Система технічної діагностики низькопотенційного комплексу

4.6.3 Система технічної діагностики низькопотенційного комплексу

Система технічного діагностування й керування НПК
 теплоенергетичних установок електростанцій призначена для підвищення економічності, надійності, довговічності й екологічної чистоти енергоблоків ТЕС за рахунок оптимізації режимів експлуатації НПК.

Система забезпечує:

–  технічну діагностику устаткування НПК з метою підвищення надійності, довговічності й екологічної чистоти енергоблоків;

–  оптимізацію режимів роботи й експлуатації енергоблоків з урахуванням графіків енергетичних навантажень, справності устаткування, екологічної й метеорологічної обстановок;

–  підвищення надійності роботи енергоблоків;

–  збільшення міжремонтних періодів експлуатації енергетичного устаткування;

–  вибір оптимальних видів ремонтів, модернізації й реконструкції;

–  зниження ступеня забруднення навколишнього середовища;

–  скорочення витрат палива й водних ресурсів.

Система передбачає збір інформації про параметри енергоносіїв і стану устаткування з максимальним використанням штатних приладів, нагромадження бази даних, обробку інформації на ЕОМ і видачу рекомендацій. Вона може працювати як автономно, так і в складі АСУТП енергоблоку (у режимі підсистеми).

Коло завдань, охоплюваних системою діагностики роботи НПК, містить у собі наступне:

1. Конденсатор:

–  визначення фактичних і нормативних показників роботи конденсатора - вакууму, недогріву води до температури насичення, нагрівання води, гідравлічного опору;

–  аналіз і з'ясування можливих причин порушення в роботі конденсатора;

–  вибір способів установлення оптимальних строків чищення трубок;

–  визначення оптимальних строків заміни трубок.

2. Циркуляційні насоси й трубопроводи системи циркуляційного водопостачання:

–  визначення характеристик роботи насосів;

–  аналіз і з'ясування можливих причин відхилень у роботі циркуляційної системи;

–  оптимізація включення й параметрів експлуатації циркуляційних насосів.

3 Повітряні насоси:

–  перевірка відповідності показників роботи ежекторів паспортним даним;

–  аналіз і з'ясування причин незадовільної роботи ежекторів і їхніх охолоджувачів.

4. Конденсатні насоси

5. Оцінка зниження економічності роботи турбоустановки залежно від стану конденсаційної установки.

Реалізація СТДУ НПК можлива в рамках різних моделей [20]:

–  мінімальної, що забезпечує програмно-інструментальні засоби для інженерів ТЕС по оперативному контролі (моніторингу) параметрів стану елементів установки в об'ємі прийнятому на ЕС, зіставленню фактичних значень параметрів з нормативними, а також побудова ретроспективи параметрів стану установки й виявленню тенденцій їхньої зміни, що особливо важливо при низької надійності й точності показань вимірювальних засобів;

–  максимальної, утримуючої не тільки підсистеми збору й обробки інформації, але й реалізуючої крім моніторингу завдання більше високого рівня, експертні завдання по виявленню причин порушень у роботі устаткування й оптимізаційні завдання, такі як, наприклад, оптимізація роботи системи, оптимізація строків чищення й заміни трубок поверхні теплообміну й т.д.;

–  інженерної, що займає проміжне положення по об'єму й складності між першими двома.

У рамках мінімальної моделі СД реалізуються завдання безперервного оперативного контролю основних параметрів, що характеризують роботу конденсаційної установки (недогрів води до температури насичення пари, тиск у конденсаторі, переохолодження конденсату, зміст повітря в парі, солевміст конденсату й ін.), порівняння фактичних значень цих параметрів з нормативними, розрахованими по закладеним у СД алгоритмам, і при невідповідності фактичного й нормативного значень видачі повідомлень про порушення режиму експлуатації, а також аналізуються тенденції зміни того або іншого параметра при впливі на нього інших факторів.

Максимальна модель СД містить у собі мінімальну модель як підсистема. При виявленні в рамках цієї підсистеми відхилень і порушень у режимі роботи конденсаційної установки підсистема більше високого рівня, проаналізувавши наявну інформацію й доповнивши її відсутньої, отриманої шляхом моделювання або в діалозі з оператором, ЕОМ формує діагноз технічного стану конденсаційної установки із вказівкою можливих причин, що викликали порушення її роботи, і видасть рекомендації персоналу для усунення виявлених неполадок. До складу максимальної моделі включаються програмні модулі, що реалізують за бажанням користувача процедури вироблення прогнозних оцінок по розроблених методиках, а також рішення перерахованих вище оптимізаційних завдань, які дозволяють підвищити ефективність роботи встаткування шляхом підтримки економічних режимів його експлуатації або використання оптимальних схем його включення.[25]

Розробка системи технічної діагностики містить у собі:

- вибір методу контролю НПК (моніторинг);

- експертну оцінку;

- висновок.

Моніторинг НПК здійснюється шляхом:

- прямого виміру параметрів за допомогою приладів технологічного контролю;

- непрямого виміру (аналітичними методами);

- комбінованим (інтегральним) методом.

Під час експлуатації НПК повинні, згідно ПТЕ, проводитися наступні заходи:

- профілактика по запобіганню забруднення конденсаторів (обробка охолодної води, кулькове очищення);

- періодичне чищення конденсаторів;

- контроль за чистотою поверхонь охолодження й трубних дощок конденсаторів; поверхонь охолодження в охолоджувачах ежекторів;

- контроль за витратою охолодної води (шляхом прямого виміру по тепловому балансі конденсаторів), оптимізація витрати охолодної води відповідно до її температури й паровим навантаженням конденсатора;

- перевірка щільності вакуумної системи і її ущільнення, при цьому величина присоса повітря, у діапазоні зміни парового навантаження конденсатора, не повинна перевищувати норму;

- перевірка водяної щільності конденсатора шляхом систематичного контролю солевмісту конденсату;

- перевірка змісту кисню в конденсаті після конденсатних насосів.

Загальноприйнятим методом контролю за роботою конденсаційної установки є регулярне порівняння фактичних експлуатаційних показників його роботи з нормативними показниками, отриманими на підставі випробувань однотипного устаткування при свідомо справному й чистому стані всіх елементів установки

Для своєчасного і якісного проведення перерахованих вище заходів здійснюється безперервний контроль параметрів.

До числа основних параметрів, що характеризують роботу НПК, прийнято відносити тиск пари, що відробило в турбіні (Рк) і температурний напір у конденсаторі (δt) при заданих значеннях:

- витрати пари (Dк) і охолодної води (Gв) у конденсаторі турбіни;

- температури охолодженої води на вході в конденсатор (t_в1).

Ці параметри визначають ступінь термодинамічної досконалості циклу турбоустановки, характеризуючи величину теплоперепаду залежно від кінцевого тиску. Одночасно вони дають можливість оцінки впливу НПК і енергоблоку на навколишнє середовище.

Визначення тиску пари, що відробило (Рк) виробляється шляхом безперервного виміру штатними приладами. Безперервний контроль із використанням штатних СТОСІВ ведеться за параметрами, перерахованими вище.

Значення температурного напору (δt) визначається як різниця температур пари на вході в конденсатор (tкп) і охолодної води на виході з конденсатора (t2в), тобто

δt=t_кп – t_2в, ⁰С (4.4)

Витрата пари в конденсатор може бути визначений з урахуванням видаткового коефіцієнта (К_п), зазначеного в нормативних характеристиках для кожного типу турбін, по формулі:

,т/ч (4.5)

де К_п – видатковий коефіцієнт (т/ч)/МПа;

Р_п – тиск пари в контрольному щаблі, МПа.

Крім цього витрата пари (D_к) може бути визначений з розрахунку теплової схеми турбоустановки. Цей метод у цей час більше кращий для турбоустановок, що перебувають тривалий час в експлуатації й значному фізичному зношуванню. Тим більше, що використання ЕОМ при розрахунку схеми спрощує даний метод і підвищує його точність.

Витрата охолодженої води G_в може бути визначений або за допомогою витратоміра, або по характеристиці циркуляційного насоса, або по витраті електроенергії й на привод насоса (при заданому тиску нагнітання Р_цн, тиску на всасі в насос Р_цв і ККД насоса η_цн).

Однак на практиці витрата охолодженої води для потужних енергоблоків частіше визначають із теплового балансу конденсатора:

,кг/год (4.6)

де D_к- витрата пари в конденсатор, кг/год;

 - відповідно, ентальпії пари й конденсату, кДж/кг;

Св– теплоємність води, кДж/(кг^.0С);

∆t_в – нагрівання води в конденсаторі, ⁰С.

Чистота поверхні трубок конденсатора визначається також аналітично з використанням значень: коефіцієнта теплопередач пари, конденсату, температурного напору, температур і витрати охолодженої води або методами, пропонованими нижче.[13]

Найбільш простим методом визначення коефіцієнта теплопередачі К у конденсаторі є розрахунок його по формулі:

, Вт/⁰C∙ м² (4.7)

де F_к – поверхня охолодження конденсатори, м²;

δt – температурний напір у конденсаторі, ^ос.

Експертна оцінка виробляється за результатами моніторингу, у тих випадках, коли джерело й причини відмови не очевидні. У цих випадках експлуатаційний персонал або ЕОМ звертаються до банку даних по відмовах, які уведені на згадку ЕОМ, або до експерта. Експертом повинен бути висококласний фахівець із числа працівників ТЕС.

У банк даних вносять енергетичні характеристики конденсаторів, насосів, ежекторів і т.д. Крім цього вносять характеристики відмов в елементах НПК (їхньої причини, джерела, періодичність відмов).

До висновку ставиться - рекомендації з оптимізації режиму НПК.

У завдання оптимізації НПК входить:

- вибір оптимального варіанта з можливих (по економічності, надійності й екологічності);

- приведення НПК в оптимальний стан.

Розробка алгоритму системи містила в собі:

- вибір методу контролю НПК;

- вибір оптимальної кількості параметрів, що характеризують роботу й стан НПК;

- нагромадження бази даних по відмовах у роботі НПК і енергоблоці;

- нагромадження бази даних по способах локалізації відмов.

Послідовність операцій, вироблених системою, зображена на мал.5.4.

Основними етапами роботи системи є:

1. Контроль поточних значень параметрів (Ркi, Хki і т.д.).

2. Порівняння параметрів (Рki=Рко) і видача сигналу.

2.1. При Рki=Рко продовжувати виконання заданого режиму експлуатації.

2.2. При Ркi=Рко й необхідності переходу на новий режим роботи зробити вибір оптимального режиму роботи з урахуванням зовнішніх умов Nэi, Qmi, tнвi і т.д.

2.3. При Рki¹Рко:

–  повторно перевірити коректність виміру параметра прямим і непрямим виміром Pki=f(tki,t2вi і т.д.);

–  перевірити DPki/Dt _>0.

2.3. 1. У випадку DPki/Dt = 0 (відмова не розвивається).

Продовжити пошук джерела відмови.

2.3. 2. У випадку, якщо: джерело відмови не знайдений, але DPki/Dt = 0 необхідно вибрати оптимальний режим роботи НПК, енергоблоку, станції.

2.3. 3. Джерело відмови не знайдений, але DPki/Dt > 0 необхідно відключати енергоблок.

2.4. При Рki¹Рко й DPki/Dt > 0 - відключити енергоблок (або ввести резервний елемент НПК).

2.5. Після усунення, локалізації джерела відмови:

4.6.4 Алгоритм визначення ступеня забруднення трубок конденсатора

Як уже раніше згадувалося, забруднення з водяної сторони є найбільш частою причиною погіршення вакууму. При цьому погіршення вакууму відбувається як внаслідок збільшення термічного опору за рахунок забруднення трубок, так і за рахунок деякого скорочення витрати води через конденсатор, внаслідок підвищення гідравлічного опору конденсатора.

Найважливішим експлуатаційним завданням є запобігання забруднення конденсаторів парових турбін, а у випадку його виникнення - вишукування способів очищення конденсаторів, з мінімальними витратами праці й по можливості без обмеження навантаження. Інтенсивність забруднення конденсатора залежить в основному від якості охолодження води, типу водопостачання, пори року й умов експлуатації системи циркуляції водопостачання.

Тому в цей час необхідно приділяти особлива увага, товщині шаруючи відкладень .

У випадку неможливості експериментального визначення , що характерно для режимів роботи конденсаторів при навантаженні енергоблоку, товщину шаруючи можна визначити аналітично, за методикою розробленій авторами. [31]

Розглянемо приклад розрахунку товщини шаруючи відкладень.

Кількість пари вступника в конденсатор:  ;

Витрата охолодної води: ;

Швидкість охолодної води: ;

Поверхня охолодження конденсатора : ;

Діаметр трубок: ;

Матеріал трубок: МНЖ 5-1;

Температура охолодної води на вході в конденсатор : ;

Температура охолодної води на виході з конденсатора: ;

Кількість теплоти віддачі конденсатора: ;

Визначення товщини шаруючи відкладень у трубках конденсатора

Для визначення товщини шаруючи відкладення авторами розроблений метод, що дозволяє визначити середнє значення товщини відкладення в теплообміннику або його одному з ходів

при , але з появою відкладень (на внутрішніх стінках трубок)

 (4.9)

З рівняння 4.5 і 4.6

 (4.10)

Для будь-якого стану трубок при  > 0

З рівняння 4.10

- термічний опір шаруючи ;

одержуємо

 (4.11)

 (4.12)

 (4.13)

 (4.14)

 (4.15)

де - коефіцієнт теплопровідності відкладення відомий з багаторічного досвіду експлуатації або на підставі хімічного аналізу.

- розрахунковий коефіцієнт теплопередачі.

Для конденсаторів парових турбін “ДО” можна визначити по [8]

= коефіцієнт теплопередачі визначається по формулі:

 (4.16)

де  - термічний опір шаруючи;

Визначаємо товщину шаруючи накипу по формулі (4.15)

Визначення товщини шаруючи відкладень через нормативний коефіцієнт теплового потоку

Визначаємо товщину шаруючи відкладень іншим способом:

,мм (4.17)

Використовувані формули для розрахунку. Визначаємо нормативний коефіцієнт теплового потоку: З теплового балансу конденсатора маємо:

 (4.18)

, кДж;/c/⁰C (4.19)

де Q_k=D_k·, кДж/с;

= h_k – h_k^/, кДж/кг;

 — температурний напір у конденсаторі недогрів води до температури насичення конденсату при P_k.[8]

, (4.20)

 (4.21)

 (4.22)

 (4.23)

де

 (4.24)

 — нагрівання охолодженої води в конденсаторі .Визначаємо

 (4.25)

 (4.26)

k₀R_з+1= (4.27)

(k₀R_з+1) =  (4.28)

 (4.29)

Визначаємо  - товщину шаруючи відкладень по (4.29) Як видно з розрахунків обидва способи рішення визначення  дали однаковий результат. Визначення залежності коефіцієнта теплопередачі від термічного опору

Використовувані формули для розрахунку:

; (4.30)

; (4.31)

  — товщина шаруючи відкладень змінюється в межах від 0,5·10^-3м до 2,5·10^-3м. Знаходимо розрахунковим шляхом зміни k_i — коефіцієнта теплопередачі при повній зміні товщини шару відкладень отримуємо значення і заноситься в таблицю 4.1

Таблиця 4.1: Залежність

За допомогою ЕОМ аналогічно були знайдені значення по другому способі визначення  й потім була, побудована графічна залежність, що показана на малюнку 4.5.

Визначення залежності тиску в конденсаторі від товщини шаруючи відкладень і температури охолодженої води

Використовувані для розрахунків формули:

,  (4.32) — коефіцієнт теплопередачі для i-го режиму

, (4.33) - термічний опір для i-го режиму

,  (4.34) — недогрів води до температури насичення на виході з конденсатора.

 по літ [27]

Отримані дані заносимо в таблицю 4.2

За допомогою ЕОМ аналогічно були знайдені значення по другому способі визначення  й потім була побудована графічна залежність, що показана на малюнку 4.6.

Визначення залежності термічного опору від товщини шаруючи відкладень у трубках конденсатора

Використовувані формули:

 (1) ; — термічний опір шаруючи відкладення;

 = 1, 2, 3 Вт/м²⁰С — коефіцієнт теплопровідності. Після добутку розрахунків, будуємо графічну залежність на ЕОМ, що показана на малюнку

Малюнок 4.7 Залежність термічного опору від товщини шаруючи відкладень  у трубках конденсатора при

Побудова номограми для визначення товщини слоєвих відкладення в трубках конденсатора.

Після зроблених розрахунків і побудованих графічних залежностей, наведених на малюнках 1, 2, 3 будуємо номограму для визначення товщини шаруючи відкладення в трубках конденсатора на ЕОМ, що наведена на малюнку 4.8.

мал.4.8 Номограма для визначення товщини шаруючи відкладення в трубках конденсатора залежно від термічного опору , кінцевого тиску , температури охолодженої води

Висновки про зроблені дослідження

У результаті проведення дослідження визначення товщини шаруючи накипу (відкладення)  можна зробити наступний висновок. Обидва способи розрахунку дали однаковий результат, що підтверджується збігом ліній графічних залежностей на малюнках.

У висновку необхідно підкреслити, що діагностування енергоустаткування є одним з найбільш діючих способів підвищення економічності, надійності, довговічності, екологічності, соціально-економічної ефективності ТЕС і АЕС в умовах тривалої експлуатації.