalama şeması geniş bir sıcaklık aralığında sıkıştırmayı koruyacak şekilde tasarlanmamışsa boşluğu değiştirebileceği için bir eter ile tolerans dahilinde olduğunu doğruluyoruz. Sıcaklık salınımının gece ve gündüz arasında kolayca 30°C ve mevsimsel olarak 50°C olabileceği açık deniz rüzgarı için bu kontrol isteğe bağlı değildir.

Açık Deniz Rüzgarı İçin Patlamaya Dayanıklı İzleme Maliyet Yapısı: Fiyatı Gerçekten Ne Belirliyor

Bir proje yöneticisi, açık deniz rüzgar türbini için patlamaya dayanıklı bir izleme sisteminin teklifini gördüğünde, en büyük rakam genellikle elektronikler değil, muhafaza malzemesi ve sertifikasyon belgeleridir. Paslanmaz çelik 316L muhafazalar, alüminyum alaşımından 2 ila 3 kat daha pahalı olabilir, ancak açıkladığım gibi, 10 yıllık bakım maliyeti farkı paslanmaz çeliği daha iyi bir seçim haline getirir. Sertifikalar başka bir etkendir: her izleme bileşeni, açık deniz rüzgar kurulumuna uygulanabilir tam gaz grubu (IIC), sıcaklık sınıfı, IP derecesi ve ortam sıcaklığı aralığını listeleyen bir IECEx veya ATEX sertifikasına sahip olmalıdır. Sertifika yalnızca +40°C'ye kadar bir sıcaklık aralığı gösteriyorsa ve proje +50°C gerektiriyorsa, bileşen kullanılamaz veya üreticiden ek bir test raporu alınması gerekir. Bu evrak işleri para ve teslim süresi demektir.

Entegre FAT ve Deniz Ekipmanları Direktifi (MED) için Uygunluk Beyanı gibi denizciliğe özgü belgeler de belirli bileşenler için maliyeti artırır ancak Avrupa açık deniz projeleri için genellikle kaçınılmazdır. Müşterilere veya proje planlayıcılarına bu uyumluluk maliyetlerini önceden bütçelemelerini tavsiye ederim. FEED aşamasında doğru malzemeleri ve testleri belirtmek, devreye alma sırasında kurulu ekipmanın deniz gereksinimlerini karşılamadığını ve bir değişiklik emriyle değiştirilmesi gerektiğini keşfetmekten çok daha ucuzdur. Şartnamenizi Warom'a gönderdiğinizde (gm*@***om.com veya +86 21 39977076 numaralı telefonu arayın) gerekli sertifikalar, kablo türleri ve çevresel koşullar gibi ayrıntılarla, zorunlu uyumluluk öğelerini isteğe bağlı özelliklerden ayıran bir maliyet dökümü sağlayabilirim, böylece daha sonra sürprizler olmadan bütçeyi nereye ayıracağınıza karar verebilirsiniz.

Açık Deniz Rüzgar Elektrik Sistemleri İçin Patlamaya Dayanıklı İzleme Hakkında Sık Sorulan Sorular

Açık deniz rüzgarı için patlamaya dayanıklı (Ex d) sistemlere göre kendiliğinden güvenli (Ex i) izleme sistemleri daha iyi bir seçim midir?
Tüm sistem için değil. Ex i, sürekli gaz maruziyetinin mümkün olduğu ve arıza sırasında bile cihazın güvenli kalması gereken Bölge 0 veya Bölge 1'deki sensör başlıkları için mükemmeldir. Ancak, kameralar, veri toplayıcılar ve güç kaynakları için Ex i, güç sınırlamaları nedeniyle pratik değildir. Genellikle bir hibrit kullanırız: Ex i devrelerde gaz dedektörleri ve titreşim sensörleri ve ana izleme elektroniği için Ex d muhafazalar. Anahtar, Ex i devrelerinin sertifikalı bariyerlerle daha yüksek güçlü devrelerden izole edilmesini ve kablolama ayrımının IEC 60079-14 gereksinimlerini karşılamasını sağlamaktır.

Bir rüzgar türbinindeki patlamaya dayanıklı izleme sistemi için hangi bakım aralığını planlamalıyım?
Sistem herhangi bir hata bildirmese bile, tüm muhafazaların, rakorların ve sensörlerin 12 aylık fiziksel denetimini öneririm. Denetim, alev yolu yüzeylerinde korozyon olup olmadığının görsel kontrolünü, IP conta sıkıştırmasının ölçülmesini ve tüm rakor kilitleme somunlarının tork kontrolünü içermelidir. Katalitik boncuk sensörleri kullanan gaz dedektörleri, en az 6 ayda bir kalibrasyon gazı ile bir tampon testi ve 12 ayda bir tam bir kalibrasyon yapılmalıdır. Saha uzaksa, daha uzun bir kalibrasyon aralığına sahip elektrokimyasal sensörler ve her ay uzaktan çalıştırılabilen otomatik teşhis kontrolleri belirtirim.

Türbin genel olarak tehlikeli olmayan bir alan sınıflandırmasında olduğunda izleme sistemiyle nasıl başa çıkarım?
Türbinin resmi tehlikeli alan çizimi yalnızca pil kabininin etrafında küçük bir Bölge 2 gösterse bile, o kabinin hemen yakınındaki izleme ekipmanını Bölge 2 olarak sınıflandırırım ve en az Ex nA veya Ex ec ekipmanı kullanırım. Bu, Ex d'nin tam maliyeti olmadan ek bir koruma katmanı sağlar. Ancak, pil kabini havalandırması nacelle havalandırmasından tam olarak bağımsız değilse, nacelle'i Bölge 2 olarak ele alırım. Havalandırma kapalıyken bakım senaryolarını göz ardı ederek, alanın yalnızca ideal koşullar altında güvenli olduğunu kanıtlayarak çok fazla proje tuzağa düşmüştür. Sınıflandırmanız belirsizse, mevcut alan çizimlerinizi ve pil özelliklerinizi şu adreste paylaşın: gm*@***om.com ve hem uyumlu hem de uygun maliyetli bir izleme düzeni önerebilirim.

İlginizi çekiyorsa, bu ilgili makalelere göz atın:

Zone 21 Toz Tehlikeleri: Temel Patlama Tehditli Elektrik Ekipmanı
Tahıl Silo ve Un Tırmıkları İçin Patlamaya Dayanıklı Aydınlatma: Güvenlik Uyum
Portatif Patlamaya Dayanıklı Aydınlatma için Nihai Kılavuz

On yılı aşkın deneyime sahip olan o, güvenlik ve patlamaya dayanıklı ürünlerin tasarımı ve üretimi konusunda uzmanlaşmış deneyimli bir Patlamaya Dayanıklı Elektrik Mühendisidir. Patlama dayanıklı sistemler, nükleer güç aydınlatması, deniz güvenliği, yangın koruması ve akıllı kontrol sistemleri dahil olmak üzere ana alanlarda derin uzmanlığa sahiptir. Warom Teknoloji Enstitüsü Şirketi’nde Uluslararası İşlerden Sorumlu Baş Mühend, Uluslararası Ar-Ge Departmanı Başkanı olarak çift liderlik rolüne sahiptir; burada Ar-Ge girişimlerini denetler ve uluslararası projeler için tasarım dokümantasyonunun kesin teslimatını sağlar. Küresel endüstriyel güvenliği ilerletmeye kendini adayan, karmaşık teknolojileri pratik çözümlere dönüştürmeye ve müşterilerin dünyanın dört bir yanındaki daha güvenli, akıllı ve daha güvenilir kontrol sistemlerini uygulamasına yardımcı olmaya odaklanır.

Qi Lingyi