空冷設(shè)備溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)

一,、項目背景

隨著我國用電需求大幅度增長的需要,，近年建設(shè)了許多大型火力發(fā)電廠，并且采用了高參數(shù)大容量的機(jī)組,。為了應(yīng)對北方嚴(yán)重缺水的局面,，許多大機(jī)組都采用了直接空氣冷卻的凝汽器，我們通常簡稱為“空冷凝汽器”,?？绽淠鞯倪\(yùn)行與濕冷塔的濕冷系統(tǒng)相比有很大的不同，在經(jīng)濟(jì)性,、安全性方面都有特別的要求,，并且對汽輪機(jī)的運(yùn)行也造成很大的影響。因此,，能夠?qū)χ苯涌绽湎到y(tǒng)進(jìn)行大面積溫度場的在線監(jiān)測,，能夠很好的分析空冷系統(tǒng)的特性以及對汽輪機(jī)的影響，是保證機(jī)組穩(wěn)定,、經(jīng)濟(jì),、安全運(yùn)行的有效的輔助手段。

空冷系統(tǒng)分類

直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）和間接空冷系統(tǒng),。間接空冷系統(tǒng)指混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（海勒式間接空冷系統(tǒng)）和具有表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)（哈蒙式間接空冷系統(tǒng)）及其它,。

1、直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）——系利用機(jī)械通風(fēng)使汽輪機(jī)排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結(jié),，一般由大管徑排汽管道,、空冷凝汽器、軸流冷卻風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵等組成,；

2,、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)——亦稱哈蒙系統(tǒng)，由表面式凝汽器,、空冷散熱器,、循環(huán)水泵以及充氮保護(hù)系統(tǒng)、循環(huán)水補(bǔ)充水系統(tǒng),、散熱器清洗等系統(tǒng)與空冷塔構(gòu)成,。該系統(tǒng)與常規(guī)的濕冷系統(tǒng)基本相仿,，不同之處是用空冷塔代替濕冷塔，用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)代替敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),，循環(huán)水采用除鹽水,。

空冷機(jī)組容易出現(xiàn)的問題

不論是直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）還是間接空冷系統(tǒng)，在實際使用中,，隨著環(huán)境的變化,，都會有著一些的問題，大概歸結(jié)有如下幾點：

1 ,、空冷凝汽器的防凍

2 ,、大風(fēng)影響

3 、熱風(fēng)再回流

4 ,、空冷凝汽器表面積灰

二,、空冷設(shè)備溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用

1、實現(xiàn)防凍預(yù)警

①空冷系統(tǒng)冬季防凍是空冷機(jī)組冬季運(yùn)行的一個很重要的問題,，空冷管束內(nèi)結(jié)冰,，不但容易凍壞空冷翅片管，造成泄漏,，更嚴(yán)重的是危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行,。

②空冷系統(tǒng)容易產(chǎn)生結(jié)冰的部位是順流換熱管束的下部和逆流換熱管束的上部。特別是三排管繞片管束,，更容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象,。

③造成空冷散熱器結(jié)冰的主要原因是，進(jìn)入空冷系統(tǒng)蒸汽流量太小,，散熱負(fù)荷太低,，即使風(fēng)機(jī)全部停運(yùn)采用自然通風(fēng)的方式，也不能避免局部出現(xiàn)低溫,。

④造成空冷散熱器結(jié)冰的另一個原因是,，自然通風(fēng)的方式下，很容易造成空冷島空氣的流動不均勻,，因此局部過冷就會造成管束局部結(jié)冰,。

⑤利用空冷系統(tǒng)溫度場監(jiān)測裝置，通過監(jiān)測全空冷島的溫度場,，幫助判斷空氣側(cè)流動的不均勻性，造成局部過冷的情況,。

⑥通過監(jiān)測溫度場,，幫助判斷蒸汽側(cè)在小流量情況下流量分配不均造成局部過冷的情況。

⑦當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于0℃后,，通過監(jiān)測散熱管束出口空氣溫度,，間接判斷管束內(nèi)部的散熱狀態(tài),，可以達(dá)到幫助判斷管束內(nèi)是否結(jié)冰的可能性。

⑧結(jié)合背壓,、凝結(jié)水溫度,、過冷度等數(shù)據(jù)，對散熱器管束出口熱空氣的低溫度作出規(guī)定,，并與凝結(jié)水溫度作關(guān)聯(lián),，可以實現(xiàn)空冷系統(tǒng)防凍預(yù)警，在空冷管束凍結(jié)前采取相應(yīng)的防凍措施,。

2,、監(jiān)測熱風(fēng)回流現(xiàn)象

①空冷島受自然風(fēng)影響流場容易發(fā)生混亂，經(jīng)空冷系統(tǒng)加熱過的空氣又回到空冷系統(tǒng)入口被空冷風(fēng)機(jī)重新吸入,，發(fā)生熱風(fēng)回流現(xiàn)象,。

②通過監(jiān)測空冷散熱器入口空氣溫度，可以幫助判斷發(fā)生熱回流的程度,，并計算熱回流率,。

③通過監(jiān)測空冷溫度場判斷熱回流現(xiàn)象發(fā)生時，在熱回流影響到汽輪機(jī)之前操作人員及時做出反應(yīng),，進(jìn)行預(yù)知性調(diào)節(jié),，避免停機(jī)、停爐或甩負(fù)荷,。

3,、監(jiān)測空冷散熱管束積灰污染情況，指導(dǎo)清洗操作

空冷散熱器容易積灰,，影響換熱效果,。空冷系統(tǒng)夏季對積灰污染等影響非常敏感,，通過溫度場監(jiān)測制定合理的高壓沖洗方案,，評價沖洗效果，評價散熱器局部和整體潔凈程度,。

4,、優(yōu)化空冷運(yùn)行

①空冷凝汽器和濕冷凝汽器一樣，也存在端差,、空氣溫升等評價空冷凝汽器運(yùn)行的小指標(biāo),。但是由于測量的困難，當(dāng)前不對空冷凝汽器端差進(jìn)行考核,，這是目前空冷系統(tǒng)運(yùn)行管理的一個盲點,，不利于節(jié)能。利用空冷溫度場監(jiān)測裝置，可以彌補(bǔ)這一缺陷,。

②空冷系統(tǒng)龐大,，空氣流動場和蒸汽側(cè)流量分配都容易造成不均勻，通過監(jiān)測空冷系統(tǒng)溫度場,，為運(yùn)行人員調(diào)節(jié)提供必要的依據(jù),，可以在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，大限度地降低背壓,，提高真空,，實現(xiàn)節(jié)能降耗，優(yōu)化空冷運(yùn)行的目的,。

三,、公司簡介

公司簡介：多年來，我公司一直從事著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)銷售,，公司始終堅持質(zhì)量，服務(wù)至上的企業(yè)宗旨,，把質(zhì)量信譽(yù)和客戶滿意當(dāng)作全體員工的精神追求,。
公司主要產(chǎn)品：糧情測控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),、空冷塔,、空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),、檔案室恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng),、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、煤堆煤層溫度測控系統(tǒng)等,。

四,、空冷溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

空冷島的散熱片溫度監(jiān)測由于測量組件的安裝、供電,、網(wǎng)絡(luò)通信連接等難題一直困擾著眾多電廠和空冷島生產(chǎn)廠家,。在尋求解決方案的過程中，無線測溫初被確認(rèn)為一種方案,，但由于無線測溫的不穩(wěn)定性及供電時間受限（至多半年）的致命缺陷,，該方案經(jīng)過眾多專家的論證被否定了。

針對這一難題,，我公司積極探索,，在有線和無線之間尋求一種*平衡，開發(fā)的溫度采集器,，很好地解決了空冷島溫度場的監(jiān)視實施方案,。

溫度采集器的測溫傳感器采用總線方式，傳感器不需要現(xiàn)場焊接，不破壞原有結(jié)構(gòu),，集成在一條總線上，緊貼測量面,，解決了安裝難題,。每條傳感器總線集成1-64個溫度傳感器，總線采用防水,、防腐設(shè)計,，能抗強(qiáng)紫外線長期照射，安裝使用方便,。溫度采集器供電采用24VDC總線供電方式,，通信接口采用RS485總線。溫度采集器把采集到的溫度數(shù)據(jù)可以通過RS485總線傳輸給中繼器,，或直接給軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。

空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進(jìn)、出口空氣溫度,，通過前置器,、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，由各個空冷單元進(jìn),、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機(jī)組的實時溫度場,，通過上位機(jī)軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析、處理,，預(yù)防空冷散熱器被凍,，優(yōu)化空冷機(jī)組背壓調(diào)節(jié)，判斷空冷散熱器積灰污染程度,，提前預(yù)知熱風(fēng)回流的發(fā)生并計算回流率的大小,，節(jié)約運(yùn)行成本，提高空冷運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,。

1,、空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)方案、配置與性能

①,、空冷島溫度場組網(wǎng)方案

空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進(jìn),、出口空氣溫度，通過前置器,、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī),，由各個空冷單元進(jìn)、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機(jī)組的實時溫度場,，通過上位機(jī)軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析,、處理，預(yù)防空冷散熱器被凍，優(yōu)化空冷機(jī)組背壓調(diào)節(jié),，判斷空冷散熱器積灰污染程度,，提前預(yù)知熱風(fēng)回流的發(fā)生并計算回流率的大小，節(jié)約運(yùn)行成本,，提高空冷運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,。

在整個空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場測點的布置是個關(guān)鍵性問題,。我們既要考慮測點分布的覆蓋面,，又要考慮測點分布的安全性，同時也要考慮施工的便利,。測點覆蓋面不廣,，無法檢測漏點，整個測溫系統(tǒng)的價值無從考慮,；同一個側(cè)面逆流部分比較容易受凍,，逆流部分測點的要相對集中。一根測溫電纜上測點太集中,，一旦有故障,，系統(tǒng)安全無法保障。測點分布不合理,，施工也會帶來不便,。

a、總則

考慮到逆流管束和順流管束的流動情況,，主要在A型塔散熱器外側(cè)上,、下布置溫度測點。溫度測點要有一定的密度,，以保證容易結(jié)冰的區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)安全準(zhǔn)確的監(jiān)測目標(biāo),。綜合其他廠發(fā)生過空冷管束結(jié)冰現(xiàn)象的事實和運(yùn)行人員的反映，空冷管束結(jié)冰往往只發(fā)生在幾個管束上,，所以監(jiān)測的溫度測點應(yīng)保證一定密度,，并盡量覆蓋到所有管束。

b,、系統(tǒng)的安裝及與軟件通訊

系統(tǒng)的安裝包括采集器,、通訊線、電源線,、主機(jī),、電源等?？绽鋶u上需提供220V電源,，經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成安全電源向采集器供電,。主控計算機(jī)可以安放在電子間，所有溫度數(shù)據(jù)可以通過 RS485接口,，MODBUS RTU的通訊方式送入到軟件中,。監(jiān)測軟件能顯示并存儲數(shù)據(jù)，顯示歷史趨勢,，還能滿足許多用戶特定的需求,。下圖為軟件界面：

②、設(shè)備技術(shù)參數(shù)

A. 總線傳感器電纜技術(shù)指標(biāo):

長度：可定制

溫度傳感器數(shù)：       1-64個/根

溫度傳感器分布：    每個溫度傳感器平均分布于電纜上,，總線長度可達(dá)150米左右.

通信接口：           內(nèi)部總線

通訊總線長度：       長可達(dá)100米

防護(hù)等級：           IP67

工作溫度：           -50～+100℃

B. 溫度采集器技術(shù)指標(biāo):

溫度測量范圍：          -50～+100℃

濕度測量范圍：          0%～99%RH

溫 度 分辨率：          0.1℃

溫度測量精度：          ±0.5℃

濕度測量精度：          ±2%RH

通 信 接  口：           RS-485（冗余）

工 作 電  壓：           9-36VDC

通 信 距  離：           1.2 km

功 率 消  耗：           < 1W

工 作 溫  度：           -40～85℃

工 作 濕  度：           35～85%（不結(jié)露）

防 護(hù) 等  級：           可達(dá)IP66

C. 保護(hù)箱技術(shù)指標(biāo)：

外殼：               不銹鋼

防護(hù)等級：           IP66

D．風(fēng)向、風(fēng)速傳感器

風(fēng)向測量范圍：       0-359.9º（*）  

風(fēng)向分辨率：         0.1º

風(fēng)向測量精度：       ±3 º

風(fēng)速測量范圍：       0-60m/s

風(fēng)速分辨率：         0.01m/s

風(fēng)速測量精度：       ±(0.3+0.03V)m/s

2,、實例分析

***熱電有限公司#2機(jī)組均安裝了空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng),。參見附圖中抓取的#2機(jī)部分界面和現(xiàn)場安裝圖片，顯示界面數(shù)據(jù)反映了實際作用及效果,。界面數(shù)據(jù)說明：

①環(huán)境溫度為0.72℃時,，在逆流管束上部明顯出現(xiàn)了低溫，并且出現(xiàn)局部低于零度現(xiàn)象,。由于環(huán)境溫度測點安裝的位置并不在空冷島上,，因此環(huán)境測點溫度和實際空冷島的溫度有差別，環(huán)境溫度測點不能代表空冷島上的低溫度,。知道了冷凝汽器的實時溫度,，對設(shè)備的健康診斷和優(yōu)化運(yùn)行提供了必要條件。

②在左側(cè)逆流段管束從下到上存在0.94℃,、0.38℃,、-0.06℃和2.0℃、0.19℃,、0.06℃的局部翅片管低溫區(qū)域,，如果環(huán)境溫度進(jìn)一步降低，有凍結(jié)的危險,。運(yùn)行人員通過數(shù)據(jù)變化趨勢可提前采取積極的防凍措施,。

③抽空氣管上的溫度為31.63℃，是逆流段抽空氣管道的總平均溫度,，不能反映翅片管束局部換熱情況,。在上部的順流管束區(qū)域，也出現(xiàn)了局部溫度降低較大的現(xiàn)象,。運(yùn)行人員通過實時數(shù)據(jù)可判斷積灰程度,，適時沖洗，實現(xiàn)節(jié)能,、節(jié)水,。

五,、客戶使用空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)后的效果

1、能夠讓工作人員更直觀的以數(shù)據(jù)方式,，了解空冷設(shè)備各項運(yùn)行數(shù)據(jù),，以及空冷設(shè)備周圍自然環(huán)境數(shù)據(jù)。

2,、通過溫度數(shù)據(jù)變化,，有效的降低了換熱管束凍結(jié)的風(fēng)險，預(yù)防了積灰導(dǎo)致的散熱不均,，排除了因清洗過頻造成的工作量大的問題,，從而節(jié)約了勞動力和大量水資源。

3,、對工作人員進(jìn)行熱風(fēng)回流提醒,，幫助工作人員進(jìn)行預(yù)知性調(diào)節(jié)，避免停機(jī),、停爐或甩負(fù)荷,。

4、通過換熱管束頂端和低端的溫度對比和環(huán)境溫度,，可以明確地判斷出,，是否需要開啟軸流冷卻風(fēng)機(jī)，從而可以節(jié)約電資源,。

六,、目前部分已使用該系統(tǒng)的電廠

和豐煤電公司#1機(jī)組

山西省大唐云岡熱電有限公司1#、#2機(jī)組

山西神頭發(fā)電責(zé)任公司

山西大同市大唐云岡熱電有限責(zé)任公司

華電寧夏靈武電廠

新疆東方希望有色金屬有限公司新塑電廠

陜西國華錦界煤電

華電重工股份有限公司

中國神華工程有限公司