CN108645524A - 一种间接空冷系统温度场在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间接空冷系统温度场在线监测装置，包括：若干测温电缆，其布置在间接空冷系统冷却三角迎风面，且位于冷却三角散热器管束的外表面，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆处于同一水平位置；若干测温传感器，其按一定间隔对应布置在所述测温电缆的若干温度测点上；采集器，其与所述若干测温电缆连接；监测主机，其与所述采集器连接。本发明还提供了一种间接空冷系统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，采用多点多排布置，实现多点大面积温度监测，有利于间接空冷系统防冻工作。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂间接空冷技术领域，具体而言，涉及一种间接空冷系统温度场在线监测装置及方法。
背景技术
间接空冷系统的工艺流程为：循环水进入表面式凝汽器的水侧通过表面换热，冷却凝汽器汽侧的汽轮机排汽，受热后的循环水由循环水泵送至空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后再返回凝汽器去冷却汽轮机排汽，构成了密闭循环。间接空冷系统可以满足大容量机组对锅炉给水水质较高的要求。该系统与常规的湿冷系统基本相同，不同之处是用空冷塔代替湿冷塔，用不锈钢凝汽器代替钛管凝汽器，用除盐水代替自然状态水(例如海水、湖水、江水等)，用密闭式循环冷却水系统代替敞开式循环冷却水系统。其优点有：(1)设备较少，系统较简单。(2)冷却水系统与凝结水系统分开，水质按各自标准处理，冷却系统采用除盐水，且闭式运行，基本杜绝凝汽器管束内结垢堵塞情况，大大提高换热效率。(3)循环水系统处于密闭状态，循环水泵扬程低，消耗功率少，厂用电率低。(4)冷却水在循环过程中完全为密闭循环运行，基本不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零。
发电厂空冷冷却主要应用在我国北方富煤缺水地区，内蒙古地区、河北北部、陕西北部、宁夏回族自治区和新疆维吾尔自治区。而这些地区同时冬季寒冷，空冷系统越冬过程中容易发生冻结。尤其对于间接空冷系统，管束内流动的工质为液态的水，一旦发生冻结故障，势必造成冷却管冻裂，后果严重。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。
间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，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间接空冷系统多点温度监测，仅有进回水温度少量测点，不满足防冻需要。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种间接空冷系统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，采用多点多排布置，实现多点大面积温度监测，有利于间接空冷系统防冻工作。
本发明提供了一种间接空冷系统温度场在线监测装置，包括：
若干测温电缆，其布置在间接空冷系统冷却三角迎风面，且位于冷却三角散热器管束的外表面，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆处于同一水平位置；
若干测温传感器，其按一定间隔对应布置在所述测温电缆的若干温度测点上；
采集器，其与所述若干测温电缆连接；
监测主机，其与所述采集器连接。
作为本发明进一步的改进，所有冷却三角迎风面上的测温电缆处于同一水平位置。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温电缆均布置在冷却三角迎风面的底部。
作为本发明进一步的改进，所述若干测温电缆均布置在距离冷却三角底端0.5m处。
作为本发明进一步的改进，每条测温电缆上布置有6个测温传感器。
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测温电缆内部。
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间接空冷系统温度场在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1，在间接空冷系统冷却三角迎风面的散热器管束的外表面布置若干测温电缆，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆处于同一水平位置；
步骤2，在每条测温电缆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，所述若干测温电缆上的若干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。
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、测温电缆分布布置在每个冷却三角迎风面，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、通过监测冷却三角散热器管束的外壁温度，判断间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，避免由于内部介质温度过低导致散热器管束冻结，并导致间接空冷系统设备运行障碍；
4、通过监测冷却三角散热器管束低温区的温度分布情况，实现了对空冷机组循环水泵运行、百叶窗开度和背压的指导运行，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，达到节能降耗的目的；
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间接空冷系统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传感器的布置示意图；
图3为测温传感器具体布置位置的示意图。
图中，
1、测温电缆；2、测温传感器；3、采集器；4、监测主机。
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1-2所示，本发明实施例所述的一种间接空冷系统温度场在线监测装置，包括：若干测温电缆1、位于若干测温电缆1上的若干测温传感器2、采集器3和监测主机4。
若干测温电缆1布置在间接空冷系统冷却三角迎风面，且位于冷却三角散热器管束的外表面，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆1，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆1处于同一水平位置。若干测温传感器2按一定间隔对应布置在测温电缆1的若干温度测点上。若干测温电缆1均连接至采集器3，采集器3与监测主机4连接。
若干测温电缆1均布置在冷却三角迎风面，用以监测冷却三角散热器管束的外壁温度，避免由于内部介质温度过低导致散热器管束冻结，并导致间接空冷系统设备运行障碍。每条测温电缆1布置了多个温度测点，安装了对应的测温传感器2，实现了对整个冷却三角的温度监测。优选的，所有冷却三角迎风面上的测温电缆1处于同一水平位置，操作更加方便，测量范围广，提高了监测效率。
当然，单个冷却三角在布置测温电缆时，也可以根据需求在单个冷却三角一个迎风面布置相互平行的多条测温电缆1，此时，单个冷却三角两个迎风面上的多条测温电缆1分别处于同一水平位置。
一般来说，间接空冷系统中，循环水的温度由散热器管束内部到外部至逐渐降低的，同时，散热器管束沿着冷却三角由上至下的温度分布也是逐渐降低的，因此，散热器管束的循环水出口处为低温区，易发生冻结。优选的，根据散热器管束的温度特性，将所有的测温电缆1均布置在冷却三角迎风面的底部，重点监测低温区的温度分布，使得测量更加准确，
如图3所示，为了能够精确测量散热器管束低温区的温度分布，所有的测温电缆1均布置在距离冷却三角底端0.5m处，每条测温电缆1上布置有6个测温传感器2。
优选的，若干测温传感器2均封装在测温电缆1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2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2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2的同时采集，若干测温传感器2通过CAN转换器与采集器3连接，此时，采集器3通过CAN转换器与监测主机4连接。每个测温传感器2产生的温度数据通过CAN转换器上传至采集器3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4串口可识别的位数据，通过串口传输至监测主机4上。
其中，采集器3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4之间通信的通信电路、提供测温传感器2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2的温度采集的多路温度采集电路、实现测温传感器2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2连接的CAN总线电路。若干测温传感器2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2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。
本发明的在线监测装置采用了多层现场总线结构，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，有利于间接空冷系统防冻工作。采用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2，一种间接空冷系统温度场在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤1，在间接空冷系统冷却三角迎风面的散热器管束的外表面布置若干测温电缆1，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆1，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆1处于同一水平位置。
步骤2，在每条测温电缆1上以一定间隔布置若干测温传感器2。
步骤3，将若干测温电缆1连接采集器3，并将采集器3与监测主机4连接。
步骤4，若干测温电缆1上的若干测温传感器2分别检测对应温度测点的温度，采集器3采集所有测温传感器2的温度值并发送至监测主机4。
步骤5，由于每个测温传感器2都预先进行了地址编码，监测主机4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1时，所有冷却三角迎风面上的测温电缆1处于同一水平位置。也可以根据需求在单个冷却三角一个迎风面布置相互平行的多条测温电缆1，此时，单个冷却三角两个迎风面上的多条测温电缆1分别处于同一水平位置。这样可以扩大测量范围，避免漏测区域，实现全方位监测。
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)
1.一种间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，包括：
若干测温电缆(1)，其布置在间接空冷系统冷却三角迎风面，且位于冷却三角散热器管束的外表面，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆(1)，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆(1)处于同一水平位置；
若干测温传感器(2)，其按一定间隔对应布置在所述测温电缆(1)的若干温度测点上；
采集器(3)，其与所述若干测温电缆(1)连接；
监测主机(4)，其与所述采集器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所有冷却三角迎风面上的测温电缆(1)处于同一水平位置。
3.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温电缆(1)均布置在冷却三角迎风面的底部。
4.根据权利要求3所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温电缆(1)均布置在距离冷却三角底端0.5m处。
5.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，每条测温电缆(1)上布置有6个测温传感器(2)。
6.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(2)均封装在所述测温电缆(1)内部。
7.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(2)通过CAN转换器与所述采集器(3)连接，所述采集器(3)通过CAN转换器与所述监测主机(4)连接。
8.根据权利要求1所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述采集器(3)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。
9.根据权利要求8所述的间接空冷系统温度场在线监测装置，其特征在于，所述若干测温传感器(2)均为单总线型温度传感器，且均与所述微处理器连接。
10.一种如权利要求1所述的间接空冷系统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，在间接空冷系统冷却三角迎风面的散热器管束的外表面布置若干测温电缆(1)，单个冷却三角一个迎风面布置一条测温电缆(1)，单个冷却三角两个迎风面上的测温电缆(1)处于同一水平位置；
步骤2，在每条测温电缆(1)上以一定间隔布置若干测温传感器(2)；
步骤3，将所述若干测温电缆(1)连接采集器(3)，并将所述采集器(3)与监测主机(4)连接；
步骤4，所述若干测温电缆(1)上的若干测温传感器(2)分别检测对应温度测点的温度，所述采集器(3)采集所有测温传感器(2)的温度值并发送至所述监测主机(4)；
步骤5，所述监测主机(4)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。
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