CN108521301A - 一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电领域，特别是配套应用于大中型直接空冷火电机组的一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统。现有防冻警方法和系统存在温度监测范围小、测温点无法精准定位管束冻结区域以及影响清洗设备运行等问题，本发明提供一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统，系统包括红外成像仪、现场控制箱、光纤收发器和数据交换机以及控制计算机，红外成像仪设于横梁上，横梁设于逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧上部，红外成像仪通过光缆与现场控制箱连接，现场控制箱和光纤收发器、数据交换机以及控制计算机依序电连接。本系统和预警方法使用的温度监测范围广，可对逆流段上半部分整个翅片管面壁温监测，同时精准定位管束冻结区域，而且不会影响清洗设备运行。
Description
技术领域
本发明涉及发电领域，特别是配套应用于大中型直接空冷火电机组的一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统。
背景技术
当前我国直接空冷发电机组装机容量已经超过150GW，和湿冷机组相比直接空冷发电机组利用空气直接对汽轮机排汽进行冷却且节水率高，特别适用于水资源短缺的北方地区发展坑口电厂，对于拓宽北方地区能源外送通道和缓解我国能源生产与消费地区不平衡都具有重要意义。
空冷凝汽器工作时的冷却能力取决于周围环境空气的干球温度，干球温度越低，冷却能力越强。由于直接空冷机组都分布在我国北方寒冷地区，冬季低温环境下空冷凝汽器极易过度冷却，特别是在负荷较低、汽轮机启停过程中过度冷却更加明显。一旦气温下降到某一极限时，冷凝器内的凝结水过冷却，就会发生凝固、冻结，轻则使冷凝器的传热性能下降，重则管束被冰块堵塞、真空下降而被迫停机，更严重甚至会冻裂翅片管或使翅片管变形， 造成永久性损害。目前普遍使用的防冻预警方法是在各单元顺流段凝结水箱内以及逆流段抽气出口处安装温度测点，监测各单元顺流段、逆流段换热管束的换热情况，并以这些温度测点获取的温度数据进行预警，防止直接空冷冷凝器结冻，对应的系统也是在管壁上贴设温度测点装置。使用这种紧贴管壁设置温度测点的预警方法和系统对顺流段换热管束的换热情况监测效果比较好，对于逆流段换热情况监测效果差，原因是逆流段上半部分管束背面（图1中A形的空冷岛内侧）正面迎风面壁温最低，仅依靠逆流段抽气口温度难以全面反映逆流段换热情况，特别是冬季运行时抽汽口温度远在限定值以上，但对应管束背面严重冻结而运行人员没有察觉，这种情况发生后轻则导致减弱换热效果影响经济性，重则继续扩大堵塞管束进而加剧冻结造成设备损坏。虽然可在逆流段的管束背面安装温度测点提高监测效果，但是容易被高压冲洗水破坏影响后续测温，而且这种固定设置温度测点获取温度数据的预警方法始终存在监测点监测范围小、测温点无法精准定位管束冻结区域以及影响后续清洗设备运行可靠性的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有防冻警方法和系统采用在管束壁面设置固定温度测点监测范围小、测温点无法精准定位管束冻结区域以及影响后续清洗设备运行可靠性等问题，提供一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统，所述预警方法及系统的温度监测范围广，能对逆流段上半部分整个翅片管面壁温进行监测；精准定位管束冻结区域；清洗设备可正常使用且不会影响测温。
本发明解决技术问题采用的技术方案：一种空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是包括红外成像仪、现场控制箱、光纤收发器和数据交换机以及控制计算机，所述红外成像仪设于横梁上，横梁设于逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧上部，红外成像仪通过光缆与现场控制箱连接，现场控制箱和光纤收发器、数据交换机以及控制计算机依序电连接。本发明通过在逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧设置红外成像仪，利用红外成像仪对空冷岛一侧的逆流管束进行成像监测，拍摄翅片管逆流段上半部分的热成像信号，拍下的热成像信号经光缆发送到现场控制箱，然后依序通过光纤收发器、数据交换机后发送到控制计算机，控制计算机对数据处理后获取得到图像对应位置的全辐射温度信息，红热成像的监测方法实现了监测面由原来翅片管背风面变为迎风面，能及时监测到翅片管最低温度点，使准确预警监测逆流段管束内蒸汽冻结成为可能；为后续精准定位发现管束冻结区域提供便利，如在控制计算机上通过软件对热像图进行区域分析、点分析和现分析，实时显示所选区域最高、最低和平均温度，对设备的每个测温区域自定义不同的报警温度阈值，设置为监测出低于报警值时，提醒运行人员采取适当降低风机转速或回转风机等措施提高逆流段翅片温度以防止冻结发生，为实现汽轮机冬季低背压运行和提高机组冬季运行经济性打下基础；热成像所用的红外成像仪不需要像原来固定测温点那样紧贴逆流段的管束与翅片管直接接触，避免了现有紧贴翅片管的测温点在夏季被高压水冲洗后产生松动导致测温不准的缺陷，以便清洗设备正常工作使用。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述系统还包括恒温保护罩，所述恒温保护罩罩设在红外成像仪外。通过恒温保护罩给红外成像仪提供温度稳定的工作环境，同时保护红外成像仪免受外界风沙、雨水和暴晒影响，防止由此造成热成像工作不稳定或出严重偏差。
所述系统还包括设于横梁上的活动云台，所述红外成像仪安装在活动云台上，所述云台可在水平面做360°旋转运动和/或在垂直水平面的竖向平面内做摆动。由于活动云台可以在水平面上做360°旋转和/或在垂直水平面的竖向平面内做摆动，实现红外成像仪原地水平面的旋转运动或竖向平面内上扬下拉，或者前述运动的合成，为红外成像仪提供更大视角更广的热成像区域，以实现对逆流段上半部分整个翅片管面的壁温监测，确保不会漏过翅片管的最低温度点位置。
所述活动云台可在横梁来回平移并在设定位置停留。活动云台在横梁上来回移动配合其自身360°旋转运动，可以提高监测范围，能够加强对重点区域如低温位置监控，然后通过在监测到低温的位置停留实现精准监控，利于在温度低于报警值时提醒运行人员采取措施防止逆流段翅片冻结。活动云台在横梁的来回平移和停留可以通过现有常见电机驱动实现，在此不再赘述。
所述横梁在Λ形空冷岛内侧上部，距空冷岛底面高度为空冷岛高度的2/3处。横梁在2/3高度位置最适合红外成像对逆流段上半部分整个翅片管面的壁温监测。
一种空冷凝汽器防冻预警方法，其特征是包括以下步骤：
（1）在逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧上部设定高度架设红外成像仪，并通过红外成像仪对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测；
（2）对监测获取的红外成像进行分析，实时显示监测区域的最高、最低和平均温度；
（3）对不同的监测区域定义不同的报警温度阈值，当监测得到的实时温度低于报警温度阈值时，提醒运行人员采取措施提高逆流段翅片温度防止冻结。
本发明所述的防冻预警方法通过远离管壁的红外成像仪对管壁成像监控，获取对监控区域的壁温信息，和现有预警方法采用紧贴管壁设置测温点比较本发明的壁温监控范围大，能对逆流段上半部分整个翅片管面壁温进行监测，同时测温点能够精准定位管束冻结区域，而且清洗设备运行也不会影响测温，进一步确保了后续清洗设备可靠运行。
所述步骤（1）中红外成像仪在监测中可做旋转、上扬下拉以及来回平移运动，以对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测。红外成像仪在监控中可以通过在Λ形空冷岛内来回平移结合360°旋转、上扬下拉运动，对两侧的翅片管壁做全面的红外成像监测，扩大温度监控范围；同时还能在设定位置停留，加强对可能冻结的重点区域监测，避免遗漏。
本发明提供了一种空冷凝汽器防冻预警方法及系统，所述预警方法及系统的温度监测范围广，能对逆流段上半部分整个翅片管面壁温进行监测；精准定位管束冻结区域；清洗设备可正常使用且不会影响测温。
附图说明
图1：本发明结构示意图。
图中：1.红外成像仪、2.恒温保护罩、3.活动云台、4.光缆、5.现场控制箱、6.光纤收发器、7.数据交换机、8.控制计算机、9.逆流段出口集箱、10.逆流段管束、11.凝结水箱、12.空冷风机、13.真空泵、14.横梁。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种空冷凝汽器防冻预警系统应用在超临界直接空冷机组冷凝器上结构示意图，图中Λ形空冷岛由逆流段管束10构成，Λ形空冷岛下方为空冷风机12，Λ形空冷岛顶端节点位置是逆流段出口集箱9，逆流段出口集箱9接真空泵13，所述Λ形空冷岛两侧底端为凝结水箱11，此为现有技术；本发明所述空冷凝汽器防冻预警系统包括红外成像仪1、现场控制箱5、光纤收发器6和数据交换机7以及控制计算机8，所述红外成像仪设于横梁9上，横梁9设于逆流段管束10构成的Λ形空冷岛内侧上部，红外成像仪1通过光缆4与现场控制箱5连接，现场控制箱5和光纤收发器6、数据交换机7以及控制计算机8依序电连接。
本发明所述系统工作时通过逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧设置的红外成像仪，利用红外成像仪对空冷岛一侧的逆流管束进行成像监测，拍摄翅片管逆流段上半部分的热成像信号，拍下的热成像信号经光缆发送到现场控制箱，然后依序通过光纤收发器、数据交换机后发送到控制计算机，所述控制计算机可以是工控机或电厂DCS系统，本实施例中优选为工控机，控制计算机对数据处理后获取得到图像对应位置的全辐射温度信息，红热成像的监测方法实现了监测面由原来翅片管背风面变为迎风面，能及时监测到翅片管最低温度点，使准确预警监测逆流段管束内蒸汽冻结成为可能；为后续精准定位发现管束冻结区域提供便利，如在控制计算机上通过软件对热像图进行区域分析、点分析和现分析，实时显示所选区域最高、最低和平均温度，对设备的每个测温区域自定义不同的报警温度阈值，设置为监测出低于报警值时，提醒运行人员采取适当降低风机转速或回转风机等措施提高逆流段翅片温度以防止冻结发生，为实现汽轮机冬季低背压运行和提高机组冬季运行经济性打下基础；热成像所用的红外成像仪不需要像原来固定测温点那样紧贴逆流段的管束与翅片管直接接触，避免了现有紧贴翅片管的测温点在夏季被高压水冲洗后产生松动导致测温不准的缺陷，以便清洗设备正常工作使用。
进一步的，所述系统还包括恒温保护罩2，所述恒温保护罩2罩设在红外成像仪1外。恒温保护罩可以给红外成像仪提供温度稳定的工作环境，同时保护红外成像仪免受外界风沙、雨水和暴晒影响，防止由此造成热成像工作不稳定或出严重偏差。
所述系统还包括设于横梁14上的活动云台3，所述红外成像仪1安装在活动云台3上，所述云台可在水平面做360°旋转运动和/或在垂直水平面的竖向平面内做摆动。由于云台可以在水平面上做360°旋转和/或在垂直水平面的竖向平面内做摆动，实现红外成像仪原地水平面的旋转运动或竖向平面内上扬下拉，或者前述运动的合成，为红外成像仪提供更大视角更广的热成像区域，以实现对逆流段上半部分整个翅片管面的壁温监测，确保不会漏过翅片管的最低温度点位置。
所述活动云台3可在横梁14来回平移并在设定位置停留。活动云台在横梁上来回移动可以提高监测范围，以加强对重点区域如低温位置监控，然后通过在监测到低温的位置停留实现精准监控，利于在温度低于报警值时提醒运行人员采取措施防止逆流段翅片冻结。
所述横梁14在Λ形空冷岛内侧上部，距空冷岛底面高度为空冷岛高度的2/3处。横梁在2/3高度位置最适合红外成像对逆流段上半部分整个翅片管面的壁温监测。
一种空冷凝汽器防冻预警方法，包括以下步骤：
（1）在逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧上部设定高度架设红外成像仪，并通过红外成像仪1对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测；
（2）对监测获取的红外成像进行分析，实时显示监测区域的最高、最低和平均温度；
（3）对不同的监测区域定义不同的报警温度阈值，当监测得到的实时温度低于报警温度阈值时，提醒运行人员采取措施提高逆流段翅片温度防止冻结。
防冻预警方法通过远离管壁的红外成像仪对管壁成像监控，获取对监控区域的壁温信息，和现有预警方法采用紧贴管壁设置测温点比较本发明的壁温监控范围大，能对逆流段上半部分整个翅片管面壁温进行监测，同时测温点能够精准定位管束冻结区域，而且清洗设备运行也不会影响测温，进一步确保了后续清洗设备可靠运行。
进一步的，所述步骤（1）中红外成像仪在监测中可做旋转、上扬下拉以及来回平移运动，以对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测。红外成像仪在监控中可以在Λ形空冷岛内来回平移结合旋转及上扬下拉，对两侧的翅片管壁进行视角全面的红外成像监测，扩大温度监控范围；同时还能在设定位置停留，加强对可能冻结的重点区域监测，避免发生遗漏。
Claims (7)
1.一种空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是包括红外成像仪（1）、现场控制箱（5）、光纤收发器（6）和数据交换机（7）以及控制计算机（8），所述红外成像仪设于横梁（14）上，横梁（14）设于逆流段管束（10）构成的Λ形空冷岛内侧上部，红外成像仪（1）通过光缆（4）与现场控制箱（5）连接，现场控制箱（5）和光纤收发器（6）、数据交换机（7）以及控制计算机（8）依序电连接。
2.根据权利要求1所述的空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是所述系统还包括恒温保护罩（2），所述恒温保护罩（2）罩设在红外成像仪（1）外。
3.根据权利要求1所述的空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是所述系统还包括设于横梁（14）上的活动云台（3），所述红外成像仪（1）安装在活动云台（3）上，所述云台可在水平面做360°旋转运动和/或在垂直水平面的竖向平面内做摆动。
4.根据权利要求3所述的空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是所述活动云台（3）可在横梁（14）来回平移并在设定位置停留。
5.根据权利要求1至4之一所述的空冷凝汽器防冻预警系统，其特征是所述横梁（14）在Λ形空冷岛内侧上部，距空冷岛底面高度为空冷岛高度的2/3处。
6.一种空冷凝汽器防冻预警方法，其特征是包括以下步骤：
（1）在逆流段管束构成的Λ形空冷岛内侧上部设定高度架设红外成像仪，并通过红外成像仪（1）对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测；
（2）对监测获取的红外成像进行分析，实时显示监测区域的最高、最低和平均温度；
（3）对不同的监测区域定义不同的报警温度阈值，当监测得到的实时温度低于报警温度阈值时，提醒运行人员采取措施提高逆流段翅片温度防止冻结。
7.根据权利要求6所述的空冷凝汽器防冻预警方法，其特征是所述步骤（1）中红外成像仪在监测中可做旋转、上扬下拉以及来回平移运动，以对Λ形空冷岛两侧的翅片管壁进行红外成像监测。
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