CN114352923B - 一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水方法，通过采集疏水罐内部测温元件的温度参数T₀，采集测温元件上方蒸汽的压力参数P；控制系统根据压力参数P换算得到饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁‑T₀来判断是否控制电动阀开启，具体如下：(i)当△T＞0℃时，则开启电动阀进行疏水；(ii)当△T＜0℃时，则t秒后关闭电动阀，停止疏水；(iii)当上述(i)或(ii)均不成立时，则持续开启电动阀疏水或加大疏水。本发明利用水的物理特性，即饱和温度与压力的对应关系，设计一套普适性的自动疏水系统，不仅能用于从低压到亚临界、从低温到高温的各种工况，并且杜绝了自动疏水阀、液位开关、差压液位计等现有产品方案的弊端。

Description

一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统

技术领域

本发明涉及蒸汽管道疏水装置技术领域，尤其涉及一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置及其疏水方法、疏水系统。

背景技术

蒸汽管道在冷态启动过程中，会产生大量的冷凝水，冷凝水如不及时排出，会随蒸汽进入下一环节。如果下游是高温过热器，冷凝水会造成受热面受热不均，降低寿命；如果下游是汽轮机，冷凝水会破坏汽机叶片。

目前一般在蒸汽管道上设置疏水装置，疏水装置的作用是当冷凝水的水位达到设定高度时，打开疏水阀门排水；水位低了即关闭疏水阀门，同时防止新鲜蒸汽泄漏。

现有疏水方案有：1、自动疏水阀：结构复杂、寿命短、可靠性差；2、液位开关：因结构材质原因无法用在高温高压工况；3、差压液位计：取压点的高度差要求大，结构要求苛刻，无法用在有空间限制的地方。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置及其疏水方法、疏水系统。

本发明提出的一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置，包括疏水罐、压力传感器、温度传感器、电动阀及控制系统；

电动阀设置于疏水罐出口端；

疏水罐包括罐体，温度传感器的测温元件设置于罐体上，压力传感器的测压元件设于罐体、蒸汽管道、蒸汽管道上游、蒸汽管道下游的至少一处，压力传感器测压元件的设置高度高于温度传感器测温元件的设置高度；

温度传感器、压力传感器与控制系统电信号连接，控制系统与电动阀电信号连接。

电信号连接包括：线缆连接和无线信号连接。

优选地，还包括手动阀，手动阀设于疏水罐出口端。本发明在疏水罐上再配置一个手动阀，在运行过程中，手动阀处于常开状态，在遇到突发状态时，通过手动阀手动打开疏水罐排水，或手动关闭疏水罐停止排水/排气，有效增加了系统运行的安全性。

优选地，疏水罐还包括疏水管道，手动阀、电动阀设于疏水管道的不同位置。

优选地，温度传感器冗余设置，温度传感器数量≥2，多个温度传感器的测温元件设置于罐体同一水平面的不同位置；本发明通过将温度传感器设置冗余，采集蒸汽管道上疏水罐内部同一水平位置的至少2处温度参数，并将温度参数做均值处理，得到疏水罐内部的温度，有效避免单个温度元件测量偏差。

优选地，压力传感器冗余设置，压力传感器数量≥2，多个压力传感器的测压元件分别设置于测温元件上方的不同位置。本发明通过将压力传感器设置冗余，采集测温元件上方的2处不同位置的压力值，将压力做均值处理得到蒸汽压力，有效避免单个测压元件测量偏差。

优选地，温度传感器位于疏水罐罐体自下而上五分之一至三分之二高度位置处。

优选地，压力传感器的数量为2个，分别位于蒸汽管道的上游位置与下游位置处。本发明将压力传感器设置于蒸汽管道的上游与下游位置处，取其均值作为蒸汽压力的计算依据，无任何空间限制，取值更为方便，操作简单，所获取的压力参数精确。

本发明通过温度传感器的测温元件采集疏水罐内的温度，压力传感器测压元件的设置高度高于温度传感器测温元件的设置高度，通过采集测温元件上方蒸汽的压力参数，再根据水的物理特性，即压力与饱和温度存在对应关系，即可控制电动阀启闭。

本发明将温度传感器设置于疏水罐罐体上，温度传感器测温元件不仅可检测蒸汽温度，也可检测当时的液位与冷却水的温度，本发明疏水罐的液位检查仅依靠温度传感器的测温点，无差压液位计或液位开关等原件，测量准确，使用寿命长。

本发明不仅能用于从低压到亚临界、从低温到高温的各种工况，且杜绝了自动疏水阀、液位开关、差压液位计等现有产品方案的弊端。

一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统，包括所述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置、蒸汽管道；所述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置的疏水罐设置于蒸汽管道的最低端。

一种基于所述的用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的疏水方法，包括如下步骤：

S1、采集疏水罐内部测温元件的温度参数T₀，采集测温元件上方蒸汽的压力参数P；

S2、控制系统根据压力参数P换算得到饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁-T₀来判断是否控制疏水罐上设置的电动阀开启，具体如下：

(i)当△T＞0℃时，则开启电动阀进行疏水；

(ii)当△T＜0℃时，则t秒后关闭电动阀，停止疏水，其中t≥0；

(iii)当上述(i)或(ii)均不成立时，则持续开启电动阀疏水或加大疏水。

优选地，在步骤S1中，所述测温元件上方蒸汽包括疏水罐内部蒸汽、蒸汽管道内部蒸汽、蒸汽管道上游蒸汽、蒸汽管道下游蒸汽的至少一处。

优选地，在步骤S1中，同时采集测温元件上方至少2处压力值，并将压力值做均值处理，得到蒸汽的压力参数P。

优选地，在步骤S1中，同时采集疏水罐内部同一水平位置的至少2处温度值，并将温度值做均值处理，得到疏水罐内部的温度参数T。

优选地，控制系统根据△T＝T₁-T₀来判断是否控制电动阀开启，具体如下：

(i)当△T＞5℃时，则开启电动阀进行疏水；

(ii)当△T＜-5℃时，则t秒关闭电动阀，停止疏水；

(iii)当上述(i)或(ii)均不成立时，则持续开启电动阀疏水或加大疏水。

本发明通过采集蒸汽管道上疏水罐内部的温度参数T₀，采集疏水罐测温元件上方蒸汽的压力参数P，而控制系统根据采集的压力参数P确定对应压力下的饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁-T₀即可判断是否控制电动阀开启，控制逻辑简单有效，运行可靠，且在疏水罐上仅配置一个电动阀，无特殊疏水阀，配置简单。

本发明根据实际运行经验和需要，对T₁与T₀的关系进行限定，当△T＞5℃时，开启电动阀进行疏水，当△T＜-5℃时，关闭电动阀停止疏水，当上述(i)或(ii)均不成立时，持续开启电动阀疏水或加大疏水，有效避免系统频繁开启和关闭，提高了运行稳定性。

本发明利用水的物理特性，即饱和温度与压力的对应关系，设计一套普适性的自动疏水系统，不仅能用于从低压到亚临界、从低温到高温的各种工况，并且杜绝了自动疏水阀、液位开关、差压液位计等现有产品方案的弊端。

附图说明

图1为本发明的一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置的结构示意图。

图2为本发明的一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的结构示意图。

图3为本发明的另一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的结构示意图。

图4为本发明的一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的控制原理示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置，包括疏水罐、压力传感器4、温度传感器5、电动阀1及控制系统；电动阀1设置于疏水罐出口端；疏水罐包括罐体2，温度传感器5的测温元件设置于罐体2上，压力传感器4的测压元件可设于罐体2，压力传感器4测压元件的设置高度高于温度传感器5测温元件的设置高度；温度传感器5、压力传感器4与控制系统电信号连接，控制系统与电动阀1电信号连接。

本发明通过温度传感器5的测温元件采集疏水罐内的温度，压力传感器4测压元件的设置高度高于温度传感器5测温元件的设置高度，通过采集测温元件上方蒸汽的压力参数，再根据水的物理特性，即压力与饱和温度存在对应关系，即可控制电动阀1启闭。本发明将温度传感器5设置于疏水罐罐体2上，温度传感器5测温元件不仅可检测蒸汽温度，也可检测当时的液位与冷却水的温度，本发明疏水罐的液位检查仅依靠温度传感器5的测温点，无差压液位计或液位开关等原件，测量准确，使用寿命长。本发明不仅能用于从低压到亚临界、从低温到高温的各种工况，且杜绝了自动疏水阀、液位开关、差压液位计等现有产品方案的弊端。

具体的，还包括手动阀6，手动阀6设于疏水罐出口端。本发明在疏水罐上再配置一个手动阀6，在运行过程中，手动阀6处于常开状态，在遇到突发状态时，通过手动阀6手动打开疏水罐排水，或手动关闭疏水罐停止排水/排气，有效增加了系统运行的安全性。

具体的，疏水罐还包括疏水管道3，手动阀6、电动阀1设于疏水管道3的不同位置。

具体的，温度传感器5冗余设置，温度传感器5数量≥2，多个温度传感器5的测温元件设置于罐体2同一水平面的不同位置；本发明通过将温度传感器5设置冗余，采集蒸汽管道上疏水罐内部同一水平位置的至少2处温度参数，并将温度参数做均值处理，得到疏水罐内部的温度，有效避免单个温度元件测量偏差。

具体的，压力传感器4冗余设置，压力传感器4数量≥2，多个压力传感器4的测压元件分别设置于测温元件上方的不同位置。本发明通过将压力传感器4设置冗余，采集测温元件上方的2处不同位置的压力值，将压力做均值处理得到蒸汽压力，有效避免单个测压元件测量偏差。

具体的，温度传感器5位于疏水罐罐体2自下而上五分之一至三分之二高度位置处；

具体的，压力传感器4的数量为2个，分别位于蒸汽管道的上游位置与下游位置处。本发明将压力传感器4设置于蒸汽管道的上游与下游位置处，取其均值作为蒸汽压力的计算依据，无任何空间限制，不仅取值更为方便，操作简单，所获取的压力参数精确。

图3所示，一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统，包括所述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置、蒸汽管道7；所述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置的疏水罐设置于蒸汽管道7的最低端，具体的，在一个技术方案中，如图2所示，压力传感器4设置于疏水罐上，在另一个技术方案中，如图3所示，压力传感器4设置于蒸汽管道上。

如图4所示，一种基于所述的用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的疏水方法，包括如下步骤：

S1、采集疏水罐内部测温元件的温度参数T₀，采集测温元件上方蒸汽的压力参数P；

S2、控制系统根据压力参数P换算得到饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁-T₀来判断是否控制疏水罐上设置的电动阀1开启，具体如下：

(i)当△T＞0℃时，则开启电动阀1进行疏水；

(ii)当△T＜0℃时，则t秒后关闭电动阀1，停止疏水，其中t≥0；

(iii)当上述(i)或(ii)均不成立时，则持续开启电动阀1疏水或加大疏水。

实际运行操作时，因管道金属温度上升较快，i阶段与iii阶段可视为同一阶段，即疏水阶段；

本发明通过采集蒸汽管道上疏水罐内部的温度参数T₀，采集疏水罐测温元件上方蒸汽的压力参数P，而控制系统根据采集的压力参数P确定对应压力下的饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁-T₀即可判断是否控制电动阀开启，控制逻辑简单有效，运行可靠，且在疏水罐上仅配置一个电动阀1，无特殊疏水阀，配置简单。

具体的，所述测温元件上方蒸汽包括疏水罐内部蒸汽、蒸汽管道内部蒸汽、蒸汽管道上游蒸汽、蒸汽管道下游蒸汽的至少一处。

具体的，同时采集测温元件上方至少2处压力值，并将压力值做均值处理，得到蒸汽的压力参数P。

具体的，同时采集疏水罐内部同一水平位置的至少2处温度值，并将温度值做均值处理，得到疏水罐内部的温度参数T。

具体的，一种基于所述的用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统的疏水方法，控制系统根据△T＝T₁-T₀来判断是否控制电动阀1开启，具体如下：

(i)当△T＞5℃时，则开启电动阀1进行疏水；

(ii)当△T＜-5℃时，则t秒关闭电动阀1，停止疏水；

(iii)当上述(i)或(ii)均不成立时，则持续开启电动阀1疏水或加大疏水。

本发明根据实际运行经验和需要，对T₁与T₀的关系进行限定，当△T＞5℃时，开启电动阀1进行疏水，当△T＜-5℃时，关闭电动阀1停止疏水，当上述i或ii均不成立时，持续开启电动阀1疏水或加大疏水，有效避免系统频繁开启和关闭，提高了运行稳定性。

上述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统具体运行时：

S1、机组或锅炉启动，打开手动阀6，关闭电动阀1，压力传感器4将压力参数P传至DCS控制系统，温度传感器5将温度参数T₁传至DCS控制系统；

S2、DCS控制系统根据采集的压力参数P通过公式计算出对应压力下的饱和蒸汽温度T₁，控制系统根据△T＝T₁-T₀来判断是否控制电动阀1开启，具体如下：

(1)当△T＞5℃时，此阶段为暖管阶段，过热蒸汽被低温的管道冷却，产生冷凝水，冷凝水汇集到疏水罐中被持续冷却，DCS控制系统控制电动阀1开启，进行疏水；

(2)冷凝水汇集到疏水罐的过程中温降减小，温度传感器5测得的温度参数T逐步升高，当△T维持在-5～5之间时，说明疏水速度低于产生冷凝水的速度，此时应加大疏水。

实际运行操作时，因管道金属温度上升较快，(1)阶段与(2)阶段可视为同一阶段，即疏水阶段；

(3)当△T＜-5℃时，说明疏水罐2内冷凝水已经疏放至温度传感器5的高度以下，此时疏水罐2内大部分空间为过热气体，DCS控制系统控制电动阀1关闭，停止疏水。

本发明利用水的物理特性，即饱和温度与压力的对应关系，设计一套普适性的自动疏水系统，不仅能用于从低压到亚临界、从低温到高温的各种工况，并且杜绝了自动疏水阀、液位开关、差压液位计等现有产品方案的弊端。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统，其特征在于，包括自动疏水装置、蒸汽管道(7)；其特征在于，所述自动疏水装置与蒸汽管道(7)联通，用于排出蒸汽管道(7)中冷凝水，包括疏水罐、压力传感器(4)、温度传感器(5)、电动阀(1)及控制系统；

电动阀(1)设置于疏水罐出口端；

疏水罐包括罐体(2)，温度传感器(5)的测温元件设置于罐体(2)上，压力传感器(4)的测压元件设于罐体(2)、蒸汽管道(7)、蒸汽管道(7)上游、蒸汽管道(7)下游的至少一处，压力传感器(4)测压元件的设置高度高于温度传感器(5)测温元件的设置高度；

温度传感器(5)、压力传感器(4)与控制系统电信号连接，控制系统与电动阀(1)电信号连接；

还包括手动阀(6)，手动阀(6)设于疏水罐出口端；

疏水罐还包括疏水管道(3)，手动阀(6)、电动阀(1)设于疏水管道(3)的不同位置；

所述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水装置的疏水罐设置于蒸汽管道(7)的最低端；

所述自动疏水系统的疏水方法，包括如下步骤：

上述用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统具体运行时：

S1、机组或锅炉启动，打开手动阀(6)，关闭电动阀(1)，压力传感器(4)将压力参数P传至DCS控制系统，温度传感器(5)将温度参数T0 传至DCS控制系统；

S2、DCS控制系统根据采集的压力参数P通过公式计算出对应压力下的饱和蒸汽温度T1，控制系统根据△T＝T1-T0 来判断是否控制电动阀(1)开启，具体如下：

(1)当△T＞5℃时，此阶段为暖管阶段，过热蒸汽被低温的管道冷却，产生冷凝水，冷凝水汇集到疏水罐中被持续冷却，DCS控制系统控制电动阀(1)开启，进行疏水；

(2)冷凝水汇集到疏水罐的过程中温降减小，温度传感器(5)测得的温度参数T逐步升高，当△T维持在-5～5℃之间时，说明疏水速度低于产生冷凝水的速度，此时加大疏水；

(3)当△T＜-5℃时，说明疏水罐(2)内冷凝水已经疏放至温度传感器(5)的高度以下，此时疏水罐(2)内大部分空间为过热气体，DCS控制系统控制电动阀(1)关闭，停止疏水。

2.根据权利要求1所述的用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统，其特征在于，温度传感器(5)冗余设置，温度传感器(5)数量≥2，多个温度传感器(5)的测温元件设置于罐体(2)同一水平面的不同位置；

压力传感器(4)冗余设置，压力传感器(4)数量≥2，多个压力传感器(4)的测压元件分别设置于测温元件上方的不同位置。

3.根据权利要求2所述的用于高温高压蒸汽管道的自动疏水系统，其特征在于，在S1中，所述测温元件上方蒸汽包括疏水罐内部蒸汽、蒸汽管道内部蒸汽、蒸汽管道上游蒸汽、蒸汽管道下游蒸汽的至少一处。