胶球系统控制可靠性研究

摘 要：胶球清洗装置是汽轮机组在运行当中对凝汽器冷却管进行有效清洗的最佳设备。该装置使用性能的好坏直接影响到汽轮机凝汽器的清洗程度和传热效果。本文针对我厂提高胶球系统控制的可靠性的应用及效果，进行了分析和研究。

关键词：胶球清洗 可靠性 凝汽器 真空

中图分类号：TK268.2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）08-0334-02

保持凝汽器在最佳真空或接近最佳真空附近工作对汽轮发电机组具有十分重要的意义。及时而又经济的维持凝汽器的换热不受阻碍，保证凝汽器换热面的洁净，来保证凝汽器的换热效果的方法有很多，胶球清洗装置是汽轮机组在运行当中对凝汽器冷却管进行有效清洗的最佳设备。使用胶球清洗装置可在机组不减负荷的情况下清洗凝汽器，提高凝汽器的传热效果，防止汽轮机热效率因背压升高而降低，同时可防止冷却管因结垢而腐蚀，延长冷却管的使用寿命，是节能和改善劳动条件的理想设备。投与不投胶球清洗系统， 影响真空度1 %～3 %。该装置使用性能的好坏直接影响到汽轮机凝汽器的清洗程度和传热效果。

一、设备简介

我厂机组采用单元制系统即凝汽器每一侧使用收球网、装球室、胶球输送泵各一台，系统如图2-1。原控制系统由一套PLC、电气控制柜、八台电动执行器等部件组成，控制方式为人为就地监控，投运和停运都额外增加集控运行负担，而且就地操作繁杂，也额外增加了人员的工作量，大大降低了胶球系统正常的投入频次和时间。

胶球清洗系统采用ROCKWELL公司SLC系统的PLC，人机界面采用PanelView Plus触摸屏。电源采用380V动力电源与控制电源共用。此系统不能长时间断电，机组长期停备和检修时，电源断电时间较长，易造成控制器丢失存储程序或卡件、触摸屏等精密电子

图2-1

设备的损坏，系统无法正常启运，徒然的增加了维护人员工作量。

二、改造基本方案和设备配置

1.电源系统

采取动力电源与控制电源独立分开的措施，保留原有胶球输送泵动力电源，电动执行器电源取自汽机侧热工MCC，输送泵电源和电动执行器电源的分开，保证了就地设备电源的检修或异常时系统仍能工作，任一设备出现问题均不影响其它设备的操作。

2.监控信号

取消原有PLC及人机界面，监控信号接入机组DCS系统。使集控人员能直接监控胶球清洗系统，通过DCS系统第一时间提供胶球清洗系统运行状况，能及时的发现异常情况并进行处理。

原系统PLC设计无法对胶球输送泵单个设备进行操作，对系统投入和检修带来极大隐患和困难。监控信号引入DCS的同时将增加单个设备操作的功能，对于系统运行和维护无疑是有利的。

原系统清洗时间和收球时间已分钟为设定单位，在夏季高温时，需要胶球清洗系统长时间清洗投入，设置量值较大。以前曾试图在梯形图和画面中将设定单位改为小时或天，因综合考虑其它因素未能实现。目前，系统转入DCS控制后，也同时将该问题一并解决。

3.工艺流程和控制逻辑

原工艺流程：

第一步：关收球网电动门

第二步：开装球室出口阀

第三步：开胶球输送泵出口电动门同时启胶球输送泵

第四步：开装球室切换阀

第五步：清洗18000秒（时间运行人员可设定）后关装球室切换阀，进行收球

第六步：18000秒（时间运行人员可设定）后关胶球输送泵出口阀

第七步：停胶球输送泵同时关胶球输送泵出口电动门

第八步：开收球网电动门

流程结束。

现将工艺流程改为：

第一步：开装球室出口阀

第二步：开胶球输送泵出口电动门同时启胶球输送泵

第三步：开装球室切换阀

第四步：清洗一定时间（时间运行人员可设定）后关装球室切换阀，进行收球

第五步：一定时间（时间运行人员可设定）后关胶球输送泵出口阀

第六步：停胶球输送泵同时关胶球输送泵出口电动门

流程结束。

以上对比，可看出取消了收球网电动门操作的流程，只需要每次启动前检查确认收球网电动门关闭的状态即可。这样是为了保证收球网因机械卡涩而导致胶球外流排放，提高胶球系统的收球率，不再造成不必要的经济损失。

三、改造后效果

取十天参数对比

图4-1改造前

从图4-1中可看出十天平均值：负荷259.8MW时凝汽器压力达到-82.00KPa，循环水温度24.27℃，汽轮机排汽温度326.38℃。

图4-2改造后

从图4-2中可看出十天平均值：负荷248.97MW时凝汽器压力达到-85.98KPa，循环水温度14.07℃，汽轮机排汽温度330.66℃。

理论上在进汽温度不变的情况下汽轮机排汽温度每降低10℃，机组的热效率增加3.5%；在机组通常的背压范围内，凝汽器压力每改变1KPa时，汽轮机功率改变1%--2%。改造对比情况：真空提升3.98KPa，考虑到冷却水温、排汽温度等其它因素影响，保守估算汽轮机功率改变1%，单台机组如此，托电10台机组，数字更加可观。

当然，以上数据的计算方法不十分准确，在实际中必须要考虑环境影响，循环冷却水温度不仅直接影响凝汽器真空， 而且还将影响到凝汽器的传热系数， 进而对凝汽器的端差产生影响， 并由此间接地对凝汽器真空产生影响。在其他条件相同的情况下， 冷却水流量一定时， 随着冷却水初温升高， 凝汽器的真空相应降低， 而且在冷却水不足的情况下其影响更大。因此， 循环冷却水温度对机组经济性的影响十分明显。凝汽器内的空气主要是从处于真空条件下的凝汽器、汽轮机的排汽缸以及低压给水加热系统等结构不严密处漏入的。漏气量主要取决于凝汽器等设备的尺寸大小、结构、制造工艺、安装质量和运行情况。真空系统的漏气量很难进行精确计算， 只能在设计阶段利用经验公式估算， 然后在实际运行时进行核对。此外还需要考虑汽轮机排汽量的影响、水侧管壁清洁度的影响、凝结水水位的影响。详细计算真空对机组经济性能是个庞大细致的工程，这里不再探讨。

四、总结

本次改造应用大大的提高了胶球清洗系统控制的可靠性，保证了凝汽器管壁的清洁，进一步提升凝汽器真空的提高。凝汽器真空降低还存在许多危害。凝结水中含氧量增加，最高超过100%时，凝结水系统设备和管道被腐蚀产生的氧化铁进入锅炉，将会腐蚀水冷壁、过热器等设备和管道。提高凝汽器真空或使凝汽器在最佳真空值下运行对于电厂的意义。不仅仅是提高了热经济性和汽轮发电机组的运行安全性，还使电力行业能够在市场经济体制下更有竞争力。它不仅能带来更好的效益，还为国家的节能减排尽了一份力。

参考文献

[1]张卓澄. 大型电站凝汽器[M] . 北京： 机械工业出版社， 1993.

[2]崔凝. 大型电站凝器汽动态数学模型的研究和应用[D] . 北京： 华北电力大学， 2000.

[3]沈振飞，郑美蓉.汽轮机辅助设备[ M].北京：水利电力出版社，1985.

[4]靳智平， 林. 电厂汽轮机原理及系统[ M] .北京： 中国电力出版社， 2004.

[5]汪健，倪维斗.在线监测凝汽器真空对热力循环经济性的影响[J ] .清华大学学学报，1998，38 （4） ：64267.

[6]杨善计. 汽轮机凝汽设备及运行管理[M] . 北京：水利电力出版社， 1994.

[7]李勇，孟芳群，曹丽华.凝汽器最佳真空确定方法的改进[J ].汽轮机技术，2005， 47（2）： 84286.

[8]齐复东，贾树本，马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[M] .北京：水利电力出版社，1992.

[9]张艳萍，张光.凝汽器真空的影响因素分析及定量计算.现代电力.