调节水位（共7篇）
调节水位 篇1
1 概述
锅炉的汽包水位调整在发电厂集控运行中是极其重要的, 操作不当会造成严重事故, 一种会造成汽包满水, 导致蒸汽带水进入汽轮机造成汽轮机发生水冲击。另一种锅炉汽包严重缺水 (干锅) , 导致锅炉水循环出现异常, 是水冷壁管路不能充分冷却而出现爆管。另外锅炉汽包水位保护动作造成机组跳闸, 出现发电机组非计划停运。以上会使汽轮机和锅炉设备造成严重损坏。所以要有一套科学完整的锅炉汽包水位调节方法, 才能更好的杜绝恶性事故的发生, 以及给发电厂节省了生产成本。
2 锅炉汽包水位的主要变化
2.1 机组启动过程中的汽包水位变化
锅炉点火初期, 由于冷风带走的热量和燃油燃烧释放的热量相等, 汽包水位无大的变化当锅炉的燃烧增加时, 由于热量平衡的破坏, 使炉内温度上升, 炉水吸热开始产生汽泡, 汽水混合物的体积膨胀, 汽包水位开始缓慢上升产生暂时的虚假水位, 随炉水吸热量的增加, 当水冷壁内水循环流速加快后, 大量汽水混合物进入汽包后汽水分离, 饱和蒸汽进入过热器, 使汽包水位开始明显下降, 随着汽包压力的升高, 这种蒸发速度会降低, 但在实践中观察该现象不太明显。
当到达冲转参数 (主蒸汽压力4.2Mpa, 主蒸汽温度320℃) 关闭35%旁路的过程中, 蒸发量下降, 单位工质吸收的热量增加, 微观分析, 分子运动速度加快, 对汽包水冷壁过热器的撞击次数增多, 宏观观察, 汽包压力又进一步升高, 一方面使汽水混合物比容减小, 另一方面饱和温度升高, 很多已生成的蒸汽凝结为水, 水中气泡数量减小, 汽水混合物的体积缩小, 促使汽包水位迅速下降, 造成暂时的虚假水位, 这时在给水量未变的情况下由于锅炉耗水量下降汽包水位会迅速回升, 在挂闸冲转后水位的变化相反。
机组并网后负荷100Mw给水主副路切换时, 由于给水管路直径的变大使给水流量加大汽包水位上升很快, 这就需要减少给水泵的出力及汽包的事故放水来解决。
2.2 磨煤机、引风机、送风机、一次风机跳闸后汽包水位的变化
四大转机任意跳闸1台, 炉内燃烧极具减弱, 水冷壁吸热量减少, 炉水体积缩小, 汽泡减少, 使水位暂时下降, 同时气压也要下降, 饱和温度相应降低, 炉水中汽泡数量又将增加, 水位又会上升, 还由于负荷的下降, 给水量不变, 如果人工不干预, 水位最终会上升这就是平时所说的先低后高。
3 锅炉启动过程中汽包水位的调整
3.1 投入、切除高低压旁路的水位调整
投入、切除低压旁路对汽包水位影响不大, 但投入、切除高压旁路时汽包水位有一定影响。当投入高压旁路时, 最好应保持汽包水位-50mm以下, 缓慢开启高压旁路, 当切除高压旁路时与之相反, 操作时也应该缓慢。
3.2 给水旁路至主路切换汽包水位的调整
进行给水旁路至主路切换过程中, 应先调整好给水泵出口压力, 使给水泵出口压力大于省煤器入口压力2MPa, 然后开启给水主电动门并及时调节给水泵转速, 保持给水流量和省煤器入口压力不变, 防止水位扰动水位调节稳定后关闭给水旁路门。
4 异常工况汽包水位的调整
4.1 两台汽泵运行电泵备用, 单台给水泵跳闸汽包水位的调整
4.1.1 立即检查电动给水泵是否联启, 否则手启, 快速增加电动给水泵和运行泵的出力。
4.1.2 如果机组负荷较大, 应立即停止一台
制粉系统运行, 立即减负荷, 但在汽压开始上升时特别注意, 降负荷速度不易过快, 否则, 将造成虚假低水位引起事故扩大。
4.1.3 运行人员在操作过程中要紧盯汽包
水位计显示值的小数点后第一位数字, 当水位回升时, 应根据水位变化速度减小给水流量, 防止给水流量过大造成锅炉满水事故。
4.2 磨煤机、引风机、送风机、一次风机跳闸后汽包水位的调整
4.2.1 这是一个炉内发热量急剧减少的过
程, 根据其变化规律, 先低后高进行紧急处理, 才能防止发生机组非停。
4.2.2 立即解除给水自动以最快的速度加
大给水量, 同时紧紧监视汽包水位的下降速度, 若开始趋于缓慢, 要适当地减少给水量但不能太多当汽包水位显示值的小数点第一位数字开始回升时, 立即快速降低给水量;当给水量比当时的蒸汽流量低50T/h时, 观察汽包水位的变化趋势进行微调, 使水位的变化走向缓慢。
4.3 锅炉满水时水位的调整
4.3.1 以就地水位计为准立即对照水位计,
水位确实高时, 解列给水自动降低给水泵转速, 适当减小给水流量。
4.3.2 若汽动给水泵控制失灵, 自动或手动均无法降低给水流量应停止其运行, 并启动电动给水泵运行。
4.3.3 迅速开启汽包事故放水阀, 水位恢复正常后关闭;必要时可加大连排, 进行定排, 水位正常后恢复。
4.3.4 汽包水位继续升高至十300mm, MFT动作, 否则手动MFT。
4.3.5 关闭锅炉给水主电动阀及旁路门, 注意防止给水管道超压。
4.3.6 开启省煤器再循环阀。
4.3.7 全关减温水门, 开启过热器疏水门。
4.3.8 加强放水, 注意水位出现。
4.3.9 其它操作同MFT动作后处理。
4.3.1 0 查明原因, 因设备故障应及时联系检修处理。
4.3.1 1 水位正常后, 请示值长后重新点火启动。
4.3.1 2 在正常停炉后汽包事故放水至就地
位进行炉高水位上水时, 只能上至最高可见水位并关闭上水电动门, 减给水差压至最小, 防止阀门内漏造成停炉后满水。
4.3.1 3 停炉后要进行低过壁温监视, 发现过热器进水, 要立即疏水。
4.3.1 4 启动前炉底加热投入后, 事故放水
必须打至远控, 控制水位在-100~0mm, 防止锅炉满水。
4.3.1 5 启动前发生过热器进水时, 要立即
疏水, 并在点火初期控制燃料量为最小, 各部管壁温度正常后方可恢复正常升温升压速度。
参考文献
[1]300MW集控运行规程.哈尔滨热电有限公司, 2006.
[2]容銮恩.300MW燃煤锅炉机组[M].北京:中国电力出版社, 1998.
[3]吴季兰.300MW汽轮机设备及系统[M].北京:中国电力出版社, 1998.
[4]300MW火力发电机组运行与检修技术培训教材, 仪控分册.望亭发电厂编[M].北京:中国电力出版社, 2002.
调节水位 篇2
摘要：针对某超（超）临界火电机组锅炉储水罐水位调节阀内部流场的漩涡问题，利用CFD技术对其内部流场进行仿真分析，得到该阀在不同开度下的漩涡的分布情况，为流道结构改进设计提供了依据。以扩大阀体内腔，减小阀体内壁边界倾斜度的原则对其流道结构进行改进，提出相应的改进方案，并对结构改进后的阀门在全开时的内部流场进行仿真分析，证明改进后的方案基本消除了漩涡。通过对流场数值模拟和流道结构改进为储水罐水位调节阀的结构设计提供了理论依据。
关键词：储水罐水位调节阀；内部流场；漩涡；流道结构改进
中图分类号：TP391.7 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2015）06-0047-07
0 引言
我国电力事业迅猛发展，超（超）临界技术得到广泛的应用，然而阀门制造行业却发展滞后，电站高端阀门一直依赖进口，特别是重要的调节阀、安全阀。储水罐的水位高低对于超（超）临界锅炉的安全运行至关重要。在发达国家中，通常以数值模拟手段对一系列设计方案进行预选，然后再通过少量的试验来对预选方案进行校核，最后确定最终方案。这样，就能够减少试验次数，同时试验具有目的性和针对性。储水罐水位调节阀安装在储水罐出口处，通过调节排水流量对储水罐水位进行控制。潘广香，王传礼等人采用CFD技术手段以锥阀为研究对象，对其内部流体的流动特性进行了分析，得到了其内部流体的三维可视化图形，以此为依据对其内部流体的流动进行了详细的分析，并以减小振动和消除噪声为目标对其结构进行了优化。董建华，刘艳采用CFD技术以某600MW超超临界汽轮机组高压主汽调节联合阀为研究对象，对其在额定工况下的内部流体流动进行了数值模拟，分析研究了阀门内部流场的流动特性，以及在主汽阀内加置挡板和滤网对内部流场和阀门损失的影响。通过对文献的分析和总结，可以得到以下结论：阀门内部流体流动特性的研究主要集中在普通阀门，对于超（超）临界火电机组阀门的研究相对较少，特别是调节阀，且研究的阀门内部结构都比较简单。
本文以某超（超）临界火电机组锅炉储水罐水位调节阀为研究对象，根据阀芯位移建立该阀门在阀芯不同开度下的流道几何模型和网格模型。采用计算流体力学软件ANSYSCFX对该阀门在实际工作状况下的内部流场进行仿真分析，得到该储水罐水位调节阀在不同开度下的速度分布情况，压力损失状况和漩涡分布情况，根据仿真结果得到在阀芯和二级节流孔板之间流道内靠近阀门开口方向的阀壁处出现较大的漩涡，针对该阀门内部流场的这一问题，对阀门的结构进行了改进。改进后的方案基本消除了漩涡。
1 控制方程
质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律被称为流体力学的三大定律，而流体介质的流动必须要遵循这三大定律。它们是对流体介质运动的一种数学描述。本文采用三维粘性不压缩流体的控制方程组作为数学模型。直角坐标系下，三维粘性不压缩流体流动的控制方程组为：
1）质量守恒方程：此方程也被称为连续性方程，在这个方程过程中：ρ是流体介质的密度，t是时间，u是速度矢量在x轴上的分量，v是速度矢量在y轴上的分量，w是速度矢量在z轴上的分量。
对于不可压缩流体，密度ρ为常数，式（1）变为：
对于定常流动，密度ρ不随时间变化，式（1）变为：
2）动量守恒方程。此定律的实质就是牛顿运动第二定律。本文研究的储水罐水位调节阀内的流体为牛顿流体，动量守恒方程在z，y，z三个坐标上的表达式可记作：在式（4）中，p是作用在流体微元体上的压力，SuSv、Sw表示动量守恒方程分别在3个坐标轴上的广义源项。
3）能量守恒方程。本文的研究遵循能量守恒定律，其实质就是热力学第一定律，能量守恒方程可以用矢量表示：
在式（6）中ρ是流体介质的密度，T是时间，u，v，w是速度矢量在三个坐标轴上的分量，p是作用在流体微元体上的压力，ST是斯坦顿准数。
2.2 网格模型
本文选取ANSYSCFX网格划分工具ICEMCFD对储水罐水位调节阀在不同开度下的流道模型进行网格划分。因为该储水罐水位调节阀阀门内部流体流动复杂，流道三维模型极其不规则，特别是阀芯开口处和二次节流孔处，所以本文采用对模型适应性较强的非结构化网格对储水罐水位调节阀的流道模型进行网格划分。并对流道较窄和重点观测区域设置较小的网格尺寸，使该区域生成数量较多的网格，有利于促进数值结果的正确性。设置全局网格最大允许尺寸为30，体网格采用八叉树生成四面体网格，将模型壁面设置成不同的part：将流体模型人口设置成part：IN；将流体模型出口设置成part：OUT；将流体模型对称面设置成part：SYM；将阀芯壁面设置成part：SPOOL；二级节流孔板的小孔壁面设置成part：HOLE；其余壁面设置成part：WALL。在阀芯开口处，节流孔处以及对称面设置较小网格尺寸。在流体模型除入口，出口和对称面的其它壁面处生成三棱柱边界层网格。各部分的网格尺寸设置如表l所示。生成的网格单元为100万左右，网格质量系数分布均匀，均大于0.2，满足计算要求。图3所示为网格模型的局部放大图。
3 数值结果与分析
3.1 求解参数和边界条件
流体介质为气水混合物，采用IAPWSIF97标准中的Steam5vl，流体域模型参考压力为latm，热量传输为静温330℃，湍流模型设定为k-Epsilon湍流模型，无燃烧，无对流，其余参数依照CFX默认值设定。流体入口设置为入口边界条件Inlet，亚音速流动，静压12.77MPa，选择5%的中等湍流强度，流体流动方向只需符合边界条件即可，流体出口处设置为出口边界条件Outlet，亚音速流动，变量类型设置为出口质量流量20kg/s；对称面设置为对称边界条件Symmetry；其余面设置成无滑移壁面边界条件。求解方式为二阶迎风格式，最大迭代步数100000，平均残差为0.00001。生成“.def”的求解文件并在CFX-Solver中进行求解。
3.2 漩涡分布
储水罐水位调节阀内部流体流动产生的漩涡主要分布在阀芯开启和二级节流孔板之间的流道内以及二级节流孔板的下方流道内，由储水罐水位调节阀在不同开度下的不同位置的对称面漩涡图，如图4至图11所示。
1）阀芯开启处和二级节流孔板之间流道内的漩涡分布：在阀门开度为20%时，由于通过阀体的流体流量较少，所有流体可通过二级节流孔板直接排出，此时在阀芯开启处和二级节流孔板之间的流道内没有漩涡产生。在阀门开度为40%和60%时，由于阀门开度的增大，通过阀门的流量增多，在阀芯开启处下方有漩涡产生，在阀芯开启处和二级节流孔板之间的流道内有多个小漩涡的出现，在开度为80%和100%时，由于阀门开度的继续增大，通过阀门的流量继续增多，在阀芯开启处和二级节流孔板之间的流道内（靠近阀门人口的方向）有大的漩涡出现。
2）节流孔板下方流道内的漩涡分布：在阀门开度为20%时，节流孔板下方无漩涡产生，随着开度的增大，节流孔板下方有漩涡产生，分布在节流孔板下方阀壁处；在节流孔板下方由于节流孔的存在，出现漩涡。
该储水罐水位调节阀开度较大时会在阀芯开启处和节流孔板之间（靠近入口管道一侧）产生较大的漩涡，这种漩涡的长期存在，会对阀体的内壁产生冲击，减少阀体寿命，同时漩涡的存在也是阀门工作产生噪声的主要原因，并可能引起阀门的泄露，影响调节阀的调节精度。因此，该储水罐水位调节阀结构型线并不合理。
4 储水罐水位调节阀流道结构改进
由上文的储水罐水位调节阀在实际工况下的内部流场的仿真分析得到，在该阀门开度较大时会在阀芯开启处和节流孔板之间（靠近入口管道一侧）产生较大的漩涡，这种漩涡的长期存在，会对阀体的内壁产生冲击，减少阀体寿命，同时漩涡的存在也是阀门工作产生噪声的主要原因，并可能引起阀门泄漏。因此，该储水罐水位调节阀结构型线并不合理。因此对该储水罐水位调节阀的结构进行改进。
4.1 储水罐水位调节阀流道结构的改进模型
本文研究的储水罐水位调节阀内部产生的漩涡，是由于阀体内腔过窄和阀体内壁边界较陡，倾斜度较大所造成的。所以本文本着扩大阀体内腔，减小阀体内壁边界倾斜度的原则对该储水罐水位调节阀的内部结构进行改进。
改进方案一：增大阀芯开启处下方的流道区域，进行第一步改进。为了保证二级节流孔板的正常装配，保持l不变，阀芯开启处直径不变，连接ab，bc，同理连接de，ef。图12为储水罐水位调节阀在该方案改进前后的全开时阀门三维实体模型，图13为储水罐水位调节阀在方案一中阀门全开时的流道模型。
改进方案二：在方案一的基础上增大阀腔体积。以ab的中点c为网心，以ab/2长为半径做网得到新的阀腔型线。图14为阀门结构改进前后的阀腔型线，图15为储水罐水位调节阀在改进方案二中的阀门全开时的流道模型。
4.2 储水罐水位调节阀改进模型的内部流场仿真分析
对改进方案中的储水罐水位调节阀在全开时，实际工况下的内部流场进行仿真分析。流动模型的定义与上文中的流动模型定义相同。图16至图19为储水罐水位调节阀在两种改进方案中的全开时，实际工况下的内部流体流动的速度流线图和速度矢量图局部放大图。
由图16和17可以看出，经方案一后，阀芯开启处和二级节流孔板之间的漩涡有所减小，所以方案一可以减小漩涡。
由图18和19可以看出，经方案二后，阀芯开启处和二级节流孔板之间的漩涡与结构改进前相比，明显消失。
通过仿真实验可以得出，增大阀芯开启处下方的流体区域，即方案一对于减小漩涡有一定的效果；合理增大平衡腔的体积，即方案二，可以很好的改善漩涡。由于方案二与方案一比能更好的减小漩涡，故采用方案二。经查阅资料可知流量系数Kv值的大小决定着产生漩涡的漩涡大小。以改进的结构为研究对象，通过对比模拟、理论与实际情况下阀门不同开度下流量系数Kv值和相对误差，进一步验证了方案二改进结果的可靠性，对比结果如图2所示。
5 结语
本文以某超（超）临界火电机组锅炉储水罐水位调节阀为研究对象，利用CFD技术对其内部流场进行了仿真分析，并对其流道结构进行改进，主要完成了以下工作：
1）建立了储水罐水位调节阀在阀芯不同开度下的流道几何模型，并采用ICEMCFD建立该储水罐水位调节阀在阀芯不同开度下的流道网格模型。
2）对储水罐水位调节阀实际工况下的内部流场进行仿真分析，根据漩涡分布情况，得到在阀芯开启处和二级节流孔板之间的流道内的漩涡，为流道改进设计提供了依据。
3）针对该阀门内部流场的漩涡问题，以扩大阀体内腔，减小阀体内壁边界倾斜度的原则对该储水罐水位调节阀的内部结构进行改进，提出相应的改进方案，并对结构改进后的阀门在全开时的内部流体的流动进行仿真分析，证明改进后的方案基本消除了漩涡。
调节水位 篇3
但调节的使用效果却一直不理想, 对煤气炉生产带来不利影响, 而且容易使执行机构损坏。针对这一现状况, 本文根据工艺需求, 巧用Hone y We ll PKS系统的其他功能模块, 设计一个滤波器对汽包水位的自动调节实行改进。
1 汽包水位自动调节现状分析
1.1 自动调节流程图
在Honey Well PKS系统中, 实现汽包水位测点的自动调节, 可以在原的监视功能上直接增加一个PID模块和一个输出模块。整个调节系统由汽包水位的差压变送器, 输入模块, PID模块, 输出模块, 电动执行机构, 气包进水阀门。其结构如图1。
PID是一个闭环控制算法, 将反馈作用于控制线路上。
常规PID算法构成如下:输出=比例作用 (P) +积分作用 (I) +微分作用 (D) 。
煤气炉汽包水位调节采用的是比例控制规律P:比例, 反应系统的基本 (当前) 偏差e (t) , 系数大, 可以加快调节, 减小误差, 采用P控制规律能较快地克服扰动的影响, 它的作用于输出值较快, 但不能很好稳定在一个理想的数值, 不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响, 但有余差出现。
它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合, 比如工业系统中水位调节、油箱液位调节等。
1.2 自动调节的状况
煤气炉中的汽包体积偏小, 导致汽包水位的测量值波动很大, 而且波动还没有规律性, 所以在PID模块采用自动时, 不管P、I、D选什么参数, 都不能使自动调节稳定运行, 因为PID输出的信号随着输入信号波动而波动, 影响汽包里的水位量, 使整个生产流程受到影响。
另外由于输出信号的波动, 造成阀门开度不均, 电动执行机构频繁的动作, 使其故障增加, 而且烧坏电机的几率大大增加。
2 自动调节的改进
2.1 滤波器的引进
通过对汽包水位的自动调节的现状分析, 可以得出影响调节的最主要原因在于水位测量值波动幅度过大造成的, 为了更好的克服扰动的影响, 我利用Honey Well PKS系统的数据处理模块和逻辑处理模块设计了一个滤波器。
利用系统中的一些功能模块进行编程, 使该滤波器能对水位测量值的信号进行滤波, 从而使输入信号进入PID模块之前变的平稳。这样确保输出信号也不会有很大的波动, 从而最终使整个自动调节稳定运行。经过增加滤波器的自动调节流程图如图2所示。
2.2 滤波器的实现
滤波器的设计思想是:
在一分钟内每隔6秒取一个水位测量值, 把这10个值相加并求出平均值, 然后以这平均值作为下一分钟的参考值, 如果超出参考值一定范围就进滤波切除。这样如此重复的执行求平均值和比较, 从而达到滤波的功能。
Hone y We ll PKS系统模块应用非常灵活, 可以根据用户的需求完成各种各样的功能组合, 实现用户所想的的功能。
根据滤波器的设计原理, 首先采用一个1分钟计时器, 设定为不循环计时, 只是用作数据初始化, 因为一个测点刚开始激活时所有的静态数据都为Na N。
其次再采用一个一分钟计时器, 设定为循环计, 作为在1分钟之内每隔6秒采集一个汽包水位测量值的标志。
然后由数据运算模块计算出10次采集的测量值的平均值, 以及上限值和下限值, 其中上限值为平均值* (1+X%) , 下限值为平均值* (1-X%) , X为可调整参数。
然后把上限值、下限值分别传送给Limit模块, 由Limit模块对输入的实时值进行判断, 对于大于上限值或小于下限值实时值视为虚假值, 在它们之间的实时值视为正常值。这样一个简单的滤波器已经形成, 如图3所示。
当汽包水位实时值经过模块时, 视为正常的实时值可以直接输入给PID模块, 而虚假值则不能输出, 而是用上限值和下限值代替输出, 这使得汽包水位输入到PID里的数值始终不会波动过大, 以满足自动调节的要求。
3 改进后效果
通过增加滤波器的方法实施以后, 汽包水位自动调节运行的效果很理想, 完全达到了生产工艺要求, 现以汽包水位改进前后的曲线图 (如图4) 为例, 图中为同时采集同一时段 (1分钟采集一次) 的历史趋势曲线图, 可以看出改进后的曲线振幅明显缩小, 说明经过滤波器的水位测量值还是有很大的实际意义的。
4 结束语
Hone y We ll PKS集散控制系统的功能虽然很强, 它也有滤波的功能, 但对有些现场实际情况可能不是很适应, 但它有众多的功能模块为我们所用。
本文所涉及的就是利用Honey Well PKS系统的模块灵活性来解决生产的实际问题, 更好地为生产服务。
同时这种思路可以推广应用至其它的生产过程中去, 更好发挥现代计算机作用为我们的生产服务。
参考文献
[1]Honey Well PKS系统内部手册, 2007.
[2]何衍庆.工业生产过程控制.化学工业出版社, 2004.
调节水位 篇4
1 三维有限元计算模拟研究
1.1 橡胶坝坝基的渗流模型建立
建立橡胶坝坝基的渗流模型, 要结合橡胶坝坝基所处的区域位置和地质条件进行数据收集和分析。本次三维有限元模拟实验以某水库为原型, 进行详细的数据分析。基本的橡胶坝坝基是由地表覆盖层、强透水层和分基岩三层构成, 根据三维有限元计算方法建立的橡胶坝坝基模拟图可清晰地看到坝基每层的材料、厚度、结构分布。橡胶坝坝基区域的地质相对较为复杂, 三维有限元计算方式, 能结合模型网格图和三维立体图对橡胶坝坝基分析和验算, 并根据水位调节的不同, 进行模拟实验确保研究结果的准确性和可靠性。本次实验中的水库橡胶坝内牙设计值为1.29, 坝长640.0m。根据橡胶坝地质分析可得:杂填土厚度最大值为14.3m, 主要成为是石块、砖块、砂石、泥土和缓凝土等;横河的向宽为640m, 橡胶坝坝体到海漫、消力池的距离为644.0m;根据坝基到地表铅直方向开挖61.8m。
1.2 三维有限元计算的基本参数
结合橡胶坝坝基所处区域的地质情况及地层分布状况与橡胶材料的渗流特性、水平方向的防渗流位置, 把渗流场的计算区域分为六层, 如表1。
1.3 边缘条件和工况的分析
为了确保橡胶坝坝基渗流情况的稳定性, 在三维有限元计算实验中, 将橡胶坝坝体当做不透水边缘, 在实验中不做分析。一般橡胶坝的渗控设计主要是铺盖长19.9m, 厚度为半米的钢筋混凝土。在实验中, 将上游和下游的垂直边界设置为已知水头边界;关于地表面边界的消力池和海漫等按照渗出边界进行计算;将底边界和橡胶坝坝体一样设置为不透水边界。为了了解水平铺盖对橡胶坝坝基渗流的作用和影响, 本次研究中, 将通过三个工况进行计算分析:第一, 对塌袋地基没有进行防渗铺盖技术应用时, 橡胶坝的正常储水水位是67.9m, 坝基下游的水位是62.1m;第二, 当坝袋充涨, 对塌袋地基进行防渗铺盖技术应用, 橡胶坝坝顶的溢流水深0.23m, 洪水水位设计为69.9m, 坝基下游的水位是62.1m;第三, 对塌袋地基进行防渗铺盖技术应用时, 防洪高水位时68.9m, 坝基下游的水位是62.1m;第四, 对塌袋地基进行防渗铺盖技术应用, 正常的储水水位是67.9m, 橡胶坝坝基的下游水位为62.1m。
2 研究结果
根据三维有限元计算实验可知, 第一, 在没有防渗流的措施, 橡胶坝坝基上游的水头值比较高, 无法满足渗流稳定的需求;第二, 通过设置水平方向铺盖对橡胶坝坝基进行防渗流措施后, 上游的水头值降低, 等值线的分布也较为均匀, 基本上能满足橡胶坝坝基渗流的需求;第三, 对橡胶坝坝基进行水平铺设防渗透措施后, 及时在橡胶坝坝基渗流情况最不稳定时进行水位调节, 不会破坏坝基的渗流, 确保了橡胶坝坝基的稳定性和安全性。因此可了解到水平铺设在坝基中的应用, 具备良好的防渗漏效果, 而且能有效控制橡胶坝坝基的渗流情况。
3 研究讨论
通过三维有限元计算实验可知;调节橡胶坝上游水位, 进行蓄水排涝, 促使下游形成潮水, 长年累积, 潮位会出现变化, 从而对橡胶坝坝基造成影响。水平铺设在坝基中的应用, 具备良好的防渗漏效果, 而且能有效控制橡胶坝坝基的渗流情况。经过科学合理的防渗透施工后, 调节水位对橡胶坝坝基渗流不会造成破坏。
4 结语
综上所述, 随着科学技术的进步, 为了满足市场经济发展对水利工程的需求, 针对河流水位调节的, 橡胶坝代替了土石坝在水利工程中的应用。为了探讨上游水位降低和下游水位调节对橡胶坝坝基的具体影响, 通过三维有限元计算方法对橡胶坝坝基的渗流情况进行三维模拟实验研究, 根据三维有限计算的基本参数模拟橡胶坝区域地层和水位的空间分布, 对橡胶坝坝基建立渗流模型, 结合边缘条件和工程具体情况进行计算和分析。研究结果显示, 对橡胶坝坝基进行平面铺设防水措施, 能有效控制上游水位调节对橡胶坝坝基的渗流影响, 确保橡胶坝坝基的稳定性和安全性。
参考文献
调节水位 篇5
关键词：锅炉,水位三冲量调节,DCS逻辑控制
1 引言
锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重要能源、热源的动力设备。锅炉的种类很多,这里主要介绍根据实际工艺需求的循环流化床锅炉汽包水位三冲量调节。汽包水位的自动调节在整个锅炉生产工艺中极为重要,DCS系统的逻辑组态的繁简直接影响到生产工艺调节的快慢,也间接影响了锅炉蒸汽的品质,所以说利用锅炉工艺和DCS系统逻辑巧妙结合可以为生产提供可靠保障和极大便利。
2 锅炉汽水系统工艺分析
对于额定蒸发量220t/h~260t/h的循环流化床锅炉来说,汽水系统是锅炉重要调节系统之一。
见图1。
锅炉汽包水位控制的目的就是使锅炉给水量与锅炉蒸发量相适应,维持汽包中水位在工艺允许的范围以内。所以说汽包水位控制也称为锅炉给水控制。汽包水位过高,会影响汽水分离效果,容易造成过热器积盐结垢,使管道过热损坏;汽包水位过低,会破坏水循环严重时会损坏锅炉造成水冷壁爆管直至干锅[1]。
根据锅炉汽包水位动态特性,考虑到蒸汽流量和给水流量对水位的影响,分析它们阶跃干扰下汽包水位相应曲线,得出汽包三冲量水位控制方案即给水流量、蒸汽流量和汽包水位。
三冲量液位控制系统如下图2:
图2是常规的水位控制方案,基本上能够满足对汽包水位的控制,但在实际锅炉工艺中存在许多弊端,如逻辑组态繁琐、系统响应慢,尤其对单元制锅炉和母管制锅炉的控制方案要分别对待具体情况具体分析。
3 霍尼韦尔DCS系统组态在锅炉水位实际工艺中的解决方案
首先、霍尼韦尔DCS系统是一套完整的集散控制系统,它具有完善的功能模块,通过组态可实现各种类型的PID单回路控制、串级控制、前馈控制、纯迟延补偿控制、解耦控制以及顺序控制等[3]。
其次、在锅炉运行工艺中有单元制锅炉运行和母管制锅炉运行之分,如果一台锅炉带一台汽轮机运行的话,我们就叫它单元制,反之多台锅炉的蒸汽管道相连通过母管带动多台汽轮机运行,我们就叫它母管制运行。
在单元制锅炉运行方式下,锅炉汽包水位调节类似于图2一般控制模式,但是又不完全相同,主要反映在DCS SAMA图里的给水流量检测信号与主调节器来的信号相加再减去蒸汽来的检测信号,再送给副调节器调节。
控制方案见下图3所示:
在图3中,锅炉汽包的水位信号需要先进行水位压力修正,也就是把锅炉左、右侧汽包压力分别引入到汽包水位信号中加以修正计算,如下式:
其中:P1为汽包水位信号P2、P3为左、右汽包压力增益和偏置后的信号
在霍尼韦尔DCS组态中,采用RPV模块CALCULTR来运算上式,运算结果要再经过一个三取中的模块(MID OF 3),取出中间数值信号送到主调节器做PV值。
锅炉给水流量信号是经过流量开方后的信号,即经过FLOWCOMP模块运算后的结果。如下式:
其中:F为给水流量信号T为给水温度信号
经过流量开方后的给水流量信号将送到副调节器做PV值。
锅炉蒸汽流量信号也是经过流量开方后的信号,即经过FLOWCOMP模块运算后的结果。如下式:
其中:F为锅炉蒸汽出口流量信号T为主汽温度信号P为过热器出口压力信号经过流量开方后的蒸汽流量信号将送到主调节器做为前馈FF值。
在主调节器里修正后的水位信号和修正后的蒸汽流量信号经过主调节器PID模块运算后做为给定值SP送给副调节器,再经过副调节器的PID模块运算后输出给调节阀。
单元制锅炉汽包水位DCS组态如图4所示:
由于现在电厂多数都是母管制运行的方式,所以再延续使用单元制的控制逻辑模式,不但逻辑运算上繁琐而且调试运行起来很不方便,下面就介绍一下母管制运行方式下的控制逻辑模式。
控制方案见下图5所示:
首先,母管制锅炉水位调节系统大大简化了控制模式,由原来的两个调节器简化为使用一个调节器来调节副给水调节阀就可以了。其次,在DCS逻辑上汽包水位不用经过压力修正,直接取汽包水位信号经过三取中(MID OF 3)模块运算。
锅炉出口蒸汽流量需经过流量开方运算,即经过FLOWCOMP模块运算后的结果。如下式:
其中:F为高过出口蒸汽流量信号T为高过出口温度信号P为高过出口压力信号经过流量开方后的蒸汽流量信号还要经过RPV模块修正,如下式:
其中:C1=1.0~1.8 P1为式3-4函数值
锅炉给水流量不需经过流量开方,只需要一个RPV模块修正就可以了,如下式:
其中:C1=1.0~1.8 P1为给水流量信号
经过修正后的蒸汽流量和给水流量再经过RPV模块运算取其差值,如下式:
其中:P1为给水流量修正信号P2为蒸汽流量修正信号
式7运算后的值再与汽包水位三取中的值求和,如下式:
其中:P1为汽包水位三取中信号P2为式7的值
由式8得出的结果做为PV值送给调节器,调节器再根据SP值和PV值PID运算后控制副给水调节阀。
母管制锅炉投入汽包水位自动调节的先决条件是:
锅炉运行工况稳定,主调节阀没有大的负荷调节,即主调节阀基本不动作。
母管制锅炉汽包水位DCS组态如图6所示:
4 结束语
由于多数电站使用母管制锅炉运行方式,所以在锅炉稳定的运行工况下,使用母管制DCS组态方案可以很容易投入汽包水位调节自动,也使DCS系统的自动调节时间大大加快了。
母管制运行方式下的控制逻辑模式,在锅炉负荷稳定的情况下投入自动运行,经过多个项目的现场运行观察汽包水位控制的效果都非常好,即节省了繁琐的组态工作又方便了调试和运行人员的操作,而且系统响应也加快了,得到用户的广泛好评。
参考文献
[1]刘吉臻,白焰.汽包锅炉给水控制系统[J].电站过程自动化.2006,5:49-51.
[2]王再英,刘淮霞等.工业锅炉自动控制系统[J].过程控制系统与仪表.2006,2:316-320.
调节水位 篇6
1 差压式凝汽器水位测量方法
在发电厂, 凝汽器水位测量一直是一个难题。在早期, 电厂普遍采用平衡筒差压式的方法, 但由于凝汽器为负压系统, 如果取样管和平衡筒稍有泄漏, 水位测量准确性就会受到影响。差压式测量常用的安装方式有三种:外置平衡容器式、内置平衡容器式和干腿式。
1.1 外置平衡容器式
外置平衡容器式安装原理如图1所示, 它要求平衡容器尽量靠近凝汽器, 且平衡容器至凝汽器的连接管直径较粗, 连接管内壁下沿标高略高于凝汽器的最高水位。同时, 确保测量系统安装无泄漏, 平衡容器内水位始终不低于凝汽器最高水位, 此水位恒定作为变送器的正压侧, 水位变化值通过负压侧压力反映。根据测量差压值反函数, 计算出水位测量值。
1.2 内置平衡容器式
内置平衡容器式是指平衡容器装在凝汽器内部, 安装原理如图2所示。平衡容器装在能被凝结水淋到的位置, 容器口标高略高于凝汽器的最高水位。平衡容器为喇叭形、开口可溢水容器, 并保持满水恒定液位作为测量的正压侧。如果平衡容器难以接收到凝结水, 可增加虚线连接管, 从凝泵出口引一根小管至平衡容器补水, 以保证平衡容器满水。
1.3 干腿式
干腿式是指水位变送器的负压侧取样管干燥无水, 水位变化通过正压侧反映, 水位与差压值成正比, 安装原理如图3所示。汽侧取样点高于凝汽器最高水位, 管子向上抬高2.5 m以上, 以减少凝结水流入干腿。变送器及两侧管子与凝汽器底部在同一水平线, 在干腿出口设置蓄水罐, 用于收集凝结水。为保证负压侧干燥无水状态, 需定期对蓄水罐进行疏水操作。疏水时, 先关闭A阀, 再打开B, C阀排水。
2 导波雷达凝汽器水位测量方法
由于凝汽器处在负压环境中, 采用差压变送器测量凝汽器水位时, 如果测量管路稍有泄漏, 测量筒内的凝结水就会被吸入凝汽器, 从而导致液位测量不准确。随着仪表技术的发展, 导波雷达变送器逐渐被广泛应用于密闭容器液位测量中, 岭澳二期核电站凝汽器液位测量采用的就是该技术, 测量原理如图4所示。磁翻板液位计用于就地液位指示, 导波雷达用于液位远传, 液位变送器脉冲发射装置安装在外置平衡容器上部, 变送器不断发射电磁脉冲, 当遇到被测介质表面时, 部分脉冲被反射回脉冲接收装置, 根据发射、接收的时间差计算得出液位测量值。
3 两种方法的比较
差压式液位变送器和导波雷达变送器都被广泛应用, 但由于各自特点不同, 应用的场合稍有不同:差压式液位测量由于成本低廉、安装方便, 被广泛应用在正压环境的水位测量中;而导波雷达变送器测量精度高, 测量不受负压环境影响, 且维护工作量和成本较小, 被广泛应用于负压环境的水位测量中。
4 凝汽器水位调节方法
在核电站中, 冷凝器水位控制普遍采用PI调节, 冷凝器水位随负荷线性增长, 控制简单、灵活。
5 结束语
大亚湾核电站凝汽器水位变送器采用干腿式液位安装, 测量准确, 运行效果良好, 但安装过程复杂, 占用空间大, 运行和维护成本较高。岭澳二期核电站凝汽器液位测量采用导波雷达液位变送器, 有效克服了真空环境测量不准确的问题, 且运行、维护方便, 被广泛应用于负压环境的液位测量中。
凝汽器水位调节采用单回路控制系统, 控制系统采用常规PI调节, 调节系统稳定, 可以满足电站各种运行工况的要求。
参考文献
[1]郑少鹏.凝汽器水位变送器的安装形式及比较[J].电力建设, 2002 (01) .
[2]苏林森.900 MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社, 2005.
调节水位 篇7
1 汽液两相流自动控制装置的工作原理
1.1 装置结构
本装置由传感信号管和调节器两部分组成, 见图1, 这种装置摒弃了目前一般液位控制系统采用的机构式和电气式元件, 它依据气体动力学原理, 利用汽液两相变化的自调节特性, 达到控制加热器疏水的流量, 从而保持水位稳定, 具有原理新、系统简单, 无活动机构原件, 无电气控制元件, 自调节能力强, 调节部件耐冲蚀力强, 体积小, 一般不需要维护等优点。
1.2 工作原理
该装置是由渐缩和渐扩两个喷咀组成, 中间部分是环形空隙, 信号管提供的调节汽就由此进入和加热器内凝结的出口疏水在这里混合后排出, 当液位下降, 疏水量减小, 则信号管内有关通道面积发生变化, 使进入调节阀的汽量增加, 排挤疏水的流动使疏水流通能力下降, 保证液位稳定在一定的正常水位位置, 反之, 疏水量增加时, 则通过信号管的调节流量减小, 疏水经过调节阀的流动能力增加, 以达到控制水位, 满足工况变化的要求。如图2。
2 该装置首先在4#机高加上应用
在4#机高加疏水系统上安装了该液位自动控制装置, 并进行了投入调试。4#机负荷保持在50MW的工况下, 微开旁路阀, 在调节入口节流阀的开度, 使高加的水位处于正常水位上, 此时, 液位计指示2个灯, 然后把负荷的从50MW分4次减至20MW, 再改以5～7MW的速率递减, 递减一次作为一个测试工况点, 稳定20分钟, 观查高加液位, 以检验该装置的调节性能, 经试验电负荷从50MW减至20MW, 液位波动小于100mm, 当负荷达到20MW时, 液位仍指示1个灯 (正常值1-2灯) 。
3 汽液两相流自动调节水位控制装置投入后节能效果分析
从实际运行和理论经验来看, 投入汽液两相流自控调节装置, 给水温度实际提高7～10℃ (进汽量一定情况下) , 煤耗率将降低0.4%。我厂4#机C50-8.83-0.118如年可运行小时数按6500小时、以往平均原煤耗率取610g/kwh时, 节约原煤量:
610g/kwh×0.4%×32500万kwh=79300万克, 即793吨原煤。
注:610g/kwh——全年平均煤耗率;32500万kwh——全年运行6500小时单机发电量;55000大卡/千克——全年运行时原煤发热量;7000大卡/千克——标准煤换算基数。
如标煤价格按200元/吨, 节支623吨×200元/吨=12.46万元, 3#、4#机同时运行, 年节支12.46×2=24.92万元。
结束语
汽液两相流控制装置在4#机高加上运行是成功的, 采用此项技术经济效益可观, 单台机年可节约29万元的经济效益, 如果考虑到疏水管路磨损高加停用的经济损失及检修费用 (年高加停用检修次数6～8次) , 采用其新技术控制液位, 每年取得的经济效益更为可观, 对机组的安全运行更有保证 (现3#机高加液位控制装置也改造完毕, 并投入运行) 。
摘要：热电厂高加原采用老式液位调节系统, 所存在的问题和缺陷很多, 采用汽液两相流自动调节水位装置, 克服了高加原有的液位调节缺陷, 节能效果和安全运行周期明显提高。