汽輪發電機組組凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）分析

       汽輪發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）系統的設計一直是基建調試中容易忽視的問題，對一臺350MW汽輪發電機組的凝汽器水位系統進行了汽液兩相流疏水器安裝分析與設計，提出優化方案。控制邏輯中增加了閉鎖出發邏輯，解決了電動補水閥的位置導致無效調節，以及兩條管路的調節閥同時動作增加了設備損耗的問題。
       汽輪機組旁路或汽缸進汽后，排汽進入凝汽器，排汽受到冷卻介質的冷卻而凝結成水，汽體凝結成水后，進入熱水井，熱井布置在管束的下方，熱井下部為凝結水停留區域，為適應真空泵和凝結泵運行，凝結水需要保證一定的水位。凝結水通過二殼體底部出水管引向一個出口流出，經濾網后與凝結水泵入口相連接。
       凝汽器正常運行時，有兩路進水，主要是低壓缸排汽凝結水，其次是從凝結水補水泵來除鹽水補水，負荷平穩時理想狀態下汽水損失為零，則凝汽器水位穩定，除鹽水補水量為零。機組的汽水工質在實際做功循環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水儲水箱；反之，需要快速大量補水。為提高整個循環的熱經濟性，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計優化來解決和優化多路補水的控制問題以其達到優化，是熱工自動化業研究的一個問題。
       過高的凝結水水位將會降低凝汽器受冷面積，也會造成凝結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。機組高水位繼續帶負荷運行，即易發生推力軸承磨損、軸向位移大等嚴重問題，致使機組觸發ETS動作并被迫停止運行。過低的凝汽器水位會引起凝結水泵空轉運行，造成水泵氣蝕，危急設備安全。同時，除氧器水位也會降低造成機組減負荷運行。
1系統工藝分析
       某電廠350MW超臨界機組凝汽器系統如圖1所示。凝汽器選用兩路補水，每路配置一個電動調節閥和一個電動閥；真空泵維持凝汽器真空；3臺凝結水泵給除氧器補水，保證鍋爐上水需求，2用1備，其中2臺凝結水泵帶有變頻器控制。
分析系統工藝，調節凝汽器水位共有三種方式：
       一、真空泵的運轉與否會影響凝汽器真空度，對于水位略有影響；
       二、凝結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、補水調節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重要，而且真空泵未設計變頻模式，真空泵在機組啟動時必須運轉，一種調節方式不可取。凝結水泵變頻器頻率主要維持凝結水泵出口母管壓力，主要作用是保證除氧器水位以便給鍋爐上水，所以二種調節方式也不可取。所以只有三種方式通過改變補水調節閥開度才能調節凝汽器水位。
2常規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）系統通常選擇單回路傳統調節方案，汽液兩相流疏水器安裝如圖2所示，先設置水位設定值，被控變量選擇凝汽器水位，通過主調節器計算調閥總體指令需求，再通過副調節器計算各自補水閥開度指令，補水調節閥即為控制系統控制變量。
       設計副調節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，通過設置調閥指令平均分配系數即可分配開度指令。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。當凝汽器水位降低時，通過控制回路的計算調整將會增大兩個補水調節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閉位，所對應的補水調閥即使開度為大，該管道還是不具備補水能力；調節時兩個補水調閥同時動作，增加了執行機構活動頻率，降低其使用壽命；兩個補水調閥同時動作增加管道節流損失，從節能的角度而言也是浪費。
3汽液兩相流疏水器安裝優化
3.1凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）控制系統閉鎖原理
       當遇到某種工況時，為了保證設備運行的安全性或者經濟性，會自動進行增或減負荷操作，這個過程通過自動控制系統回路實現，無法進行人為干預。這就是所謂的閉鎖增或者閉鎖減功能。
       控制系統的閉鎖增、閉鎖減功能，主要是判斷凝汽器補水調節閥的調節能力，針對控制系統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、節流損失等因素作為判斷條件。
       系統的調節能力具體到補水閥的開度就是被調量即凝汽器水位對給定值的響應能力，以給定值與實際值偏差來量化表示。
       在凝結水水位控制系統中設置閉鎖增減功能的含義是，如果多個補水閥在凝結水水位調節過程中存在節流損失以至于影響執行機構的壽命，那調節閥的動作需要有先后性，多個調閥開度的范圍必須具有一定的重合度，水位的調節需要考慮閥門調節出力的能力、機組性能、穩定安全等多個方面，當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）控制系統優化策略
       針對常規汽液兩相流疏水器安裝所存在的問題，結合閉鎖原理和機組安全性、經濟性運行，優化后汽液兩相流疏水器安裝如圖3所示。
       優化后的水位汽液兩相流疏水器安裝中設置兩個補水調節閥各自單獨控制水位回路，但是共用同一個水位設定值，通過各自的調節器計算補水調閥開度指令。其中在主管道調閥1中控制器設置閉鎖增減回路，主管道調閥2中控制器也設置閉鎖增減回路。
閉鎖觸發邏輯如下：
       (1)當調閥2在自動狀態且指令開度大于10%時，調閥1開度閉鎖減1信號觸發。
       (2)當調閥1在自動狀態且指令開度小于70%時，調閥2開度閉鎖增2信號觸發。
       (3)補水電動閥1在關閉位置，閉鎖減1信號和閉鎖增1信號同時觸發。
       (4)補水電動閥2在關閉位置，閉鎖減2信號和閉鎖增2信號同時觸發。
       (5)閉鎖功能只在控制器參與自動狀態時作用，若補水調閥在手動狀態時，控制器輸出跟蹤補水調閥指令，避免投入自動狀態時產生擾動。
邏輯優化后，可以取得如下效果。
       (1)設置單獨控制器的目的在于減少兩個調節閥的耦合度。由于兩個補水管道截面積不同，所對應的控制器參數應當會有所變化，這和原控制回路中主控制器參數設置時需兼顧兩者有所區別。
       (2)當調閥1在自動狀態且指令開度小于70%時，調閥2開度閉鎖增2信號觸發。保證需要補水時先打開調閥1,只有當調閥1指令大于70%時才調節調閥2.
       (3)當調閥2在自動狀態且指令開度大于10%時，調閥1開度閉鎖減1信號觸發。保證需要降水時先降低調閥2,只有當調閥2指令小于10%時才調節調閥1。
       (4)當補水電動閥在關閉狀態時，閉鎖增減相應的調閥，只有當調閥在手動狀態時才可進行開關操作，避免調閥做無必要動作，減少執行機構磨損。
3.3控制器參數設置
       設置凝汽器水位控制（汽液兩相流疏水器）器參數時，如果完全憑借經驗法設置，由于水位控制系統響應時間長，周期大，慣性遲延大，反映到控制器參數設置時，比例系數難以捉摸，積分調整時間長，調整波峰較為緩慢。為解決此問題，推薦進行凝汽器補水調節閥閥門開度對水位的擾動試驗。具體方法如下：
       (1)補水調閥開度對水位的影響，即控制器比例作用參數通過階躍擾動試驗獲得。在機組額定負荷工況或者穩定負荷工況下，待凝汽器水位穩定后，手動階躍增加補水調閥開度。這時凝汽器水位因補水量增加而增加，待水位穩定到新的平衡值，其水位增加量與調閥開度增加量的比值即為比例系數。
       (2)積分時間的獲取可通過觀察時間獲得，用過觀察補水調閥動作直到水位發生變化的歷史趨勢曲線獲取積分時間。當然，也可暫時無限放大積分時間，相當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”、“欠調”、“回調”現象，以達到設計目的。
       (3)由于本系統控制具有延時性、滯后性，所以在工程實際中暫不考慮使用微分控制環節。
3.4邏輯優化后的意義
       (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閉位，所對應的補水調閥將會閉鎖在當前位置，避免執行機構進行無謂動作。
       (2)調節時兩個補水調閥動作過程具有先后性，降低執行機構活動頻率，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思想為行業內自動汽液兩相流疏水器安裝設計提供了一些經驗和建議。