CN202582761U

CN202582761U - 电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置

Info

Publication number: CN202582761U
Application number: CN 201220060526
Authority: CN
Inventors: 高建强; 危日光; 祁在山; 马亚; 曲振肖
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-02-23

Abstract

一种电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，它由多个数字温度传感器、多个采集器、光猫、光缆和数据处理计算机组成，所述数字温度传感器采用DS18B20，多个数字温度传感器分组安装，每组数字温度传感器对应一个采集器，同组的数字温度传感器通过总线与对应采集器相连，所述采集器采用微处理器ARM7，多个采集器通过485通讯电缆、光猫和光缆与数据处理计算机连接。本实用新型利用数字温度传感器直接实时测量空冷凝汽器的入口空气、外管壁和出口热风等各测点的温度，有效提高了检测精度，而且安装与维护方便、运行可靠，可为空冷系统换热效果的评价、热回流状况评判、空冷系统的运行调整以及冬季防冻措施的制定提供可靠的参考信息。

Description

电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于在线监测空冷凝汽器的外管壁温度、出口热风温度和入口冷风温度的装置，属检测技术领域。

背景技术

直接空冷凝汽器是用来冷却电站汽轮机做过功后的排汽（乏汽）的换热器，其冷却介质为环境中的空气，空气在换热器的外部流动换热，空气流动所需的动力由直接空冷凝汽器的冷却风机提供。汽轮机做过功的低温低压蒸汽在换热器的管束内流动，换热后变成凝结水，收集后由凝结水泵送回汽轮机的回热系统后，循环吸热、做功。

汽机排汽经过一根大直径的排汽管道引至主厂房外，分成数根支管进入空冷凝汽器，每根支管对应一列冷却器，由于尺寸很大，每列冷却器又被分成4-6个单元，每个单元中配置一台风机。如图3-图5所示，每个空冷凝汽器的冷却单元主要由蒸汽管道、两侧换热管束形成的“A”形表面、换热管束下部的集水管、冷却风机、以及“A”形表面两端的蒸汽管道钢架和封板构成（所有附图中均未画出封板，图4中未画出冷却风机和换热管束，图5中未画出冷却风机和一侧的换热管束）。工作时蒸汽管道内的蒸汽经过换热管束向下或向上流动过程中与风机送来的空气进行热交换，然后冷凝成水进入集水管。冷却风机把环境中的空气引入空冷单元，冷空气流过换热管束换热后的热风又进入周围环境。

直接空冷凝汽器具有用水量少的优点，使得电厂选址不受水源限制，近年来，在富煤缺水的北方地区，直接空冷机组数量增加很快。然而，发电厂直接空冷凝汽器尺寸庞大、系统复杂，其运行性能与环境和空冷凝汽器的换热状况密切相关，运行中存在诸如汽轮机的运行背压高且变化大、凝汽器的冷却性能受环境的影响大、凝汽器冬季运行时容易发生冻结、凝结水溶氧超标、以及热污染等问题。

通过对直接空冷凝汽器温度场分布的在线监测，可使运行人员及时方便地对换热器的换热状况进行监测和评估，并进行运行控制，保障机组安全经济运行。目前，直接空冷汽轮机组大都没有对空冷凝汽器的温度场进行在线监测，因此，使得对空冷系统换热效果的评价、热回流状况评判、空冷系统的运行调整、以及冬季防冻措施制定等工作都存在一定的滞后性和盲目性。

有文献提出采用测温线缆对空冷凝汽器温度场进行监测，但由于测温线缆的温度传感器封装在具有较大热阻的线缆绝缘皮内，所测温度与实际温度存在较大的误差。同时，当外部温度变化时，温度传感器的响应速度慢，存在明显的滞后，使得各测点温度测量值的静态和动态精度较低。而且由于在外部很难准确判断各个测点的实际位置，故使用测温电缆也无法实现壁温的测量。此外，空冷凝汽器的实际温度场的温度值变化幅度有时很大，而长线缆各材料的热膨胀性不同，易造成传感器与线缆之间的连接损坏，系统故障率较高，而且一旦出现个别测点故障，现场维修非常不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量精度高、运行可靠、安装与维护方便的电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，由多个数字温度传感器、多个采集器、光猫、光缆和数据处理计算机组成，所述数字温度传感器采用DS18B20，多个数字温度传感器分组安装，每组数字温度传感器对应一个采集器，同组的数字温度传感器通过总线与对应采集器相连，所述采集器采用微处理器ARM7，多个采集器通过485通讯电缆、光猫和光缆与数据处理计算机连接。

上述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，构成中还包括安装在冷却单元侧面上的总线支架，所述总线支架由水平钢丝和两个支腿组成，所述钢丝的两端分别通过两个支腿固定在每列冷却单元两端的蒸汽管道钢架上，所述数字温度传感器分为三种，分别是换热器入口空气温度传感器、换热器外管壁温度传感器和换热器出口热风温度传感器，所述换热器入口空气温度传感器安装在冷却单元的风机出口上部，总线与换热器外管壁温度传感器和换热器出口热风温度传感器相连的部分沿总线支架的钢丝固定，所述换热器出口热风温度传感器通过其与总线的连接线悬吊在总线支架的钢丝下，所述换热器外管壁温度传感器固定于冷却单元的换热管束外侧的管壁上。

上述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，所述换热器出口热风温度传感器位于换热管束上方10-100mm处。

上述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，所述换热器外管壁温度传感器与总线之间的连接线长度大于换热器外管壁温度传感器与总线连接点的距离。

上述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，所述总线与固定支腿和钢丝沿换热器管束外的高度方向可以平行布置多组。

。[0013] 本实用新型利用数字温度传感器直接测量各监测点的温度，有效提高了检测精度，而且安装与维护方便、运行可靠，可为空冷系统换热效果的评价、热回流状况评判、空冷系统的运行调整以及冬季防冻措施的制定提供可靠的参考信息。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是温度传感器与总线连接方式示意图；

图3是温度传感器安装示意图；

图4是总线布置方式示意图；

图5是换热器外管壁温度传感器的连接示意图；

图6是采集器原理图。

图中各标号为：1、蒸汽管道；2、换热管束；3、风机；4、检修走廊；5、总线；6、支腿；7、换热器入口空气温度传感器；8、换热器外管壁温度传感器；9、钢丝；10、换热器出口热风温度传感器；11、蒸汽管道钢架；12、集水管。

具体实施方式

本装置包括集成化数字温度传感器、总线5、采集器、总线支架、通讯电缆、光缆和计算机等硬件，以及数据采集与通讯软件、数据分析软件等。空冷凝汽器是指利用环境空气冷却汽轮机排汽的装置，利用空气冷却带走热量并使汽轮机排出的乏汽在换热管束内凝结为水，由于其形状类似于“人字形”，故也称为“人字形”凝汽器。在“人字形”凝汽器的两侧各布置多个温度传感器，沿着空冷凝汽器长度方向布置，分别用于测量空冷凝汽器的换热器外管壁温度、出口热风温度。同时在空冷风机出口布置一列换热器入口空气温度传感器7。由于冬季温度低时，会出现冻结现象，而冻结现象最先发生在逆流区，因此，逆流区的测点布置相对于其他顺流区较密一些。

换热器外管壁温度传感器8采用两种胶粘结在换热管的外管壁上：首先通过导热性能好的硅胶使传感器与换热管外管壁粘结，之后再在传感器外部用粘结强度大的胶将传感器与管壁固定。换热器出口热风温度传感器10则通过连接线与总线5连接，悬吊在换热器管上方，换热器出口热风温度传感器10平均距离空冷凝汽器的换热管束13不超过100mm。这些传感器均固定在总线上分出来的许多枝杈状连接线的末端，各采集器通过485通信电缆、光纤，将数据传入数据处理计算机，如图1所示。

换热器出口热风温度传感器10安装在“人字形”凝汽器外侧的卡带附近，在冷却单元两端的蒸汽管道钢架11上焊接可以承重的支腿6（用于把钢丝9拉紧、固定），然后将钢丝9固定在支腿6上，总线5则挂在钢丝9上，如图4所示，换热器出口热风温度传感器10距离空冷凝汽器的换热管束13不超过100mm。

采集器与传感器之间的连接采用总线+枝杈状结构的连接线方式，如图4所示，即由总线5上分出许多枝杈状连接线，这些枝杈状连接线的末端连接着换热器外管壁温度传感器8、换热器出口热风温度传感器10。这种结构克服了热胀冷缩引起的应力变化对测量的影响。枝杈状连接线可以布置在总线5的同一侧也可以布置在总线5的两侧（图4中为两侧），且根据安装需要，与换热器出口热风温度传感器10相连的枝杈状连接线短些，与换热器外管壁温度传感器8相连的枝杈状连接线长些。

换热器外管壁温度传感器8与总线5之间的连接线较长，该连接线平时并不是拉紧的，而是弯曲的，留有一定的拉伸余量，如图5所示，这样在总线发生热胀冷缩引起变形时不会把换热器外管壁温度传感器8从换热器管壁上扯掉弄坏，从而保证了测量温度的准确与可靠性。

换热器入口空气温度传感器7安装于风机3上方，固定在风机单元内部的走廊上的铁护栏上即可。

数字温度传感器采用DS18B20，它是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率最小可达0.0625℃；其结构主要分两部分：一部分为测温主体部分，内含测温芯片；另一部分为引脚，引脚有三个接口，一个接地口，一个接电源口，还有一个数据通讯接口。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。此外该测温单元和转换设备价格便宜，可使多点温度测量系统的成本大大降低。

将数字温度传感器与连接线相接时，应确保数字温度传感器的测温主体部分完全裸露在连接线的绝缘皮之外，也可以将数字温度传感器通过导热性能良好的硅胶或金属铠装后置于连接线的绝缘皮之外，以保证数字温度传感器测温的敏感性，提高测温精度及可靠性。数字温度传感器与连接线的接头处通过胶封处理，保证数字温度传感器与连接线具有很好的防水功能。此外连接线与总线5的绝缘皮连接采用密封防水处理。

一个采集器最多连接300个数字温度传感器，采集器之间、以及采集器与主机间采用串口RS485通讯线缆连接，采样周期在1～5s以内，可以实时传输数据。

数字温度传感器采集的温度数据传入数据库中，该数据库中的数据可以被电厂的MIS等信息系统读取，从而实现测温数据库共享。采集器输出也可以采用TCP/IP协议（以太网），实现数据远传。

如图2所示，本系统的所有传感器均通过一段连接线与一根总线5相连接，连接线与总线5共有3根分线构成，分别是电源线VDD、接地线GND和数据通讯线S，传感器通过连接线与总线连接，实现数据采集、供电等功能，连接线和总线外敷设绝缘保护皮。总线固定在“人字形”凝汽器上方的一根钢丝9之上，钢丝9则通过焊接在“人字形”凝汽器两端的支腿6拉紧固定，如图4所示。经现场观察发现空冷凝汽器清洗装置距离换热管束13较近，若钢丝9距离换热管束13太远会碰到空冷凝汽器清洗装置，影响其工作，因此钢丝9距离换热管束13表面的平均距离控制在10～150mm之间，以确保空冷凝汽器清洗装置喷嘴顺利通过。

本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，其特征是，它由多个数字温度传感器、多个采集器、光猫、光缆和数据处理计算机组成，所述数字温度传感器采用DS18B20，多个数字温度传感器分组安装，每组数字温度传感器对应一个采集器，同组的数字温度传感器通过总线（5）与对应采集器相连，所述采集器采用微处理器ARM7，多个采集器通过485通讯电缆、光猫和光缆与数据处理计算机连接。

2.根据权利要求1所述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，其特征是，构成中还包括安装在冷却单元侧面上的总线支架，所述总线支架由水平钢丝（9）和两个支腿（6）组成，所述钢丝（9）的两端分别通过两个支腿（6）固定在冷却单元两端的蒸汽管道钢架（11）上，所述数字温度传感器分为三种，分别是换热器入口空气温度传感器（7）、换热器外管壁温度传感器（8）和换热器出口热风温度传感器（10），所述换热器入口空气温度传感器（7）安装在冷却单元的风机（3）出口上部，总线（5）与换热器外管壁温度传感器（8）和换热器出口热风温度传感器（10）相连的部分沿总线支架的钢丝（9）固定，所述换热器出口热风温度传感器（10）通过其与总线（5）的连接线悬吊在总线支架的钢丝（9）下，所述换热器外管壁温度传感器（8）固定于冷却单元的换热管束（2）外侧的管壁上。

3.根据权利要求2所述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，其特征是，所述换热器出口热风温度传感器（10）位于换热管束（2）上方10-100mm处。

4.根据权利要求3所述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，其特征是，所述换热器外管壁温度传感器（8）与总线（5）之间的连接线长度大于换热器外管壁温度传感器（8）与总线（5）连接点的距离。

5.根据权利要求4所述电厂直接空冷凝汽器温度场在线监测装置，其特征是，所述总线（5）与固定支腿（6）和钢丝（9）沿换热器管束外的高度方向可以平行布置多组。