CN108645523A - 一种直接空冷温度场在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接空冷温度场在线监测装置，包括：若干测温电缆A，其按一定间隔布置在空气冷凝器外侧面，且位于与直接空冷系统蒸汽分配管相连的直接系统散热器管束的外表面；测温电缆B，其布置在空气冷凝器内侧的直接空冷系统风机出口；若干测温传感器，其按一定间隔布置在所述若干测温电缆A和所述测温电缆B上；采集器，其与所述若干测温电缆A和所述测温电缆B连接；监测主机，其与所述采集器连接。本发明还提供了一种直接空冷温度场在线监测方法。本发明的有益效果为：利用数字化智能温度传感器，采用总线技术，构造包含多个温度测点的一体化温度场在线监测装置，实现多点大面积温度监测，有利于直接空冷系统防冻工作。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂直接空冷技术领域，具体而言，涉及一种直接空冷温度场在线监测装置及方法。
背景技术
直接空冷系统是汽轮机的排汽通过粗大的排汽管道送到室外布置的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器的外表面，将排汽冷却成水，凝结水再经凝结泵送回汽轮机的回热系统。直接空冷系统的优点是设备少，系统简单，基建投资少，占地少，空气量调节灵活。缺点是运行时粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时抽真空需要的时间长。冬季环境温度低于0℃时，容易结冰，冻坏管束，造成泄漏，影响机组的安全性和经济性。直接空冷系统防冻是机组运行一项很重要的工作，目前采用覆盖、人工巡检、提高背压等方式，人工巡检工作量大，不但耗费人力、财力，并且实时性差，影响了机组效益。工业中常用的测温方法有热电偶和热电阻，由于其安装的复杂性不适合直接空冷系统多点温度监测。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种直接空冷温度场在线监测装置及方法，利用数字化智能温度传感器，采用总线技术，构造包含多个温度测点的一体化温度场在线监测装置，实现多点大面积温度监测，有利于直接空冷系统防冻工作。
本发明提供了一种直接空冷温度场在线监测装置，包括：
若干测温电缆A，其按一定间隔布置在空气冷凝器外侧面，且位于与直接空冷系统蒸汽分配管相连的直接系统散热器管束的外表面；
测温电缆B，其布置在空气冷凝器内侧的直接空冷系统风机出口；
若干测温传感器，其按一定间隔布置在所述若干测温电缆A和所述测温电缆B上；
采集器，其与所述若干测温电缆A和所述测温电缆B连接；
监测主机，其与所述采集器连接。
作为本发明进一步的改进，直接系统散热器管束由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区；
所述若干测温电缆A包括平行布置的至少一条第一测温电缆和至少一条第二测温电缆；
所述第一测温电缆上的若干测温传感器布置在逆流区温度测点上，所述第二测温电缆上的若干测温传感器布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上。
作为本发明进一步的改进，所述第一测温电缆位于所述第二测温电缆的上方。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温电缆A包括平行布置的第一条第一测温电缆、第二条第一测温电缆、第一条第二测温电缆和第二条第二测温电缆。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温传感器均封装在所述若干测温电缆A和所述测温电缆B内部。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温传感器通过CAN转换器与所述采集器连接，所述采集器通过CAN转换器与所述监测主机连接。
作为本发明进一步的改进，所述采集器包括微处理器以及与所述微处理器连接电源模块、通信电路、晶振电路、显示电路、多路温度采集电路、复位电路、报警电路、温度设置按键电路和CAN总线电路。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温传感器均为单总线型温度传感器，且均与所述微处理器连接。
本发明还提供了一种直接空冷温度场在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1，在空气冷凝器外侧面分别以一定间隔布置若干测温电缆A，且每条测温电缆A上以一定间隔布置若干测温传感器；
步骤2，在空气冷凝器的直接空冷系统风机出口布置一条测温电缆B，且测温电缆B上以一定间隔布置若干测温传感器；
步骤3，将所述若干测温电缆A和所述测温电缆B连接采集器，并将所述采集器与监测主机连接；
步骤4，所述若干测温电缆A和所述测温电缆B上的测温传感器分别检测对应温度测点的温度，所述采集器采集所有测温传感器的温度值并发送至所述监测主机；
步骤5，所述监测主机接收到所有温度值后，分别与每个温度值对应温度测点的温度设定阈值进行比较，并根据比较结果进行温度预警。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温电缆A位于与直接空冷系统蒸汽分配管相连的直接系统散热器管束的外表面，直接系统散热器管束由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区，其中，一部分测温电缆A上的若干测温传感器布置在逆流区温度测点上，另一部分测温电缆A上的若干测温传感器布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上。
本发明的有益效果为：
1、采用数字化智能温度传感器，采用总线技术，构造包含多个温度测点的一体化测温组件，测温传感器利用对温度敏感的晶体振动信号，通过计数直接获得温度数据，其稳定性、准确性优于传统的红外测温装置；
2、测温电缆分布布置，且根据顺流单元管束和逆流单元管束的温度特性，在顺流区、逆流区和顺逆流交界区分别布置测温传感器，实现多点大面积温度监测，避免区域漏测，提高测量准确性；
3、通过监测直接系统散热器管束外表面的温度分布情况，判断直接系统散热器管束内部的散热状态，帮助判断换热管束内是否结冰，可实现空冷系统防冻预警，在散热器管束冻结前采取相应的防护措施；
4、通过监测空气冷凝器内部直接空冷系统风机出口的温度分布情况，，帮助判断空气侧流动的不均匀性，实现了对空冷机组背压的指导运行，冬季运行能够起到降低背压作用，达到节能降耗的目的，避免机组运行背压过高，造成风机电耗过大，影响运行安全；
5、能够有效减少运行人员巡检工作量，实时、直观地为运行人员提供准确的数据，以供作出运行情况的判断，并及时采取相应的措施，改善工作环境，减轻劳动强度。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种直接空冷温度场在线监测装置的示意图；
图2为本发明实施例所述的测温电缆的布置示意图。
图中，
1、直接空冷系统蒸汽分配管；2、直接系统散热器管；31、测温电缆A；32、测温电缆B；4、测温传感器；5、采集器；6、直接空冷系统风机；7、监测主机；81、第一条第一测温电缆；82、第二条第一测温电缆；83、第一条第二测温电缆；84、第二条第二测温电缆。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例所述的一种直接空冷温度场在线监测装置，包括：若干测温电缆A 31、测温电缆B 32、位于若干测温电缆A 31和测温电缆B 32上的若干测温传感器4、采集器5和监测主机7。
若干测温电缆A 31按一定间隔布置在空气冷凝器外侧面，且位于与直接空冷系统蒸汽分配管1相连的直接系统散热器管束2的外表面。测温电缆B 32布置在空气冷凝器内侧的直接空冷系统风机6出口。若干测温电缆A 31上按一定间隔布置若干测温传感器4，测温电缆B 32上按一定间隔布置若干测温传感器4。若干测温电缆A 31和测温电缆B 32均接至采集器5，采集器5与监测主机7连接。
直接系统散热器管束2由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区。为了监测直接系统散热器管束2的外壁温度，避免由于内部介质温度过低导致直接系统散热器管束2冻结，并导致直接空冷系统设备运行障碍，若干测温电缆A31包括平行布置的至少一条第一测温电缆和至少一条第二测温电缆。其中，第一测温电缆上的若干测温传感器4布置在逆流区温度测点上，用以监测逆流单元管束的外壁温度，第二测温电缆上的若干测温传感器4布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上，用以监测顺流区、顺逆流交界区和逆流区的温度，且为了便于测量的准确避免误差，将第一测温电缆和第二测温电缆均平行布置。
一般情况下，顺流单元管束外壁的温度分布是上高下低，而逆流单元管束的温度分布正好相反，是下高上低；而且逆流管束在低温环境下运行时极易发生冻结，因此，温度测点的分布直接影响空冷凝汽器的温度场监测准确度。根据顺流单元管束和逆流单元管束的温度特性，优选将第一测温电缆布置在第二测温电缆的上方，第一测温电缆重点监测逆流区的低温区域温度，第二测温电缆重点监测顺流区的低温区域温度、顺逆流交界区温度，并结合监测逆流区的高温区域温度。
如图2所示，本实施例中，若干测温电缆A 31包括平行布置的第一条第一测温电缆81、第二条第一测温电缆82、第一条第二测温电缆83和第二条第二测温电缆84。当然布置的条数并不仅限于此，在实际布置过程中，根据空气冷凝器的大小及需求，可以设置更多的第一测温电缆和第二测温电缆。
空气冷凝器内部的风速分布不均匀，经过空冷系统加热过后的空气又回到空冷系统入口被直接空冷系统风机6重新吸入，易发生热回流现象，将测温电缆B32上的若干测温传感器4布置在空气冷凝器内侧的直接空冷系统风机6出口，用以监测直接空冷系统风机6出口的温度，可以帮助判断发生热回流的程度，根据温度实时调整直接空冷系统风机6的转速，在热回流影响之前做出调节。结合测温电缆A31监测到的逆流区、顺流区和顺逆流交界区的温度，获得整个空气冷凝器的温度分布情况，避免漏测区域，为直接系统散热器管束2的防冻提供参考依据，同时也能对空冷机组的背压选择提供依据。
若干测温传感器4均封装在若干测温电缆A31和测温电缆B32内部，避免外露造成的损坏，导致测量不准确。本发明中的测温传感器4采用数字化智能温度传感器，采用总线技术，多个温度测点的测温传感器4集成在测温电缆内部组成一体化测温组件。
为了便于实现对多个测温传感器4的同时采集，若干测温传感器4通过CAN转换器与采集器5连接，此时，采集器5通过CAN转换器与监测主机7连接。每个测温传感器4产生的温度数据通过CAN转换器上传至采集器5并转换CAN报文信息，再通过CAN转换器把CAN报文信息转换成监测主机7串口可识别的位数据，通过串口传输至监测主机7上。
其中，采集器5包括微处理器以及与微处理器连接的用于外部供电的电源模块、用于实现与监测主机7之间通信的通信电路、提供测温传感器4工作稳定振荡频率的晶振电路、实现温度显示的显示电路、实现多个测温传感器4的温度采集的多路温度采集电路、实现测温传感器4复位的复位电路、实现温度报警的报警电路、实现温度设置和查询的温度设置按键电路和实现多个测温传感器4连接的CAN总线电路。若干测温传感器4均为单总线型温度传感器，且均与微处理器连接，集温度测量和AD转换于一体，可直接输出数字量。
本实施例中，测温传感器4采用单线数字温度传感器DS18B20，其具有以下优点：(1)采用单总线接口，与微处理器连接时仅需要一个端口引脚即可实现与微处理器的双向通讯，可以是串口也可以是其他I/O口，直接输出被测温度值。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点。(2)测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为-55℃～+125℃；在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。(3)在使用中不需要任何外围元件。(4)多个DS18B20可以并联在一条总线上，实现多点测温。(5)DS18B20可以通过内部寄生电路，可直接通过数据总线供电，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。(6)DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9～12位。(7)负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。(8)内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20启动后将进入低功耗等待状态，当需要执行温度测量和AD转换时，微处理器发出指令完成温度测量和AD转换，DS18B20将产生的温度数据以两个字节的形式存储到高速暂存器的温度寄存器中，然后，DS18B20继续保持等待状态。当DS18B20由外部电源供电时，微处理器在温度转换指令之后发起“读时隙”，从而读出测量到的温度数据通过总线完成与微处理器的数据通讯。DS18B20在完成一次温度转换后，会将温度值与存储在TH(高温触发器)和TL(低温触发器)中各一个字节的用户自定义的报警预置值进行比较，寄存器中的S标志位指出温度值的正负(S＝0时为正，S＝1时为负)，如果测得的温度高于TH或者低于TL数值，报警条件成立，DS18B20内部将对一个报警标识置位，此时，微处理器通过发出报警搜索命令[ECH]检测总线上所有的DS18B20报警标识，然后，对报警标识置位的DS18B20将响应这条搜索命令。DS18B20的测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，提高测量准确制度，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。
本发明的在线装置针对空冷凝汽器大范围温度场监测系统采用了多层现场总线结构，这种方式使得对空冷岛的监测非常容易、成本降低、布线简单。为实现空冷岛大面积温度监测，测温电缆作为基本测温元件，避免了传统热电阻测温方式的缺点，并且可以根据空冷岛的结构特点任意设计测温点分布方案，优化布置和监测效果。温度传感器测温范围－55℃～+125℃，测温误差小于0.5℃，分辨率0.0625℃，完全满足空冷系统温度监测的需要。
实施例2，本发明实施例的一种直接空冷温度场在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1，在空气冷凝器外侧面分别以一定间隔布置若干测温电缆A 31，且每条测温电缆A 31上以一定间隔布置若干测温传感器4。
步骤2，在空气冷凝器的直接空冷系统风机6出口布置一条测温电缆B32，且测温电缆B 32上以一定间隔布置若干测温传感器4。
步骤3，将若干测温电缆A 31和测温电缆B 32连接采集器5，并将采集器5与监测主机7连接。
步骤4，若干测温电缆A 31和测温电缆B 32上的测温传感器4分别检测对应温度测点的温度，采集器5采集所有测温传感器4的温度值并发送至监测主机7。
步骤5，由于每个测温传感器4都预先进行了地址编码，监测主机7接收到所有温度值后，分别与每个温度值对应温度测点的温度设定阈值进行比较，并根据比较结果进行温度预警。
在布置测温电缆A 31时，将若干测温电缆A 31布置在与直接空冷系统蒸汽分配管1相连的直接系统散热器管束2的外表面，直接系统散热器管束2由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区，其中，一部分测温电缆A 31上的若干测温传感器4布置在逆流区温度测点上，另一部分测温电缆A 31上的若干测温传感器4布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，包括：
若干测温电缆A(31)，其按一定间隔布置在空气冷凝器外侧面，且位于与直接空冷系统蒸汽分配管(1)相连的直接系统散热器管束(2)的外表面；
测温电缆B(32)，其布置在空气冷凝器内侧的直接空冷系统风机(6)出口；
若干测温传感器(4)，其按一定间隔布置在所述若干测温电缆A(31)和所述测温电缆B(32)上；
采集器(5)，其与所述若干测温电缆A(31)和所述测温电缆B(32)连接；
监测主机(7)，其与所述采集器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，直接系统散热器管束(2)由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区；
所述若干测温电缆A(31)包括平行布置的至少一条第一测温电缆和至少一条第二测温电缆；
所述第一测温电缆上的若干测温传感器(4)布置在逆流区温度测点上，所述第二测温电缆上的若干测温传感器(4)布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上。
3.根据权利要求2述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述第一测温电缆位于所述第二测温电缆的上方。
4.根据权利要求2所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温电缆A(31)包括平行布置的第一条第一测温电缆(81)、第二条第一测温电缆(82)、第一条第二测温电缆(83)和第二条第二测温电缆(84)。
5.根据权利要求1所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(4)均封装在所述若干测温电缆A(31)和所述测温电缆B(32)内部。
6.根据权利要求1所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(4)通过CAN转换器与所述采集器(5)连接，所述采集器(5)通过CAN转换器与所述监测主机(7)连接。
7.根据权利要求1所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述采集器(5)包括微处理器以及与所述微处理器连接电源模块、通信电路、晶振电路、显示电路、多路温度采集电路、复位电路、报警电路、温度设置按键电路和CAN总线电路。
8.根据权利要求7所述的直接空冷温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(4)均为单总线型温度传感器，且均与所述微处理器连接。
9.一种如权利要求1所述的直接空冷温度场在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在空气冷凝器外侧面分别以一定间隔布置若干测温电缆A(31)，且每条测温电缆A(31)上以一定间隔布置若干测温传感器(4)；
步骤2，在空气冷凝器的直接空冷系统风机(6)出口布置一条测温电缆B(32)，且测温电缆B(32)上以一定间隔布置若干测温传感器(4)；
步骤3，将所述若干测温电缆A(31)和所述测温电缆B(32)连接采集器(5)，并将所述采集器(5)与监测主机(7)连接；
步骤4，所述若干测温电缆A(31)和所述测温电缆B(32)上的测温传感器(4)分别检测对应温度测点的温度，所述采集器(5)采集所有测温传感器(4)的温度值并发送至所述监测主机(7)；
步骤5，所述监测主机(7)接收到所有温度值后，分别与每个温度值对应温度测点的温度设定阈值进行比较，并根据比较结果进行温度预警。
10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，所述若干测温电缆A(31)位于与直接空冷系统蒸汽分配管(1)相连的直接系统散热器管束(2)的外表面，直接系统散热器管束(2)由多个顺流单元管束和多个逆流单元管束组成，多个顺流单元管束形成顺流区，多个逆流单元管束形成逆流区，相邻的顺流单元管束和逆流单元管束形成顺逆流交界区，其中，一部分测温电缆A(31)上的若干测温传感器(4)布置在逆流区温度测点上，另一部分测温电缆A(31)上的若干测温传感器(4)布置在顺流区温度测点、顺逆流交界区温度测点和逆流区温度测点上。
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