CN110375924B - 一种电厂阀门泄漏定量评价系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阀门泄漏检测及评价技术领域，尤其涉及一种电厂阀门泄漏量定量计算及经济性损失分析评价系统。本发明中的阀门泄漏定量评价系统由数据采集模块、数据调用模块、计算模块、结果输出模块组成，计算模块对采集模块中的温度测定数据、数据调用模块集控系统中的阀门所在管道内工质工作参数相关数据和物性参数进行计算，在结果输出模块中给出定量计算结果及经济性损失结果。本发明专利充分利用阀门使用企业集控中心的相关工作参数，测点较少，操作方便，在不影响正常运行的情况下，给出阀门泄漏的定量结果，基于定量分析结果和相关国家标准，给出了泄漏量的定性分级结果及治理意见、电厂发现泄漏所导致的经济性损失评价。
Description
技术领域
本发明涉及阀门泄漏检测及评价技术领域，尤其涉及一种电厂阀门泄漏量定量计算及经济性损失分析评价系统。
背景技术
在现代工业装备中，阀门是应用最多的零部件之一。阀门应用广泛，其泄漏问题也日益受到重视，尤其是在核电、发电站、石油化工、航空航天等应用场合下，阀门若发生泄漏不仅会影响经济收益，还会引发安全问题。现有的阀门检漏方法中，加压检漏法、真空检漏法都会影响正常生产，而超声检漏法和声发射检漏法都会受到外界噪声信号的干扰，具有高温高压管道的工厂车间的噪音往往很大，也不适合于内漏的检测，而红外检漏方法是根据测定管道阀门附近的表面温度场分布情况判断是否内漏，上述方法都不适合于高温高压的管道阀门的内漏检测，更无法对内漏情况给出定量及合理的分级结果。
阀门是电厂重要的流体设备，高温高压阀门一旦泄漏，可在短时间内损坏阀门，对设备安全构成威胁；由于管道中输运的高温高压介质具有较高焓值，阀门泄漏产生能量损失，降低发电机组效率。但令人遗憾的是目前并没有一种简单合理的阀门泄漏定量分析方法，所以电厂也并不能了解本厂阀门泄漏造成的真实经济损失。
发明内容
本发明提供一种热力发电厂热力系统阀门泄漏检测和定量方法，该方法解决了现有技术所存在的问题，根据传热学理论在阀门周围测定多点温度作为边界条件，再结合阀门所在管道的实际工作参数条件，应用热力学原理预测阀门内部泄漏情况，并估算泄漏流量，据此，进一步进行定性分析和经济损失评价，建立一套适用于热力发电厂的阀门泄漏定量检测及评价系统。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种电厂阀门泄漏定量评价系统由数据采集模块101、数据调用模块102、计算模块103、结果输出模块104组成；其中，数据调用模块102包括阀门使用企业集控系统中的相关数据和物性参数数据库两部分，结果输出模块104包括定量计算结果及经济性损失评价结果。
一种电厂阀门泄漏定量评价系统，其中，计算模块103中阀门泄漏的定量计算方法如下：
步骤1：确定边界和初始条件；确定环境温度及管道参数，管道参数包括阀前管道保温层4的厚度及导热系数、管道几何尺寸、管道壁面厚度、管道壁面的导热系数；其中管道几何尺寸指管道的内径；
步骤2：基于数据采集模块101中的温度测定数据、集控系统中阀门所在管道内的工质工作参数，确定阀前管道2与阀后管道3内水或水蒸气所处的压力和温度状态，根据该状态参数调用水或水蒸气物性参数数据库中所需的工质焓值、密度及导热系数等参数，从而确定阀前管道2及阀后管道3内水或水蒸气的热物性参数。其中，数据采集模块101中的温度测定数据包括由阀前保温层热电偶5测定的阀前管道保温层4表面温度、由阀前热电偶6测定的阀门表面温度及由阀后保温层热电偶7测定的阀后管道保温层8的温度；
步骤3：计算确定无泄漏情况下阀后管道保温层8表面的理论温度。阀后距阀门l米长度处的管道表面温度可以写成：
其中，t 2′为管道后无泄漏情况下阀后l米处阀后管道保温层8表面的理论温度；l为测点距阀门的距离，α为管道内水或水蒸气对流换热系数；λ为保温材料的导热系数；d为阀后管道保温层8的厚度；L为阀后温度为环境温度的距离，可以假定足够远处，如200米；t 1为阀前管道2介质温度；
步骤4：将无泄漏情况下阀后管道保温层8表面温度与实际测定值对比，根据热量守恒的原则确定阀门泄漏量，具体方法如下：
用实际测定的阀后管道保温层8表面温度与无泄漏情况下阀后管道保温层8表面温度的差除以管道热阻得到由于阀门泄漏造成的热流密度损失，若该差值大于零，则判定该阀门存在泄漏情况，反之则判定为不泄漏；其中，管道热阻根据步骤1中管道及保温层参数可以确定；然后计算净热损失量，净热损失量等于管道传热面积乘以热流密度损失；管道传热面积由步骤1中管道尺寸参数计算得到；进一步用净热损失量除以步骤2中得到的阀门前后管道的焓值差，从而得到阀门的泄漏量；
步骤5：根据定量结果以及相关国家标准，进行泄漏等级划分，并给出治理阀门泄漏的建议，表1是根据国家标准《工业用阀门 阀门的压力试验》GB/T13927划分的泄漏等级。
表1 基于泄漏量划分的泄漏等级。
进一步，所述的一种电厂阀门泄漏定量评价系统，其中，计算模块103中经济性损失的评价方法如下：
步骤1：泵功的损失P的计算方法：
其中，
为内漏流量，h 2和h 1分别为系统泵加压后和加压前的水或水蒸气的焓值，二者的状态由电厂水循环系统中通过泵加压前后的温度和压力决定，ξ为泵的效率；
步骤2：泵功损失所产生的标煤损失的计算方法：
其中，t表示计算的泄漏时间，η p和η b分别表示电厂的发电效率和锅炉效率；
步骤3：锅炉中的直接燃烧加热所造成的标煤损失计算方法：
其中，h 3和h 2分别表示进入锅炉之前和从锅炉排出的水和水蒸气的焓值；
步骤4：阀门泄漏所导致的标煤总损失等于以上M 1和M 2两部分相加之和。
进一步，所述的一种阀门泄漏定量评价系统中数据采集模块101工作原理如下：阀前保温层热电偶5安装在距待测阀门1一定距离的阀前管道保温层4上，用于测定阀前管道保温层4表面温度；阀后保温层热电偶7安装在待测阀门1之后一定距离的阀后管道保温层8上，用于测定阀后管道保温层8表面温度；阀前热电偶6安装在待测阀门1的表面，用于测定待测阀门1的温度。
本发明的有益效果：
1. 在不影响正常运行的情况下，给出阀门泄漏的定量结果。
2. 基于定量分析结果和相关国家标准，给出泄漏量的定性分级结果及治理意见。
3. 基于定量分析结果，给出电厂发现泄漏所导致的经济性损失评价。
4. 充分利用阀门使用企业集控中心的相关工作参数，测点较少，操作方便。
附图说明
图1是本发明专利工作原理示意图。
图2是待测阀门1测点布置图。
具体实施例
下面结合附图对本发明专利进行进一步详细阐述。
如附图1和图2所示，本发明专利的工作原理如下：计算模块103中的阀门定量检漏评价系统根据数据采集模块101中的待测阀门1管道前后保温层表面温度及阀门温度数据，并结合数据调用模块102中集控系统中该待测阀门1所在管道的主管路工作参数，确定该阀门所在管道的阀前和阀后的水或水蒸气的基本状态参数，并据此通过数据调用模块102中水和水蒸气热物性数据库查询确定该阀门所在管道的阀前和阀后的水或水蒸气的焓值；然后，阀门定量检漏评价系统首先计算无泄漏情况下阀后保温层表面的理论温度，将无泄漏情况下阀后保温层表面温度与实际测定值对比，根据热量守恒的原则确定阀门泄漏量，具体方法如下：用实际测定的阀后保温层表面温度与无泄漏情况下阀后保温层表面温度的差除以管道热阻得到由于阀门泄漏造成的热流密度损失，若该差值大于零，则判定该阀门存在泄漏情况，反之则判定为不泄漏；其中，管道热阻根据管道及保温层参数可以确定；然后计算净热损失量，净热损失量等于管道传热面积乘以热流密度损失；管道传热面积由管道尺寸参数计算得到；进一步用净热损失量除以阀门前后管道的焓值差，从而得到阀门的泄漏量，进一步根据泄漏量计算由于阀门泄漏所导致的泵功及锅炉燃煤损失，并折合成标煤总损失，从而给出经济性损失评价结果。
本实施例中，计算模块103中的阀门定量检漏评价系统与数据采集模块101之间的数据传输可以通过有线数据传输的方式实现，具体实现情况下，也可以在待测阀门1处设置智能处理器实现计算与结果评价；计算模块103中的阀门定量检漏评价系统对数据调用模块102中集控系统参数及水和水蒸气性质的调用，可以通过数据库查询实现，也可以通过手动输入的方式实现；本发明专利中的工质水或水蒸气可以换做其他工业生产中阀门管道中的工质，故本所述的技术方法不限于热力发电厂阀门泄漏量计算及评估，本发明所述方法可以用于化工、食品等常见的阀门使用企业中阀门泄漏的检测与评价。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电厂阀门泄漏定量评价系统，该评价系统由数据采集模块（101）、数据调用模块（102）、计算模块（103）、结果输出模块（104）组成；其中，数据调用模块（102）包括阀门使用企业集控系统中的相关数据和物性参数数据库两部分，结果输出模块（104）用于输出定量计算结果及经济性损失结果；
其特征在于，其中，计算模块（103）中阀门泄漏的定量计算方法如下：
步骤1：确定边界和初始条件；
确定环境温度、管道参数，管道参数包括阀前管道保温层（4）及阀后管道保温层（8）的厚度及导热系数、管道几何尺寸、管道壁面厚度、管道壁面的导热系数；其中管道几何尺寸指管道的内径；
步骤2：基于数据采集模块（101）中的温度测定数据、数据调用模块（102）中集控系统中的阀门所在管道内工质工作参数，确定阀前管道（2）与阀后管道（3）内水或水蒸气所处的压力和温度状态，根据该状态参数调用水或水蒸气物性参数数据库中所需的工质焓值、密度及导热系数，从而确定阀前及阀后管道（3）内水或水蒸气的热物性参数；
其中，数据采集模块（101）中的温度测定数据包括由阀前保温层热电偶（5）测定的阀前管道保温层（4）表面温度、由阀前热电偶（6）测定的阀门表面温度及由阀后保温层热电偶（7）测定的阀后管道保温层（8）表面温度；
步骤3：计算确定无泄漏情况下阀后管道保温层（8）表面的理论温度；
管道无泄露情况下阀后l米处阀后管道保温层表面的理论温度为：
其中，t 2′为管道无泄漏情况下阀后l米处阀后管道保温层（8）表面的理论温度；l为测点距阀门的距离；α为管道内水或水蒸气对流换热系数；λ为保温材料的导热系数；d为阀后管道保温层（8）的厚度；L为阀后温度为环境温度的距离，t 1为阀前管道（2）介质温度；
步骤4：将无泄漏情况下阀后管道保温层（8）表面的理论温度与实际测定值对比，根据热量守恒的原则确定阀门泄漏量，具体方法如下：
用实际测定的阀后管道保温层（8）表面温度与无泄漏情况下阀后管道保温层（8）表面的理论温度的差除以管道热阻得到由于阀门泄漏造成的热流密度损失，若所述热流密度损失大于零，则判定该阀门存在泄漏情况，反之则判定为不泄漏；其中，管道热阻根据步骤1中管道及保温层参数可以确定；然后计算净热损失量，净热损失量等于管道传热面积乘以热流密度损失；管道传热面积由步骤1中管道尺寸参数计算得到；进一步用净热损失量除以步骤2中得到的阀门前后管道的焓值差，从而得到阀门的泄漏量；
步骤5：根据定量结果以及相关国家标准，进行泄漏等级划分，并给出治理阀门泄漏的建议。
2.根据权利要求1所述的一种电厂阀门泄漏定量评价系统，其中，计算模块（103）中经济性损失评价方法如下：
步骤1：泵功的损失P的计算方法：
其中，
为内漏流量，h 2和h 1分别为系统泵加压后和加压前的水或水蒸气的焓值，二者的状态由加压前后的温度和压力决定，ξ为泵的效率；
步骤2：泵功损失所产生的标煤损失的计算方法：
其中，t表示计算的泄漏时间，η p和η b分别表示电厂的发电效率和锅炉效率；
步骤3：锅炉中的直接燃烧加热所造成的标煤损失计算方法：
其中，h 3和h 2分别表示进入锅炉之前和从锅炉排出的水和水蒸气的焓值；
步骤4：阀门泄漏所导致的标煤总损失等于以上M 1和M 2两部分相加之和。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种阀门泄漏定量评价系统，其中的数据采集模块（101）工作原理如下：阀前保温层热电偶（5）安装在距待测阀门（1）一定距离的阀前管道保温层（4）上，用于测定阀前管道保温层（4）表面温度；阀后保温层热电偶（7）安装在待测阀门（1）之后一定距离的阀后管道保温层（8）上，用于测定阀后管道保温层（8）表面温度；阀前热电偶（6）安装在待测阀门（1）的表面，用于测定待测阀门（1）的温度。
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