一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法与流程

1.本发明涉及汽轮机背压监测，特别是一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法。


背景技术：

2.随着发电企业智慧电厂建设的推进，利用数字化、信息化手段实现dcs的智能监盘逐渐成为发展趋势，智能监盘可大幅降低运行人员工作强度，实现dcs自动巡盘监视。其中汽轮机的状态监测是智能监盘建设的一项重点内容，通过对汽轮机关键运行参数或指标进行实时监测，及时向运行人员发出预警，避免事故发生或扩大。对于汽轮机，从安全性、经济性两个方面，背压均是重点监测指标，但目前dcs系统报警中，背压一般只设置报警值和跳机值。实际运行中尤其是在冬季运行时，背压往往远小于报警值，而一旦超出报警值，设备往往已发生不可避免的损坏。因背压受环境温度、机组负荷的影响较大，在不同负荷和环境温度下，背压均有其合理的范围，当超出合理范围后，说明设备或系统存在异常，从而可以提前发出预警。
3.目前汽轮机背压设计值一般为某一定值，如4.9kpa、5.3kpa，而在实际运行中，凝汽器的进水温度、循环冷却水流量、负荷等都会偏离设计值，即使在凝汽器冷却管清洁、真空系统严密的情况下，汽轮机的背压也会与设计值有所不同。既不能说背压低于设计值，凝汽器本身的状况一定就好；也不能说背压高于设计值，凝汽器本身的状况一定就差。
4.当前dcs中一般只设置有背压报警值和停机值，其缺点一是报警设置宽泛，当超出报警值时，往往已发生不可逆转的损坏或故障；二是背压报警值没有考虑负荷、环境温度、循环水流量等边界参数的影响，适应性不强。实际运行中循环水流量、负荷和环境温度经常发生变化，在某个边界条件下，背压有其合理区间，一旦超出该合理区间，说明系统或设备存在某种异常。如何确定这个合理区间是本领域技术人员继续解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法，从而确定汽轮机背压监测预警阈值区间，实现背压异常提前预警，避免设备损坏。
6.本发明解决的技术方案是：
7.一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法，包括以下步骤：
8.(1)从机组热平衡图和设计资料中，获取得到凝汽器端差设计值、循环水温升设计值、循环水温度、排汽温度设计值；
9.(2)从dcs系统实际运行数据中，获取得循环水温度实际值、排汽温度实际值、循环水温升、机组负荷和背压实际值；
10.(3)根据凝汽器端差设计值、循环水温度设计值、循环水温升设计值和实际值，计算得到实际工况下排汽温度基准值：
[0011][0012]
式中：t
k_jz
为排汽温度基准值，℃；t
w_sj
为循环水温度实际值，℃；δt
xhs_sj
为循环水温升实际值，℃；δt
nqq_th
为凝汽器端差设计值，℃；，t
k-th
为排汽温度设计值；t
w-sj
为循环水温度实际值，t
w-th
为循环水温度设计值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值，δt
xhs_sj
为循环水温升实际值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值；
[0013]
(4)根据实际工况下的排汽温度基准值，利用水蒸汽模型计算得到背压实际工况基准值：
[0014]
p
k_jz
＝f(t
k_jz
)
[0015]
式中：p
k_jz
为背压实际工况基准值；
[0016]
(5)将背压实际工况基准值乘以系数k
xz
，得到背压的上、下阈值：
[0017]
p
k_jz_dw
＝p
k_jzz
×
(1-k
xz
)
[0018]
p
k_jz_up
＝p
k_jzz
×
(1+k
xz
)
[0019]
式中：p
k_jz_dw
为背压下阈值；p
k_jz_up
为背压上阈值；
[0020]
(6)判断背压实际值p
k_sj
是否处于背压阈值区间内：
[0021]
若p
k_jz_dw
《p
k_sj
《p
k_jz_up
，代表背压处于正常范围；
[0022]
若p
k_jz_dw
》p
k_sj
或者p
k_sj
》p
k_jz_up
，代表背压异常，预警提示故障。
[0023]
优选的，所述系数k
xz
取值为0.08。
[0024]
本发明采用基于机理模型的方法，综合考虑环境温度、负荷、循环水流量的影响，得到各个负荷、环境温度和循环水流量下的汽轮机背压基准值，并基于背压基准值进一步获取得到背压阈值区间。该方法得到了不同负荷、环境温度和循环水流量下的合理背压区间，区间范围相较dcs报警定值小，对运行人员的指导性更强，可用于背压的监测预警，实现背压异常提前预警，避免设备损坏；同时能够适应负荷、环境温度和循环水流量的变化，适应性较强，降低误报警次数，使用方便，效果好，是汽轮机背压监测预警上的创新，有良好的社会和经济效益。
具体实施方式
[0025]
以下结合应用例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0026]
由于汽轮机排汽为饱和湿蒸汽，因此背压和排汽温度为单值对应关系，二者相互之间可采用水蒸汽模型计算得到，如下：
[0027]
pk＝f(tk)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]
式(1)中：pk为背压，kpa；tk为排汽温度，℃。
[0029]
汽轮机排汽温度可由下式计算得到：
[0030]
tk＝tw+δt
xhs
+δt
nqq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]
式(2)中：tk为排汽温度，℃；tw为循环水温度，℃；δt
xhs
为循环水温升，℃；δt
nqq
为凝汽器端差，℃。
[0032]
从式(2)可见，排汽温度是由循环水温度、循环水温升和凝汽器端差共同计算得到，其中循环水温度直接反映环境温度；循环水温升同凝汽器热负荷、循环水流量直接相
关，而凝汽器热负荷与机组负荷为单值对应关系；凝汽器端差直接反映凝汽器换热效果。因此汽轮机排汽温度(或背压)受凝汽器换热效果、凝汽器入口循环水温、循环水流量、凝汽器热负荷多个因素影响，每一环节均会对排汽温度(或背压)产生影响。
[0033]
进一步分析，循环水温度代表环境温度，为边界条件，不受凝汽器或低压缸叶片状态影响；机组负荷由电网决定，同样不受凝汽器或低压缸叶片状态影响；循环水流量由循环水泵运行方式决定，也不受凝汽器或低压缸叶片状态影响。因此，循环水温度、机组负荷、循环水流量均为边界条件，三者发生变化后，都会对背压产生影响，但不能说明凝汽器或低压缸叶片出现了异常。
[0034]
综上，在某一负荷、环境温度、循环水流量下，对应着某一背压值，而当实际背压偏离该背压值时，则代表凝汽器或汽轮机出现异常，从而实现监测预警。
[0035]
根据凝汽器换热原理，在不同的凝汽器热负荷、循环水流量和排汽温度下，凝汽器端差可由设计值采用变工况模型计算得到，计算公式如下：
[0036][0037]
式(3)中：
[0038]
δt
nqq-sj
为凝汽器端差实际值，δt
nqq-th
为凝汽器端差设计值；t
k-sj
为排汽温度实际值，t
k-th
为排汽温度设计值；t
w-sj
为循环水温度实际值，t
w-th
为循环水温度设计值；f
cw-sj
为循环水流量实际值；f
cwth
为循环水流量设计值；
[0039]
循环水流量设计值和实际值计算公式如式(4)、(5)所示：
[0040][0041][0042]
式(4)、式(5)中：f
cw_sj
为循环水流量实际值；f
cw_th
为循环水流量设计值；q
nqq_th
为凝汽器热负荷设计值；q
nqq_sj
为凝汽器热负荷实际值；k
nqq
为凝汽器热负荷与机组负荷的修正系数；pe为机组负荷；δt
xhs_sj
为循环水温升实际值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值。
[0043]
将式(4)、式(5)带入式(3)中，得到式(6)：
[0044][0045]
式(6)中：δt
nqq-sj
为凝汽器端差实际值，δt
nqq-th
为凝汽器端差设计值；t
k-sj
为排汽温度实际值，t
k-th
为排汽温度设计值；t
w_sj
为循环水温度实际值，t
w_th
为循环水温度设计值；δt
xhs_sj
为循环水温升实际值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值。
[0046]
综上，在已知循环水温度、循环水流量和机组负荷的条件下，可由设计值、机理模型和水蒸汽模型，利用式(6)进一步计算得到该条件下的实际工况下的排汽温度和背压的基准值，如式(7)所示：
[0047][0048]
p
k_jz
＝f(t
k_jz
)
[0049]
式(7)中：t
k_jz
为排汽温度基准值，℃；t
w_sj
为循环水温度实际值，℃；δt
xhs_sj
为循环水温升实际值，℃；δt
nqq_th
为凝汽器端差设计值，℃；，t
k-th
为排汽温度设计值；t
w-sj
为循环水温度实际值，t
w-th
为循环水温度设计值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值。
[0050]
受机理模型计算误差、循环温度测量误差的影响，该背压基准值会和实际值会存在一定偏差，当偏差处于合理范围内时，代表机组运行正常，当偏差超出合理范围内，代表机组存在异常，需进行预警提示。根据多台机组多个工况下的实际运行数据，由机理模型计算得到的背压基准值与实际背压的偏差范围约为0.25～0.4kpa，部分数据如附表1所示：
[0051]
附表1部分机组计算基准背压和实际背压对比表
[0052][0053]
根据实际数据，将背压偏差范围和背压基准值的比值记作修正系数k
xz
，根据实际数据，k
xz
取值为0.08。根据k
xz
和背压基准值，可计算得到背压的正常下阈值和正常上阈值，如式(8)所示：
[0054]
p
k_jz_dw
＝p
k_jz
×
(1-k
xz
)
[0055]
p
k_jz_up
＝p
k_jz
×
(1+k
xz
)
[0056]
式(8)中：p
k_jz_dw
为背压下阈值；p
k_jz_up
为背压上阈值；p
k_jz
为背压基准值；k
xz
为背压修正系数。
[0057]
本发明应用例如下：
[0058]
(1)从机组热平衡图、设计资料中，获取得到凝汽器端差设计值、循环水温升设计值、循环水温度设计值、凝汽器热负荷基准值，如下表所示：
[0059]
参数凝汽器端差循环水温升循环水温度排汽温度单位℃℃℃℃设计值4.324.720.829.77
[0060]
(2)从dcs实际运行数据中，获取得循环水温度实际值、排汽温度实际值、循环水温升、机组负荷和背压实际值，如下表所示：
[0061]
参数背压排汽温度循环水温升循环水温度机组负荷单位kpa℃℃℃mw设计值8.542.104.432.2998
[0062]
(3)利用本发明方法公式计算实际工况下的背压基准值为8.29kpa和排汽温度基准值为42.19℃：
[0063][0064]
p
k_jz
＝f(t
k_jz
)＝0.00829mpa＝8.29kpa
[0065]
(4)将背压实际工况基准值乘以系数k
xz
，得到背压的上、下阈值分别为8.95kpa、7.62kpa。
[0066]
(5)机组实际背压为8.5kpa，处于上下阈值范围内，背压正常，无需预警。
[0067]
本发明方法经实际应用，均取得了良好的技术效果，部分应用例数据列举如下表所示：
[0068][0069]
由上述情况可以看出，通过本发明方法得到的合理背压区间能够适应负荷、环境温度和循环水流量的变化，报警准确，及时预警，是汽轮机背压监测预警上的创新，有良好的社会和经济效益。

技术特征：
1.一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)从机组热平衡图和设计资料中，获取得到凝汽器端差设计值、循环水温升设计值、循环水温度、排汽温度设计值；(2)从dcs系统实际运行数据中，获取得循环水温度实际值、排汽温度实际值、循环水温升、机组负荷和背压实际值；(3)根据凝汽器端差设计值、循环水温度设计值、循环水温升设计值和实际值，计算得到实际工况下排汽温度基准值：式中：t
k_jz
为排汽温度基准值，℃；t
w_sj
为循环水温度实际值，℃；δt
xhs_sj
为循环水温升实际值，℃；δt
nqq_th
为凝汽器端差设计值，℃；，t
k-th
为排汽温度设计值；t
w-sj
为循环水温度实际值，t
w-th
为循环水温度设计值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值，δt
xhs_sj
为循环水温升实际值；δt
xhs_th
为循环水温升设计值；(4)根据实际工况下的排汽温度基准值，利用水蒸汽模型计算得到背压实际工况基准值：p
k_jz
＝f(t
k_jz
)式中：p
k_jz
为背压实际工况基准值；(5)将背压实际工况基准值乘以系数k
xz
，得到背压的上、下阈值：p
k_jz_dw
＝p
k_jzz
×
(1-k
xz
)p
k_jz_up
＝p
k_jzz
×
(1+k
xz
)式中：p
k_jz_dw
为背压下阈值；p
k_jz_up
为背压上阈值；(6)判断背压实际值p
k_sj
是否处于背压阈值区间内：若p
k_jz_dw
<p
k_sj
<p
k_jz_up
，代表背压处于正常范围；若p
k_jz_dw
>p
k_sj
或者p
k_sj
>p
k_jz_up
，代表背压异常，预警提示故障。2.根据权利要求1所述的汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法，其特征在于，所述系数k
xz
取值为0.08。

技术总结
本发明涉及一种汽轮机背压监测预警阈值区间的确定方法，采用基于机理模型的方法，综合考虑环境温度、负荷、循环水流量的影响，得到各个负荷、环境温度和循环水流量下的汽轮机背压基准值，并基于背压基准值进一步获取得到背压阈值区间。该方法得到了不同负荷、环境温度和循环水流量下的合理背压区间，区间范围相较DCS报警定值小，对运行人员的指导性更强，可用于背压的监测预警，实现背压异常提前预警，避免设备损坏；同时能够适应负荷、环境温度和循环水流量的变化，适应性较强，降低误报警次数，使用方便，效果好，是汽轮机背压监测预警上的创新，有良好的社会和经济效益。有良好的社会和经济效益。


技术研发人员：赵万宝 李金喜 李冰天 原峥 张显胜 高鹏 李承 李东升 刘伯清 崔红宾 陈颖
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20