CN108548448B - 基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置和方法 - Google Patents

基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于火力发电冷端优化技术领域，本发明涉及一种基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置和方法。该补球装置包括超声波传感器、数据采集分析处理单元、装球室、备用胶球室和胶球泵。所述的胶球泵通过胶球泵出口电动球阀与装球室连接；胶球泵通过备用胶球室入口电动球阀与备用胶球室相连，备用胶球室通过备用胶球室出口电动球阀与装球室连接。本发明简单实用，保证了系统中拥有足够的胶球进行有效的清洗；该装置可实现集控室在线监测、处理，大大减轻了现场工作人员的劳动强度，且还具有设备简单，结构紧凑、占地少、能耗低等优点。

Description

基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置和方法
技术领域
本发明属于火力发电冷端优化技术领域，本发明涉及一种基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置和方法。
背景技术
为了保持凝汽器管束内部经常处于清洁状态，减少排汽放热端差，降低机组背压，提高机组运行的经济性，凝汽器的铜管需进行经常性清洗，凝汽器胶球自动清洗装置是目前清洗铜管广泛采用的一种设备。
胶球清洗装置一般由胶球、胶球泵、装球室、收球网、二次滤网、控制柜、胶球管路及阀门等部件组成。清洗时，启动胶球泵，装球室中的胶球在比循环水进水压力高一点儿的水流带动下，进入循环水进水管道，与通过二次滤网的主循环水混合进入入口水室，在循环水入口出口差压下进入凝汽器铜管，湿态胶球直径比凝汽器铜管内径大1～2mm，通过与铜管内壁的接触摩擦，清洗铜管内壁，去除脏污；胶球出铜管后，进入出口水室，流入循环水回水主管，被收球网拦下，回到胶球泵入口，进入装球室，完成循环。
为了保证清洗效果，胶球数量应约等于每一个流程中铜管数的10％，然而，实际运行中总存在着胶球的跑漏卡堵，使收球率降低。具体原因有：收球网壳体与管内壁之间存在较大间隙；收球网孔积污，致使堵球、卡球；凝汽器水室水流存在死角和涡旋，造成胶球在水室积球；二次滤网因腐蚀而破损，致使跑球、漏球等。针对以上问题，许多专家学者采取了相应方法，减少了胶球的损失，收球率最高可达95％。然而，胶球的损失还是不可避免的，因此，如能及时准确掌握胶球的数量，了解其运行情况，对凝汽器的高效运行至关重要。
目前，胶球计数主要通过定期人工数球的方式，检测时间长，操作人员的劳动强大，胶球系统运行状况的优劣难以准确判断；部分电厂采用了光电计数法，当胶球通过计数管道时，遮挡了光纤式对照传感器发射端和接收端的光线，此时传感器发出脉冲信号，进行计数，避免了人工误判，并可实现在线计数，但当多个胶球相互交叠同时经过光纤传感器时，易出现漏记；而且，当循环水水质低劣时，水中的大颗粒杂质会造成较大的计数误差，甚至不能正常计数，另外当胶球数量不足时，这种胶球检测设备不能自动加球。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种实用方便的基于超声传感技术的电厂凝汽器胶球计数装置和方法，克服胶球计数的诸多不利影响，保证计数可靠，同时实现自动加球，保证凝汽器的清洗效果。
本发明的技术方案是：
基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置，包括数据采集分析处理单元、装球室、备用胶球室和胶球泵。
胶球泵通过胶球泵出口电动球阀与装球室连接；通过备用胶球室入口电动球阀与备用胶球室相连；备用胶球室通过备用胶球室出口电动球阀与装球室连接。
所述的装球室包括装球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀、玻璃视窗和胶球装球网；装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗，其内部固定有胶球装球网，胶球装球网下表面设有胶球电动切换阀，用于控制胶球的流出。装球室本体外侧壁固定装球室入口和装球室出口；装球室入口位于装球室本体上部，装球室出口位于装球室本体的下部；装球室本体外侧壁在高度H1处沿横截面径向对称设置第一对超声波传感器，在高度H2处沿横截面径向对称设置第二对超声波传感器，其中H2>H1，H1、H2均以底座为测量基准。
所述的备用胶球室包括备用胶球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀、玻璃视窗和胶球装球网；所述的装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗，其内部固定有胶球装球网，胶球装球网下表面设有胶球电动切换阀，用于控制胶球的流出。备用胶球室本体外侧壁固定备用胶球室入口和备用胶球室出口；备用胶球室入口位于备用胶球室本体上部，备用胶球室出口位于备用胶球室本体的下部；备用胶球室本体外侧壁在高度H3处沿横截面径向对称设置第三对超声波传感器，H3以底座为测量基准。
所述的超声波传感器包括超声波传感器发射端和超声波传感器接收端，每对超声波传感器的发射端和接收端的轴线在一条直线上；超声波传感器发射端向对应的超声波传感器接收端发射超声波声束。所述的超声波传感器接收端通过数据采集分析处理单元与报警装置连接；超声波传感器接收端接受到的数据经数据采集分析处理单元校正分析后，通过报警装置向集控室发出警示。
循环水入口总管内置二次滤网，其出口与凝汽器入口水室、凝汽器铜管、凝汽器出口水室和循环水出口总管依次连接，循环水出口总管内置收球网，用于过滤流入循环水出口总管的胶球；胶球泵入口与循环水出口总管连接，收球网收集的胶球经胶球泵入口流入胶球泵；装球室出口与循环水入口总管连接，将装球室内的胶球排入循环水入口总管中。
一种基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球方法，步骤如下：
第一步，正常运行时，胶球通过凝汽器铜管在凝汽器出口水室中汇集，随水流经过循环水出口总管经收球网把球回收，进入收球网底部被吸入胶球泵入口，经胶球泵出口电动球阀进入装球室；装球室的胶球电动切换阀处于关闭，胶球在系统中循环，通过装球室出口电动球阀进入到循环水入口总管中，与经过二次滤网的主循环水混合进入凝汽器入口水室，完成清洗循环。
第二步，胶球计数时，关闭装球室出口电动球阀，装球室内的胶球装球网底部的胶球电动切换阀打开，胶球被挡在装球网内，收球操作不小于30分钟。
情况1：装球室侧壁H1高度没有胶球遮挡，由超声波传感器发射端发射的超声波声束被超声波传感器接收端接收，经数据采集分析处理单元校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置向集控室发出警示，并开启备用胶球室入口电动球阀和备用胶球室出口电动球阀，关闭胶球泵出口电动球阀，备用胶球室的胶球电动切换阀自动切换至关闭，将备用胶球室中浸泡好的胶球注入装球室；
情况2：装球室内部胶球高度达到H2时，对应的超声波传感器接收端接受到的数据经数据采集分析处理单元校正后，判断胶球室内胶球数量正常，自动开启胶球泵出口电动球阀，关闭备用胶球室入口电动球阀和备用胶球室出口电动球阀，备用胶球室的胶球电动切换阀自动切换至打开，将装球室内胶球装球网底部的胶球电动切换阀切换到关闭，开启装球室出口电动球阀投入胶球系统运行。
第三步，备用胶球室向装球室补球后，其内部胶球数低于其低限时，备用胶球室侧壁H3高度没有胶球遮挡，超声波传感器接收端接受的数据经数据采集分析处理单元校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置向集控室发出警示，进行人工补球。
本发明具有以下有益效果：本发明简单实用，可实现自动补球功能，当胶球物位低于设定值时，备用胶球室一侧自动投入，将备用胶球室中的胶球及时补入，保证了系统中拥有足够的胶球进行有效的清洗；备用胶球室的胶球已充分浸泡，达到了合格的湿态比重，节省了人工加球前的浸泡流程；该装置可实现集控室在线监测、处理，大大减轻了现场工作人员的劳动强度，且还具有设备简单，结构紧凑、占地少、能耗低等优点。
附图说明
图1为凝汽器胶球清洗装置总图。
图2为凝汽器胶球清洗装置俯视图。
图3为装球室前视剖面及超声波传感器的布置图。
图4为图3的沿A-A面的剖视图。
图5为备用胶球室前视剖面及超声波传感器的布置图。
图中，1循环水入口总管；2二次滤网；3凝汽器入口水室；4凝汽器铜管；5凝汽器出口水室；6收球网；7循环水出口总管；8胶球泵；9胶球泵出口电动球阀；10备用胶球室入口电动球阀；11装球室；12备用胶球室；13备用胶球室出口电动球阀；14基础台板；15装球室出口电动球阀；16胶球；17胶球电动切换阀；18玻璃视窗；19胶球装球网；20超声波传感器发射端；21超声波传感器接收端；22超声波声束；23数据采集分析处理单元；24报警装置。
具体实施方式
结合技术方案与说明书附图叙述本发明具体实施方式。
基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置，包括超声波传感器、数据采集分析处理单元23、装球室11、备用胶球室12和胶球泵8。
胶球泵8通过胶球泵出口电动球阀9与装球室11连接；通过备用胶球室入口电动球阀10与备用胶球室12相连；备用胶球室12通过备用胶球室出口电动球阀13与装球室11连接。
所述的装球室11包括装球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀17、玻璃视窗18和胶球装球网19；装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗18，其内部固定有胶球装球网19，胶球装球网19下表面设有胶球电动切换阀17，用于控制胶球16的流出。装球室本体外侧壁固定装球室入口和装球室出口；装球室入口位于装球室本体上部，装球室出口位于装球室本体的下部；装球室本体外侧壁在高度H1处沿横截面径向对称设置第一对超声波传感器，在高度H2处沿横截面径向对称设置第二对超声波传感器，其中H2>H1，H1、H2均以底座为测量基准。
所述的备用胶球室12包括备用胶球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀17、玻璃视窗18和胶球装球网19；所述的装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗18，其内部固定有胶球装球网19，胶球装球网19下表面设有胶球电动切换阀17，用于控制胶球16的流出。备用胶球室本体外侧壁固定备用胶球室入口和备用胶球室出口；备用胶球室入口位于备用胶球室本体上部，备用胶球室出口位于备用胶球室本体的下部；备用胶球室本体外侧壁在高度H3处沿横截面径向对称设置第三对超声波传感器，H3以底座为测量基准。
所述的超声波传感器包括超声波传感器发射端20和超声波传感器接收端21，每对超声波传感器的发射端和接收端的轴线在一条直线上；超声波传感器发射端20向对应的超声波传感器接收端21发射超声波声束22。所述的超声波传感器接收端21通过数据采集分析处理单元23与报警装置24连接；超声波传感器接收端21接受到的数据经数据采集分析处理单元23校正分析后，通过报警装置24向集控室发出警示。
循环水入口总管1内置二次滤网2，其出口与凝汽器入口水室3、凝汽器铜管4、凝汽器出口水室5和循环水出口总管7依次连接，循环水出口总管7内置收球网6，用于过滤流入循环水出口总管7的胶球16；胶球泵入口与循环水出口总管7连接，收球网6收集的胶球16经胶球泵入口流入胶球泵8；装球室出口与循环水入口总管1连接，将装球室11内的胶球16排入循环水入口总管1中。
备用胶球室12通过备用胶球室入口电动球阀10与胶球泵出口相连，备用胶球室12内部的胶球装球网19及其底部漏斗通过备用胶球室出口电动球阀13与装球室11相连；它们所形成的备用胶球室侧管路与胶球泵出口电动球阀9侧的主管路并联，并且这些设备共用一个基础底板14；备用胶球室12内浸泡有胶球16，并可通过顶部玻璃视窗18进行观察。
正常运行时，胶球16在凝汽器铜管4内完成清洗后，在凝汽器出口水室5中汇集，随水流经过循环水出口总管7，经收球网6把球回收，进入收球网底部，通过引出管被吸入胶球泵8入口，经胶球泵加压，经胶球泵出口电动球阀9进入装球室11，此时，装球室11的胶球电动切换阀17位于“投球”位置，胶球16可以在系统中循环，再通过装球室出口电动球阀15以及管道进入到循环水入口总管1中，与经过二次滤网2的主循环水混合进入凝汽器入口水室3，完成清洗循环。
当需要胶球计数时，关闭装球室出口电动球阀15，装球室内胶球装球网19底部的胶球电动切换阀17置于“收球”位置，此时，胶球16被挡在装球网内，循环水仍可以通过，保证收球30min以上，待胶球基本都回到装球室11，投入超声波传感器，如果装球室11侧壁H1高度没有胶球遮挡，由超声波传感器发射端20发射的超声波声束22大部分会被接收端21接收，经数据采集分析处理单元23校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置24向集控室发出声光警示，并开启备用胶球室入口电动球阀10、备用胶球室出口电动球阀13，关闭胶球泵出口电动球阀9，备用胶球室12的胶球电动切换阀自动切换至“投球”位置，将备用胶球室12中浸泡好的胶球16注入装球室11；当装球室11内部胶球高度达到H2时，对应的超声波传感器发射端20发射的超声波声束大多被海绵质地的胶球16吸收，不能到达其对应的接收端21，经数据采集分析处理单元23校正后，判断胶球室内胶球数量正常，自动开启胶球泵出口电动球阀9，关闭备用胶球室入口电动球阀10、备用胶球室出口电动球阀13，备用胶球室的胶球电动切换阀自动切换至“收球”位置，将装球室内胶球装球网19底部的胶球电动切换阀17置于“投球”位置，开启装球室出口电动球阀15，可投入胶球系统运行。
当备用胶球室12多次向装球室11补球后，其内部胶球数量明显减少，当低于其低限时，备用胶球室侧壁H3高度将没有胶球遮挡，由超声波传感器发射端20发射的超声波声束22大部分会被接收端21接受，经数据采集分析处理单元23校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置24向集控室发出声光警示，进行人工补球。

Claims (2)

1.一种基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置的补球方法，其特征在于，所述的胶球数量在线监测及自动补球装置包括数据采集分析处理单元(23)、装球室(11)、备用胶球室(12)和胶球泵(8)；
胶球泵(8)通过胶球泵出口电动球阀(9)与装球室(11)连接，通过备用胶球室入口电动球阀(10)与备用胶球室(12)相连；备用胶球室(12)通过备用胶球室出口电动球阀(13)与装球室(11)连接；
所述的装球室(11)包括装球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀(17)、玻璃视窗(18)和胶球装球网(19)；装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗(18)，其内部固定有胶球装球网(19)；胶球装球网(19)下表面设有胶球电动切换阀(17)，用于控制胶球(16)的流出；装球室本体外侧壁固定装球室入口和装球室出口；装球室入口位于装球室本体上部，装球室出口位于装球室本体的下部；装球室本体外侧壁在高度H1处沿横截面径向对称设置第一对超声波传感器，在高度H2处沿横截面径向对称设置第二对超声波传感器，其中H2>H1，H1、H2均以底座为测量基准；
所述的备用胶球室(12)包括备用胶球室本体、超声波传感器、胶球电动切换阀(17)、玻璃视窗(18)和胶球装球网(19)；所述的装球室本体为中空圆柱结构，上端固定玻璃视窗(18)，其内部固定有胶球装球网(19)，胶球装球网(19)下表面设有胶球电动切换阀(17)，用于控制胶球(16)的流出；备用胶球室本体外侧壁固定备用胶球室入口和备用胶球室出口；备用胶球室入口位于备用胶球室本体上部，备用胶球室出口位于备用胶球室本体的下部；备用胶球室本体外侧壁在高度H3处沿横截面径向对称设置第三对超声波传感器，H3以底座为测量基准；
所述的超声波传感器包括超声波传感器发射端(20)和超声波传感器接收端(21)，每对超声波传感器的发射端和接收端的轴线在一条直线上；超声波传感器发射端(20)向对应的超声波传感器接收端(21)发射超声波声束(22)；所述的超声波传感器接收端(21)通过数据采集分析处理单元(23)与报警装置(24)连接；超声波传感器接收端(21)接受到的数据经数据采集分析处理单元(23)校正分析后，通过报警装置(24)向集控室发出警示；
循环水入口总管(1)内置二次滤网(2)，其出口与凝汽器入口水室(3)、凝汽器铜管(4)、凝汽器出口水室(5)和循环水出口总管(7)依次连接，循环水出口总管(7)内置收球网(6)，用于过滤流入循环水出口总管(7)的胶球(16)；胶球泵入口与循环水出口总管(7)连接，收球网(6)收集的胶球(16)经胶球泵入口流入胶球泵(8)；装球室出口与循环水入口总管(1)连接，将装球室(11)内的胶球(16)排入循环水入口总管(1)中；
所述的补球方法，步骤如下：
第一步，正常运行时，胶球(16)通过凝汽器铜管(4)在凝汽器出口水室(5)中汇集，随水流经过循环水出口总管(7)经收球网(6)把球回收，进入收球网(6)底部被吸入胶球泵(8)入口，经胶球泵出口电动球阀(9)进入装球室(11)；装球室(11)的胶球电动切换阀(17)处于关闭，胶球(16)在系统中循环，通过装球室出口电动球阀(15)进入到循环水入口总管(1)中，与经过二次滤网(2)的主循环水混合进入凝汽器入口水室(3)，完成清洗循环；
第二步，球计数时，关闭装球室出口电动球阀(15)，装球室(11)内的胶球装球网(19)底部的胶球电动切换阀(17)打开，胶球(16)被挡在装球网内，进行收球操作；
情况1：装球室(11)侧壁H1高度没有胶球(16)遮挡，由超声波传感器发射端(20)发射的超声波声束(22)被超声波传感器接收端(21)接收，经数据采集分析处理单元(23)校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置(24)向集控室发出警示，并开启备用胶球室入口电动球阀(10)和备用胶球室出口电动球阀(13)，关闭胶球泵出口电动球阀(9)，备用胶球室(12)的胶球电动切换阀(17)自动切换至关闭，将备用胶球室(12)中浸泡好的胶球(16)注入装球室(11)；
情况2：装球室(11)内部胶球高度达到H2时，对应的超声波传感器接收端(21)接受到的数据经数据采集分析处理单元(23)校正后，判断胶球室内胶球数量正常，自动开启胶球泵出口电动球阀(9)，关闭备用胶球室入口电动球阀(10)和备用胶球室出口电动球阀(13)，备用胶球室(12)的胶球电动切换阀(17)自动切换至打开，将装球室(11)内胶球装球网(19)底部的胶球电动切换阀(17)切换到关闭，开启装球室出口电动球阀(15)投入胶球系统运行；
第三步，备用胶球室(12)向装球室(11)补球后，其内部胶球数低于其低限时，备用胶球室(12)侧壁H3高度没有胶球(16)遮挡，超声波传感器接收端(21)接受的数据经数据采集分析处理单元(23)校正分析后，判断胶球数量少于低限，通过报警装置(24)向集控室发出警示，进行人工补球。
2.根据权利要求1所述的基于超声传感技术的胶球数量在线监测及自动补球装置的补球方法，其特征在于，第二步中所述的收球操作不小于30分钟。
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