CN107621526A - 一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统及方法，该系统包括水质、凝汽器管附着物、药剂处理配方信息和设备材质，结构数据四类采集模块，上述各模块分别与水质、附着物、药剂处理配方及设备材质，结构分析模块连接，然后通过数据层模块、特征层数据处理模块与决策层模块连接；该方法包括：采集水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息；分别对各采集模块采集的数据进行分析处理；对病态数据进行剔除；对分析数据进行特征量的提取；进行专家系统的综合分析和判断。本发明综合腐蚀和结垢情况，给出结垢的分析与解决方案，保障锅炉给水水质，保障循环冷却水系统长期、高效、经济运行。

Description

一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电厂循环冷却水处理技术领域，特别是一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统及方法。

背景技术

随着火力发电厂机组水平的提高，对其循环冷却水系统也提出了更高的要求，循环水如处理不当，不仅会增加运行成本，还会导致系统结垢、腐蚀等风险，危及热力系统的安全运行。

循环冷却水在使用过程中，由于水不断蒸发而浓缩，随补充水带入系统的各种有机物、泥沙、各种盐类等杂质的含量会逐渐升高，再加上细菌和藻类的繁殖，使循环水呈现出较强的污染性。在这种水质条件下，凝汽器管内容易形成各种附着物。这些附着物的导热性较差，会造成凝汽器的真空度降低等问题，从而影响汽轮机的出力和运行的经济性。如果凝汽器管的表面有附着物生成，则有引起凝汽器管沉积物下的腐蚀的可能，腐蚀严重时，会造成管的穿孔，使冷却水漏入凝结水中，污染凝结水水质，影响锅炉的安全运行。随着水的浓缩，水中的低溶解度盐会析出并以垢的形式附着在凝汽器管的表面。垢的形成同样会影响凝汽器的传热效率，进而影响汽轮机的输出功率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统及方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统，该系统包括分别采集循环冷却水水质和补充水源水质数据的水质采集模块、凝汽器管附着物信息采集模块、药剂处理配方信息采集模块和设备材质，结构数据采集模块，所述水质采集模块与水质分析模块及附着物分析模块连接，将采集的水质信息传入水质分析模块及附着物分析模块，所述凝汽器管附着物信息采集模块与附着物分析模块连接，将采集的凝汽器附着物信息送入附着物分析模块，所述药剂处理配方信息采集模块与药剂处理配方分析模块连接，将药剂处理配方信息送入药剂处理配方分析模块，所述设备材质，结构数据采集模块与设备材质，结构分析模块连接，将采集到的换热设备材质，结构信息送入设备材质，结构分析模块，所述水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块均与数据层模块连接，在数据层模块内将获得的水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除，数据层模块与特征层数据处理模块连接，特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，特征层数据处理模块与决策层模块连接，决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出，并参与运行调节。

一种上述的循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统的分析控制方法，包括步骤如下：

步骤一，利用水质采集模块、凝汽器管附着物信息采集模块、药剂处理配方信息采集模块和设备材质、结构数据采集模块采集水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息；

步骤二，分别利用水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块对采集的数据进行处理，具体包括：

(1)水质分析及控制

对于碳钢材质，氯离子浓度应<500mg/L；对于不锈钢材质，氯离子浓度应控制在DL/T712规定值以下，同时pH值控制在8.0-9.0之间；

(2)凝汽器管附着物生成分析与控制

通过以下几方面的异常来判断是否有附着物生成及生成附着物的倾向，

①管内水流阻力升高，水流量减小，判断为有附着物生成及生成附着物的倾向；

②出口冷却水和其蒸气侧的温差增大；温差正常范围3-5℃，温差>5℃，判断为有附着物生成及生成附着物的倾向，随着附着物生成量增大温差随之增大；

③从水质方面分析与控制；结合循环水结垢公式进行判断，通过将采集水质信息代入以下公式快速判断循环水是否结垢：

式中c_X,Cl——循环水中Cl^-含量，mg/L；

c_B,Cl——补充水中Cl^-含量，mg/L；

c_X,Ca——循环水中Ca²⁺含量，mg/L；

c_B,Ca——补充水中Ca²⁺含量，mg/L；

如果上述公式成立，则循环水结垢条件成立，应马上补入新水，使上述公式差值≧0.2；

(3)药剂处理配方信息分析及处理

首先在药剂处理配方分析模块内存储关于药剂处理配方的大数据信息，收录大量火电厂常用的水质稳定剂的阻垢缓蚀性能评定结果，根据电厂实际设备情况、水质情况及所选水质稳定剂的性能推算极限碳酸盐硬度值和均匀腐蚀速率，在循环水产生极限碳酸盐硬度值之前和产生破坏性腐蚀之前补入新水；

(4)换热设备材质、设备结构分析

首先在设备材质，结构分析模块中存储大量各种耐腐蚀换热器材质，结构的物理性质和化学性质所对应的耐腐蚀性能，根据已经得到的水质分析结果、及药剂处理配方结果，找出适用于此特定条件下的设备材质，结构；

步骤三，利用数据层模块将获得的水质信息、设备材质结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除；

步骤四，利用特征层数据处理模块对数据层模块上传的分析数据进行特征量的提取；

步骤五，利用决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出，并参与补充水运行调节。

而且，所述步骤一中采集的水质信息具体包括：阴离子浓度、pH和溶解气体浓度信息；所述步骤一中凝汽器附着物信息具体包括：循环水泵压力信息、出口冷却水和蒸汽侧温度信息以及水质结垢信息；所述步骤一中设备材质，结构信息具体包括：换热器设备材质，结构的物理性质和化学性质信息。

而且，在所述步骤一中步骤(1)的水质分析及控制过程中按照ClO₄ ^-、Cl^-、SO₄ ^2-、CH3COO^-到NO₃ ^-的重要程度顺序密切关注循环冷却水中各类阴离子的含量，同时按照O₂、CO₂、H₂S和Cl₂的重要程度顺序密切关注循环冷却水中各类气体的含量。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过采集循环冷却水和补充水水源阴离子浓度、pH和溶解气体浓度、药剂处理配方信息并结合设备材质结构信息，判断系统腐蚀速率，通过采集凝汽器管附着物信息可判断系统结垢情况，综合系统腐蚀和结垢情况，给出保障系统安全、经济运行的最优浓缩倍率。

2、本发明根据火电厂循环冷却水系统腐蚀结垢的实际情况，利用信息融合技术，对影响腐蚀结垢的各个因素进行数据分析与融合处理，实现了火电厂循环冷却水系统腐蚀结垢的可能性作出合理的评估，并针对各个影响因素的诊断，给出需要作出调整因素的处理方法以预防腐蚀结垢的发生。同时还可指导发电厂控制合理的浓缩倍率、保障锅炉给水水质，保障循环冷却水水系统长期、高效、经济运行。

附图说明

图1是本发明系统的模块结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明实例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统，如图1所示，该系统包括分别采集循环冷却水水质和补充水源水质数据的水质采集模块1、凝汽器管附着物信息采集模块2、药剂处理配方信息采集模块3和设备材质、结构数据采集模块4，所述水质采集模块与水质分析模块5及附着物分析模块6连接，将采集的水质信息传入水质分析模块及附着物分析模块，所述凝汽器管附着物信息采集模块与附着物分析模块连接，将采集的凝汽器附着物信息送入附着物分析模块，所述药剂处理配方信息采集模块与药剂处理配方分析模块7连接，将药剂处理配方信息送入药剂处理配方分析模块，所述设备材质、结构数据采集模块与设备材质，结构分析模块8连接，将采集到的换热设备材质，结构信息送入设备材质，结构分析模块，所述水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块均与数据层模块9连接，在数据层模块内将获得的水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除，数据层模块与特征层数据处理模块10连接，特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，特征层数据处理模块与决策层模块11连接，决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出并参与运行调节。

一种上述循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统的分析控制方法，包括步骤如下：

步骤一，利用水质采集模块、凝汽器管附着物信息采集模块、药剂处理配方信息采集模块和设备材质、结构数据采集模块采集水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息；

其中，所述采集的水质信息具体包括：阴离子浓度、pH和溶解气体浓度信息。

其中，所述凝汽器附着物信息具体包括：循环水泵压力信息、出口冷却水和蒸汽侧温度信息以及水质结垢信息。

其中，所述设备材质，结构信息具体包括：换热器设备材质，结构的物理性质和化学性质信息。

步骤二，分别利用水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块对采集的数据进行处理，具体包括：

(1)水质分析及控制

循环冷却水氯离子浓度，对于碳钢，氯离子浓度应<500mg/L；对于不锈钢，氯离子浓度应控制在DL/T712规定值以下。此外，pH较高有利于防腐，但也增加了结垢倾向，因此pH适宜范围为8.0-9.0，循环冷却水中的阴离子种类与金属的腐蚀速率具有密切关系，有如下顺序：

ClO₄ ^->Cl^->SO₄ ^2->CH3COO^->NO₃ ^-

此外，循环冷却水中O₂、CO₂、H₂S和Cl₂浓度也会表征金属腐蚀速率；

(2)凝汽器管附着物生成分析与控制

凝汽器在运行中是密闭的，无法直接观察管内是否已有附着物，附着物在形成之初往往没有任何异常，一旦凝汽器的真空度和汽轮机的出力受到影响，换热面的污染已经非常严重了，因此在运行中其是否有附着物生成及生成附着物的倾向可通过以下几方面的异常来判断。

①管内水流阻力升高，水流量减小；如冷却系统已有附着物，它的水流阻力必然增大，所以当采集的循环水泵的压力不变时，冷却水流量就减少；

②温差增大；由于附着物的传热性差，如在冷却系统内有附着物生成，会使出口冷却水和其蒸气侧的温差增大，温差正常范围3-5℃，有附着物生成时温差>5℃，随着附着物生成量增大温差随之增大；

③从水质方面分析与控制；结合循环水结垢公式进行判断，通过将采集水质信息代入以下公式快速判断循环水是否结垢：

式中c_X,Cl——循环水中Cl^-含量，mg/L；

c_B,Cl——补充水中Cl^-含量，mg/L；

c_X,Ca——循环水中Ca²⁺含量，mg/L；

c_B,Ca——补充水中Ca²⁺含量，mg/L；

如果上述公式成立，则循环水结垢条件成立，应马上补入新水，使上述公式差值≧0.2；

(3)药剂处理配方信息分析及处理

首先在药剂处理配方分析模块内存储关于药剂处理配方的大数据信息，收录大量火电厂常用的水质稳定剂的阻垢缓蚀性能评定结果，根据电厂实际设备情况、水质情况及所选水质稳定剂的性能推算极限碳酸盐硬度值和均匀腐蚀速率，在循环水产生极限碳酸盐硬度值之前和产生破坏性腐蚀之前补入新水，也可将线下模拟现场条件进行的水质稳定剂的阻垢缓蚀性能测定数据编入药剂处理配方分析模块，为后续决策层模块综合分析提供参考信息；

(4)换热设备材质、设备结构分析

分析设备材质，结构信息，为了控制循环冷却水系统中凝汽器的腐蚀，经常使用一些耐腐蚀金属材料，各种耐腐蚀换热器因其组成材料的物理性质和化学性质的不同而具有不同的耐腐蚀性能，因此根据已经得到的水质分析结果、及药剂处理配方结果，找出适用于此特定条件下的设备材质，结构。

步骤三，利用数据层模块将获得的水质信息、设备材质结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除；

步骤四，利用特征层数据处理模块对数据层模块上传的分析数据进行特征量的提取；

步骤五，决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出，并参与补充水运行调节。

其中，循环冷却水的浓缩倍数根据补充水水质、循环冷却水水质控制指标、药剂处理配方和换热设备材质等因素，进行技术经济比较，并参考类似工程的运行经验，通过大数据判断来确定。

Claims (4)

1.一种循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统，其特征在于：该系统包括分别采集循环冷却水水质和补充水源水质数据的水质采集模块、凝汽器管附着物信息采集模块、药剂处理配方信息采集模块和设备材质，结构数据采集模块，所述水质采集模块与水质分析模块及附着物分析模块连接，将采集的水质信息传入水质分析模块及附着物分析模块，所述凝汽器管附着物信息采集模块与附着物分析模块连接，将采集的凝汽器附着物信息送入附着物分析模块，所述药剂处理配方信息采集模块与药剂处理配方分析模块连接，将药剂处理配方信息送入药剂处理配方分析模块，所述设备材质，结构数据采集模块与设备材质，结构分析模块连接，将采集到的换热设备材质，结构信息送入设备材质，结构分析模块，所述水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块均与数据层模块连接，在数据层模块内将获得的水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除，数据层模块与特征层数据处理模块连接，特征层数据处理模块对经过数据层模块处理后数据进行特征量的提取，特征层数据处理模块与决策层模块连接，决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出，并参与运行调节。

2.一种如权利要求1所述的循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统的分析控制方法，其特征在于包括步骤如下：

步骤一，利用水质采集模块、凝汽器管附着物信息采集模块、药剂处理配方信息采集模块和设备材质、结构数据采集模块采集水质信息、设备材质，结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息；

步骤二，分别利用水质分析模块、附着物分析模块、药剂处理配方分析模块及设备材质，结构分析模块对采集的数据进行处理，具体包括：

(1)水质分析及控制

对于碳钢材质，氯离子浓度应<500mg/L；对于不锈钢材质，氯离子浓度应控制在DL/T712规定值以下，同时pH值控制在8.0-9.0之间；

(2)凝汽器管附着物生成分析与控制

通过以下几方面的异常来判断是否有附着物生成及生成附着物的倾向，

①管内水流阻力升高，水流量减小，判断为有附着物生成及生成附着物的倾向；

②出口冷却水和其蒸气侧的温差增大；温差正常范围3-5℃，温差>5℃，判断为有附着物生成及生成附着物的倾向，随着附着物生成量增大温差随之增大；

③从水质方面分析与控制；结合循环水结垢公式进行判断，通过将采集水质信息代入以下公式快速判断循环水是否结垢：

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式中c_X,Cl——循环水中Cl^-含量，mg/L；

c_B,Cl——补充水中Cl^-含量，mg/L；

c_X,Ca——循环水中Ca²⁺含量，mg/L；

c_B,Ca——补充水中Ca²⁺含量，mg/L；

如果上述公式成立，则循环水结垢条件成立，应马上补入新水，使上述公式差值≧0.2；

(3)药剂处理配方信息分析及处理

首先在药剂处理配方分析模块内存储关于药剂处理配方的大数据信息，收录大量火电厂常用的水质稳定剂的阻垢缓蚀性能评定结果，根据电厂实际设备情况、水质情况及所选水质稳定剂的性能推算极限碳酸盐硬度值和均匀腐蚀速率，在循环水产生极限碳酸盐硬度值之前和产生破坏性腐蚀之前补入新水；

(4)换热设备材质、设备结构分析

首先在设备材质，结构分析模块中存储大量各种耐腐蚀换热器材质，结构的物理性质和化学性质所对应的耐腐蚀性能，根据已经得到的水质分析结果、及药剂处理配方结果，找出适用于此特定条件下的设备材质，结构；

步骤三，利用数据层模块将获得的水质信息、设备材质结构信息、凝汽器附着物信息和药剂处理配方信息进行数据检查和技术校核，并对病态数据进行剔除；

步骤四，利用特征层数据处理模块对数据层模块上传的分析数据进行特征量的提取；

步骤五，利用决策层模块对经过特征层处理模块提取的数据进行专家系统的综合分析和判断，得出合理而准确的结论输出，并参与补充水运行调节。

3.根据权利要求3所述的循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统的分析控制方法，其特征在于：所述步骤一中采集的水质信息具体包括：阴离子浓度、pH和溶解气体浓度信息；所述步骤一中凝汽器附着物信息具体包括：循环水泵压力信息、出口冷却水和蒸汽侧温度信息以及水质结垢信息；所述步骤一中设备材质，结构信息具体包括：换热器设备材质，结构的物理性质和化学性质信息。

4.根据权利要求3所述的循环冷却水腐蚀状态诊断分析系统的分析控制方法，其特征在于：在所述步骤一中步骤(1)的水质分析及控制过程中按照ClO₄ ^-、Cl^-、SO₄ ^2-、CH3COO^-到NO₃ ^-的重要程度顺序密切关注循环冷却水中各类阴离子的含量，同时按照O₂、CO₂、H₂S和Cl₂的重要程度顺序密切关注循环冷却水中各类气体的含量。