Magas oldott anyag koncentrációjú geotermikus vizek használatára alkalmas készülékek és folyamatirányítási, valamint távoli felügyeletet ellátó rendszer fejlesztése az Arbo Invest Zrt.-nél

1.A pályázat ismertetése.

2.A folymatirányítási rendszer kézikönyve.

3.A folymatirányítási rendszer szoftver licensze.

4.A folymatirányítási rendszer forráskódja, és beállításai.






1.A pályázat ismertetése

A) A pályázat keretében vázolt műszaki megoldásokkal és informatikai háttértámogató rendszerrel a geotermikus energiatermelés vízkő okozta üzemviteli problémáinak jelentős része automatizáltan elhárítható. A működő rendszer felügyelete folyamatos jelenlétű szakszemélyzet helyett távoli felügyelettel is kiváltható, a szakember beavatkozását igénylő meghibásodásokpéldául csőtörés esete is észlelhető, valamint a hiba elhárítása során diagnosztikai adatokkal szolgál. Ezzel a nappali műszakban végzett tervszerű megelőző karbantartással és mosási ciklusok végzésével a folyamatos üzemfelügyelet készenléti szolgálattá, illetve egyműszakos munkarendű üzemmé alakítható.

B) A helyszínen található geotermikus energiát hasznosító létesítményből származó termálvíz összetétele a felső pannon összlet alsó részein szokásos (600 – 1400 m) vizek összetételéhez hasonló. A termálvíz összetételről készült vízvizsgálati jelentés (csatolt mellékletben) szerint jelentős (4790 mg/L) oldott ásványi anyagtartalmú nátrium-hidrogénkarbonát-kloridos ásványvíz. Ennek a termálvíznek a hőenergia tartalma hasznosítására készült geotermikus fűtőmű társaságunknál.
A geotermikus energia felhasználása során a termálvíz először légköri nyomáson gáztalanításra kerül, majd nyomásfokozó szivattyúk a hőfogyasztókhoz továbbítják. A hőenergiát a fogyasztói hőközpontokba szerelt hőcserélőkön keresztül hasznosítjuk.

Az oldott anyagok kémiai potenciáljának változása a termálvíz állapotjellemzőinek (p,T) változása során oly mértékű, hogy az oldott anyagok kiválását okozzák. A szilárd fázis megjelenése kezdetben ott tapasztalható, ahol nyomás- (szerelvények Borda – Carnot veszteségei, diffúzorok nyomásveszteségei, szivattyú járókerék hátlap és résgyűrű), vagy hőmérséklet- (hőcserélők felületei) változást eredményez a technológia.

A megjelenő szilárd fázis („vízkő”) rossz hővezető képességű anyag, kemény és nehezen leváló réteget alakít ki a kiválási helyeken. Ha a kivált lerakódás az áramlás keresztmetszetét lecsökkenti, újabb Borda - Carnot veszteségi helyet alakít ki. A kiválás így időben gyorsuló jelenségként figyelhető meg.
A kivált szilárd fázis sok esetben összetöredezik és az áramlásba kerülve készülékek tönkremenetelét okozhatja. Ilyen készülékek elsősorban a szivattyúk, melyek résgyűrűit az összehegedésig károsítja a szemcsés vízkő, és a hőcserélők, melyeket teljesen képes eltömíteni a kiválás.
A készülékek zavartalan és gazdaságos működésére tehát folyamatosan szükségesek a következőkben felsorolt lépések:
- már a kezdetben kis mennyiségben kivált vízkő eltávolítása, mert jelenléte felgyorsítja a további kiválást (megtapadt kristályosodási góc és áramlás rontó hatás)
- a kivált és áramlásba került szemcsék készülékekbe történő bejutásának megakadályozása.

A probléma alapszintű kezelése a tervezés során néhány általános rendeltetésű „Dead-end” rendszerű szűrőkészülék beépítésével történt. A gyakorlati üzemeltetési tapasztalat azonban jelentősen rácáfolt a tervezői várakozásokra: a szűrőkészülékek sem szerkezetükben, sem áteresztő képességükben nem voltak megfelelőek. Nagyobb, azonos rendszerű készülékek beépítése sem hozott érdemi javulást, ezért kifejezetten magas oldott ásványi anyag tartalmú termálvíz szűrésére alkalmas készülék megtervezése és prototípus kifejlesztése a cél. A tervezett szűrőberendezéssel szemben támasztott követelmények:

  1. Legyen egyszerű, kompakt kivitelű
  2. Legyen olcsó technológiával gyártható
  3. Tisztítása szétszerelés nélkül legyen elvégezhető
  4. A szűrőlepény eltávolítás hidraulikus szállítással történjen
  5. A szűrő tisztítási folyamata automatizálható legyen
  6. Amennyiben a szűrőnek a saját tisztítási folyamata nem elégséges, ebben az esetben a hozzáépített savazó automatika is működésbe tud lépni

C) A fentiekben a termálvíz áramba került vízkő által okozott problémák megoldására tett kísérlet került megemlítésre, azonban a hőcserélőkben kiváló vízkövet nem lehet kiszűrni, annak károsító hatása (áramlási ellenállás növekedés, szállított térfogatáram csökkenés, rossz hővezetés miatt a hőátbocsátási folyamat leromlása) továbbra is jelen van. Ennek a problémának a kivédésére olyan újszerű szerkezetű hőcserélő kerül majd kidolgozásra, ami innovatív technológiája segítségével a kiváló vízkő eltávolítását szétszedés nélkül biztosítja.
Ennek a hőcserélőnek az alkalmazása a következő előnyöket biztosítja:

  1. Olcsó, tömeggyártott alkatrészekből épül fel.
  2. Tisztítása szétszedés nélkül, automatizáltan végezhető, gépesíthető.
  3. Hőátadó felületei tipizáltak, így a hőtechnikában szokásos pontossággal számítható.
  4. A tisztítás egyszerű fizikai elven alapuljon, a meglévő segédberendezéseken túl ne igényeljen további készülék beépítést.

Ezeknek a szempontoknak megfelelő szűrő és hőcserélő kikísérletezése és prototípusának elkészítése a pályázati projektfeladat (részfeladat) célkitűzése.
A projektelem tartalmazza továbbá a szűrők és hőcserélők üzemi jellemzőinek (hőmérsékletek, nyomásesés, átfolyás) mérését és kiértékelését, melynek alapján meghatározható a gazdaságos regenerálási ciklus hosszúsága, és az üzemeltetés tervezhetővé válik. Az esetlegesen mégis kiváló, el nem távolítható vízkő kémiai eszközökkel történő feloldására (a karbonátos kiválások savas kiszorítása) vegyszeradagoló és pH mérő készülék telepítésére is sor kerül. Ezzel elérhető, hogy a rendszerből csak nehezen eltávolítható maradványok se okozzanak meghibásodást. A pH mérő készülékkel a vízkőmentesítő ciklus figyelemmel kísérhető és pontos adagolással a környezetbarát reakcióvezetés is biztosítható.
Az eddigiekben felvázolt műszaki problémák megoldására a projektünk keretében a következő készülékek kifejlesztésével kívánunk megfelelni. A tervezett készülékek esetében fő szempont volt a hazai KKV méretben történő gyártás és fejlesztés, a csúcstechnológia alkalmazása helyett az ötletes innovatív megoldás alkalmazása. Cél olyan hőcserélő, szűrő, savazó és távfelügyeleti rendszerek kifejlesztése, melyek hosszú távon, leállás és emberi beavatkozás nélkül képesek ellátni feladatukat a magas (jelen esetben 4790 mg/l) szárazanyag tartalmú termálvíz kezelése közben. Ez különösen életszerű és piacképes fejlesztés, mivel ez a nátrium-hidrogénkarbonát-kloridos összetétel és a magas szárazanyag tartalom rengeteg termálvíz lelőhelyhez hasonló, különösen a felső pannon összlet alsó részein (600-1400 m).

  • a. Hőcserélő készülék
    A fejlesztés során 6 db, különböző prototípus kerül kifejlesztésre és legyártása, olcsó, tömeggyártott alkatrészekből. A prototípus előállítása során lemezes hőcserélő kerül alkalmazásra, melynek nagy a hőátadási tényezője, és ehhez kerül hozzáépítésre a gépesített távvezérelt tisztítási lehetőség, mely savazással fog megvalósulni.
  • b. Szűrő készülék
    Cél egy olyan előszűrő kifejlesztése, mely gépesített módon, a rendszerből való eltávolítás nélkül tisztítható. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon eddig ismeretlen, műszaki újdonságot valósít meg. A fejlesztés során 4 db prototípus kerül kifejlesztésre és legyártásra olcsó, tömeggyártott alkatrészekből az alábbiak szerint:
    A "dead-end" rendszerű készülék a regenerálás idejére "cross-flow" szűrővé alakul. A szűrő saválló anyagból kerül kialakításra, 100mikronnál nagyobb méretű részecskék kiszűrésére alkalmas. Öntisztító funkcióval rendelkezik.
  • c. Savazó rendszer
    Cél olyan savazó rendszerek kifejlesztése, melyeknek segítségével automatizálható, illetve távvezéreltté tehető a mosó és tisztító folyamat. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon újdonságnak számító műszaki újdonságot valósít meg. A fejlesztés során 6 db prototípus kerül kifejlesztésre és legyártásra olcsó, tömeggyártott alkatrészekből az alábbiak szerint: zárt vízkör létrehozása, amely a gáztalanító berendezésen keresztül is történhet;a közös gépházban telepített hőcserélők savazása közös, fix telepítésű savazó rendszerrel történik, míg a csővezeték hálózat érintett szakaszának savazása a mobil savazó rendszerrel.
    A távfelügyeleti rendszer a teljes geotermikus hálózatról gyűjt, tárol és továbbít adatokat, valamint szükség esetén indítja a savazó rendszert. A folyamatirányító rendszer az egyes savazó rendszerek vezérlését látja el.
  • d. Folyamatirányítási és távfelügyeleti rendszer
    Az alábbi funkciók és modulok kerülnek kifejlesztésre:
    • Folyamatirányítási rendszer: távérzékelés és adatgyűjtés (az üzemelő készülékek jellemző paramétereit gyűjti), hőmérséklet, nyomás, pH, szűrés-mosás ciklus előzetes kiszámítása, időzítése (üzemi jellemzők, legfőképpen az átfolyásmérő távadók adataihasználatával), meghibásodás előrejelzése a számított ciklus értékeitől való eltérés alapján, mosás (savazás) automatizálása.
    • Távfelügyeleti rendszer: a folyamatirányító számítógép kezelői felületét állítja elő, dinamikus weblap forma (vékony kliens), platform-független, internetes és intranetes környezetben bárhol, bármilyen asztali, vagy mobil eszközön használható, ami alkalmas egy teljes funkcionalitású böngésző futtatására.

D) A projekt megvalósítás során kifejlesztésre kerülő termékek olyan innovatív, egyedi megoldásokat tartalmaznak, amelyek számottevő hatással lehetnek az egész piacra. A fejlesztendő termékek piacának esetében jellemzően a gyártás nagy százaléka külföldi tulajdonban van, ezért is bír kiemelkedő jelentőséggel egy hazai gyártó által kifejlesztett, modern, innovatív technológiával ellátott berendezés magyarországi kifejlesztése. Jelentős energiamegtakarítás érhető el a rendszerleállások számának csökkenése, dugulások elkerülése, és a kevesebb munkaerő ráfordítás által. Az orvosolandó problémák mindegyike a felhasznált termálvíz igen magas szárazanyag tartalmára vezethető vissza, mely vízkő formájában gyorsan lerakódik a rendszer legkülönbözőbb pontjain és gyakori, valamint nehezen tervezhető, leállással járó magas karbantartási igényt generál és folyamatos fizikai jelenlétet igényel. A fentiekben bemutatott hőcserélőhöz hasonlóak kaphatóak jelenleg is a piacon,a kiegészítő távvezérelő és felügyelő savazórendszer nélkül, de mind kezelt vízre vagy ivóvízre tervezettek. A jelen projekt keretében fejleszteni kívánt hőcserélőa beépített savazó rendszerrel egyetemben a magasabb szárazanyag-tartalommal bíró primer vízzel is képes hosszútávon eldugulás és meghibásodás nélkül üzemelni.Az általunk fejlesztett termék a piac teljes vertikumát tekintve eladható, jelenlegi formáját tekintve kereskedelmi forgalomban nem szereplő automatikus tisztítási funkcióval rendelkezik.A pályázat következő célja egy olyan előszűrő kifejlesztése, mely gépesített módon, a rendszerből való eltávolítás nélkül tisztítható. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon eddig ismeretlen, műszaki újdonságot valósít meg. A következő termékek/szolgáltatások a savazó rendszerek, melyeknek segítségével automatizálható, illetve távvezéreltté tehető a mosó és tisztító folyamat. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon újdonságnak számító műszaki újdonságot valósít meg. A fejlesztés során 6 db prototípus kerül kifejlesztésre és legyártásra a korábban leírt innovatív technológia szerint. A projekt keretén belül a negyedik eladható, átütő eredmények eléréséhez elengedhetetlen termékként kifejlesztésre kerül egy Folyamatirányítási és távfelügyeleti rendszer is, melyben az alábbi funkciók és modulok kerülnek kifejlesztésre:

  • Folyamatirányítási rendszer: távérzékelés és adatgyűjtés (az üzemelő készülékek jellemző paramétereit gyűjti: hőmérséklet, nyomás, pH, átfolyás), szűrés-mosás ciklus előzetes kiszámítása, időzítése, meghibásodás előrejelzése a számított ciklus értékeitől való eltérés alapján, mosás (savazás) automatizálása.
  • Távfelügyeleti rendszer: a folyamatirányító számítógép kezelői felületét állítja elő, dinamikus weblap forma, platformfüggetlen, internetes és intranetes környezetben bárhol, bármilyen asztali, vagy mobil eszközön használható, ami alkalmas egy teljes funkcionalitású böngésző futtatására.
    A projekt részletes műszaki leírását alátámasztó dokumentáció az egyéb mellékletekben csatolásra került.

E) A projektjavaslat a geotermikus energiahasznosítás technológiájára épül: a viszonylag alacsony hőmérsékletű termálvizeket hazánkban nagy mértékben balneológiai célokra használják, kisebb mértékben az ivóvízellátásban hasznosul. A közepes és kis entalpiájú geotermikus energiát kiválóan hasznosíthatjuk a központosított hőellátásban. A központosított hőellátás termálvízzel történhet közvetlenül, amikor a termálvíz kedvező fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkezik, nem hajlamos üledékképzésre, nem fejt ki korróziós hatást a csővezetékekre, berendezésekre. Ebben az esetben a termálvízzel közvetlenül fűthetjük az épületeket és elláthatjuk a használati melegvizes berendezési tárgyakat.És történhet közvetetten, amikor a termálvíz kedvezőtlen kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkezik. Ebben az esetben termálvíz a hőhasznosításban mint primer közeg szerepel és hőcserélő közbeiktatásával megfelelően kezelt szekunder közeg szállítja a hőt a fogyasztóhoz.

F) A projekt megvalósítási helyszíne 4002 Debrecen, Külterület 01037/10 hrsz. alatt található. A külterületi helyszín Debrecen belvárosától mindössze 7 km-re található, 29ha nagyságú, összközművesített, gyógyvízzel rendelkező terület. Az ingatlan közvetlenül a műút mellett helyezkedik el, így könnyen megközelíthető. A legközelebbi buszmegálló kb. 500 méterre található. A telekszomszédságban található a méltán népszerű és sokak által látogatott Arborétum. A szintén sok látogatót vonzó és a turisztikai szolgáltatások széles kínálatával rendelkező Arbo tanya, valamint a 4 csillagos Erdőspuszta Club Hotel és Fenyves Vendéglő csupán 1 km-re található onnan. A területen jelenleg egy műhelyépület áll. A megvalósítási helyszín tehát teljes mértékben alkalmas a projekt megvalósítására, a projekt tárgyát képező fejlesztési tevékenység elvégezhető a helyszínen, a projekt megvalósításához biztosított a megfelelő infrastruktúra, a projekt keretében foglalkoztatott személyek egy időben történő elhelyezése szintén megoldott. A fejlesztés megvalósulásának helyszíne a pályázó cég bejegyzett magyarországi telephelye. Az ingatlan tulajdon viszonyai rendezettek, az ingatlan per- és igénymentes.

A projekt megvalósítás során kifejlesztésre kerülő termékek olyan innovatív, egyedi megoldásokat tartalmaznak, amelyek számottevő hatással lehetnek az egész piacra. A fejlesztendő termékek piacának esetében jellemzően a gyártás nagy százaléka külföldi tulajdonban van, ezért is bír kiemelkedő jelentőséggel egy hazai gyártó által kifejlesztett, modern, innovatív technológiával ellátott berendezés magyarországi kifejlesztése. Jelentős energiamegtakarítás érhető el a rendszerleállások számának csökkenése, dugulások elkerülése, és a kevesebb munkaerő ráfordítás által.

A tervezett projekt egy létező és az Arbo Invest Zrt. telephelyén korábban megvalósított geotermikus energiát hasznosító fűtési rendszer építése és eddigi üzemeltetése során felmerült, ill. feltárt problémákra szeretne megoldást kidolgozni. A problémák mindegyike a felhasznált termálvíz igen magas szárazanyag tartalmára vezethető vissza, mely vízkő formájában igen gyorsan lerakódik a rendszer legkülönbözőbb pontjain és gyakori, valamint nehezen tervezhető, leállással járó magas karbantartási igényt generál és folyamatos fizikai jelenlétet igényel. A fentiekben bemutatott hőcserélőhöz hasonlóak kaphatóak jelenleg is a piacon,a kiegészítő távvezérlő, felügyelő és savazórendszer nélkül, de ezek mind kezelt vízre vagy ivóvízre tervezettek. A jelen projekt keretében fejleszteni kívánt hőcserélőa beépített savazó rendszerrel egyetemben a magasabb szárazanyag-tartalommal bíró primer vízzel is képes hosszútávon eldugulás és meghibásodás nélkül üzemelni. A pályázat következő célja egy olyan előszűrő kifejlesztése, mely gépesített módon, a rendszerből való eltávolítás nélkül tisztítható. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon eddig ismeretlen, műszaki újdonságot valósít meg. A fejlesztés során 4 db prototípus kerül kifejlesztésre és legyártásra olcsó, tömeggyártott alkatrészekből az alábbiak szerint: a "dead-end" rendszerű készülék a regenerálás idejére "cross-flow" szűrővé alakul. A szürő saválló anyagból kerül kialakításra, 100mikronnál nagyobb méretű részecskék kiszűrésére alkalmas. Öntisztító funkcióval rendelkezik.

A következő termékek/szolgáltatások a savazó rendszerek, melyeknek segítségével automatizálható, illetve távvezéreltté tehető a mosó és tisztító folyamat. A részprojekt tárgyát képező fejlesztés a piacon újdonságnak számító műszaki újdonságot valósít meg. A fejlesztés során 6 db prototípus kerül kifejlesztésre és legyártásra olcsó, tömeggyártott alkatrészekből az alábbiak szerint: zárt vízkör létrehozása, amely a gáztalanító berendezésen keresztül is történhet;a közös gépházban telepített hőcserélők savazása közös, fix telepítésű savazó rendszerrel történik, míg a csővezeték hálózat érintett szakaszának savazása egy mobil savazó rendszerrel.

A távfelügyeleti rendszer a teljes geotermikus hálózatról gyűjt, tárol és továbbít adatokat, valamint szükség esetén indítja a savazó rendszert. A folyamatirányító rendszer az egyes savazó rendszerek vezérlését látja el.

A projekt keretén belül a negyedik eladható, átütő eredmények eléréséhez elengedhetetlen termékként kifejlesztésre kerül egy Folyamatirányítási és távfelügyeleti rendszer is, melyben az alábbi funkciók és modulok kerülnek kifejlesztésre:
- Folyamatirányítási rendszer: távérzékelés és adatgyűjtés (az üzemelő készülékek jellemző paramétereit gyűjti: hőmérséklet, nyomás, átfolyás), szűrés-mosás ciklus előzetes kiszámítása, időzítése (üzemi jellemzők, legfőképpen az átfolyásmérő távadók adataihasználatával), meghibásodás előrejelzése a számított ciklus értékeitől való eltérés alapján, mosás (savazás) automatizálása.
- Távfelügyeleti rendszer: a folyamatirányító számítógép kezelői felületét állítja elő, dinamikus weblap forma (vékony kliens), platformfüggetlen, internetes és intranetes környezetben bárhol, bármilyen asztali, vagy mobil eszközön használható, ami alkalmas egy teljes funkcionalitású böngésző futtatására.