CN102252808A - 一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法及其装置。该方法及测量装置可以在线测量采用水环式真空泵抽真空的凝汽器空气漏入率，具体布置为：在水环式真空泵之后，加装温度传感器、压力传感器、气体流速传感器和绝对湿度传感器，通过这些参数，便可以确定某一特定工况下，抽气管道中水蒸汽质量流量，并最终根据热力学公式计算得到抽出空气的质量流量，即整个真空系统各个负压部分的空气漏入率之和。本发明的有益效果是，测量原理清晰、准确，测量机构简单、安装方便，可以实时在线测量凝汽器漏气量，为汽轮机组真空系统维持较高的真空水平提供可靠的参数依据，为电厂安全、经济的生产提供保证。

Description

一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电厂汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法及其装置。

背景技术

汽轮发电机组的真空系统包括：凝汽器汽侧、抽空气系统以及其它负压部位，其作用是使蒸汽能够最大限度的把热焓转变为汽轮机的动能，并最终转化为电能。凝汽器真空对机组经济效益影响较大，凝汽器真空值每提高1kPa，将减少供电煤耗约3g/kW·h，所以维持汽轮发电机组较高的真空可显著提高电厂的经济性。

另外，从安全生产的角度考虑，维持汽轮发电机组的真空，也是必不可少的：

1、漏入凝汽器的空气，除了使排汽压力和温度升高，降低汽轮机的经济性外，还会使汽轮机低压缸因蒸汽温度高而变形，造成机组振动。

2、由于空气的分压力增大，增加了空气在水中的溶解度，加剧了低压管道和低压加热器的腐蚀，增加了除氧器的负担，对机组安全不利。

3、空气积聚在水管周围，使转热阻力增加，转热端差增大、真空下降；空气分压力增大还使凝结水过冷度加大和增加抽气器的负担等等不利影响。

可以看出，实际生产中，及时准确的在线检测凝汽器的漏气量，以便能够维持机组较高的真空，对于电厂的经济性和安全生产都有重大意义。

我国在今后较长的一段时间内仍以火电机组为主，在能源紧张、发电成为居高不下的形势下，凝汽器真空研究是一项十分迫切和长期的工作。为了了解机组真空严密性变化对凝汽器及抽气设备性能的影响程度，有必要对机组真空严密性与漏气流量之间的定性、定量关系进行研究，掌握在一定真空严密程度下的漏气流量大小，以及机组真空严密性随漏气流量的变化关系。

传统测量方法：

大量文献查阅显示，目前测量凝汽器漏气量只有一种间接的方法，隔离掉抽真空装置后，通过多次向凝汽器中放入空气来测量其真空下降率和漏气量，其原理如图1所示。

打开进气阀门，控制空气漏入率为横坐标上的ΔG₁千克/每小时，测量得到该工况下的真空下降率为纵坐标上的V_H1，然后改变空气漏入率为ΔG₂千克/每小时，测量得到新的真空下降率V_H2，同理，便可绘制出补充空气量与真空下降速度之间的关系曲线v_H＝f(ΔG)，曲线与横坐标交点ΔG_-1就是没有补充空气时，漏入真空系统的空气量。

可以看出，该方法需要经过多次测量，而且要人为的向凝汽器中放入空气，对真空的破坏较大，对安全生产不利。本专利提出一种能够直接在线测量凝汽器漏气量的方法。

发明内容

现有的测量汽轮发电机组真空系统漏气量的方法是一种间接的方法，需要经过多次测量，而且要人为的向凝汽器中放入空气，对真空的破坏较大，对安全生产不利。为了克服现有测量方法的弊端，本发明提供一种新的直接测量方法，能够实时、在线测量汽轮发电机组真空系统漏气量。方法简单可靠，利用电厂安全、经济运行。

本发明还提供一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法，步骤如下：

(1)首先在凝汽器空气管上采用真空泵对机组的真空系统抽真空，使大部分水蒸汽凝结并疏出；

(2)在真空泵之后，安装测量流量、湿度、温度和压力的仪器，得到实测的上述参数，利用公式

计算系统漏入空气量

式中，v、x、t、p分别为实侧的流量、湿度、湿度和压力，p_s为t温度下对应的饱和蒸汽的压力，S为抽气管道的横截面积，R为普适气体常数。

作为本发明的进一步拓展应用，在步骤(2)之后，通过改变参数温度t、压力p、湿度x和/或流量v，进行多次模拟实验，将漏气量拟合成与温度t、压力p、湿度x和流量v相关的经验关联式G_干空气＝f(t，p，x，v)。

本发明还提供一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，在凝汽器抽空气管道上连接一真空泵，真空泵后的管道上加装有流量传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器。

进一步地，所述温度传感器、压力传感器、流量传感器和湿度传感器依次相连。

进一步地，所述真空泵为水环式真空泵。

进一步地，在所述流量传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器后面的管道上设有截止阀。

技术方案概述：在凝汽器抽空气管道上采用水环式真空泵对机组的真空系统抽真空，管道内汽气混合物在通过水环式真空泵后，其中大部分水蒸汽被冷却、凝结疏出，减小了管道中蒸汽的分压力及相对含量，在水环式真空泵之后，加装分流测量机构，其中包括热电阻式温度传感器——测量剩余混合气体的温度，压电式压力变送器——测量剩余混合气体的压力，热线式气体流量计——测量剩余混合气体的流量，湿敏电阻式湿度传感器——测量剩余混合气体的湿度，通过这些参数，便可以确定某一特定工况下，管道中水蒸汽相对含量，并最终计算得到抽出的空气量，即整个真空系统各个负压部分漏入的空气量之和。

本发明的有益效果是，测量原理清晰、准确，测量机构简单、安装方便，可以实时在线测量凝汽器漏气量，为汽轮机组真空系统维持较高的真空水平提供可靠的参数依据，为电厂安全、经济的生产提供保证。

附图说明

图1是目前测量凝汽器漏气量常规方法的原理图；

图2是本发明电厂汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法原理图和本发明装置的结构示意图。

图中，1.低压缸，2.凝汽器，3.凝结水泵，4.水环式真空泵，5.温度传感器，6.压力传感器，7.流量传感器，8.湿度传感器，9.截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

请参见图2，一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法，步骤如下：

(1)首先在凝汽器空气管上采用水环式真空泵对机组的真空系统抽真空，使大部分水蒸汽凝结并疏出；

在水环式真空泵4之前，抽汽管道中混合气体的温度、压力分别为t₁、p₁，气体成分为湿饱和蒸汽与空气的混合物，如公式(1)所示：

t₁、p₁工况下：G_混合气体＝G_{湿饱和蒸汽}+G_空气      (1)

公式(1)只是定性的说明混合气体的成分，并非用来计算空气质量。这时的混合气体中大部分为湿饱和蒸汽(约占80％)，而空气只占20％，对于这种比例的混合气体我们无法确定空气质量，远远超出了湿度传感器8的测量范围，所以我们想到首先减少水蒸汽的量，达到大部分都是空气，水蒸汽占一小部分的情况(例如像房间中的气体，空气很多，水蒸汽很少)，所以我们以前想到的是加装冷却装置，先让大部分的湿饱和蒸汽冷凝疏出，达到一种状态：空气很多，蒸汽较少，以便用湿度传感器8测出混合物中的水分，并最终确定空气量。

水环式真空泵4在这儿起到抽气及冷却混合气体两个作用，冷却这个作用是非常必需的，只有经过冷却，才能让混合气体中大量的湿饱和蒸汽凝结出来，目的在于降低混合气体中水蒸汽的含量，提高空气的相对含量，因为下一步我们要利用湿度传感器8测量湿空气中的水分，若采用其他真空泵只能起抽真空的作用。本式以及以下几个公式中的G均指的是质量流量。

疏出水(冷凝水)已经融入水环式真空泵4的工作水中并带走了，所以管道中剩下的气体为少量的水蒸汽和大部分的空气，这时便可以利用湿度探头测量混合气体中的水分质量百分比(从而得到空气的质量百分比)。比如说，原来绝大部分的水蒸汽冷却带走后，混合气体成分为只剩下2％水蒸汽+98％的空气，这样便可以利用湿度计测量混合气体中的水分了。

(2)在水环式真空泵之后，安装测量流量、湿度、温度和压力的仪器，首先得到实测的上述参数。

在经过水环式真空泵4之后，由于真空泵内工作水的冷却作用，混合气体温度降为t₂；同时由于泵的升压作用，混合气体压力升高为p₂，这样一个降温升压的过程致使混合气体中大量湿饱和蒸汽凝结成水，被水环式真空泵4中的工作水带出，剩余未凝结的饱和蒸汽与空气形成湿空气，这个过程的质量平衡式如下：

t₂、p₂工况下：G_湿合气体＝G_疏出水+G_饱和蒸汽+G_空气＝G_疏出水+G_湿空气      (2)

如上所述，式(2)中的湿空气成分理论上应该为：t₂温度下的饱和蒸汽+空气，但是实际生产上，在水环式真空泵4之后的管路中可能由于管道温度低的原因，还会有很少量的蒸汽凝结于管内壁上，致使水蒸汽达到一种未饱和状态，因此，水环式真空泵4之后的抽气管路中的气体成分，如式(3)所示

G_湿空气＝G_水蒸汽+G_空气   (3)

式(3)中，

G_湿空气，抽气管道中总的质量流量(kg/s)，

G_水蒸汽，抽气管道中水蒸汽的质量流量(kg/s)，下脚标“水蒸汽”包括理想的饱和蒸汽状态(在线测量时湿度计示值为1)或实际过程的未饱和蒸汽状态(在线测量时湿度计示值为0～1之间的数值)，在此统称为水蒸汽，对后续计算没有影响。

G_空气，抽气管道中空气的质量流量(kg/s)，

上面三个质量流量可以利用各自的摩尔流量乘以物质的量得到，在此，我们只关心空气质量流量。

水环式真空泵之后，抽气管道内压力略高于1个大气压，可以近似看做理想气体。利用理想气体状态方程式代入空气的温度、压力、及体积流量，就可以计算得到空气的摩尔流量，如公式(4)所示：

p·V＝n·R(t+273.15)    (4)

式中，

p——气体压力，kpa，

V——气体流速，(m/s)，

n——气体摩尔流量，(mol/s)，

R——普适气体常数，8.314J/(mol·K)

若利用上式计算空气的摩尔流量，必需要知道空气的分压力，对于空气分压力的计算：假定t₂温度下对应的饱和蒸汽压力p_s，湿度计测量得到的相对湿度值为x，则该工况下的水蒸汽分压力为：x·p_s，空气分压力为：p₂-x·p_s，由此可以得到空气的质量流量计算公式：

式(5)中，

V_空气——空气体积流量(m³/s)，其值与抽气管道中湿空气的体积流量相等，由公式(6)计算得到，

V_湿空气＝v×S    (6)

式中，

v——气体流速(m/s)，由气体流速计在线测量得到，

S——抽气管道的横截面积(m²)，由抽气管道设备图纸得到；

最终，利用公式

计算系统漏入空气量

式中，v、x、t、p分别为实侧的流量、湿度、湿度和压力，p_s为t温度下对应的饱和蒸汽的压力，S为抽气管道的横截面积，R为普适气体常数。

作为本发明的进一步拓展应用，在步骤(2)之后，通过改变参数温度t₂、压力p₂、湿度x和/或流量v，进行多次模拟实验，将漏气量拟合成与温度t₂、压力p₂、湿度x和流量v相关的经验关联式G_干空气＝f(t₂，p₂，x，v)。

计算实例：

在线测量得到参数：温度t₂：35℃，压力p₂：106kpa，相对湿度：50％，气体流速：1.5m/s，抽气管道的管径0.05m，得到横截面积S＝3.14×0.05²＝0.0079m²，

由式(6)得到V_空气＝V_湿空气＝v×S＝1.5m/s×0.0079m²＝0.0119m³/s，

由饱和蒸汽图表查到，35℃时的饱和蒸汽压力p_s为：5.626kpa，将上面测量、计算得到的参数代入式(5)：

G_空气＝29×(106kpa-50％×5.626kpa)×0.0119m³/s÷[8.314J/(mol·K)×(35+273.15)]＝0.0139kg/s＝0.0139×3600kg/h＝50.0378kg/h

图2所示为本发明所提供的一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，其在凝汽器2抽空气管道上连接一水环式真空泵4，水环式真空泵后的管道上依次加装有温度传感器5、压力传感器6、流量传感器7和湿度传感器8，温度传感器5、压力传感器6、流量传感器7和湿度传感器8和安装顺序无要求，在所述流量传感器7、湿度传感器8、温度传感器5和压力传感器6后面的管道上设有截止阀9。

凝汽器2还分别连接低压缸1和凝结水泵3。

在凝汽器抽空气管道上采用水环式真空泵4对机组的真空系统抽真空，管道内汽气混合物在通过水环式真空泵4后，其中大部分水蒸汽被冷却、凝结疏出，减小了管道中蒸汽的分压力及相对含量，在水环式真空泵4之后，加装分流测量机构，其中包括热电阻式温度传感器——测量剩余混合气体的温度，压电式压力变送器——测量剩余混合气体的压力，热线式气体流量计——测量剩余混合气体的流量，湿敏电阻式湿度传感器——测量剩余混合气体的湿度，通过这些参数，便可以确定某一特定工况下，管道中水蒸汽相对含量，并最终计算得到抽出的空气量，即整个真空系统各个负压部分漏入的空气量之和。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法，其特征在于：

(1)首先在凝汽器空气管上采用真空泵对机组的真空系统抽真空，使大部分水蒸汽凝结并疏出；

(2)在真空泵之后，安装测量流量、湿度、温度和压力的仪器，得到实测的上述参数，利用公式

计算系统漏入空气量，

式中，v、x、t、p分别为实侧的流量、湿度、湿度和压力，p_s为t温度下对应的饱和蒸汽的压力，S为抽气管道的横截面积，R为普适气体常数。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测方法，其特征在于，在步骤(2)之后，通过改变参数温度t、压力p、湿度x和/或流量v，进行多次模拟实验，将漏气量拟合成与温度t、压力p、湿度x和流量v相关的经验关联式G_干空气＝f(t，p，x，v)。

3.一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，其特征在于：在凝汽器抽空气管道上连接一真空泵，真空泵后的管道上加装有流量传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，其特征在于：所述温度传感器、压力传感器、流量传感器和湿度传感器依次相连。

5.根据权利要求3所述的一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，其特征在于：所述真空泵为水环式真空泵。

6.根据权利要求3或4所述的一种汽轮发电机组真空系统漏气量在线检测装置，其特征在于：在所述流量传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器后面的管道上设有截止阀。

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