CN1283904C - 透平运行方法 - Google Patents

Abstract

为了将透平(4)的热负载保持在允许的范围内，本发明建议监测输入透平(4)的介质，尤其是新蒸汽的温度(T)随时间的变化。优选地，当一最大温度梯度(dT/dt(max))被超过时，自动快速关闭新蒸汽向透平(4)的输入。

Description

透平运行方法

技术领域

本发明涉及一种透平运行方法。

背景技术

在工业设备，例如发电设备中，为了推动透平向透平输入气态介质。透平通常与用于生产电能的发电机连接或例如驱动压缩机或泵。在汽轮机中气态介质是新蒸汽。这种新蒸汽在其输入透平前在连接在透平上游的一锅炉内被加热。

在文件D1-US-A-4655041(DEL VECCHIO RICHARD J ET AL 1987年4月7日)中介绍了一种用于检测和分析不希望的温度和压力变化的方法和设备。其中，对流入透平内的蒸汽温度和压力周期性地进行测量并将其与规定值比较。若超过规定值则报警。当温度超过规定的最大温度或低于最小温度时，或当压力超过最大压力或低于最小压力时进行第一种报警。在最大温度与最小温度之间是允许的温度区。允许的压力区在最大压力与最小压力之间。

当温度和压力处于允许的温度区或压力区之外以及温度变化或压力变化超过一预定值时进行第二种报警。

当温度和压力处于允许的温度区或压力区之外以及温度变化或压力变化超过一预定的最大值时进行第三种报警。

整个透平装置，尤其是透平，针对规定的温度例如520℃来设计。当超过规定的例如在450℃与550℃之间的温度范围时，可能造成影响运行和导致透平的损坏。新蒸汽温度的波动归诸于多种原因，例如由于借助其燃烧气体来加热新蒸汽的燃料质量发生波动，或由于在锅炉方面或锅炉的温度调节方面存在问题。

为了保护透平，当偏离规定的温度范围时目前的措施是切断新蒸汽的输入。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运行透平的方法，按本发明可避免由于温度的影响破坏或损坏透平。

上述技术问题通过一种有气态工作介质输入其中的透平的运行方法来解决，其中监测介质的温度随时间的改变以及当最大温度梯度被超过时中断介质向透平的输入，按照本发明，所述最大允许的温度梯度根据透平的负载状态来确定，确切地说按这样的方式来确定，即，随着负载状态增大，所要确定的最大允许的温度梯度减小。

温度变化的监测，亦即温度梯度变化过程的观察，以下列考虑为基础：过快的温度变化，即使这种温度变化处于在绝对极限值之间允许的温度范围内，也会导致透平的损坏。因为温度改变过快或出现温度突变时，有时会发生尤其对透平的效率有不利影响的材料问题，以及在有的情况下会导致断裂和材料破坏。因此，与传统的其中仅监测温度是否超过规定的绝对极限值的方法相比，本发明获得了显著改善的保护功能。

由此，监测温度变化提供了这样一种可能性，即，当温度改变过大或过快时已经采取了恰当的预防措施。

优选地，当超过一最大的作为温度随时间改变的度量的温度梯度时，通过实施快速关闭，中断介质向透平的输入。因此，在本方法中对于温度变化有一允许的规定值。当此值尤其较长时间被超过时，为防止透平的热负载过大，中断新蒸汽的输入。

按一种优选的设计，最大允许的温度梯度根据透平的负载状态确定，确切地说尤其按这样的方式来确定，即，随着负载增大，所要确定的最大允许的温度梯度也相应减小。这是基于如下考虑，即，在低的负载状态，新蒸汽向透平材料的传热量尤其基于新蒸汽较小的密度和低的速度因而较小。因此在低负载区允许较大的温度梯度，不存在损坏透平的危险。

比较相宜的是，除监测温度梯度外，若超过温度的绝对极限值，也中断向透平输入介质。也就是说要规定允许的绝对温度范围，新蒸汽温度只允许在此范围内变动。

为了使监测所需费用保持很低，比较有利地是周期性查询新蒸汽当前温度的实际值，通过比较彼此相继的实际值确定温度的改变和温度梯度。

按一项特别有利的设计，根据当前温度的实际值确定一动态极限值，它随温度变化过程改变，但最多处于最大温度梯度范围内。因此通过确定动态极限值，定义了一个允许温度在其中波动的温度范围。通过这样动态化的确定，顾及了一些允许的温度改变，例如温度在起动过程中连续地上升。从而避免了错误起动保护功能的危险。

因为可能发生沿两个方向的温度变化，优选地确定一个动态的下极限值和一个动态的上极限值。在这里动态极限值有利地确定为使其和实际值的差值为规定的温度值。也就是说，此规定的温度值提供了在实际值与动态的上极限值或动态的下极限值之间的一个固定的不发生极端温度变化的温度范围。若出现温度梯度超过最大允许温度梯度，则显然缩短了实际值到其中一个动态极限值的距离，直至实际值最终超过极限值。在超过最大温度梯度时，实际值曲线与动态极限值曲线相交。

比较有利地是将超过动态极限值作为存在不允许的温度变化的证据，并中断介质向透平的输入。

为了避免例如由于短时电的影响过快地起动保护功能，在超过动态极限值或绝对极限值后，只有此动态极限值或绝对极限值经至少另一个查询周期仍继续被超过时，才调整介质向透平的输入。也就是说，通过观望至少另一个查询周期，插入一定的缓冲时间。

在这里优选地在超地动态极限值或绝对极限值后缩短查询周期，也就是以更短的时间间隔重复温度测量。从而以有利的方式使温度的查询频度与需要相适应，换句话说，在正常的过程中温度的查询次数较少，而在临界的过程中温度被频繁地查询。

按一种合乎目的的设计规定，在透平起动时和/或在发生一次温度变化过程的监测错误后，利用第一次新测量的新蒸汽温度实际值确定动态极限值。由此保证以监测温度变化为基础的保护功能有可靠的作用方式，并避免储存透平停车前最后一次测量的实际值及将其用来规定动态极限值。因为要不然在透平重新起动时当由于储存的实际值与当前实际值明显不同时而必然导致起动保护功能并因而关闭新蒸汽的输入。作为接入保护功能的准则，比较有利地是，在发电用透平的情况下采用发电机开关闭合，而在驱动用透平的情况下采用超过最低驱动转速。

为了向操作人员报告由于异常的温度改变而已经处于可能的危险之中，比较有利地是当实际值接近动态极限值和/或绝对极限值时发出警报。尤其在实际值接近一个极限值到一预定的间距时发出这种警报。报警例如可以是声音警报和/或光警报。

为了能尽可能及时起动保护功能，在介质进入透平之前，确切地说尤其在连接在透平上游的锅炉区域内或紧接在一个所谓的集汽箱之后就已经监测介质的温度变化。因此在发生不允许的温度变化情况下，在过冷或过热的蒸汽到达透平前实施快速关闭。

优选地，只有当透平在一预定负载下运行时才能激活此保护机理，亦即才可阻止介质向透平的输入。因此，尤其在透平起动时不激活保护功能。这样做并不影响安全可靠性，因为在这种情况下以及在低负载运行时，由于温度变化导致破坏的危险性较小。

附图说明

下面借助附图进一步说明本发明的实施方式，附图中：

图1为一个透平装置大大简化地表示的示意图；

图2至5分别示出新蒸汽温度的不同变化过程和相关的动态极限值曲线；以及

图6为最大允许温度梯度与透平负载状态的关系示图。

具体实施方式

按图1的透平装置2包括一透平4，尤其是一汽轮机，它通过一轴6与一产生电能的发电机8连接。透平4由气态介质尤其是新蒸汽推动。新蒸汽在锅炉10中产生，并从那里经一蒸汽管12供入透平4。蒸汽管12可借助一阀14尤其是一快速关闭阀截止。透平装置2还包括一保护装置16和一个温度传感器18，在按图1的实施例中它就在锅炉10的区域内直接装在蒸汽管12上。保护装置16通过一条数据线20与温度传感器18连接，并通过一条控制线22与阀14连接。在需要的情况下通过经控制线22触发快速关闭来激活透平保护。

温度传感器18用于检测新蒸汽温度T的实际值I。测得的实际值I传输给保护装置16并在那里予以储存和分析。保护装置16周期性查询实际值I，在这里，查询周期例如为6秒钟。以此方式由保护装置16检测到的新蒸汽温度T随时间的变化过程，优选地借助一显示器24，尤其是一荧光屏或一数字测量仪光学地表示。根据测得的实际值I随时间的变化，亦即根据由测得的实际值I确定的温度梯度dT/dt，保护装置16决定是否操纵阀14。在操纵的情况下优选地触发快速关闭，所以透平4被停止输入新蒸汽。阀14的快速关闭用于保护透平防止由于过大的温度梯度造成例如形式上为裂纹的热破坏。此外，当测得的实际值I低于或超过一绝对极限值时同样激活快速关闭。通过按这种方式监测温度T，可为透平4提供良好的保护功能。

为了使测得的实际值I尽可能与新蒸汽真实的温度T一致，温度传感器18设计为快速热电偶，这种热电偶的特征在于，它通过其金属触点直接装在蒸汽管12的一根所谓潜管(Tauchrohr)上。由系统的测量误差引起的在测得的实际值I与真实的温度T之间的差异，优选地由保护装置16自动修正。下面为了简单起见，认为测量的实际值I与实际温度T一致。

下面借助图2至5详细说明保护装置16内的内部决策过程。在这些图中分别示出温度T随时间t的变化。图中共示出了三种温度变化过程，亦即新蒸汽温度T的温度曲线28和动态上极限值曲线30以及动态下极限值曲线32。温度曲线28由一定数量不连续的实际值I构成，它们由控制装置16检测并作为举例在图中表示了其中之一。为每个测得的实际值I配设一动态上极限值OG和一动态下极限值UG。这些一个个不连续的动态极限值OG、UG构成两条动态极限值曲线30、32。

为了监测新蒸汽的温度T，在每个查询周期中将测得的实际值I与动态极限值OG、UG进行比较：

情况A：实际值I小于上极限值OG和大于下极限值UG。重新确定动态极限值OG、UG。

在上极限值OG的情况下这一点这样实现，即，一方面将新测得的实际值I与个规定的温度值X相加。另一方面将迄今为止的上极限值OG增大一个改变值Y。

现在，为了确定新的上极限值OG，将由实际值I和温度值X组成的总和(I+X)与由目前的上极限值OG和改变值Y组成的总和(OG+Y)互相比较。将较小的总和值定义为新的上极限值OG。

同样地，在确定下极限值UG时这样来进行，即从实际值I中减去温度值X以及从下极限值UG中减去改变值Y，而较大的总值确定为新的下极限值UG。

在这里，改变值Y按新蒸汽温度T最大允许的温度梯度dT/dt(max)来确定。确切地说，改变值Y的变化dY/dt与最大温度梯度dT/dt相同。作为最大温度梯度dT/dt(max)例如使用3K/min的值。在一个优选地为6秒的查询周期中这等于0.3K/查询周期。因此，在这种情况下改变值Y为0.3K。

按上述规则确定的极限值曲线30、32构成了一条允许的温度带34，温度曲线28可在此温度带内改变，而不会触发快速关闭。此温度带34是动态的并遵循着温度曲线28的变化过程。只是在非常快速和持续地改变温度时，温度曲线28才会从允许的温度带34离开。这导致情况B，此时实际值I超过上极限值OG或低于下极限值UG。这优选地在一个检查阶段后实施自动激活阀14的快速关闭。在图3中具体表示了这一情况。

按图2，温度曲线28有两个不连续点。除此之外都为水平的直线。其中温度一次阶跃式地上跳和一次阶跃式地下落。温度曲线28在增加后起先靠近动态上极限值曲线30，后者按上述算法规则逐渐朝最高温度值方向移动，直至它最终重新离温度曲线28的距离为温度值X。上极限值曲线30的坡度由改变值随时间的变化dY/dt决定。与上极限值曲线30相反，下极限值曲线32直接跟着温度曲线28一起阶跃，也就是说下极限值曲线32同样有一个阶跃。其原因在于，为了计算新的下极限值UG，需将实际值I减去温度值X。在一次有相反的符号的阶跃时，亦即在温度曲线28的一次阶跃式地下落时，极限值曲线30、32适用相同的原则，亦即下极限值曲线32逐渐朝更低的温度值移动，而上极限值曲线30则同时阶跃式地下落。

下面借助图3说明情况B，亦即说明保护功能的触发，温度曲线28分成四个分区。在这些分区内温度梯度dT/dt逐步增大，并在第四分区超过最大温度梯度3K/min。可以看出，极限值曲线30、32起先一直跟随温度曲线28保持温度值X的间距，直到在第四分区内温度梯度dT/dt变得过大为止。因此温度曲线28伸出温度带34并与下极限值曲线32在时刻t1相交。一旦发生这一情况，有利地将查询周期例如从6秒缩短到2秒。当优选地在另外三个短的周期后实际值I继续处于极限值曲线32之下，则在时刻t2实施快速关闭。通过另一些具有较短查询周期的检查周期的观望，保证个别事件，例如一次测量错误或另一次电的影响，不会导致触发快速关闭。

图4和5表示了另一些典型的温度变化曲线28和相应的极限值曲线30和32的变化过程。由图5可以看出，温度曲线28阶跃式交替变化，导致温度带34明显变窄。只有当温度曲线28重新连续延伸时温度带34才展宽，从而使极限值曲线30、32与温度曲线28相隔温度值X的距离。

图5中除动态极限值曲线30、32外还画上了上绝对极限值OA和下绝对极限值UA两条粗直线。由图5还可看出，温度曲线28与代表上极限值OA的水平线在时刻t3相交，从而导致触发快速关闭。因此，除了监测温度梯度dT/dt外，保护装置16还监测新蒸汽温度T是否超过或低于绝对极限值OA和UA。

按图6，最大温度梯度dT/dt(max)随负载状态L的增大而减小。优选地，当负载状态L很低时最大温度梯度dT/dt(max)约为10K/min，在满负荷运行时直线下降到约3K/min。在图6中负载状态L表示为在0与1之间的相对量。最大温度梯度dT/dt(max)与负载状态L的这种关系对安全性不可能造成损害，因为在低负载运行时，从新蒸汽向透平4的传热量比满负荷运行时小。按一种简化方案，最大温度梯度dT/dt(max)优选与负载状态L无关地规定为最小值。

Claims (10)

1.一种有气态工作介质输入其中的透平(4)的运行方法，其中监测介质的温度(T)随时间的改变以及当最大温度梯度(dT/dt(max))被超过时中断介质向透平的输入，其特征在于：所述最大允许的温度梯度(dT/dt(max))根据透平(4)的负载状态(L)来确定，确切地说按这样的方式来确定，即，随着负载状态(L)增大，所要确定的最大允许的温度梯度(dT/dt(max))减小。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，根据当前温度(T)的实际值(I)确定一动态极限值(UG、OG)，它随温度变化过程改变，但最多处于最大温度梯度(dT/dt(max))范围内。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，确定一个动态的下极限值(UG)和一个动态的上极限值(OG)。

4.按照权利要求2或3所述的方法，其中，动态极限值(UG、OG)被确定为离实际值(I)的距离为一个规定的温度值(X)。

5.按照权利要求2或3所述的方法，其中，在动态极限值(UG、OG)被超过后，中断介质向透平(4)的输入。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，在动态极限值(UG、OG)或绝对极限值(UA、OA)被超过后，只有在此动态极限值(UG、OG)或绝对极限值(UA、OA)经至少另一个检验-查询周期仍继续被超过时，才中断介质向透平(4)的输入。

7.按照权利要求6所述的方法，其中，在动态极限值(UG、OG)或绝对极限值(UA、OA)被超过时，缩短查询周期。

8.按照权利要求2或3所述的方法，其中，在透平(4)起动时和/或在发生一次温度变化过程的监测错误后，利用第一次新测量的实际值(I)来确定动态极限值(UG、OG)。

9.按照权利要求2或3所述的方法，其中，当实际值(I)接近动态极限值(UG、OG)和/或绝对极限值(UA、OA)时发出警报。

10.按照权利要求2或3所述的方法，其中，只有当透平(4)在一预定的负载状态(L)之上运行时，才能关闭介质向透平(4)的输入。

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