汽輪發(fā)電機(jī)組組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）分析

       汽輪發(fā)電機(jī)組組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）分析，汽輪機(jī)凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是基建調(diào)試中容易忽視的問題，對(duì)一臺(tái)350MW汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器水位系統(tǒng)進(jìn)行了汽液兩相流疏水器安裝分析與設(shè)計(jì)，提出優(yōu)化方案。控制邏輯中增加了閉鎖出發(fā)邏輯，解決了電動(dòng)補(bǔ)水閥的位置導(dǎo)致無(wú)效調(diào)節(jié)，以及兩條管路的調(diào)節(jié)閥同時(shí)動(dòng)作增加了設(shè)備損耗的問題。
       汽輪機(jī)組旁路或汽缸進(jìn)汽后，排汽進(jìn)入凝汽器，排汽受到冷卻介質(zhì)的冷卻而凝結(jié)成水，汽體凝結(jié)成水后，進(jìn)入熱水井，熱井布置在管束的下方，熱井下部為凝結(jié)水停留區(qū)域，為適應(yīng)真空泵和凝結(jié)泵運(yùn)行，凝結(jié)水需要保證一定的水位。凝結(jié)水通過二殼體底部出水管引向一個(gè)出口流出，經(jīng)濾網(wǎng)后與凝結(jié)水泵入口相連接。
       凝汽器正常運(yùn)行時(shí)，有兩路進(jìn)水，主要是低壓缸排汽凝結(jié)水，其次是從凝結(jié)水補(bǔ)水泵來(lái)除鹽水補(bǔ)水，負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)理想狀態(tài)下汽水損失為零，則凝汽器水位穩(wěn)定，除鹽水補(bǔ)水量為零。機(jī)組的汽水工質(zhì)在實(shí)際做功循環(huán)過程中損失是較大的，因此需要不停補(bǔ)充除鹽水。負(fù)荷大幅度下降時(shí)，汽水工質(zhì)減少，多余的水通過除氧器或凝汽器緊急放水回路疏水到凝結(jié)水儲(chǔ)水箱；反之，需要快速大量補(bǔ)水。為提高整個(gè)循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性，大型機(jī)組均采用補(bǔ)水到凝汽器，但是補(bǔ)水管道通常為多路，如何通過自動(dòng)汽液兩相流疏水器安裝的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)解決和優(yōu)化多路補(bǔ)水的控制問題以其達(dá)到優(yōu)化，是熱工自動(dòng)化業(yè)研究的一個(gè)問題。
       過高的凝結(jié)水水位將會(huì)降低凝汽器受冷面積，也會(huì)造成凝結(jié)水含氧量增加并加快凝汽器銅管腐蝕。同時(shí)，也會(huì)破壞凝汽器真空值，增加熱段抽汽量，降低機(jī)組的熱效率。機(jī)組高水位繼續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行，即易發(fā)生推力軸承磨損、軸向位移大等嚴(yán)重問題，致使機(jī)組觸發(fā)ETS動(dòng)作并被迫停止運(yùn)行。過低的凝汽器水位會(huì)引起凝結(jié)水泵空轉(zhuǎn)運(yùn)行，造成水泵氣蝕，危急設(shè)備安全。同時(shí)，除氧器水位也會(huì)降低造成機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行。
1系統(tǒng)工藝分析
       某電廠350MW超臨界機(jī)組凝汽器系統(tǒng)如圖1所示。凝汽器選用兩路補(bǔ)水，每路配置一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)電動(dòng)閥；真空泵維持凝汽器真空；3臺(tái)凝結(jié)水泵給除氧器補(bǔ)水，保證鍋爐上水需求，2用1備，其中2臺(tái)凝結(jié)水泵帶有變頻器控制。
分析系統(tǒng)工藝，調(diào)節(jié)凝汽器水位共有三種方式：
       一、真空泵的運(yùn)轉(zhuǎn)與否會(huì)影響凝汽器真空度，對(duì)于水位略有影響；
       二、凝結(jié)水泵變頻器頻率的改變?cè)斐赡�泵出力的改變從而影響水位�?/span>
       三、補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥開度的改變影響水位。
       由于真空度對(duì)于整個(gè)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要，而且真空泵未設(shè)計(jì)變頻模式，真空泵在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)必須運(yùn)轉(zhuǎn)，一種調(diào)節(jié)方式不可取。凝結(jié)水泵變頻器頻率主要維持凝結(jié)水泵出口母管壓力，主要作用是保證除氧器水位以便給鍋爐上水，所以二種調(diào)節(jié)方式也不可取。所以只有三種方式通過改變補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥開度才能調(diào)節(jié)凝汽器水位。
2常規(guī)汽液兩相流疏水器安裝分析
       凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）系統(tǒng)通常選擇單回路傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方案，汽液兩相流疏水器安裝如圖2所示，先設(shè)置水位設(shè)定值，被控變量選擇凝汽器水位，通過主調(diào)節(jié)器計(jì)算調(diào)閥總體指令需求，再通過副調(diào)節(jié)器計(jì)算各自補(bǔ)水閥開度指令，補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥即為控制系統(tǒng)控制變量。
       設(shè)計(jì)副調(diào)節(jié)器的作用是因?yàn)檠a(bǔ)水主管道截面積和補(bǔ)水副管道截面積不一致，通過設(shè)置調(diào)閥指令平均分配系數(shù)即可分配開度指令。一般情況下，此汽液兩相流疏水器安裝能很好的對(duì)水位進(jìn)行控制。當(dāng)凝汽器水位降低時(shí)，通過控制回路的計(jì)算調(diào)整將會(huì)增大兩個(gè)補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的開度從而提高水位，反之亦然。
       該汽液兩相流疏水器安裝未考慮補(bǔ)水電動(dòng)閥運(yùn)行位置。如果補(bǔ)水電動(dòng)閥處于關(guān)閉位，所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)水調(diào)閥即使開度為大，該管道還是不具備補(bǔ)水能力；調(diào)節(jié)時(shí)兩個(gè)補(bǔ)水調(diào)閥同時(shí)動(dòng)作，增加了執(zhí)行機(jī)構(gòu)活動(dòng)頻率，降低其使用壽命；兩個(gè)補(bǔ)水調(diào)閥同時(shí)動(dòng)作增加管道節(jié)流損失，從節(jié)能的角度而言也是浪費(fèi)。
3汽液兩相流疏水器安裝優(yōu)化
3.1凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）控制系統(tǒng)閉鎖原理
       當(dāng)遇到某種工況時(shí)，為了保證設(shè)備運(yùn)行的安全性或者經(jīng)濟(jì)性，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行增或減負(fù)荷操作，這個(gè)過程通過自動(dòng)控制系統(tǒng)回路實(shí)現(xiàn)，無(wú)法進(jìn)行人為干預(yù)。這就是所謂的閉鎖增或者閉鎖減功能。
       控制系統(tǒng)的閉鎖增、閉鎖減功能，主要是判斷凝汽器補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力，針對(duì)控制系統(tǒng)汽液兩相流疏水器安裝增減采取的限制措施。主要考慮補(bǔ)水閥開度、節(jié)流損失等因素作為判斷條件。
       系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力具體到補(bǔ)水閥的開度就是被調(diào)量即凝汽器水位對(duì)給定值的響應(yīng)能力，以給定值與實(shí)際值偏差來(lái)量化表示。
       在凝結(jié)水水位控制系統(tǒng)中設(shè)置閉鎖增減功能的含義是，如果多個(gè)補(bǔ)水閥在凝結(jié)水水位調(diào)節(jié)過程中存在節(jié)流損失以至于影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壽命，那調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作需要有先后性，多個(gè)調(diào)閥開度的范圍必須具有一定的重合度，水位的調(diào)節(jié)需要考慮閥門調(diào)節(jié)出力的能力、機(jī)組性能、穩(wěn)定安全等多個(gè)方面，當(dāng)然具體情況需要具體對(duì)待。
3.2凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）控制系統(tǒng)優(yōu)化策略
       針對(duì)常規(guī)汽液兩相流疏水器安裝所存在的問題，結(jié)合閉鎖原理和機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，優(yōu)化后汽液兩相流疏水器安裝如圖3所示。
       優(yōu)化后的水位汽液兩相流疏水器安裝中設(shè)置兩個(gè)補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥各自單獨(dú)控制水位回路，但是共用同一個(gè)水位設(shè)定值，通過各自的調(diào)節(jié)器計(jì)算補(bǔ)水調(diào)閥開度指令。其中在主管道調(diào)閥1中控制器設(shè)置閉鎖增減回路，主管道調(diào)閥2中控制器也設(shè)置閉鎖增減回路。
閉鎖觸發(fā)邏輯如下：
       (1)當(dāng)調(diào)閥2在自動(dòng)狀態(tài)且指令開度大于10%時(shí)，調(diào)閥1開度閉鎖減1信號(hào)觸發(fā)。
       (2)當(dāng)調(diào)閥1在自動(dòng)狀態(tài)且指令開度小于70%時(shí)，調(diào)閥2開度閉鎖增2信號(hào)觸發(fā)。
       (3)補(bǔ)水電動(dòng)閥1在關(guān)閉位置，閉鎖減1信號(hào)和閉鎖增1信號(hào)同時(shí)觸發(fā)。
       (4)補(bǔ)水電動(dòng)閥2在關(guān)閉位置，閉鎖減2信號(hào)和閉鎖增2信號(hào)同時(shí)觸發(fā)。
       (5)閉鎖功能只在控制器參與自動(dòng)狀態(tài)時(shí)作用，若補(bǔ)水調(diào)閥在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，控制器輸出跟蹤補(bǔ)水調(diào)閥指令，避免投入自動(dòng)狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生擾動(dòng)。
邏輯優(yōu)化后，可以取得如下效果。
       (1)設(shè)置單獨(dú)控制器的目的在于減少兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的耦合度。由于兩個(gè)補(bǔ)水管道截面積不同，所對(duì)應(yīng)的控制器參數(shù)應(yīng)當(dāng)會(huì)有所變化，這和原控制回路中主控制器參數(shù)設(shè)置時(shí)需兼顧兩者有所區(qū)別。
       (2)當(dāng)調(diào)閥1在自動(dòng)狀態(tài)且指令開度小于70%時(shí)，調(diào)閥2開度閉鎖增2信號(hào)觸發(fā)。保證需要補(bǔ)水時(shí)先打開調(diào)閥1,只有當(dāng)調(diào)閥1指令大于70%時(shí)才調(diào)節(jié)調(diào)閥2.
       (3)當(dāng)調(diào)閥2在自動(dòng)狀態(tài)且指令開度大于10%時(shí)，調(diào)閥1開度閉鎖減1信號(hào)觸發(fā)。保證需要降水時(shí)先降低調(diào)閥2,只有當(dāng)調(diào)閥2指令小于10%時(shí)才調(diào)節(jié)調(diào)閥1。
       (4)當(dāng)補(bǔ)水電動(dòng)閥在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，閉鎖增減相應(yīng)的調(diào)閥，只有當(dāng)調(diào)閥在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)才可進(jìn)行開關(guān)操作，避免調(diào)閥做無(wú)必要?jiǎng)幼�，減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損。
3.3控制器參數(shù)設(shè)置
       設(shè)置凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）器參數(shù)時(shí)，如果完全憑借經(jīng)驗(yàn)法設(shè)置，由于水位控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，周期大，慣性遲延大，反映到控制器參數(shù)設(shè)置時(shí)，比例系數(shù)難以捉摸，積分調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，調(diào)整波峰較為緩慢。為解決此問題，推薦進(jìn)行凝汽器補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥閥門開度對(duì)水位的擾動(dòng)試驗(yàn)。具體方法如下：
       (1)補(bǔ)水調(diào)閥開度對(duì)水位的影響，即控制器比例作用參數(shù)通過階躍擾動(dòng)試驗(yàn)獲得。在機(jī)組額定負(fù)荷工況或者穩(wěn)定負(fù)荷工況下，待凝汽器水位穩(wěn)定后，手動(dòng)階躍增加補(bǔ)水調(diào)閥開度。這時(shí)凝汽器水位因補(bǔ)水量增加而增加，待水位穩(wěn)定到新的平衡值，其水位增加量與調(diào)閥開度增加量的比值即為比例系數(shù)。
       (2)積分時(shí)間的獲取可通過觀察時(shí)間獲得，用過觀察補(bǔ)水調(diào)閥動(dòng)作直到水位發(fā)生變化的歷史趨勢(shì)曲線獲取積分時(shí)間。當(dāng)然，也可暫時(shí)無(wú)限放大積分時(shí)間，相當(dāng)于僅僅投入比例作用，然后逐漸增強(qiáng)積分作用和降低積分時(shí)間，直到控制曲線無(wú)“超調(diào)”、“欠調(diào)”、“回調(diào)”現(xiàn)象，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
       (3)由于本系統(tǒng)控制具有延時(shí)性、滯后性，所以在工程實(shí)際中暫不考慮使用微分控制環(huán)節(jié)。
3.4邏輯優(yōu)化后的意義
       (1)本汽液兩相流疏水器安裝考慮補(bǔ)水電動(dòng)閥位置。如果補(bǔ)水電動(dòng)閥處于關(guān)閉位，所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)水調(diào)閥將會(huì)閉鎖在當(dāng)前位置，避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行無(wú)謂動(dòng)作。
       (2)調(diào)節(jié)時(shí)兩個(gè)補(bǔ)水調(diào)閥動(dòng)作過程具有先后性，降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)活動(dòng)頻率，提高使用壽命。
       通過對(duì)350MW超臨界機(jī)組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）策略的分析，完善了機(jī)組的控制功能需求。汽液兩相流疏水器安裝的指導(dǎo)思想為行業(yè)內(nèi)自動(dòng)汽液兩相流疏水器安裝設(shè)計(jì)提供了一些經(jīng)驗(yàn)和建議。