Sprinkelsystem vid drift - Utökad användning av termografering för en förstärkt driftklarhetsve

När sprinkelsystemet aktiveras startas även fyra pumpar som har till uppgift att suga vattnet från borvattentanken (RWST). Sedan förs vattnet vidare igenom värmeväxlarna (inte i drift då vattnet från borvattentanken redan är kallt och kylningsbehovet inte finns) som i sin tur leder vattnet vidare till inneslutningen där vattnet pumpas in och når stigarledningar som sträcker sig från botten av inneslutningen ända upp till toppen där vattnet sedan fördelas ut till sprinklingsdysor.

I vissa fall vid haveri behöver man att sprinkelsystemet körs under en längre period. För att man ska kunna göra det krävs det att man får in vatten i systemet då vattnet som tas från borvattentanken tar slut efter en viss tid. Därför utför man något som kallas för

”recirkulationsdrift” vilket innebär att operatörerna drift lägger systemet att ta vatten från inneslutningspumpen. Vattnet som då tas är det vattnen man tidigare insprutat samt kondenserad ånga som samlats i inneslutningspumpen. [8]

12 3.7

Elmotor

En elmotors uppbyggnad består huvudsakligen av en strator samt en roterande rotor som med hjälp av rotationsrörelser omvandlar elektrisk energi till kinetisk energi. Det finns flera olika typer av elmotorer. Exempel på två typer av elmotorer är: synkron-, asynkronmotorer därav kan även utseendet på stratorn och rotorn skilja sig. Elmotorn fungerar genom att stratorn med hjälp av den tillförda elektriciteten bildar ett

magnetfält som i sin tur inverkar på rotorns lindningar vilket medför att ett magnetfält även bildas kring rotorn. De två kraftfälten som bildats samverkar med varandra och resulterar i att en roterande rörelse uppstår i rotorn samt den motoraxel rotorn är kopplad till.

Både rotorn samt stratorn har isolerande ledningar kring sig som är placerade olika beroende på vilken typ av elmotor man använder. Det som skiljer placeringen är att ledningarna antingen ligger löpnade spår i kärnan alternativt att ledningarna består av spolar lindade kring poler. Ledningarna som används är antingen av aluminium eller koppar. Dessa ledningar har tre olika former, trådar, band eller stavar beroende på vilken typ av elmotor man används. [9]

Figur 3Källa: https://grabcad.com/library/centrifugal-pump-36

13 3.8

Pump

En pump används vid behov av vätsketransport och det finns flera typer av pumpar exempelvis centrifugal pump, förträngningspump och vätskeringspump. I det valda systemet används centrifugalpumpen som är utformad till att förflytta vätska med hjälp av rotationsenergi från ett eller flera skovelförsedda pumphjul vilket roterar i ett

pumphus. Dessa pumphjul är en viktig komponent i centrifugal pumpen. Vätskan förs in till de roterande pumphjulen längs axeln och kastas ut av centrifugalkraft längs hjulets omkrets och dess spetsar. Med pumphjulet ökas vätskans hastighet och tryck som riktas ut mot pumputloppet. Pumphuset är utformad för att tömma vätskan som förs in genom pumpens inlopp och leda vätskan in i pumphjulet och sedan styra vätskan ut genom utloppet.

Vätskan kommer i in pumphjulet vid dess axel och sedan kommer ut längs omkretsen mellan skovlarna. Pumphjulet på motsatt sida vid drivaxeln är ansluten till en motor och rotationen på hjulet brukar ligga runt 500–5000 rpm. Pumphjulets rotationsrörelse accelererar vätskan ut genom skovlarna in i pumphuset. [10]

Figur 4

Källa: https://grabcad.com/library/centrifugal-pump-36

14 3.8.1 Sprej pump i Ringhals

Pumpen består av hölje och en avtagbar enhet som består av sugmunsstycke, diffusor, pumphjul, tömningshölje med axeltätning, lager och axel.

I systemet är det fyra identiska enhjuliga dubbelsugande centrifugalpumpar av instickstyp. Pumparna är tillverkade av autentiskt rostfritt stål eller

korrosionsbeständigt material. Axeln är lagrade med båda ändarna av oljesmorda rullkroppslager. Pumparna är försedda med en roterande plantätning för att förhindra läckage utefter axeln, vilket övervakas med hjälp av droppglas. [11]

3.9

Axelkopplingar

Axelkopplingar i pumpar har som funktionen att anknyta pumpaxeln med

drivmotoraxeln och sedan överföra vridmomentet från den drivande maskinens axel till pumpaxeln. Axelkopplingar har flera egenskaper och funktioner men det allmänna syftet är att överföra vridmomentet mellan två i linje liggande roterande axlar.

Vridmomentet ska vara lika stora i axlarna med det kan förekomma varvtalsskillnad vid slirning eller hel utkoppling. Kopplingens enklaste uppgift är att sammanfogad med axeln men det är även att förbinda två axlar som i sig inte ligger i en perfekt linje med varandra. Sådana fel kan återgärdas med kopplingen.

Kopplingens olika funktioner och egenskaper kan delas upp i tre huvudgrupper; Icke urkopplingsbara-, urkopplingsbara- och vridmomentsbegränsade kopplingar. [12]

Figur 5 Källa: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:511670/FULLTEXT01.pdf

3.9.1 Val av axelkopplingar för pumpar

För vertikala pumpar: Drivmotorn monteras på pumpen med flänsförband. Vilket påverkar axlarnas position som bestäms av styrspår i flänsarna och

tillverkningsnoggrannheten styrs av axlarnas uppriktningsförhållande. För dessa pumpar används ofta styva axelkopplingar.

För horisontella pumpar: Det är viktigt att motoraxeln och pumpaxeln riktas till en lämplig tolerans och har en flexibel axelkoppling. Den flexibla kopplingen överför drivmomentet från drivmotorn till pumpens axel med en tolerans för vinkelfel och parallell fel. [12]

3.9.2 Uppriktningsfel

Uppriktningsfel kan ske antigen innan uppstart så det har skett en bristfällig

uppriktning eller när maskinen rör sig under drift. Felet är beroende på varvtal och ju högre varvtal maskinen har desto begränsad är toleransen. Maskinen är menat att röra sig under drift på grund av termisk expansion. Det finns tre slags uppriktningsfel som kan förekomma; vid radiell-, axiell, och vinkelförskjutning av axlarna.

Axelkopplingars konstruktion är till för att kunna belastas med ett vridande moment. I särskilda fall kan en koppling belastas både med en böj moment samt axiella och

radiella krafter. Denna typ av belastning bör undvikas för vissa typer av kopplingar med när det kommer till fasta axelkopplingar brukar det inte leda till problem. Fasta

kopplingar ansluter två axlar med varandra som gör att systemet blir fastare än med enbart en axel dock är det viktigt att vid användning ska uppritningen vara centrerad.

Viktiga regler för kopplingar:

Kopplingar ska placeras med ett lager på varsin sida samt att komponenten inte får utsättas för böjande moment. För att minska slitage på den drivna axeln ska

manöverdon så som släpringar eller kopplingshylsor sitta på axeln. [12]

4 Genomförande

I detta avsnitt presenteras genomförandet vad gällande fältstudier som gjorts på Ringhals. Vilket bestod av nulägesanalys, intervjuer samt testning av värmekamera som gjorts tillsammans med underhållsingenjörer.

Under de fyra veckor som spenderades på Ringhals utfördes först en förundersökning på nuläget kring vilka mätmetoder Vattenfall AB använder sig utav samt hur testning av system som efterliknar sprinkelsystem 322 utförs. Eftersom detta projekt undersöker ifall termografering är ett bra investeringsalternativ, fanns inga tidigare data/underlag på metoden. Därav utfördes ytterligare en fältstudie där vi tillsammans med

underhållsingenjörer gick runt med värmekamera kring system som efterliknar 322 för att se ifall man kan se värmeutvecklingen och potentiella avvikelser. Samt samla

underlag kring hur värmebilderna kan se ut för att sedan komma fram till förbättringsförslag. (Värmebilderna presenteras i avsnitt 5 Resultat)

4.1 Nuläget

Idag används vibrationsmätning i samband med provkörning av pumparna för att bättre kunna bedöma om pumpen har förutsättning att fungera under kravställdtid.

Detta utförs av driftpersonal i form av ronder men vid behov kan kompletterande

mätningar utföras av Ringhals ”vibrationsgrupp”. Denna grupp har till uppgift att utföra kompletterande mätningar och övervaka insamlade mätvärden i

vibrationsanalyssverktyget. Bilderna nedanför visar en ritning samt en verkligbild på punkterna där vibrationsmätningar görs, genom att man kopplar in mätinstrumentet i de röda punkterna.

Figur 6 Figur 7 Intern dokument: 1892424

Insamling av mätvärden vid vibrationsmätning möjliggör efterföljande analys som en underhållsingenjör nyttjar för att kunna fatta beslut om objektets driftklarhet och underhållsbehov. Fördelen med vibrationsmätning är möjligheten att upptäcka avvikelser i tidigt stadie för att i sin tur kunna genomföra proaktiva och planerbara åtgärder. Nackdelen med vibrationsmätning är behovet av kontinuerlig insamling av data för att möjliggöra trendning. Vilket är grunden till att kunna prediktera

underhållsbehovet som även medför ett relativt resurskrävande systematisk insamling av mätvärden. Ett mätinterval avgörs från objekt till objekt och därav ser dessa olika ut samt att flera parametrar avgör vilket interval som är lämpligast. Dock bör detta spegla objektets kritikalitet samt dess sannolikhet för fel.

I dagsläget används termografering mestadels inom det elektriska området främst inom ställverk, turbinsträng, transformatorer samt walkdowns. Vid ställverk kontrolleras avvikande temperaturer på komponenter och vid turbinsträng ses värmeutvecklingen på sköldrarna och på transformatorer kontrolleras olje temperaturen. Vid walksdowns kontrollerar man med värmekameran alla kablar och kabelväggar samt varma områden som ligger i närheten. Data samlas i form av rapporter för man i framtida bruk ska ha något att referera till ifall någon avvikelse i form av temperatur höjning skulle ske. Vad gällande termografering på mekaniska sidan så används metoden främst vid kontroll innan revisionsstart samt snabbkontroll runt anläggningen vid misstänkta

temperatursökningar. [13]

19 4.2 Provkörning

Vid normaldrift används inte sprinkelsystemet aktivt utan endast vid haveri i

reaktorinneslutningen där systemet ska klara av att vara i drift i 180 dagar sträck utan att behöva underhåll. I nuläget sker regelbunda provkörningar varje kvartal i kortare flöden i ungefär 5-10 minuter för att kontrollera att system är driftklart. Under provkörningstiden utförs även vibrationsmätningar kring bestämda punkter.

Figur 8 Figur 9

Källa: Intern dokument: 1892424

Ovanför visas bilder på hur det kan se ut efter provkörning av pumpflödet för sprinklingpump. I diagramet visas det tydligt att mätvärdena bör ligga inom det

godkända området och inte överstiga gränsen för omedelbaråtgärd. I figur A kan man se att mätvärdena inte överstiger åtgärdsnivå samt att mätningarna inte är spridda och ligger kring samma område. Medan i figur B kan man se att vissa mätvärdena ligger på gränsen alternativt utanför det godkända området. Men även att mätvärderna är utspritt jämfört med figur A. Skillnaden på dessa två pumpar kan bero på att pumpen i figur B utger ett högre pumpflöde än pumpen i figur A. Detta kan vara orsaken till att mätningnarna inte är lika jämt fördelade som i figur A. De mätvärdena som har hamnat utanför gränsen på åtgärdsnivån behöver inte betyda att det krävs omedelbar åtgärd då det ligger precis vid gränsen. Dock innebär det att man behöver ha uppsikt och

följa/analysera orsaken. Alternativt utföra en ny provkörning för att se ifall de avikande värderna var en slump eller om det faktiskt är en avikelse. Problemet är att dessa korta provkörningar inte ensamt kan säkerställa att systemet kommer att fungerar i 180 dagar sträck. Därför behövs en metod som kan prediktera möjliga avvikelser under drift och haverimiljö. [14]

5 Resultat

I följande avsnitt presenteras resultatet av genomförandet med avseende på termograferings bilder samt analys på hur avvikelser kan se ut på bild.

Syftet med genomförandet är att visuellt se hur bilderna i värmekameran fångar upp temperaturskillnaden samt värmefördelningen i de valda huvudkomponenterna (axelkopplingar, elmotor och pump). Då det är en dyr investering att införskaffa värmekameror för det mekaniska området behövdes underlag som kunde stärka användningen av värmekameror specifikt för system som efterliknar 322. Därav togs bilder med värmekameran FLIR T540 som i dagsläget endast används inom el-området.

Nedanför visas ett antal bilder som visar resultatet på hur det kan se ut när man använder termografering. Temperaturskalan som valts att använda ligger mellan 25–

60C.

Figur 10 Figur 11

Bilden ovanför visar en axelkoppling:

I figur 11 ser man tydligt att axelkopplingen täcks av någon form utav kåpa som fungerar både som värmeskydd och skydd ifall någon del av den roterande komponenten skulle åka av. I figur 10 ser man att med värmeskyddet på kan man inte få tydlig bild på

värmefördelningen utan det ser ”kallt” ut i form av lila färg då kåpan blockerar. Här kan man se att värmekameran inte fångar upp den verkliga värmefördelningen under kåpan, alltså behöver man kolla underifrån. För att göra detta effektivt kan en värmekamera fästas under kåpan så att tekniker slipper komma för när den roterande axeln, som kan vara en arbetsmiljörisk.

Figur 12 Figur 13

Figur 14 Figur 15

Bilderna ovanför visar axelkoppling & del av pump och motor:

Figur 13 och 15 är bilder på två likadana uppsättningar. Värmefördelningen på båda systemuppsättningarna var relativt lika, det man kan se är att det är som varmast kring änden av pumpen då man ser att det är en ljusare nyans av gul. Även här har

axelkopplingarna en form av värmeskydd som gör det svårt att se den exakta

värmefördelningen kring axeln. Även här stöter man på samma ”problem” som tidigare bild visar (figur 10) Där kåpan döljer den verkliga värmefördelningen.

Figur 16 Figur 17

Bilden ovanför visar undersida av axelkoppling:

I figur 17 visas en del av undersidan av kåpan där den roterande axelkopplingen är synlig. Det var svårare att få en bra bild och underhållsingenjörer fick böja sig under kåpan för att få en relativt bra bild. Detta bör undvikas eftersom det finns en stor säkerhetsrisk. Just därför bör det även här finnas en fast värmekamera.

Värmebilden i figur 16 visar värmefördelningen på en del av axelkopplingen. För att för att kunna tolka värmefördelningen på bästa sätt krävs en tydligare bild som har med hela ytan och inte bara en liten del.

Figur 18 Figur 19

Bilden ovanför visar motorn:

I figur 18 och 19 visas en närmre bild på elmotorer dess värmefördelning. Även här ser man att änden av motorn som är kopplad till axeln är varmast då det är där

värmebildning sker på grund av den roterande axeln.

Figur 20 Figur 21

Figur 22 Figur 23

Bilden ovanför visar två Pumpar:

I figur 21 och 23 visas två uppsättningar av likadana pumpar. I figur 21 finns en liten lapp som visar att det finns en avvikelse på pumpen specifikt den del som är kopplad till axelkopplingen. Vilket även visas i figur 20 då man kan se på det markerade området att temperaturen ligger på den högre delen av värmeskalan jämfört med figur 22 som inte har en avvikelselapp.

Dessa bilder stärker investeringsfrågan gällande ifall termografering kan visa avvikelser genom värmefördelningen. Då figur 20 har en avvikelse som tydligt visas genom en värmeutveckling.

Figur 24 Figur 25

Bilden ovanför Systemets valda huvudkomponenter:

Figur 25 visar en helhetsbild på den del av systemet vars komponenter valts att ha som fokus under arbetet. Figur 24 visar värmefördelningen i sin helhet. På värmebilden ser man tydligt att det är som mest varmt vid axelkopplingens ändar. Även här ser man att värmekameran fångar upp värmeutvecklingen som man på sikt kan följa som tekniker för att undvika potentiella avvikelser.

5.1

Exempel på avvikelser som kan visas med termografering

Figur 26

Figur 26 är en bild på ett elskåp där på vänster sida visas värmebilden som indikerar att under normaltillstånd ska SP 1 ska ligga kring 31.0 C och SP 2 kring 30.1 C.

Exempel på avvikelse 1:

Figur 27 visar en tydlig övertemperatur i SP 1 på 40.5 C, den förhöjda temperaturen har resulterat i värmespridning även i SP 2. Möjlig orsak till temperaturökning kan bero på dåligt dragen anslutning.

Figur 27

Exempel på avvikelse 2:

Denna bild visar en tydlig avvikelse på säkringen. Då i SP 1 är det en stor

temperaturökning på 49.6C medan SP 2 som inte påverkats av värmeökningen visar en normaltemperatur 25.3C. Möjlig orsak till denna avvikelse tros vara dålig bottenkontakt, dåligt dragen anslutning eller snedbelastning.

Figur 28

6 Slutsats

I följande avsnitt presenteras projektets slutsats som baserats utifrån resultat samt analys. I slutsatsen nämns även de hinder som stöts på under projektets gång samt har förbättringsförslag för rekommenderat fortsatt arbete framförts.

Målet med detta examensarbete var att undersöka ifall termografering är värt att

investera på för att ytterligare höja säkerheten för driftklarhetsverifiering. Alternativt se ifall det kan tillämpas tillsammans med andra mätmetoder som exempelvis

vibrationsmätning. Då projektet grundar sig i en ”vision” om att använda

termografering som en potentiell driftklarhetsverifierings verktyg. Har det behövts skalats ner då ämnet omfattar ett brett område med flertal riktlinjer och istället sätter detta projekt möjligheten till att vidareutveckla visionen.

Under projektets gång visade det sig att grundläggande mätdata gällande termografering saknades då det mest används inom elektiska området samt att termografering inom det mekaniska området inte används lika frekvent. Med det begränsade tidsspannet framtogs potentiella förbättringsförslag och sätt man kan använda termografering alternativ tillämpning vid användning av andra mätmetoder.

Utifrån resultatet av genomförandet har det visat sig att det både finns för- och

nackdelar gällande termografering. Fördelarna med användning av termografering är att man snabbt hittar temperaturökningar på kritiska områden som annars är svår åtkomliga vid vibrationsmätning. Exempelvis under axelkopplingens hölje då det är en roterande komponent. Det ger även en hint på potentiell avvikelse med hjälp av ”hot-spots” i form av kontroll av motorer (varma lager, kopplingar och växellådor) och för att påvisa läckage och kondensproblem i värme och ångsystem (se avsnitt 4.1). Nackdel med termografering i detta fall är att det inte finns förstudier som verifierar vad mindre temperaturskillnader innebär för både en enskild komponent samt hela systemet.

Kollar man på de värmebilder som togs under genomförandet ser man att temperaturen kring de markerade områdena skiljer sig några grader (se avsnitt 4, figur 12–15). Dock ger bristen på underlag en nackdel då man inte vet hur temperaturs skillnaden påverkar komponenten, det vill säga ifall det tyder på en potentiell avvikelse eller om det är normaltillstånd. För att kunna avgöra ifall temperaturskillnaden påverkar

komponenterna negativt. Krävs det att man testar systemet exempelvis iform av simuleringar där dessa komponenter utsätts för haverimiljö eller liknanden. För att på

så sätt få en bättre uppfattning om vilka gränser man ska sätta vid kontroll med värmekameran samt snabbare upptäcka avvikelser eller potentiella avvikelser.

Alltså kan temperatursavvikelserna baseras utifrån fakta och inte av erfarenhet som det görs nu, exempelvis inom el-området.

Utifrån faktainsamlingen tas slutsatsen att enbart använda termografering som en driftklarhetsverifierings metod inte är optimalt. Då det är en relativt ny metod inom det mekaniska området saknas en del underlag för att kunna rättfärdiga om det är en bra metod eller inte. Samt att nuvarande mätmetoder som exempelvis vibrationsmätning redan kan prediktera underhållsbehovet. På grund av detta anses termografering kunna användas i samband med vibrationsmätning som en komplettering vid svåråtkomliga områden samt vid de bestämda mätpunkterna (se avsnitt 3.10 figur 8)

6.1

Rekommenderat fortsatt arbete

Då termografering visat sig vara gynnsam inom det elektiska området som kontroll för att detektera avvikelser vid bland annat ställverk, transformatorer samt walkdowns (se avsnitt 3.10). Tyder det på möjligheten att implementera detta inom det mekaniska området och vara en gynnande investering för företaget. Ett utav projektets

förbättringsförslag är att man sätter upp ett system där man med jämna mellanrum utför termobesiktningar. Dels för att samla in underlag för framtida bruk för att jämföra och analysera olika mätvärden samt möjligheten att detektera potentiella avvikelser.

”Man upptäcker det man inte söker efter” det vill säga att man kan upptäcka fel i områden där man inte aktivt söker efter avvikelser.

Vid projekts gång skedde en diskussion med personal från Forsmarks kärnkraftverk om hur de använder sig utav termografering. Deras anläggning använder termografering i form av inspektion, för att hitta avvikelser i den lokala driftmiljö för utrustning vilket genomförs med hjälp av programmerings programmet Mathlab. Dessa undersökningar utförs på röranslutningar, komponenter och eventuella områden som kan läcka värme.

Operatörer mäter alla komponenter på turbinområdet med ett avstånd på 3 meter som anses ge tydliga mätdata. I dagsläget utförs detta var fjärde vecka då man matar in mätvärdena som tagits av värmekameror in i Mathlab som sedan visar felanmälan som output. Denna diskussion gav en idé/förbättringsförslag om möjligheten till att

vidareutveckla Forsmark metod. Genom att utföra regelbundna mätningar med

termografering i samband med mätdata från vibrationsmätare. Som sedan matas in i ett

In document Utökad användning av termografering för en förstärkt driftklarhetsverifiering (Page 25-0)