CN102654064B - 一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽切换的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽平稳切换的控制方法，在PTA机组的双进汽冷凝式汽轮机中，将维持汽轮机组正常运行的两路新鲜蒸汽产生的能量折算为三路不同温度、压力等级副产蒸汽的能量，利用多个控制器分别采取不同的控制方式对三路不同压力等级的副产蒸汽进行压力/流量控制，同时顾及汽轮机流量与转速调节，实现与两路新鲜蒸汽的切换，确保机组运行稳定，降低新鲜蒸汽量的消耗，起到了节能减排的效果。

Description

一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽切换的控制方法

技术领域

本发明属于动力机械工程专业领域的一种控制方法。具体涉及一种双进汽冷凝式汽轮机新鲜蒸汽与副产蒸汽平稳切换的控制方法，该方法在单轴PTA机组的双进汽冷凝式汽轮机的生产过程中，当工艺副产蒸汽产生时，利用多个控制器以不同的控制方式将三路副产蒸汽投入汽轮机进气管道，将两路新鲜蒸汽切出汽轮机进气管道，并在此蒸汽切换过程中保证PTA汽轮机组的稳定运行，使副产蒸汽自产自销，并实现能量守恒，降低新鲜蒸汽量的消耗，达到节能减排。

背景技术

PTA装置是汽轮机、压缩机组与尾气透平三种设备串联布置在同一轴系上的机组，机组中的汽轮机属于双进汽冷凝式汽轮机，共有两路进汽管道，一路补汽管道。PTA机组启动时需有外供的新鲜蒸汽，在空压机与尾透均投用后，方可逐步切除外供新鲜蒸汽。在PTA机组的工艺生产过程中，会产生大量的副产蒸汽，回收越多副产蒸汽就意味着消耗越少的新鲜蒸汽，但副产蒸汽的回收会干扰整个机组正常运行，甚至造成停产。国外各厂家对不同的PTA工艺会采取不同的控制模式对副产蒸汽进行回收，但要引进国外厂家的控制工艺包，则必须花巨资购买他们的整套设备，这不仅限制了国内PTA市场的发展，而且给国内厂家带来了重负。如果选用国内设备，当不能很好掌握PTA制造工艺与控制技术时，副产蒸汽则会完全放空而浪费或者进行少量回收，大大浪费了可再生能源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽平稳切换的控制方法，利用多个控制器分别采取不同的控制方式对三路不同压力等级的副产蒸汽进行压力/流量控制，同时顾及汽轮机流量与转速调节，实现与两路新鲜蒸汽的切换，确保机组运行稳定，降低新鲜蒸汽量的消耗。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽平稳切换的控制方法，其特征在于，按照下列步骤实施：

在PTA装置的双进汽冷凝式汽轮机中，将维持汽轮机组正常运行的两路新鲜蒸汽产生的能量折算为三路不同温度、压力等级副产蒸汽的能量，即最低压力等级的1#副产蒸汽、高一级压力等级的2#副产蒸汽和最高一级压力等级的3#副产蒸汽；

将三路副产蒸汽的产汽量依据汽轮机管道进汽能力进行合理分配，将最低压力等级的1#副产蒸汽控制设计为流量控制，进入汽轮机补汽管道；

将高一级压力等级的2#副产蒸汽切换控制设计为压力控制，与其中一路新鲜蒸汽切换后进入汽轮机进汽管道；

将最高一级压力等级的3#副产蒸汽切换控制也设计为压力控制，与另一路新鲜蒸汽切换后进入汽轮机另一进汽管道；

当PTA装置产生副产蒸汽后，按照压力从低到高进行2#副产蒸汽与3#副产蒸汽的投入，2#副产蒸汽与3#副产蒸汽的切换顺序上选择先切入低压2#副产蒸汽；

而1#副产蒸汽不经过切换过程可直接投入汽轮机的补汽腔室，不发生与其余两路副产蒸汽的腔室混合，由于1#副产蒸汽的进入对汽轮机的转速波动影响较小，因此将它定为第一个投入汽轮机的副产蒸汽；

三路副产蒸汽的切换过程为：先将最低压力等级的1#副产蒸汽投入流量控制，将其引入汽轮机补汽管道，同时随着汽轮机转速升高，汽轮机调速阀逐步关小；

待机组运行稳定后，再将高一级压力等级的2#副产蒸汽投入压力控制，随时调整汽轮机流量控制调节阀，维持汽轮机转速正常；

最后，将最高一级压力等级的3#副产蒸汽投入压力控制，将其引入汽轮机进汽管道，继续调整汽轮机流量调节控制阀与转速调节控制阀，提高汽轮机进汽能力并保证转速调节可控范围；

三路副产蒸汽切入汽轮机腔室后，通过汽轮机做功，转换为机械能，各路副产蒸汽按照以上顺序进行切换，每路切换控制单元通过调整各自设定值而改变进入汽轮机的蒸汽流量，在切换过程中由于副产蒸汽所提供的能量与新鲜蒸汽所提供的能量不同，因此当汽轮机组转速波动时，汽轮机转速调节阀和流量控制调节阀同时参与相应的控制；

在汽轮机转速下降到额定值以下时，尽量开大汽轮机流量控制调节阀，为汽轮机转速调节阀留够足够的调节空间去控制机组转速，最终使压缩机组消耗的功率与汽轮机做功功率达到平衡，机组在蒸汽切换过程中平稳运行。

本发明的双进汽冷凝式汽轮机蒸汽平稳切换的控制方法，经申请人在国产首套PTA机组上应用表明，将不同温度与压力等级的蒸汽所能提供的能量与汽轮机做功所需的能量进行比对，具体分析了双进汽冷凝式汽轮机的结构与各路工艺副产蒸汽产生的压力和流量，设计了将维持汽轮机组正常运转的两路新鲜蒸汽平稳地切换为三路副产蒸汽的切换控制方案，弥补了国内首套PTA工艺蒸汽切换控制方案的缺陷，提高了副产蒸汽利用率，降低新鲜蒸汽量的消耗，实现节能减排，节省开支。

附图说明

图1是PTA机组的双进汽冷凝式汽轮机蒸汽切换系统简图。

图1中的标记分别表示：

PT101：1#低压副产蒸汽压力变送器，XV101：1#低压副产蒸汽切断阀，ZT101：1#低压副产蒸汽切断阀阀位变送器，PV101：1#低压副产蒸汽调节阀，ZT102：1#低压副产蒸汽调节阀阀位变送器；PT102：压力变送器，用于显示FT102补偿压力，TE102：热电阻，用于显示FT102补偿温度，FT102：1#低压副产蒸汽流量计，PT103：1#低压副产蒸汽切入压力变送器；

PT201：2#低压副产蒸汽压力变送器，XV201：2#低压副产蒸汽切断阀，ZSC201：2#低压副产蒸汽切断阀限位开关（关到位），ZSO201：2#低压副产蒸汽切断阀限位开关（开到位）；PT202：压力变送器，用于显示FT202补偿压力，TE202：热电阻，用于显示FT202补偿温度，FT202：2#低压副产蒸汽流量计，PV201：汽轮机流量调节阀；

PT301：3#低压副产蒸汽压力变送器，XV301：3#低压副产蒸汽切断阀，ZSC301：3#低压副产蒸汽切断阀限位开关（关到位）；ZSO301：3#低压副产蒸汽切断阀限位开关（开到位），PT302：压力变送器，用于显示FT302补偿压力；TE302：热电阻，用于显示FT302补偿温度，FT302：3#低压副产蒸汽流量计，PV301：汽轮机转速调节阀；

PV401：新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀，ZT401：新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀阀位变送器，PT401：新鲜蒸汽切入压力变送器；

PV501：新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀，ZT501：新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀阀位变送器；PT501：新鲜蒸汽切入压力变送器。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的用于双进汽冷凝式汽轮机新鲜蒸汽与副产蒸汽切换的控制方法，在PTA机组的双进汽冷凝式汽轮机中，将维持汽轮机组正常运行的两路新鲜蒸汽产生的能量折算为三路不同温度、压力等级副产蒸汽的能量，即最低压力等级的1#副产蒸汽、高一级压力等级的2#副产蒸汽和最高一级压力等级的3#副产蒸汽；

为了保证尽可能多地进行能量回收，将三路副产蒸汽的产汽量依据汽轮机管道进汽能力进行合理分配，将最低压力等级的1#副产蒸汽控制设计为流量控制，进入汽轮机补汽管道；

将高一级压力等级的2#副产蒸汽切换控制设计为压力控制，与其中一路新鲜蒸汽切换后进入汽轮机进汽管道；

将最高一级压力等级的3#副产蒸汽切换控制也设计为压力控制，与另一路新鲜蒸汽切换后进入汽轮机另一进汽管道。

当PTA机组产生副产蒸汽后，考虑到2#与3#副产蒸汽会在汽轮机进汽腔室进行混合，为了能将它们顺利切入，只能按照压力从低到高进行蒸汽的投入，因此在2#与3#副产蒸汽的切换顺序上选择先切入低压2#副产蒸汽；

而1#副产蒸汽不经过切换过程可直接投入汽轮机的补汽腔室，不发生与其余两路副产蒸汽的腔室混合，且1#副产蒸汽的进入对汽轮机的转速波动影响较小，因此将它定为第一个投入的副产蒸汽。

三路副产蒸汽的切换过程为：先将最低压力等级的1#副产蒸汽投入流量控制，将其引入汽轮机补汽管道，同时随着汽轮机转速升高，汽轮机调速阀逐步关小；

待机组运行稳定后，再将高一级压力等级的2#副产蒸汽投入压力控制，随时调整汽轮机流量控制调节阀，维持汽轮机转速正常；

最后，将最高一级压力等级的3#副产蒸汽投入压力控制，将其引入汽轮机进汽管道，继续调整汽轮机流量调节控制阀与转速调节控制阀，提高汽轮机进汽能力并保证转速调节可控范围。

三路副产蒸汽切入汽轮机腔室后，通过汽轮机做功，转换为机械能。各路副产蒸汽按照以上顺序进行切换，每路切换控制单元通过调整各自设定值而改变进入汽轮机的蒸汽流量，在切换过程中由于副产蒸汽所提供的能量与新鲜蒸汽所提供的能量不同，因此当汽轮机组转速波动时，汽轮机转速调节阀PV301和流量控制调节阀PV201也要参与相应的控制。

在汽轮机转速下降到额定值以下时，尽量开大流量控制调节阀PV201，为汽轮机调速阀PV301留够足够的调节空间去控制机组转速，最终使压缩机组消耗的功率与汽轮机做功功率达到平衡，机组在蒸汽切换过程中平稳运行。

以下发明人以某PTA机组为例，采用此双进汽冷凝式汽轮机蒸汽切换的控制方法后，不仅降低了新鲜蒸汽量的消耗，实现节能减排，节省开支，还可将剩余的其它副产蒸汽用于其它生产装置。

参见图1，首先介绍一下PTA机组的四路蒸汽以及副产蒸汽切换前各个设备的状态。

PTA装置是汽轮机、压缩机组与尾气透平三种设备串联布置在同一轴系上的机组，汽轮机上连接有新鲜蒸汽管路、最低压力等级的1#副产蒸汽、高一级压力等级的2#副产蒸汽和最高一级压力等级的3#副产蒸汽，以及凝气系统。

本实施例的控制中涉及了汽轮机的新鲜蒸汽和三种温度与压力等级的副产蒸汽，其中，新鲜蒸汽来自锅炉设备，主要用于在副产蒸汽投入前，维持汽轮机启动与运行，它是这几种蒸汽中温度与压力最高的蒸汽；而副产蒸汽是在氧化反应塔装置出口经换热产生，是生产化工原料的副产品，其中，1#低压副产蒸汽是副产蒸汽中温度和压力均最低的蒸汽，2#低压副产蒸汽的温度和压力高于1#低压副产蒸汽，3#低压副产蒸汽的温度和压力又高于2#低压副产蒸汽，是副产蒸汽中能量最高的蒸汽。

在1#~3#副产蒸汽还没投入时，相关管道阀门均为全关，其中包括1#低压副产蒸汽切断阀XV101，1#低压副产蒸汽调节阀PV101，2#低压副产蒸汽切断阀XV201与3#低压副产蒸汽切断阀XV301；此时汽轮机的正常运转依靠新鲜蒸汽维持，新鲜蒸汽通过新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀PV401（全开）与新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀PV501（全开）投入汽轮机两路进气管道，汽轮机转速由汽轮机转速调节阀PV301控制。

为了使副产蒸汽成功地切入汽轮机，并且保证整个切换过程平稳地进行，本发明设计了三步蒸汽切换程序，待副产蒸汽产生后，首先投入1#低压副产蒸汽，控制方式为自动流量控制；其次经切换投入2#低压副产蒸汽，控制方式为自动压力控制；最后将3#低压副产蒸汽切入汽轮机，控制方式也选用自动压力控制。

第一步，观察机组运行平稳后，当1#低压副产蒸汽压力变送器PT101的压力值达到了1#低压副产蒸汽设计压力值时，可将1#低压副产蒸汽投入汽轮机。

具体操作步骤如下：打开1#低压副产蒸汽切断阀XV101，同时将1#低压副产蒸汽调节阀PV101的流量调节控制器投入自动控制，逐渐提高流量控制器的设定值，1#低压副产蒸汽调节阀PV101慢速打开，1#副产蒸汽慢慢投入，可看到1#低压副产蒸汽流量计FT102的流量值也逐渐增大，随着汽轮机做功能力增强，汽轮机转速调节阀PV301自动慢慢关小，直到1#低压副产蒸汽调节阀PV101的调节阀阀位与1#低压副产蒸汽调节阀阀位变送器ZT102的值接近100%时，1#低压副产蒸汽完全投入。

第二步，等待机组运行一段时间，转速仍然平稳，当2#低压副产蒸汽压力变送器PT201的压力值达到了2#低压副产蒸汽设计压力值时，可将2#低压副产蒸汽投入汽轮机。具体操作步骤如下：

打开2#低压副产蒸汽切断阀XV201一定角度，同时将新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀PV401的压力切换控制器投入自动控制，逐渐降低压力控制器的设定值，2#低压副产蒸汽切换阀PV401慢速关阀，新鲜蒸汽切入压力变送器PT401的压力值慢慢降低，2#低压副产蒸汽流量计FT202的流量值相应减小。继续打开2#低压副产蒸汽切断阀XV201一定角度，提高流量控制器的输出值IP201，使汽轮机流量调节阀PV201慢慢开大。考虑到在进行此路副产蒸汽切换时，3#副产蒸汽调速控制器还承担着整个机组的转速调节功能，所以在整个蒸汽切换过程中应尽量增大汽轮机流量调节阀PV201的开度，从而提高汽轮机转速调节阀PV301的控制裕度，保证转速不会下降。反复以上操作，直到2#低压副产蒸汽切断阀XV201开到位信号ZSO201指示灯亮，新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀PV401的调节阀阀位ZT401的值接近0%时，2#低压副产蒸汽完全投入。

第三步，继续等待机组运行稳定，当压力变送器PT301的压力值达到了3#低压副产蒸汽设计压力值时，可将3#低压副产蒸汽投入汽轮机。具体操作步骤如下：

打开3#低压副产蒸汽切断阀XV301一定角度，同时将新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀PV501的压力切换控制器投入自动控制，逐渐降低压力控制器的设定值，新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀PV501慢速关阀，新鲜蒸汽切入压力变送器PT501的压力值慢慢降低，流量计FT302的流量值相应减小。继续打开3#低压副产蒸汽切断阀XV301一定角度，为了避免转速控制器输出增大后导致汽轮机转速调节能力降低，则继续提高流量控制器的输出值IP201，使汽轮机流量调节阀PV201慢慢开大，保证首先通过开大汽轮机流量调节阀PV201，增大进汽量，转速调节器则会自动调整汽轮机转速调节阀PV301的开度保证转速稳定。反复以上操作，直到3#低压副产蒸汽切断阀XV301开到位信号ZSO301指示灯亮，新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀PV501的调节阀阀位ZT501的值接近0%时，3#低压副产蒸汽完全投入。至此，双进汽冷凝式汽轮机新鲜蒸汽与副产蒸汽平稳切换结束。

申请人在国产首套PTA装置上对采用上述双进汽冷凝式汽轮机新鲜蒸汽与副产蒸汽平稳切换方法进行了多次验证，证明了该方法安全可靠，避免了蒸汽切换对汽轮机做功能力的影响，确保了机组的稳定运行，同时也充分利用了工艺副产蒸汽，降低了新鲜蒸汽量的消耗量，起到了节能减排的效果。

Claims (2)

1.一种双进汽冷凝式汽轮机蒸汽平稳切换的控制方法，其特征在于，按照下列步骤实施：

在PTA装置的双进汽冷凝式汽轮机中，将维持汽轮机组正常运行的两路新鲜蒸汽产生的能量折算为三路不同温度、压力等级副产蒸汽的能量，即最低压力等级的1#低压副产蒸汽、高一级压力等级的2#低压副产蒸汽和最高一级压力等级的3#低压副产蒸汽；

在1#～3#副产蒸汽还没投入时，相关管道阀门均为全关，其中包括1#低压副产蒸汽切断阀(XV101)，1#低压副产蒸汽调节阀(PV101)，2#低压副产蒸汽切断阀(XV201)与3#低压副产蒸汽切断阀(XV301)；此时汽轮机的正常运转依靠新鲜蒸汽维持，新鲜蒸汽通过2#低压副产蒸汽切换阀(PV401)与3#低压副产蒸汽切换阀(PV501)经两路进汽管道投入汽轮机，汽轮机转速由汽轮机转速调节阀(PV301)控制；

待副产蒸汽产生后，首先投入1#低压副产蒸汽，控制方式为自动流量控制；其次经切换投入2#低压副产蒸汽，控制方式为自动压力控制；最后将3#低压副产蒸汽切入汽轮机，控制方式也选用自动压力控制；具体切换如下：

第一步，机组运行平稳后，当1#低压副产蒸汽压力变送器(PT101)的压力值达到了1#低压副产蒸汽设计压力值时，将1#低压副产蒸汽投入汽轮机；具体操作步骤如下：打开1#低压副产蒸汽切断阀(XV101)，同时将1#低压副产蒸汽调节阀(PV101)的流量调节控制器投入自动控制，逐渐提高该流量调节控制器的设定值，1#低压副产蒸汽调节阀(PV101)打开，1#低压副产蒸汽投入，1#低压副产蒸汽流量计(FT102)的流量值也增大，随着汽轮机做功能力增强，汽轮机转速调节阀(PV301)自动关小，直到1#低压副产蒸汽调节阀(PV101)的调节阀阀位与1#低压副产蒸汽调节阀阀位变送器(ZT102)的值接近100％时，1#低压副产蒸汽完全投入；

第二步，等待机组运行平稳，当2#低压副产蒸汽压力变送器(PT201)的压力值达到了2#低压副产蒸汽设计压力值时，可将2#低压副产蒸汽投入汽轮机；具体操作步骤如下：

打开2#低压副产蒸汽切断阀(XV201)一定角度，同时将新鲜蒸汽与2#低压副产蒸汽切换阀(PV401)的压力切换控制器投入自动控制，逐渐降低该压力切换控制器的设定值，2#低压副产蒸汽切换阀(PV401)关阀，新鲜蒸汽切入2#低压副产蒸汽管路的新鲜蒸汽压力变送器(PT401)的压力值降低，2#低压副产蒸汽流量计(FT202)的流量值相应减小；

继续打开2#低压副产蒸汽切断阀(XV201)一定角度，提高2#低压副产蒸汽调节阀(PV201)的流量控制器(IP201)的输出值，使汽轮机流量调节阀(PV201)开大；

在整个蒸汽切换过程中增大汽轮机流量调节阀(PV201)的开度，从而提高汽轮机转速调节阀(PV301)的控制裕度，保证转速不会下降；

反复以上操作，直到2#低压副产蒸汽完全投入；

第三步，继续等待机组运行稳定，当3#低压副产蒸汽压力变送器(PT301)的压力值达到了3#低压副产蒸汽设计压力值时，可将3#低压副产蒸汽投入汽轮机；具体操作步骤如下：

打开3#低压副产蒸汽切断阀(XV301)一定角度，同时将新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀(PV501)的压力切换控制器投入自动控制，逐渐降低该压力切换控制器的设定值，新鲜蒸汽与3#低压副产蒸汽切换阀(PV501)关阀，新鲜蒸汽切入3#低压副产蒸汽管路的新鲜蒸汽压力变送器(PT501)的压力值降低，3#低压副产蒸汽流量计(FT302)的流量值相应减小；

继续打开3#低压副产蒸汽切断阀(XV301)一定角度，为了避免转速控制器输出增大后导致汽轮机转速调节能力降低，则继续提高2#低压副产蒸汽调节阀(PV201)的流量控制器(IP201)的输出值，使汽轮机流量调节阀(PV201)开大，保证首先通过开大汽轮机流量调节阀(PV201)，增大进汽量，转速控制器则会自动调整汽轮机转速调节阀(PV301)的开度保证转速稳定；

反复以上操作，直到3#低压副产蒸汽完全投入。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的PTA装置为汽轮机、压缩机组与尾气透平三种设备串联布置在同一轴系上的机组。