熱井

熱井是凝汽器下部收集凝結水的集水井。全稱“凝汽器熱井”,俗稱“熱水井”。安裝在汽輪機表面式凝汽器底部的一種直立圓筒狀部件。用以匯集由大量乏汽連續冷凝而生成的主凝結水。因外形似水井，故名熱井。

基本介紹

• 中文名：熱井
• 外文名：hot well 
• 作用：收集凝結水
• 全稱：凝汽器熱井
• 所屬類別：水利
• 命名原因：外形似水井

內容介紹

凝汽器熱井水位的準確測量對於機組的安全經濟運行極為重要,在機組啟、停過程中, 運行參數變化較大,對水位的嚴密監視顯得更為重要。針對以往業主提出的凝汽器熱井液位測量方案存在的問題,結合華能威海三期凝汽器熱井液位自動調節系統,本文在此探討凝汽器熱井液位測量方案和熱井水位的控制策略。

運行的影響

凝汽器水位過高和過低對機組的影響主要體現在以下3個方面:

(1)凝汽器水位過高至淹沒銅管時, 會使整個凝汽器的冷卻面積減少、凝汽器真空值下降和凝結水過冷卻,還會使凝結水吸收空氣,導致凝結水含氧量增加並加快凝汽器銅管的鏽蝕, 從而降低設備使用的安全性和可靠性。同時,還會導致凝結水溫度降低, 增加除氧器加熱所需要的抽汽量,從而使機組的熱效率降低。

(2)凝汽器水位升高至淹沒空氣管時, 會使射水抽氣器抽水,凝汽器真空值嚴重下降,若在這種情況下繼續帶負荷,會造成機組發生超負荷運行,容易出現推力軸承烏金的磨損和軸向位移過大或軸封發生摩擦等嚴重故障,如果真空值下降至64kPa, 低真空保護就會動作,否則,低壓缸排汽門會爆破, 致使機組被迫停止運行。

(3)凝汽器水位過低,將會引起凝結水泵氣蝕, 直接影響凝結水泵安全運行,同時,會使凝結水泵出力下降,迫使除氧器的水位也跟著下降,嚴重時還會導致鍋爐降低出力。

液位的測量

由於凝汽設備內部具有高度真空, 因此,液位測量裝置必須保持良好的氣密性, 使之不影響凝汽設備的真空度並保證液位測量的準確性。為此, 傳統方法常採用平衡容器、差壓變送器以及溫度補償的方式來實現(華能威海三期工程原本計畫採用這種方式進行液位測量)。作者多次審查差壓變送器液位測量方案並考察電廠實際套用的效果,在分析差壓變送器的測量原理後,決定放棄該液位測量方案,改為導波雷達液位變送器進行液位測量。

2.1 差壓變送器液位測量方案

對於整個測量單元來說, 差壓變送器液位測量的準確性以及精度主要依賴於一次測量元件, 即平衡容器產生差壓值的準確性和可靠性。而平衡容器差壓值的準確性受到多方面因素的影響(如壓力、溫度、管路閥門及容器密封性),對於凝汽器熱井液位測量來說,平衡容器內凝結水形成時間等方面的因素都直接影響到平衡容器差壓值的準確性。測量單元投運初期,平衡容器凝水管內凝結水尚未形成或正在形成的過程中,此時, 平衡容器產生的差壓值是不準確甚至是反相的,得到的液位值是不準確的,在這段時間內,控制系統因無法得到準確的液位信號而失去對液位的控制依據。在機組正常運行過程中, 熱井作為一個負壓容器本身的水位波動就比較大, 差壓式測量容易因密封不嚴而造成靜壓補償不足, 導致測量不準。因此,傳統的差壓變送器測液位的方法不適用於凝汽器熱井液位的測量。

2.2 導波雷達液位變送器液位測量方案

導波雷達液位變送器採用時域反射原理, 無論被測對象參數如何變化, 導波雷達始終跟蹤實際液由發生器產生1個沿導波桿(探頭)向下傳送的電磁脈衝波(雷達波), 當遇到比先前傳導介質(空氣或蒸汽)介電常數大的液體表面時,雷達波被反射,通過超高速計時電路計算出雷達波從發射到接收的傳導時間, 傳導時間與雷達波速度乘積的1/2即為液體表面到變送器底部位移,從而實現對液位的精確測量。測量介質壓力、溫度只對導波雷達探頭結構有要求,不會對測量產生影響。

2.3 系統液位測量

華能威海三期汽輪機廠家要求凝汽器熱井液位控制在數字電液控制系統中實現, DEH要求3個熱井液位信號。鑒於凝汽器熱井液位在機組安全穩定運行中的重要性,需要對液位測量裝置進行冗餘設定。由於凝汽器高背壓側和低背壓側熱井之間有連通管道,熱井裡的水從高背壓側熱井流向低背壓側熱井, 在兩側熱井液位建立動態平衡的過程中,低背壓側熱井液位更能相對準確的反應凝汽器熱井液位的當前值。該工程在高背壓側熱井設定2個導波雷達液位計, 1個液位信號送往數字電液控制系統,另一個送往分散控制系統DCS(DistributedControlSys-tem);在低背壓側設定3個導波雷達液位計, 2個液位信號送往DEH, 1個送往DCS。由於熱井水位降低至低二值時,聯鎖啟動另外一台化學補充水泵,化學水可程式控制器PLC(ProgrammableLogicControl-ler)需要一熱井液位信號, 所以, 在低背壓側再設定1個導波雷達液位計,信號通過硬接線送往化學水PLC。

在高低背壓側熱井上分別配置1個磁翻板液位計, 方便巡檢人員就地監視水位。方案更改之後,凝汽器本體配供的6套單室平衡容器不再使用, 施工單位在現場拆除平衡容器筒體, 保留平衡容器與凝汽器本體間的取源管、閥門等配套附屬檔案,將6個導波雷達液位計按照上述安裝位置進行安裝。

控制策略

凝汽器水位控制系統通常選擇單迴路調節方案, 被控變數選擇凝汽器水位,控制變數選擇凝結水補水調節閥。當機組負荷發生大幅度變化時, 凝汽器內的凝結水量也隨之發生變化。由於凝汽器熱井容積較小,故其水位變化十分明顯, 此時,單憑凝汽器水位信號的變化來控制凝汽器補水調節閥就會造成凝汽器水位的大幅度波動而使水位不易控制。凝汽器熱井作為1個容器,其凝汽器熱井水位發生變化時,必定會影響除氧器的水位。由於除氧器的水箱容積較大, 除氧器水位允許變化的範圍也較大。因此,為使各關聯繫統均能在最合理、最經濟的狀態下工作,採用增加前饋信號的辦法來提高調節系統的應變和處理能力,以減少外擾對系統的不良影響。前饋信號採取除氧器水位控制系統中PID調節器的輸出,把它加在凝汽器水位PI調節器的輸入端, 可和當前值與設定值的差值信號疊加, 來作為控制系統的最終輸入。這樣,凝汽器水位調節器可提前作出判斷,發出對應的回響指令,使系統在負荷變化時能保證凝汽器水位在允許範圍內變化, 同時,也使除氧器水位在動態過程中可得到較好的控制。,設定凝汽器水位控制器參數時,由於水位回響遲延較大,超調量較大, 再由於對象慣性較大, 積分調整時間長, 反映到實際過程中,凝汽器補水調節閥開度變化幅度大,水位的調整波峰多,衰減穩定周期長。為解決此問題, 根據凝汽器補水調節閥閥門開度對水位的擾動試驗, 閥門開度增量與水位純延遲時間和上升速度的乘積之間存線上性定量關係,即水位偏差與閥位偏差的定量關係,框圖中K 值根據此計算所得。控制器比例增益設定為1,積分參數按照常態設定,該方案的控制結果將閥門衰減振盪波峰縮減為1 ～2個,凝汽器補水調節閥的動作頻率大幅度減少,有效縮短了水位的調整振盪過程,同時改善了被控變數和控制變數的品質。由於實際定值里包含了閥位的初始位置值,該方案的水位實時參數與定值之間會存在一個恆差, 適用於被控變數可長期有差, 控制精確度要求不大的系統。此恆差經驗證不大於3 mm,可以滿足系統控制精度要求。

結束語

本文提出的凝汽器熱井液位測量方案和控制策略已經套用於華能威海電廠三期工程的控制系統中,在不久前的調試過程中,取得了良好的測量和控制效果。該液位測量控制方案和控制策略是作者結合工程實踐得出的經驗和體會,該方案可穩定地控制凝汽器熱井水位,有效縮短調節迴路的振盪周期, 從而有利於機組的安全穩定運行, 給類似工程凝汽器熱井液位的測量和控制提供參考和借鑑。