Trommelwasserstandsregelung, vom Trommelwasserstand bis zur Speisewasserpumpe
Ein Trommelwasserstand, ein Speisewasserventil und Pumpen, die im selben Rhythmus auf und ab gingen. Jetzt in einem halb so breiten Band, mit 62% weniger Ventilbewegung.
In Zahlen
- Standschwankung −49% Der Trommelwasserstand bewegt sich in einem halb so breiten Band um den Sollwert.
- Große Standabweichungen −95% Mehr als 10% des Abschaltbands vom Sollwert entfernt: von 8,4% auf 0,4% der Zeit.
- Ventilbewegung −62% Jeder Balken ist eine Stunde Bewegung des Speisewasserventils. Dieselbe Arbeit, mit viel weniger Hub.
- Schwankung des Differenzdrucks über das Ventil −87% Die Pumpen halten den Druck über das Speisewasserventil jetzt konstant, statt mit dem Ventil mitzuschwingen.
- Durchflussschwankung −50% Der Speisewasserdurchfluss verläuft doppelt so gleichmäßig.
- Folgefehler der Durchflussregelung −76% Die Durchflussregelung folgt der Vorgabe des Führungsreglers viel genauer.
Im sicheren Band, aber nie in Ruhe.
Der Trommelwasserstand blieb im sicheren Band, und es ging kein Alarm los. Doch in den Trenddaten bewegte sich der Stand ständig auf und ab, in einem Rhythmus von einigen Minuten, und das Speisewasserventil bewegte sich ebenso unruhig mit. Der Führungsregler des Trommelwasserstands reagierte auf jede kleine Standschwankung, und die Speisewasserregelung darunter führte jede Korrektur sofort aus. So setzte sich die Kaskade immer wieder selbst in Bewegung.
Auch die Pumpen machten mit, im selben Rhythmus.
Unter der Kaskade halten die Speisewasserpumpen den Differenzdruck über das Ventil auf Niveau: Ein ΔP-Regler bestimmt, welcher Förderdruck nötig ist, und ein Pumpendruckregler stellt dafür die Drehzahl. In den Trenddaten bewegte sich dieser Differenzdruck im selben Rhythmus von etwa drei Minuten wie der Trommelwasserstand.
Öffnete das Ventil weiter, brach der Druck darüber ein, manchmal bis auf ein Fünftel des Sollwerts. Ein Ventil mit wechselndem Druck darüber lässt bei derselben Stellung jedes Mal einen anderen Durchfluss durch. Die Durchflussregelung musste also ständig nachsteuern, und Trommelwasserstand, Ventil und Pumpen hielten sich so gegenseitig in Bewegung.
Dieselben zwei Stunden wie in der Grafik oben. Oben die Abweichung des Trommelwasserstands vom Sollwert, unten die Abweichung des Differenzdrucks über das Speisewasserventil, als Anteil am Sollwert.
Was an der Trommel zu sehen war, entstand in der ganzen Kette.
Bei einer Dampftrommel ist Ruhe mehr als Komfort: Ein Stand, der sich ständig bewegt, beginnt jeden Lastwechsel aus einer schlechteren Position. Einen Regler ruhiger zu stellen, hilft dann nicht, denn die Schwankung lag in der Wechselwirkung.
Ein Führungsregler, der auf Shrink und Swell reagiert, korrigiert etwas, das von selbst vorbeigeht. Und ein Ventil mit wechselndem Druck darüber tut nicht, was die Durchflussregelung verlangt.
Das Ziel wurde: Der Führungsregler überwacht ruhig den mittleren Stand, die Durchflussregelung fängt die kurzen Änderungen ab, und die Pumpen halten den Druck über das Ventil konstant.
Die ganze Kette erfasst, nicht ein Regler.
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Die Kette erfasst
Wie schnell der Trommelwasserstand auf eine Änderung des Speisewassers reagiert, wie schnell die Durchflussregelung die Vorgabe des Führungsreglers umsetzt, wie sich der Differenzdruck über das Ventil ändert, wenn das Ventil sich bewegt, und wie die Pumpen darauf reagieren. Und ob sich diese Regler gegenseitig verstärken oder dämpfen.
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Vier Regler aufeinander abgestimmt
Der Führungsregler überwacht ruhig den mittleren Stand, und die Durchflussregelung fängt die kurzen Änderungen ab. Darunter halten der ΔP-Regler und der Pumpendruckregler den Druck über das Ventil konstant, ohne mit dem Ventil mitzuschwingen. Sie greifen ineinander, statt dieselbe Abweichung gleichzeitig zu korrigieren.
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Ohne Eingriff in die Anlage
Keine zusätzlichen Messgeräte und kein Stillstand. Danach erneut gemessen, anhand derselben Kennzahlen.
Ein halb so breites Band und ein Ventil, das sich 62% weniger bewegt.
Der Trommelwasserstand bewegt sich jetzt in einem halb so breiten Band um den Sollwert. Abweichungen von mehr als 10% des Abschaltbands, vorher 8,4% der Zeit, kommen nur noch 0,4% der Zeit vor, und die höchsten und tiefsten Spitzen bleiben weiter von den Abschaltgrenzen entfernt. Das Speisewasserventil bewegt sich 62% weniger, und der Speisewasserdurchfluss verläuft doppelt so gleichmäßig. Die Durchflussregelung folgt außerdem der Vorgabe des Führungsreglers viel genauer, sodass die Kaskade als Ganzes arbeitet.
Je Messzeitraum die zwei Stunden, die das typische Verhalten dieses Zeitraums am besten wiedergeben, mit derselben Dauer und Skala. Oben die Abweichung des Trommelwasserstands vom Sollwert, unten die Stellung des Speisewasserventils.
Und die Pumpen müssen nicht mehr mitlaufen.
Der Differenzdruck über das Ventil lag vorher 62% der Zeit mehr als ein Viertel neben seinem Sollwert. Jetzt bleibt er fast immer nah am Sollwert, und der Drei-Minuten-Rhythmus ist aus der ganzen Kette verschwunden. Der Förderdruck, den die Pumpen liefern müssen, muss 80% weniger nachgestellt werden. Das Ventil bekommt immer denselben Druck, sodass dieselbe Ventilstellung auch denselben Durchfluss ergibt.
Dieselben zwei Stunden wie in der Grafik oben, auf derselben Skala wie vorher. Oben die Abweichung des Trommelwasserstands, unten die Abweichung des Differenzdrucks über das Speisewasserventil, als Anteil am Sollwert.
Für alle, die es genau wissen wollen
Die Zahlen
| Kennzahl | Vorher | Nachher | Differenz |
|---|---|---|---|
| Standschwankung (σ) | 5,8% | 2,9% | −49% |
| Mittlere Abweichung vom Sollwert | 4,7% | 2,3% | −51% |
| Größte Abweichung, 99% der Zeit | 15,3% | 8,3% | −46% |
| Zeit mehr als 10% des Abschaltbands vom Sollwert | 8,4% | 0,4% | −95% |
| Höchste Spitze, Anteil am Abstand zur oberen Abschaltgrenze | 49% | 39% | 10 Prozentpunkte mehr Reserve |
| Tiefste Spitze, Anteil am Abstand zur unteren Abschaltgrenze | 41% | 33% | 8 Prozentpunkte mehr Reserve |
| Bewegung des Speisewasserventils (gesamt pro Stunde) | Index 100 | Index 38 | −62% |
| Durchflussschwankung (σ als Anteil am mittleren Durchfluss) | 16,4% | 8,2% | −50% |
| Mittlere Durchflussänderung pro 20 Sekunden | 7,1% des Mittelwerts | 1,9% des Mittelwerts | −74% |
| Folgefehler der Durchflussregelung (σ) | 6,2% des Mittelwerts | 1,5% des Mittelwerts | −76% |
| Schwankung des Differenzdrucks über das Ventil (σ als Anteil am Sollwert) | 43% | 5,8% | −87% |
| Zeit, in der der Differenzdruck mehr als 25% neben dem Sollwert lag | 62% | 0,02% | praktisch nie mehr |
| Niedrigster Differenzdruck über das Ventil, als Anteil am Sollwert | 21% | 72% | mehr als dreimal so hoch |
| Bewegung des geforderten Förderdrucks (gesamt pro Stunde) | Index 100 | Index 20 | −80% |
Wie wir messen
Alle Zahlen stammen aus dem vorhandenen Historian. Für den Trommelwasserstand und seinen Sollwert, den geforderten und gemessenen Speisewasserdurchfluss und die Ventilstellung sind das 20-Sekunden-Werte über fünf Tage Dauerbetrieb je Zeitraum. Für den Differenzdruck über das Ventil und den geforderten Förderdruck der Pumpen sind es 2-Sekunden-Werte über vier Tage derselben Zeiträume.
Die Ventilbewegung ist die Summe aller Änderungen der Ventilstellung pro Stunde (Total Valve Travel), und die Bewegung des geforderten Förderdrucks ist auf dieselbe Weise berechnet. Standzahlen stehen als Anteil am Abschaltband (dem Abstand zwischen unterer und oberer Abschaltgrenze), Durchflusszahlen als Anteil am mittleren Durchfluss und Druckzahlen als Anteil am Sollwert, damit ein Unterschied in Last oder Sollwert das Bild nicht verzerrt.
Die Reserve zu den Abschaltgrenzen ist der höchste und tiefste Standwert als Anteil am Abstand zwischen Sollwert und Abschaltgrenze. Die Grafiken zeigen je Zeitraum die zwei Stunden, deren Zahlen dem typischen Verhalten dieses Zeitraums am nächsten kommen, nicht die schönsten oder hässlichsten zwei Stunden.
Einschränkungen
- Der mittlere Speisewasserdurchfluss war nach der Optimierung 11% niedriger; deshalb stehen die Durchflusszahlen als Anteil am Mittelwert.
- Das Ventil macht nach der Optimierung mehr, aber viel kleinere Schritte. Deshalb verwenden wir die gesamte Ventilbewegung als Maß und nicht die Zahl der Richtungswechsel.
- Der Sollwert des Differenzdrucks über das Ventil lag nach der Optimierung etwas höher als vorher. Deshalb stehen alle Druckzahlen als Anteil am Sollwert.
- Der Sollwert des Trommelwasserstands und die Abschaltgrenzen waren in beiden Zeiträumen gleich.
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