CN109869198A - 一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，包括步骤：进行性能基准工况试验；确定高压缸效率监测基准阀位点及基准阀位点下的高压缸初始效率；进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验；确定阀点工况下的高压缸初始效率；进行机组综合阀位与高压缸效率关系曲线试验；确定机组高压缸效率与综合阀位关系曲线；从DCS系统中导出数据；筛选DCS数据；计算统计期内各时刻的高压缸效率；将统计期内各时刻的高压缸效率修正至基准阀位点下；计算统计期内各时刻阀点工况下的高压缸效率；绘制缸效率监测基准阀位点及阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线。本发明建立了统一的高压缸效率比较基准，可实时掌握汽轮机组高压缸的性能变化。

Description

一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法
技术领域
本发明属于火电机组汽轮机发电技术领域，尤其涉及一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法。
背景技术
汽轮机是火电厂中热功转化过程中的关键设备，描述汽轮机性能的重要性能指标是缸效率，其反映了工质在汽轮机内膨胀过程中热功转换的能力。因此，获得准确的汽轮机缸效率监测数据，对诊断、监测及评价汽轮机性能至关重要。
机组SIS系统中往往包含预设的高压缸效率实时监测数据，但其数据并不能反映出高压缸的实时真实水平，原因是高压缸效率受调节汽阀开度变化造成的节流损失及调节级效率改变的影响，机组在运行过程中，高压调节阀阀位随着负荷、主蒸汽压力、背压、电网调频等因素在不断在变化，故SIS系统中监测得到的高压缸效率无法与设计值进行直接比较。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，该方法能够简便地获得汽轮机组全寿命周期内汽轮机设计阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，包括以下步骤：
A、进行性能基准工况试验：试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点测量数据；试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷，调整机组主蒸汽压力至额定压力，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为顺序阀运行方式，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录性能基准工况试验下的六个测点测量数据；
B、确定缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率：步骤A试验中的机组综合阀位，即为高压缸效率监测基准阀位点，由步骤A试验得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率，进入步骤C；
C、进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验：在进行步骤A中试验的同时，进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验；试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度和机组负荷这五个测点测量数据；试验期间，调整机组主蒸汽压力至额定压力，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为阀点工况运行方式，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录机组阀点工况下的五个测点测量数据，进入步骤D；
D、确定阀点工况下的高压缸初始效率：由步骤C得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算高压缸效率，得到机组阀点工况下的高压缸初始效率，进入步骤E；
E、进行机组综合阀位与高压缸效率关系曲线试验：试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点测量数据；试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为顺序阀、手动运行方式，阀位开度选择为步骤B得到的缸效率监测基准阀位点，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，完成1个试验工况，增大或减小来改变机组的综合阀位，进行下一个工况；在工况稳定的情况下，记录各个试验工况下六个测点的数据，进入步骤F；
F、确定机组高压缸效率与综合阀位关系曲线：由步骤E中各试验工况得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算各工况下的高压缸效率，再根据步骤E中各试验工况的机组综合阀位，拟合出高压缸效率和综合阀位关系曲线，进入步骤G；
G、从DCS系统中导出数据：从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点，设定采样周期，导出统计期内的六个测点数据，进入步骤H；
H、对步骤G中从DCS系统中导出的数据进行筛选：在所有导出的数据中，将负荷在额定负荷±1.5％范围之内波动、综合阀位在缸效率监测基准阀位点±5％范围内波动的所有数据组予以保留，其余数据组予以删除，进入步骤I；
I、计算统计期内各时刻的高压缸效率：由步骤H筛选后的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算统计期内各时刻的高压缸效率，进入步骤J；
J、将统计期内各时刻的高压缸效率修正至基准阀位下的高压缸效率：依据步骤F中拟合出的机组综合阀位和高压缸效率的关系曲线，把步骤I得到的统计期内运行综合阀位对应的高压缸效率修正到步骤B中缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率，进入步骤K；
K、计算统计期内各时刻阀点工况下的高压缸效率：根据步骤B中缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率与步骤F中阀点工况下的高压缸初始效率差值，步骤J中修正后的统计期内各时刻缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率加上该差值，计算得到统计期内各时刻机组在阀点工况下的高压缸效率，进入步骤L；
L、绘制缸效率监测基准阀位点及阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线：以时间为横轴，以步骤J中得到的统计期内缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率为纵轴，绘制出缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率随时间的变化曲线；以时间为横轴，以步骤K中得到的统计期内阀点工况下的高压缸效率为纵轴，绘制出阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线，在汽轮机全寿命周期内的任意时刻计算并绘制高压缸效率随时间的变化曲线实现了对高压缸效率的全寿命周期监测。
本发明进一步的改进在于，步骤A、C及E中，机组100％额定负荷允许的波动范围为±1.5％，机组主蒸汽额定压力允许的波动范围为±0.25Mpa，机组主蒸汽额定温度允许的波动范围为±4℃。
本发明进一步的改进在于，步骤A、C及E中，试验设定的采样周期小于或等于10秒。
本发明进一步的改进在于，步骤B中，高压缸效率η由公式(1)计算：
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标0表示主蒸汽参数，角标s表示高压缸排汽蒸汽参数。
本发明进一步的改进在于，步骤C中，对于喷嘴配汽汽轮机，阀点工况指3VWO或5VWO工况；对于节流配汽汽轮机，阀点工况指2VWO、补汽阀全关工况。
本发明进一步的改进在于，在步骤E中，为获得更多的机组综合阀位与高压缸效率试验点，进行机组综合阀位与高压缸效率关系曲线试验，机组的综合阀位以0.2％的变化幅度在综合阀位的±5％范围内改变。
本发明进一步的改进在于，在步骤G中，从DCS系统中导出数据时，设定采样周期小于或等于30秒。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、本发明只需要进行性能基准工况试验、综合阀位与高压缸效率关系试验及阀点工况下的高压缸初始效率试验，利用少数DCS数据即可获得汽轮机组在全寿命周期任意运行时刻阀点工况下的高压缸效率。
2、利用本发明对某一机组建立的统计数据，有助于分析机组运行期间高压缸效率下降的原因，为汽轮机组高压缸检修、改造的决策提供直接、可靠依据。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为机组高压调节阀综合阀位与高压缸效率关系曲线。
图3为统计期内缸效率监测基准阀点下的高压缸效率与监测月份曲线。
图4为统计期内阀点工况下的高压缸效率与监测月份曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，包括以下步骤。
1、进行性能基准工况试验。试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位(CCS阀位)和机组负荷这六个测点测量数据。试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷(±1.5％)，调整机组主蒸汽压力至额定压力(±0.25MPa)，将机组主蒸汽温度调整为额定温度(±4℃)，机组阀序运行状态为顺序阀运行方式，设定采样周期小于或等于10秒，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录性能基准工况试验下的六个测点测量数据。
2、确定缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率。步骤1试验中的机组综合阀位，即为高压缸效率监测基准阀位点。由步骤1中试验得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率η1：
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果可以在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标“0”表示主蒸汽参数，角标“s”表示高压缸排汽蒸汽参数。
3、进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验。在进行步骤1中试验的同时，进行机组阀点工况下(对于喷嘴配汽汽轮机，此处阀点工况指3VWO或5VWO工况；对于节流配汽汽轮机，此处阀点工况指2VWO、补汽阀全关工况。以下统称阀点工况)的高压缸初始效率试验。试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度和机组负荷这五个测点测量数据。试验期间，调整机组主蒸汽压力至额定压力(±0.25MPa)，将机组主蒸汽温度调整为额定温度(±4℃)，机组阀序运行状态为阀点工况运行方式，设定采样周期小于或等于10秒，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录机组阀点工况下的五个测点测量数据。
4、确定阀点工况下的高压缸初始效率。由步骤3中试验得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算阀点工况下的高压缸初始效率η2：
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果可以在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标“0”表示主蒸汽参数，角标“s”表示高压缸排汽蒸汽参数。
5、进行机组综合阀位(CCS阀位)与高压缸效率关系曲线试验。试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位(CCS阀位)和机组负荷这六个测点测量数据。试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷(±1.5％)，将机组主蒸汽温度调整为额定温度(±4℃)，机组阀序运行状态为顺序阀、手动运行方式，阀位开度选择为步骤B得到的缸效率监测基准阀位点，设定采样周期小于或等于10秒，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，完成1个试验工况，以0.2％的幅度(增大或减小)改变机组的综合阀位，进行下一个工况，综合阀位变化范围为±5％。在工况稳定的情况下，记录各个试验工况下六个测点的数据。
6、确定机组高压缸效率与综合阀位(CCS阀位)关系曲线。由步骤5中各试验工况得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算各工况下的高压缸效率，再根据步骤5中各试验工况的机组综合阀位，拟合出高压缸效率和综合阀位(CCS阀位)关系曲线，见图2所示。该步骤中通过试验得出了机组高压缸效率与综合阀位(CCS阀位)关系曲线，利用此曲线可以把统计期内各时刻的高压缸效率修正至基准阀位下的高压缸效率，建立起一个统一的基准，可以对高压缸效率进行直接比较。
7、从DCS系统中导出数据。从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位(CCS阀位)和机组负荷这六个测点，设定采样周期小于或等于30秒，导出统计期内的六个测点数据。
8、对步骤7中从DCS系统中导出的数据进行筛选。在所有导出的数据中，将负荷在额定负荷±1.5％范围之内波动、综合阀位在缸效率监测基准阀位点±5％范围内波动的所有数据组予以保留，其余数据组予以删除。
9、计算统计期内各时刻的高压缸效率。由步骤8筛选后的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算统计期内各时刻的高压缸效率。
10、将统计期内各时刻的高压缸效率修正至基准阀位下的高压缸效率。依据步骤6中拟合出的机组综合阀位和高压缸效率的关系曲线，把步骤9得到的统计期内运行综合阀位对应的高压缸效率修正到步骤2中缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率。
11、计算统计期内各时刻阀点工况下的高压缸效率。根据步骤2中缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率与步骤6中阀点工况下的高压缸初始效率差值，步骤10中修正后的统计期内各时刻缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率加上该差值，计算得到统计期内各时刻机组在阀点工况下的高压缸效率。
12、绘制缸效率监测基准阀位点及阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线。以时间为横轴，以步骤10中得到的统计期内缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率为纵轴，绘制出缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率随时间的变化曲线，见图3所示；以时间为横轴，以步骤11中得到的统计期内阀点工况下的高压缸效率为纵轴，绘制出阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线，见图4所示。采取以上步骤，在汽轮机全寿命周期内的任意时刻计算并绘制高压缸效率随时间的变化曲线实现了对高压缸效率的全寿命周期监测。

Claims (7)

1.一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、进行性能基准工况试验：试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点测量数据；试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷，调整机组主蒸汽压力至额定压力，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为顺序阀运行方式，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录性能基准工况试验下的六个测点测量数据；
B、确定缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率：步骤A试验中的机组综合阀位，即为高压缸效率监测基准阀位点，由步骤A试验得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率，进入步骤C；
C、进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验：在进行步骤A中试验的同时，进行机组阀点工况下的高压缸初始效率试验；试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度和机组负荷这五个测点测量数据；试验期间，调整机组主蒸汽压力至额定压力，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为阀点工况运行方式，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，记录机组阀点工况下的五个测点测量数据，进入步骤D；
D、确定阀点工况下的高压缸初始效率：由步骤C得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度计算高压缸效率，得到机组阀点工况下的高压缸初始效率，进入步骤E；
E、进行机组综合阀位与高压缸效率关系曲线试验：试验选在一年中的春季或者秋季进行，试验中，记录主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点测量数据；试验期间，调整机组负荷至100％额定负荷，将机组主蒸汽温度调整为额定温度，机组阀序运行状态为顺序阀、手动运行方式，阀位开度选择为步骤B得到的缸效率监测基准阀位点，设定采样周期，机组满足上述条件稳定后，连续采集半个小时数据，完成1个试验工况，增大或减小来改变机组的综合阀位，进行下一个工况；在工况稳定的情况下，记录各个试验工况下六个测点的数据，进入步骤F；
F、确定机组高压缸效率与综合阀位关系曲线：由步骤E中各试验工况得到的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算各工况下的高压缸效率，再根据步骤E中各试验工况的机组综合阀位，拟合出高压缸效率和综合阀位关系曲线，进入步骤G；
G、从DCS系统中导出数据：从汽轮机组的DCS数据库中，选取主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、机组综合阀位和机组负荷这六个测点，设定采样周期，导出统计期内的六个测点数据，进入步骤H；
H、对步骤G中从DCS系统中导出的数据进行筛选：在所有导出的数据中，将负荷在额定负荷±1.5％范围之内波动、综合阀位在缸效率监测基准阀位点±5％范围内波动的所有数据组予以保留，其余数据组予以删除，进入步骤I；
I、计算统计期内各时刻的高压缸效率：由步骤H筛选后的主蒸汽压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力及高压缸排汽温度计算统计期内各时刻的高压缸效率，进入步骤J；
J、将统计期内各时刻的高压缸效率修正至基准阀位下的高压缸效率：依据步骤F中拟合出的机组综合阀位和高压缸效率的关系曲线，把步骤I得到的统计期内运行综合阀位对应的高压缸效率修正到步骤B中缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率，进入步骤K；
K、计算统计期内各时刻阀点工况下的高压缸效率：根据步骤B中缸效率监测基准阀位点下的高压缸初始效率与步骤F中阀点工况下的高压缸初始效率差值，步骤J中修正后的统计期内各时刻缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率加上该差值，计算得到统计期内各时刻机组在阀点工况下的高压缸效率，进入步骤L；
L、绘制缸效率监测基准阀位点及阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线：以时间为横轴，以步骤J中得到的统计期内缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率为纵轴，绘制出缸效率监测基准阀位点下的高压缸效率随时间的变化曲线；以时间为横轴，以步骤K中得到的统计期内阀点工况下的高压缸效率为纵轴，绘制出阀点工况下的高压缸效率随时间的变化曲线，在汽轮机全寿命周期内的任意时刻计算并绘制高压缸效率随时间的变化曲线实现了对高压缸效率的全寿命周期监测。
2.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，步骤A、C及E中，机组100％额定负荷允许的波动范围为±1.5％，机组主蒸汽额定压力允许的波动范围为±0.25Mpa，机组主蒸汽额定温度允许的波动范围为±4℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，步骤A、C及E中，试验设定的采样周期小于或等于10秒。
4.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，步骤B中，高压缸效率η由公式(1)计算：
式中：H(p,t)、H(p,S)、S(p,t)表示以压力p和温度t来计算焓、压力p和熵S来计算焓、压力p和温度t来计算熵的函数，函数结果在水及水蒸气物理性质表中查询获得；角标0表示主蒸汽参数，角标s表示高压缸排汽蒸汽参数。
5.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，步骤C中，对于喷嘴配汽汽轮机，阀点工况指3VWO或5VWO工况；对于节流配汽汽轮机，阀点工况指2VWO、补汽阀全关工况。
6.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，在步骤E中，为获得更多的机组综合阀位与高压缸效率试验点，进行机组综合阀位与高压缸效率关系曲线试验，机组的综合阀位以0.2％的变化幅度在综合阀位的±5％范围内改变。
7.根据权利要求1所述的一种基于阀位修正的汽轮机全寿命高压缸效率监测方法，其特征在于，在步骤G中，从DCS系统中导出数据时，设定采样周期小于或等于30秒。
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