汽輪發(fā)電機組組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）分析

       汽輪發(fā)電機組組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）分析，汽輪機凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）系統(tǒng)的設(shè)計一直是基建調(diào)試中容易忽視的問題，對一臺350MW汽輪發(fā)電機組的凝汽器水位系統(tǒng)進行了汽液兩相流疏水器安裝分析與設(shè)計，提出優(yōu)化方案�？刂七壿嬛性黾恿碎]鎖出發(fā)邏輯，解決了電動補水閥的位置導(dǎo)致無效調(diào)節(jié)，以及兩條管路的調(diào)節(jié)閥同時動作增加了設(shè)備損耗的問題。
       汽輪機組旁路或汽缸進汽后，排汽進入凝汽器，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。
       凝汽器正常運行時，有兩路進水，主要是低壓缸排汽凝結(jié)水，其次是從凝結(jié)水補水泵來除鹽水補水，負荷平穩(wěn)時理想狀態(tài)下汽水損失為零，則凝汽器水位穩(wěn)定，除鹽水補水量為零。機組的汽水工質(zhì)在實際做功循環(huán)過程中損失是較大的，因此需要不停補充除鹽水。負荷大幅度下降時，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)水儲水箱；反之，需要快速大量補水。為提高整個循環(huán)的熱經(jīng)濟性，大型機組均采用補水到凝汽器，但是補水管道通常為多路，如何通過自動汽液兩相流疏水器安裝的設(shè)計優(yōu)化來解決和優(yōu)化多路補水的控制問題以其達到優(yōu)化，是熱工自動化業(yè)研究的一個問題。
       過高的凝結(jié)水水位將會降低凝汽器受冷面積，也會造成凝結(jié)水含氧量增加并加快凝汽器銅管腐蝕。同時，也會破壞凝汽器真空值，增加熱段抽汽量，降低機組的熱效率。機組高水位繼續(xù)帶負荷運行，即易發(fā)生推力軸承磨損、軸向位移大等嚴(yán)重問題，致使機組觸發(fā)ETS動作并被迫停止運行。過低的凝汽器水位會引起凝結(jié)水泵空轉(zhuǎn)運行，造成水泵氣蝕，危急設(shè)備安全。同時，除氧器水位也會降低造成機組減負荷運行。
1系統(tǒng)工藝分析
       某電廠350MW超臨界機組凝汽器系統(tǒng)如圖1所示。凝汽器選用兩路補水，每路配置一個電動調(diào)節(jié)閥和一個電動閥；真空泵維持凝汽器真空；3臺凝結(jié)水泵給除氧器補水，保證鍋爐上水需求，2用1備，其中2臺凝結(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、真空泵的運轉(zhuǎn)與否會影響凝汽器真空度，對于水位略有影響；
       二、凝結(jié)水泵變頻器頻率的改變造成凝泵出力的改變從而影響水位；
       三、補水調(diào)節(jié)閥開度的改變影響水位。
       由于真空度對于整個機組安全運行至關(guān)重要，而且真空泵未設(shè)計變頻模式，真空泵在機組啟動時必須運轉(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)器計算調(diào)閥總體指令需求，再通過副調(diào)節(jié)器計算各自補水閥開度指令，補水調(diào)節(jié)閥即為控制系統(tǒng)控制變量。
       設(shè)計副調(diào)節(jié)器的作用是因為補水主管道截面積和補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水位進行控制。當(dāng)凝汽器水位降低時，通過控制回路的計算調(diào)整將會增大兩個補水調(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水電動閥運行位置。如果補水電動閥處于關(guān)閉位，所對應(yīng)的補水調(diào)閥即使開度為大，該管道還是不具備補水能力；調(diào)節(jié)時兩個補水調(diào)閥同時動作，增加了執(zhí)行機構(gòu)活動頻率，降低其使用壽命；兩個補水調(diào)閥同時動作增加管道節(jié)流損失，從節(jié)能的角度而言也是浪費。
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，為了保證設(shè)備運行的安全性或者經(jīng)濟性，會自動進行增或減負荷操作，這個過程通過自動控制系統(tǒng)回路實現(xiàn)，無法進行人為干預(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水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力，針對控制系統(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)能力具體到補水閥的開度就是被調(diào)量即凝汽器水位對給定值的響應(yīng)能力，以給定值與實際值偏差來量化表示。
       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，如果多個補水閥在凝結(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)行機構(gòu)的壽命，那調(diào)節(jié)閥的動作需要有先后性，多個調(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、機組性能、穩(wěn)定安全等多個方面，當(dāng)然具體情況需要具體對待。
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)合閉鎖原理和機組安全性、經(jīng)濟性運行，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)置兩個補水調(diào)節(jié)閥各自單獨控制水位回路，但是共用同一個水位設(shè)定值，通過各自的調(diào)節(jié)器計算補水調(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在自動狀態(tài)且指令開度大于10%時，調(diào)閥1開度閉鎖減1信號觸發(fā)。
       (2)當(dāng)調(diào)閥1在自動狀態(tài)且指令開度小于70%時，調(diào)閥2開度閉鎖增2信號觸發(fā)。
       (3)補水電動閥1在關(guān)閉位置，閉鎖減1信號和閉鎖增1信號同時觸發(fā)。
       (4)補水電動閥2在關(guān)閉位置，閉鎖減2信號和閉鎖增2信號同時觸發(fā)。
       (5)閉鎖功能只在控制器參與自動狀態(tài)時作用，若補水調(diào)閥在手動狀態(tài)時，控制器輸出跟蹤補水調(diào)閥指令，避免投入自動狀態(tài)時產(chǎn)生擾動。
邏輯優(yōu)化后，可以取得如下效果。
       (1)設(shè)置單獨控制器的目的在于減少兩個調(diào)節(jié)閥的耦合度。由于兩個補水管道截面積不同，所對應(yīng)的控制器參數(shù)應(yīng)當(dāng)會有所變化，這和原控制回路中主控制器參數(shù)設(shè)置時需兼顧兩者有所區(qū)別。
       (2)當(dāng)調(diào)閥1在自動狀態(tài)且指令開度小于70%時，調(diào)閥2開度閉鎖增2信號觸發(fā)。保證需要補水時先打開調(diào)閥1,只有當(dāng)調(diào)閥1指令大于70%時才調(diào)節(jié)調(diào)閥2.
       (3)當(dāng)調(diào)閥2在自動狀態(tài)且指令開度大于10%時，調(diào)閥1開度閉鎖減1信號觸發(fā)。保證需要降水時先降低調(diào)閥2,只有當(dāng)調(diào)閥2指令小于10%時才調(diào)節(jié)調(diào)閥1。
       (4)當(dāng)補水電動閥在關(guān)閉狀態(tài)時，閉鎖增減相應(yīng)的調(diào)閥，只有當(dāng)調(diào)閥在手動狀態(tài)時才可進行開關(guān)操作，避免調(diào)閥做無必要動作，減少執(zhí)行機構(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，如果完全憑借經(jīng)驗法設(shè)置，由于水位控制系統(tǒng)響應(yīng)時間長，周期大，慣性遲延大，反映到控制器參數(shù)設(shè)置時，比例系數(shù)難以捉摸，積分調(diào)整時間長，調(diào)整波峰較為緩慢。為解決此問題，推薦進行凝汽器補水調(diào)節(jié)閥閥門開度對水位的擾動試驗。具體方法如下：
       (1)補水調(diào)閥開度對水位的影響，即控制器比例作用參數(shù)通過階躍擾動試驗獲得。在機組額定負荷工況或者穩(wěn)定負荷工況下，待凝汽器水位穩(wěn)定后，手動階躍增加補水調(diào)閥開度。這時凝汽器水位因補水量增加而增加，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)積分時間的獲取可通過觀察時間獲得，用過觀察補水調(diào)閥動作直到水位發(fā)生變化的歷史趨勢曲線獲取積分時間。當(dāng)然，也可暫時無限放大積分時間，相當(dāng)于僅僅投入比例作用，然后逐漸增強積分作用和降低積分時間，直到控制曲線無“超調(diào)”、“欠調(diào)”、“回調(diào)”現(xiàn)象，以達到設(shè)計目的。
       (3)由于本系統(tǒng)控制具有延時性、滯后性，所以在工程實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水電動閥位置。如果補水電動閥處于關(guān)閉位，所對應(yīng)的補水調(diào)閥將會閉鎖在當(dāng)前位置，避免執(zhí)行機構(gòu)進行無謂動作。
       (2)調(diào)節(jié)時兩個補水調(diào)閥動作過程具有先后性，降低執(zhí)行機構(gòu)活動頻率，提高使用壽命。
       通過對350MW超臨界機組凝汽器水位控制（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)自動汽液兩相流疏水器安裝設(shè)計提供了一些經(jīng)驗和建議。