DE2931145A1

DE2931145A1 - Verfahren und system zum regeln des oeffnens und schliessens eines ablassventils

Info

Publication number: DE2931145A1
Application number: DE19792931145
Authority: DE
Inventors: William George Carberg; Jun Mark Robert Ford
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2435083B1; IT7925258A0; US4197990A; JPS5547098A; MX147374A; CA1123080A; NL179678B; GB2036374B; NL7904899A; NL179678C; JPS583155B2; FR2435083A1; DE2931145C2; IT1122870B; GB2036374A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf automatisierte Sy-

oder Kraftwerksanlagen

sterne für Prozeßanlagen und Kraftanlagen/und Betrifft insbesondere ein automatisiertes Ablaßsystem sowie ein Verfahren zur Wartung einer Dampfdurchflußleitung.

In einer Prozeß- oder Kraftanlage, in der ein Zweiphasenfluid von einem Punkt zu einem anderen geleitet wird, ist es wichtig, jegliches Kondensat abzulassen, das längs des Fluidströmungsweges auftreten kann. Insbesondere ist es in einer Kraftanlage an einer Stelle stromaufwärts einer Turbomaschine unter dem Gesichtspunkt einer potentiellen Schaufelerosion wichtig, sicherzustellen, daß jegliches Kondensat in einem Fluidzufuhrverteiler durch Ablassen abgeführt wird, damit keine Wassertröpfchen in dem Dampf mitgeführt werden, die sonst anschließend in die Turbomaschine getragen werden könnten. Es ist außerdem erwünscht, Kondensat aus einem Turboma-

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schinengehäuse sofort zu entfernen_r um die Möglichkeit von ungleichen Wärmegradienten innerhalb des Turbomaschinenmantels auszuschalten, die sonst zum Verziehen des Turbomaschi— nengehäuses führen könnten.

Ein bekanntes System zur automatischen Ablaßsteuerung ist in der US-PS 3 694 103 beschrieben. Bei diesem bekannten System werden Belastungszustände an einer Turbine auf einen Druckschalter gegeben, so daß das Ablaßventil betätigt wird, wenn die Turbinenbelastung auf einen vorbestimmten Wert, wie beispielsweise 20% der Nennbelastung abfällt. Die Ablaßventile werden daher bei einem vorbestimmten Sollwert öffnen. Dieses System kann zwar die Ablaßventilstellung bei einer drastischen Änderung im Turbomaschinendruck steuern, es berücksichtigt jedoch keine Dampftemperaturänderungen bei hohem Druck, während denen es ebenfalls zu einer Kondensation kommen kann.

Ein weiteres bekanntes System zum Erkennen des Auftretens von Feuchtigkeit in einer Dampfleitung ist aus der US-PS 4 063 228 beschrieben .Dieses bekannte System stellt die Geschwindigkeit der Temperaturänderung in einer Dampfleitung fest, um das Vorhandensein von Feuchtigkeit zu erkennen. Die Erfindung unterscheidet sich von dieser Lösung dahingehend, daß der Leitungsdruck benutzt wird, um ein veränderliches SoIlwertp'otential für das Auftreten von Feuchtigkeit zu bestimmen, das dann mit einem Istbetriebszustand verglichen wird.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Systemhardware für ein automatisiertes Ablaßsystem, das bei allen Kombinationen von Dampftemperatur und Dampfdruck, die innerhalb einer Dampfleitung auftreten, anspricht. Die Erfindung ist so ausgelegt und entwickelt worden, daß sie verschiedene weitere automatisierte Vorgänge für den Anlauf und den Betrieb einer Kraftanlage ergänzt. Die Erfindung schafft ein Verfahren und ein Gerät für ein automatisiertes Äblaßsystem, bei denen ein veränderlicher Sollwert für das öffnen und Schließen des

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Ablasses geirtäB abgefühlten Istzuständen innerhalb einer Dampfleitung benutzt wird.

Die Erfindung baut auf der Beziehung zwischen dem Dampfdruck und der Dampftemperatür auf, die eine Sättigungskurve festlegt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Äbfühlens des Dampfdruckes in einer Dampfleitung und des Umwandeins des Dampfdruckes in eine Sättigungstemperatur. Wenn die abgefühlte Istdampftemperatür die Sättigungsdampftemperatur in einem vorbestimmten Ausmaß übersteigt, werden die Ablaßventile geschlossen. Wenn sich die abgefühlte Istdampftemperatur der Sättigungskurve in einem vorbestimmten Ausmaß nähert, werden die Ablaßventile geöffnet. Bei der Durchführung der Erfindung ist ein Element die Verwendung eines Funktionsgenerators, der den abgefühlten Dampfdruck in eine Sättigungstemperaturkurve gemäß einer vorgeschriebenen Beziehung umwandelt. Anschließend vergleichen elektronische Vergleicher die Istdampftemperatur mit der Sättigungsdampftemperatur, um die Ablaßventilstellung zu steuern.

Ein Ausführangsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. T ein .Systemschema, welches eine Dampflei

tung, eine Änalogabfühleinrichtung, elektronische Prozessoren und Ventilbetätigungseinrichtungen zeigt, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen der Dampftemperatur und dem Dampfdruck sowie eine Sättigungstemperaturkurve und veränderliche Sollwerte zum Äbiaßöffnen und -schließen.

Die Erfindung ist für eine Mischzykluskraftanlage entwickelt worden, in der ein Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (heat re-

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covery steam generator oder HRSG) einer oder mehreren Dampfturbinen Dampf liefert. Mischzykluskraftanlagen sind auf dem Kraftanlagengebiet bekannt und enthalten wenigstens eine Gasturbine, eine Dampfturbine und einen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger. Der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger verbindet die Gasturbine thermodynamisch mit der Dampfturbine, wobei Gasturbinenabgas in Wärmeaustauschbeziehung mit Speisewasser geleitet wird, das das Speisewasser in Dampf umwandelt. Es können mehr als ein Wärmerückgewinnungsdampferzeuger und mehr als eine Dampfturbine vorhanden sein.

Weiter gibt das hier beschriebene spezifische Beispiel zwar das ursprüngliche Entwicklungsziel der Erfindung wieder, es ist jedoch klar, daß die Erfindung bei jeder Prozeßfluidleitung angewandt werden kann, die ein Zweiphasenfluid enthält. Darüber hinaus kann in einer Kraftanlage, die Dampf als Antriebsfluid benutzt, die Erfindung auch an den Turbinengehäuseablässen und anderen Stellen, an denen eine Fluidkondensation erfolgen kann, angewandt werden.

In Fig. 1 verbindet ein Fluidverteiler 11 wenigstens einen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (nicht gezeigt) mit wenigstens einer Dampfturbine (ebenfalls nicht gezeigt). Ablaßsammeltöpfe 13, 15 und 17 sind an niedrigen Stellen in dem Fluidverteiler befestigt. Das elektronische Ablaßsystem nach der Erfindung läßt Wasser aus diesen Sammeltöpfen ab.

Abfühleinrichtungen werden benutzt, um Temperatur- und Druckdaten aus dem Verteiler und den Ablaßsammeitöpfen zu erhalten. Beispielsweise mißt ein Druckgeber 25 den Fluiddruck in dem Verteiler 11 und liefert einen Ausgangsstrom I, der zu dem Dampfdruck proportional ist. Der Ausgangsstrom I wird in einem Strom-Spannungs-Wandler 27 in eine Spannung V umgewandelt. Das Ausgangssignal des Wandlers 27 wird an einen Funktionsgenerator 29 angelegt, der ein elektrisches Ausgangs-

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signal li-efc-ct- clas eiiier Sättigungstemperatur bei dem geino^Benen Drv.cl·: äquivalent ist. Diese Sättigungstemperatur ändert sich- vie im folgenden noch näher erläutert, mit dem Druck, so daß sie zu ainem variablen Sollwert für das automatisierte Ablaßsystem wird.

Die Ablaßsanuueltöpfe 13, 15 und 17 sind jeweils mit einem Thermoelement 33, 35 bzw, 37 ausgerüstet, das die Fluidtemperatur in jeder mit dem Hauptdampfvertexler verbundenen Leitung mißt. Das Ausgangssignal jedes Thermoelements ist eine elektrische Spannung, die zu der gemessenen Temperatur proportional ist. Die Ausgangssignale der Thermoelemente werden selektiv an Spannungsverstärker 41, 42 bzw. 43 angelegt. Die Spannungsverstärker geben jeweils Spannungssignale für jedes Thermoelement ab, die dann an Signalvergleicher 45, 47 bzw. 49 angelegt werden. Ein zweites Eingangssignal an jedem Signalvergleicher 45, 47 bzw. 49 ist das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 29. Das Ausgangssignal jedes Signalvergleichers wird in Kontaktausgangsisolatoren 55, 57 bzw. 59 eingegeben, die mit motorisch einstellbaren Ablaßventilen 61, 63 bzw. 65.verbunden sind. Ein zweites Ausgangssignal aus jedem Signalausgang könnte ein elektrisches Signal sein, das eine Systemstörung angibt und in einer Störungsalarmvorrichtung F angezeigt wird, die mit jeder elektrischen Kontaktvorrichtung verbunden ist.

In Fig. 2 ist die Dampftemperatur über dem Dampfdruck aufgetragen. Die gezeigte ausgezogene Linie A ist die Sättigungstemperatur, die sich mit Temperatur und Druck ändert. Der Funktionsgenerator 29 ist ein programmierbares Gerät, das von der Fa. The Foxboro Company (Foxboro, Massachusetts), Modell Nr.. 2AP + SGC, hergestellt wird und ermöglicht, die auf der Linie A dargestellten Daten elektrisch wiederzugeben und in die Vergleicher einzugeben.

Die gestrichelte Linie B stellt-die Kurve zum Schließen der elektronischer. Ablässe dar. Diese Linie wird -durch die Linie

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A festgelegt, ist aber um eine konstante Temperaturdifferenz von vielleicht 56 ⁰C (100 ⁰F) höher als die Linie A. Das ist ein willkürlicher Sollwert, der auf der Erfahrung und auf der Kenntnis von Systembedingungen und -erfordernissen basiert. Die strichpunktierte Linie C ist eine Ablaßöffnungslinie, die bei einer Differenz Δ von etwa 28 ⁰C (50 ⁰F) über der Sättigungstemperaturlinie auftritt. Die Vergleicher 45, 47 und 49 sind so voreingestellt, daß sie diese Werte aufnehmen und damit die Ablaßventile 61, 63 bzw. 65 gemäß Fig. 2 steuern.

Das Verfahren nach der Erfindung wird in folgenden Schritten ausgeführt:

Abfühlen des Fluiddruckes in der Fluidleitung. Umwandeln des Fluiddruckes in eine elektrische Spannung, die eine Sättigungstemperatur angibt;
Abfühlen der Fluidtemperatur am Ablaßort; Vergleichen der Sättigungstemperatur mit de- abgefühlten Fluidtemperatur an jedem Ablaßort; und Verstellen jedes Ablaßventils entweder in eine Ventiloffenstellung oder in eine Ventilschließstellung gemäß dem Ergebnis des Vergleichsschrittes.

Die gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausgeführte Erfindung enthält weiter den Schritt, das Ablaßventil immer dann zu schließen, wenn die Isttemperatur die Sättigungstemperatur bei steigender Temperaturdifferenz um 56 ⁰C (100 ⁰F) übersteigt. Außerdem beinhaltet sie den Schritt, das Ablaßventil immer dann zu öffnen, wenn bei abnehmender Teinperaturdifferenz die Isttemperatur um weniger als 28 ⁰C (50 ⁰F) über der Sättigungstemperatur liegt.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Regeln des üffnens und Schließens eines Ablaßventils in einer Fluidleitung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Abfühlen des Fluiddruckes in der Fluidleitung;

Umwandeln des Fluiddruckes in eine Sättigungstemperatur;

Abfühlen der Istfluidtemperatur;

Vergleichen der Sättigungstemperatur mit der Istfluidtemperatur; und

Verstellen des Fluidablaßventils entweder in eine Ventiloffenstellung oder in eine Ventilschließstellung gemäß dem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Schließen des Ablaßventils immer dann, wenn die Isttemperatur

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die Sättigungstemperatur um einen vorbestimmten Grad an Differenz bei zunehmender Temperaturdifferenz übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Öffnen des Ablaßventils immer dann, wenn die Isttemperatur kleiner als ein vorbestimmter Grad an Differenz über der Sättigungstemperatur bei abnehmender Temperaturdifferenz ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sättigungstemperatur gemäß der Temperatur und dem Druck in der Dampfleitung ändert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Schließen des Ablaßventils immer dann, wenn die Isttemperatur die Sättiguhgstemperatur um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz übersteigt; und

öffnen des Ablaßventils immer dann, wenn die Isttemperatur unter die vorbestimmte Temperaturdifferenz um eine zweite vorbestimmte Temperaturdifferenz abfällt.
6. System zum automatischen Betätigen wenigstens eines Ablaßventils in einer Fluidleitung gemäß einer veränderlichen Fluidtemperatur-Fluiddruck-Beziehung, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (33/ 35, 37) zum Messen der Istfluidtemperatur;

eine Einrichtung (25) zum Messen des Istfluiddruckes;

eine Einrichtung (29) zürn Erzeugen einer Sättigungstemperaturkurve (A) auf der Basis des Istfluiddruckes;..

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eine Einrichtung (45, 47, 49) zum Vergleichen der Sattigungstemperaturkurve mit der Isttemperaturkurve; und

eine Einrichtung (55, M) zum Betätigen des Ablaßventils (61, 63, 65) gemäß dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung ein Thermoelement (33, 35, 37) enthält,

daß die Druckmeßeinrichtung ein Druckfühler (25) ist, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Sättigungstemperaturkurve (A) ein elektronischer Funktionsgenerator (29) ist und daß die Vergleichseinrichtung ein Signalvergleicher (45, 47, ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalvergleicher (45, 47, 49) enthält:

einen Ablaßschließsollwert bei einer vorbestimmten ersten Differenz (B) in der Temperaturdifferenzzunahmerichtung oberhalb der Sättigungstemperaturkurve (A); und

einen Ablaßöffnungssollwert zwischen der vorbestimmten ersten Differenz (B) und der Sättigungstemperaturkurve (A) in der Temperaturdifferenzabnahmerichtung.

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