CN104234752B - 膨胀机压差发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了膨胀机压差发电系统，包括进汽总管、排汽总管、设置在进、排汽总管之间的第一和第二支路、旁路、检测装置和控制器。第一、第二支路相互并联。第一支路包括减温减压调节阀；第二支路包括依次相连的速关阀、膨胀机调节阀和膨胀机。旁路包括依次相连的速开阀和旁通调节阀。检测装置用于实时检测膨胀机调节阀的进口压力、出口压力、进口温度以及膨胀机的转速。控制器用于使速开阀在膨胀机运行时处于关闭状态，使旁通调节阀在膨胀机运行时其开度跟随膨胀机的流量成正比例变化，使速开阀在膨胀机停机时打开。本发明还公开了膨胀机压差发电系统的控制方法。本发明可在膨胀机停机时，减少后续管道的介质压力和介质流量的波动。

Description

膨胀机压差发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及膨胀机压差发电系统及其控制方法。

背景技术

随着工业的快速发展，节能问题越来越受到人们的关注。利用膨胀机回收化工、冶金、建材和电力等行业工艺过程中的能量，不仅可以提高能源利用率，而且还对环境起到了保护作用。膨胀机主要处理的介质为饱和蒸汽、汽水两相、高压介质气以及一些有机介质，其可应用在减温减压装置中。在膨胀机回收余压余热的同时，当其出现问题需紧急停机时，如何减少后续管道的介质压力和介质流量的波动，一直是困扰本领域技术人员的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种膨胀机压差发电系统及其控制方法，其可以在膨胀机停机时，减少后续管道的介质压力和介质流量的波动。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

膨胀机压差发电系统，包括进汽总管、排汽总管、以及设置在所述进汽总管与排汽总管之间的第一支路和第二支路，该第一支路与第二支路相互并联；第一支路包括减温减压调节阀，该减温减压调节阀的入口与进汽总管连通，减温减压调节阀的出口与排汽总管连通；第二支路包括依次相连的速关阀、膨胀机调节阀和膨胀机；其特点在于，该膨胀机压差发电系统还包括：

旁路，该旁路包括依次相连的速开阀和旁通调节阀，速开阀的入口与进汽总管连通，旁通调节阀的出口与排汽总管连通；

检测装置，用于实时检测所述膨胀机调节阀的进口压力、膨胀机调节阀的出口压力、膨胀机调节阀的进口温度和膨胀机的转速；

控制器，用于接收速开阀、速关阀、膨胀机调节阀和旁通调节阀反馈的阀门状态信号以及所述检测装置发送的检测结果，控制速开阀、速关阀、膨胀机调节阀和旁通调节阀的工作，使速开阀在膨胀机运行时处于关闭状态，使旁通调节阀在膨胀机运行时其开度跟随膨胀机的流量成正比例变化，使速开阀在膨胀机停机时打开。

本发明还公开了一种上述的膨胀机压差发电系统的控制方法，其特点在于，

在运行膨胀机之前，控制器根据速开阀和旁通调节阀反馈的阀门状态信号判断速开阀是否处于全关位置和旁通调节阀的开度是否为零；如果速开阀处于全关位置，则控制器控制速关阀和膨胀机调节阀开启；如果速开阀未处于全关位置，旁通调节阀的开度为零，则控制器先控制速开阀全关，然后控制速关阀和膨胀机调节阀开启，如果速开阀未处于全关位置，旁通调节阀的开度不为零，则控制器先控制旁通调节阀的开度为零，之后控制速开阀全关，然后再控制速关阀和膨胀机调节阀开启；

在膨胀机运行时，该控制器实时控制旁通调节阀的开度跟随膨胀机的流量成正比例变化；

在膨胀机停机时，该控制器保持旁通调节阀的开度不变，同时控制速开阀打开，然后以排汽总管压力作为过程变量、通过背压PID的方式控制旁通调节阀的开度。

本发明至少具有以下优点：

1、采用本发明的技术方案，一旦膨胀机停止工作，控制器将本应由膨胀机流向后续管网的介质由该旁路通过；由于控制器在膨胀机运行时根据第二支路流过的流量实时调节旁路的旁通调节阀阀门开度，介质通过旁路时，有预设开度的旁通调节阀可以减少后续管道的介质压力和介质流量的波动，且迅速恢复稳定，从而不会对后续工艺造成不良影响；

2、因旁路设有速开阀，当第二支路出现问题或进行检修时，可以迅速将介质切换到旁路上，通过旁路进行介质输送；

3、膨胀机可替代现有技术中的减温减压装置，不仅可以达到原有的减温减压效果，还能够回收由原减温减压装置浪费掉的压力能与热能，产生电能。

附图说明

图1是根据本发明螺杆膨胀机压差发电系统的一个实施例的结构示意图。

图2示出了根据本发明螺杆膨胀机压差发电系统的一个实施例的控制器的控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

请参考图1。根据本发明一实施例的膨胀机压差发电系统包括进汽总管100、排汽总管200、设置在所述进汽总管与排汽总管之间的第一支路1和第二支路2、旁路3、检测装置4和控制器5。第一支路1与第二支路2相互并联。第一支路1包括减温减压调节阀11，该减温减压调节阀11的入口与进汽总管连通，减温减压调节阀11的出口与排汽总管连通。第二支路2包括通过管路依次相连的入口截止阀21、速关阀22、膨胀机调节阀23、螺杆膨胀机24、单向阀25和出口截止阀26。旁路3包括依次相连的速开阀37和旁通调节阀38，速开阀37的入口与入口截止阀21的出口连通，旁通调节阀38的出口与出口截止阀26的入口连通。

请结合图2所示。检测装置4包括用于检测膨胀机调节阀23的进口压力的进汽压力传感器41、用于检测膨胀机调节阀23的出口压力的第一排汽压力传感器42、用于检测排汽总管200的排汽压力的第二排汽压力传感器43、用于检测膨胀机调节阀23的进口温度的进口温度传感器44和用于检测螺杆膨胀机的转速的转速传感器45。控制器5用于接收速开阀37、速关阀22、膨胀机调节阀23和旁通调节阀38反馈的阀门状态信号以及检测装置4发送的检测结果，控制速开阀37、速关阀22、膨胀机调节阀23和旁通调节阀38的工作；使速开阀37在螺杆膨胀机24运行时处于关闭状态；使旁通调节阀38在螺杆膨胀机运行时其开度跟随螺杆膨胀机24的流量成正比例变化，在螺杆膨胀机24的流量增大时，旁通调节阀38的开度也增大，在螺杆膨胀机24的流量减小时，旁通调节阀38的开度也减小；使速开阀37在螺杆膨胀机停机时打开。在螺杆膨胀机24的整个运行过程中，旁通管线无介质通过，但旁通调节阀38的开度一直随着通过螺杆膨胀机的介质流量的变化而变化，一旦螺杆膨胀机24发生故障停机，本应由螺杆膨胀机流向排汽总管的介质由旁路流向排汽总管。这样的话，有预设开度的旁通调节阀38可以减少后续管道的介质压力和介质流量的波动，较佳的是，控制器5采用PLC控制器。

在一个优选的实施例中，控制器5在螺杆膨胀机24运行时根据进汽压力传感器41、第一排汽压力传感器42和进口温度传感器44的检测结果，按照以下公式计算出旁通调节阀38的行程并控制控制旁通调节阀38的开度：

$\frac{1}{L}=1-\frac{{\log }_{10}M}{{\log }_{10}R}$

其中，为旁通调节阀38的行程，C_v额为旁通调节阀38的流量参数额定值，C_v为旁通调节阀38的流量参数实际计算值；R为旁通调节阀38的可调比，C_v额和R均为购买阀门时就可以获得的参数；

当 $\mathrm{\&Delta;P}<P_1/2$ 时， $C_V=\frac{\mathrm{wk}}{13.67\sqrt{\mathrm{\&Delta;P}(P_1+P_2)}}$

当 $\mathrm{\&Delta;P}\&GreaterEqual;P_1/2$ 时， $C_V=\frac{\mathrm{wk}}{11.9P_1}$

w为通过螺杆膨胀机24的介质流量；k＝1+0.0013Δt，Δt为流过膨胀机调节阀24的介质的过热度，该过热度可以根据进汽压力传感器41测得进汽压力和进口温度传感器44测得的进口温度通过已知的公式计算出来；P₁为膨胀机调节阀23的进口压力，P₂为膨胀机调节阀23的出口压力，ΔP＝P₁-P₂。根据膨胀机调节阀24的进口压力、出口压力、介质过热度Δt、开度可调比R、流量参数额定值C_v额根据上面的公式可以反求出螺杆膨胀机24的介质流量。采用该调节方式，可以根据阀门本身的特性参数调节阀门的开度，因而能取得更佳的调节效果。

更优选地，控制器5在螺杆膨胀机24停机时保持旁通调节阀38的开度不变，并控制速开阀37打开，以排汽总管压力作为过程变量、通过背压PID的方式控制旁通调节阀38的开度，以进一步保持后续管网压力稳定，减少因停机对后续管网的影响。

在另一种实施方式中，控制器3可以根据螺杆膨胀机24的进口压力、螺杆膨胀机24的出口压力、螺杆膨胀机24的进口温度、螺杆膨胀机24的出口温度、螺杆膨胀机的转速和螺杆膨胀机输出的电功率，通过已有的公式计算得到螺杆膨胀机24的介质流量。上述参数可以通过相应的检测装置获得。

本发明还公开了一种膨胀机压差发电系统的控制方法，其中：

在运行螺杆膨胀机之前，控制器5根据速开阀37和旁通调节阀38反馈的阀门状态信号判断速开阀37是否处于全关位置和旁通调节阀38的开度是否为零；如果速开阀37处于全关位置，则控制器5控制速关阀22和膨胀机调节阀23开启；如果速开阀37未处于全关位置，旁通调节阀38的开度为零，则控制器5先控制速开阀37全关，然后控制速关阀22和膨胀机调节阀23开启，如果速开阀未处于全关位置，旁通调节阀的开度不为零，则控制器先控制旁通调节阀的开度为零，之后控制速开阀全关，然后再控制速关阀22和膨胀机调节阀23开启；如此，随着膨胀机前面的膨胀机调节阀不断地打开，螺杆膨胀机24就会慢慢启动，以便更好地控制螺杆膨胀机的进气量；

在螺杆膨胀机24运行时，控制器5实时控制旁通调节阀38的开度跟随螺杆膨胀机24的流量成正比例变化；

在螺杆膨胀机24停机时(当PLC控制器执行连锁停机或人工停机时，表明螺杆膨胀机为停机状态)，控制器5保持旁通调节阀38的开度不变，同时控制速开阀22打开，然后以排汽总管压力作为过程变量、通过背压PID的方式控制旁通调节阀的开度。

Claims (10)

1.膨胀机压差发电系统，包括进汽总管、排汽总管、以及设置在所述进汽总管与排汽总管之间的第一支路和第二支路，该第一支路与第二支路相互并联；所述的第一支路包括减温减压调节阀，该减温减压调节阀的入口与进汽总管连通，减温减压调节阀的出口与排汽总管连通；所述的第二支路包括依次相连的速关阀、膨胀机调节阀和膨胀机；其特征在于，该膨胀机压差发电系统还包括：

旁路，该旁路包括依次相连的速开阀和旁通调节阀，所述速开阀的入口与所述进汽总管连通，所述旁通调节阀的出口与所述排汽总管连通；

检测装置，用于实时检测所述膨胀机调节阀的进口压力、所述膨胀机调节阀的出口压力、所述膨胀机调节阀的进口温度和所述膨胀机的转速；

控制器，用于接收所述速开阀、速关阀、膨胀机调节阀和旁通调节阀反馈的阀门状态信号以及所述检测装置发送的检测结果，控制所述速开阀、速关阀、膨胀机调节阀和旁通调节阀的工作，使速开阀在膨胀机运行时处于关闭状态，使旁通调节阀在膨胀机运行时其开度跟随膨胀机的流量成正比例变化，使速开阀在膨胀机停机时打开。

2.如权利要求1所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述控制器在膨胀机运行时根据所述检测装置的检测结果，按照以下公式计算出所述旁通调节阀的行程并控制控制旁通调节阀的开度：

$\frac{1}{L}=1-\frac{{\log }_{10}M}{{\log }_{10}R}$

其中，为旁通调节阀的行程，C_v额为所述旁通调节阀的流量参数额定值，C_v为所述旁通调节阀的流量参数实际计算值；R为所述旁通调节阀的可调比；

当ΔP＜P₁/2时， $C_v=\frac{wk}{13.67\sqrt{\mathrm{\&Delta;}P(P_1+P_2)}}$

当ΔP≥P₁/2时，

w为通过膨胀机的介质流量；k＝1+0.0013Δt，Δt为流过膨胀机调节阀的介质的过热度；P₁为膨胀机调节阀的进口压力，P₂为膨胀机调节阀的出口压力，ΔP＝P₁-P₂。

3.如权利要求1或2所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述的控制器用于在膨胀机停机时保持旁通调节阀的开度不变，并控制所述速开阀打开，以排汽总管压力作为过程变量、通过背压PID的方式控制所述旁通调节阀的开度。

4.如权利要求1所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述的检测装置还用于检测所述排汽总管的排汽压力。

5.如权利要求4所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述的检测装置包括用于检测所述膨胀机调节阀的进口压力的进汽压力传感器、用于检测所述膨胀机调节阀的出口压力的第一排汽压力传感器、用于检测所述排汽总管的排汽压力的第二排汽压力传感器、用于检测所述膨胀机调节阀的进口温度的进口温度传感器和用于检测所述膨胀机的转速的转速传感器。

6.如权利要求1所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器。

7.如权利要求1所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，在所述速关阀的入口与所述的进汽总管之间串联了一个入口截止阀，在所述膨胀机的出口与所述的排汽总管之间串联了一个出口截止阀，在所述膨胀机的出口与出口截止阀之间还串联了一个单向阀；

所述速开阀的入口与所述入口截止阀的出口连通，旁通调节阀的出口与所述出口截止阀的入口连通。

8.如权利要求7所述的膨胀机压差发电系统，其特征在于，所述的膨胀机为螺杆膨胀机。

9.一种如权利要求1所述的膨胀机压差发电系统的控制方法，其特征在于，

在运行膨胀机之前，控制器根据速开阀和旁通调节阀反馈的阀门状态信号判断速开阀是否处于全关位置和旁通调节阀的开度是否为零；如果速开阀处于全关位置，则控制器控制速关阀和膨胀机调节阀开启；如果速开阀未处于全关位置，旁通调节阀的开度为零，则控制器先控制速开阀全关，然后控制速关阀和膨胀机调节阀开启，如果速开阀未处于全关位置，旁通调节阀的开度不为零，则控制器先控制旁通调节阀的开度为零，之后控制速开阀全关，然后再控制速关阀和膨胀机调节阀开启；

在膨胀机运行时，该控制器实时控制所述旁通调节阀的开度跟随膨胀机的流量成正比例变化；

在膨胀机停机时，该控制器保持旁通调节阀的开度不变，同时控制所述速开阀打开，然后以排汽总管压力作为过程变量、通过背压PID的方式控制所述旁通调节阀的开度。

10.如权利要求9所述的膨胀机压差发电系统的控制方法，其特征在于，

所述控制器在膨胀机运行时根据所述检测装置的检测结果，按照以下公式计算出所述旁通调节阀的行程并控制控制旁通调节阀的开度：

$\frac{1}{L}=1-\frac{{\log }_{10}M}{{\log }_{10}R}$

其中，为旁通调节阀的行程，C_v额为所述旁通调节阀的流量参数额定值，C_v为所述旁通调节阀的流量参数实际计算值；R为所述旁通调节阀的可调比；

当ΔP＜P₁/2时， $C_v=\frac{wk}{13.67\sqrt{\mathrm{\&Delta;}P(P_1+P_2)}}$

当ΔP≥P₁/2时，

w为通过膨胀机的介质流量；k＝1+0.0013Δt，Δt为流过膨胀机调节阀的介质的过热度；P₁为膨胀机调节阀的进口压力，P₂为膨胀机调节阀的出口压力，ΔP＝P₁-P₂。