专利名称：用于大型工业设备的热力学在线诊断的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基于状态图对大型工业设备、特别是发电设备进行热力学在线诊断的方法。本发明还涉及一种用于对大型工业设备进行热力学在线诊断的管理系统。
背景技术：
大型工业设备(例如发电设备)必须有效率地利用所使用的能量，以便能够经济地运行。有效能量使用的重要参数之一是效率，也就是说，对于发电站来说热量和电能的产量与所使用的燃料的能量含量之比。
由此必须尽可能快地找到在热动力学平衡中使发电站效率变差的损耗。
对于热动力学诊断，目前通常使用例如部分效率(Teilwirkungsgrade)或者损耗特征数(Verlustkennziffern)这样的特征参数。
如果针对每个设备部分确定一个特征数，则这些特征参数在设备部分中会出现问题。通常，对于这些特征参数，借助热动力学模型来确定理论状态并且将其与实际上在设备中所确定的数值相比较。
在此，基于在设备上所获得的测量数值，既确定理论状态也确定实际状态。
在此的问题在于，热动力学诊断依赖于在特征参数中是否成功考虑了尽可能所有的部分过程。
此外，对于热动力学过程(特别是循环过程)的特征描述，通常绘制状态图。特别的，关于熵描述温度的温熵图(T-s-Diagramm)直观地显示了从过程中可以获得的有效能量。
这样的图示仅仅离线可知，原因是由于仅仅由压力和温度测量不是总能明确地确定熵并且所需的状态信息(特别是两相混合的蒸汽含量)不能通过通常所使用的测量技术提供，不能实现到温熵图中的自动记录。发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，借助该方法能够直观地且对于发电站操作人员来说易于理解地显示和评估损耗并且能够识别可能的原因。在此所述方法应当是可以自动化的，从而可以在大型工业设备的过程管理技术中应用。
按照本发明，通过按照权利要求I所述的方法和按照权利要求10所述的装置来解决所述问题。在从属权利要求中定义了本发明的优选扩展。通过确定大型工业设备的理论状态，采集在大型工业设备上的多个热动力学测量参数的测量值，在使用大型工业设备的热动力学模型和在设备中所使用的工作介质的状态方程的情况下在采集测量值之后直接从测量值中确定热动力学状态参数以便确定设备的实际状态，以及在这些状态被确定的临近时间将实际状态和理论状态同时显示在状态图中，从而实现可以非常明显和容易地得知在设备的哪些位置以及以什么程度发生了损耗。
热动力学状态参数优选为温度和熵。
合适地，在线进行对实际状态和理论状态的显示。
工作介质如果是水，那么测量参数优选包含压力、温度和水含量。应当在大型工业设备的尽可能多的位置处进行所述测量。
优选地,在大型工业设备内发生工作介质的相变(Phaseniibergang)的位置对测量参数进行测量。
优选从热动力学模型和描述特征的测量参数中确定理论状态。
在此合适的是，描述特征的测量参数是大型工业设备的环境条件和功率水平 (Leistingsniveau)0
如果大型工业设备是燃气轮机设备和蒸汽轮机设备，所述方法是特别优选的。
考虑到装置，本发明涉及一种用于对大型工业设备进行热力学在线诊断的管理系统，其中软件包含程序组件，在所述程序组件中这样集成了用于对大型工业设备的实际状态和理论状态的热力学模型计算的模块，使得在线比较所计算的数值。
相对于公知的方法，本发明的方法的优点特别存在于，直接地并且无需对部分过程进行特别建模来显示和了解总过程并且由此也可以非常好地理解在设备部分之间的依赖性。
如果对于一些设备部分来说不存在单独的特征参数，则由此不影响在线诊断，原因是通过状态图必然地描述设备的所有部分。
示例性地依据附图进一步阐述本发明。其中，示意性地而不是按比例地
图I示出了按照本发明的用于热力学在线诊断的方法的流程图，以及
图2示出了从在线诊断中得到的温熵图。
具体实施方式
图I示意性且示例性地示出了按照本发明的用于热力学在线诊断的方法的流程图。所述诊断包含下述步骤
从大型工业设备中采集测量值。在此其是指一些描述发电站的环境条件以及功率电平的测量参数101以及设备的热力学的状态参数102的尽可能多的测量数据，所述状态参数例如工作介质的压力、温度、水含量等。
在使用用于设备的理论状态103的热力学模型的情况下，通过使用在设备的尽可能多的位置上的测量参数101来确定热力学状态参数(温度和熵)。
与此并行地，从所有的可获得的测量参数102中或者可选地从设备的总热力学模型(按照VDI 2048的验证计算由用于能量平衡和质量平衡的方程组成)中同样地确定用于实际状态104的热力学状态参数。结果获得结果数值的一致的数组，结果数值尽可能好地描述实际状态104。此外获得其他的计算的参数，其不可测量并且不能以简单的方式计算 (例如低压废蒸汽的质量)。
在状态图中在用户界面上示出了两种来源方式的热力学状态参数105。
图2示出了从用于燃气发电站和蒸汽发电站的水汽循环的在线诊断中得到的温熵图以便对过程进行描述。其横坐标(X轴)示出了特定的熵S，其纵坐标(Y轴)示出了温度T。在温熵图中示出了等压线14 (具有相同压力的线)、具有相同的蒸汽质量部分的线15 以及相界16。
从该图中，由两个等熵线(具有相同熵的线)和两个等温线(具有相同温度的线)所组成的卡诺循环(其在温熵图中作为矩形画出)的效率可以直接从面积比中读出。对于绝热过程，也就是对于其中系统从一个状态转换到另一个状态时不与其环境交换热能量的热动力过程，例如在蒸汽轮机中，面积仅仅代表所消耗的功(Arbeit)。如果通过测量状态参数 (通常是压力和温度)已知状态曲线，从中可以通过状态方程算出所属的熵(作为与三相点的熵之间的差别)，那么通过在温熵图中的显示来获取关于过程性能的良好概观。
在温熵图中在点I和点2之间进行对供水的等压加热到饱和蒸汽温度。随后在点 2和点3之间在湿蒸汽区域(Nassdampfgebiet)内进行等压汽化。直到点4和点5蒸汽被过度加热(Uberhitzt)。在点5和点6之间过热蒸汽在汽轮机(高压汽轮机)中膨胀。在点 6和点7之间蒸汽被中间过加热(zwischeniiberhitzt)并且随后直到点10在汽轮机(低压气轮机)中进一步膨胀。在点10和点11之间的线描述了膨胀的水蒸汽的冷凝。
在本发明的方法中，实际状态12和理论状态13记录在相同的用于在线诊断的温熵图中，类似于在图2中示出的。也就是说，状态图针对理论状态13和实际状态12示出了设备的循环过程。循环过程的每个实际状态改变(例如增压、加热、膨胀、散热 )可以图形地与理论状态比较。
例如，在图2中，对于在高压蒸汽轮机中的状态改变(从点5 (新汽(Frischdampf) 到点6 (冷的中间过加热))可以确定出在膨胀端点处的偏差。与理论状态相比，在实际状态中膨胀具有更高的损耗。
权利要求
1.一种用于对大型工业设备的过程、特别是发电设备的过程进行热力学诊断的方法， 其具有步骤确定(3)所述大型工业设备的理论状态，采集(2)在该大型工业设备上的多个热力学测量参数的测量值，在应用该大型工业设备的热力学模型和在该设备中所使用的工作介质的状态方程的情况下在采集(2)所述测量值之后直接从所述测量值中确定(4)热力学状态参数以便确定所述设备的实际状态，其特征在于，所述实际状态和理论状态在其被确定的时间附近同时显示在状态图中(5)。
2.按照权利要求I所述的方法，其中，所述热力学状态参数是温度和熵。
3.按照权利要求I或2所述的方法，其中，在线显示实际状态和理论状态。
4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述工作介质是水。
5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所采集(2)的测量参数包含压力、温度和水含量。
6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述大型工业设备中发生工作介质的相变的位置处测量所述测量参数。
7.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，从热力学模型和描述特征的测量参数中确定(I)所述理论状态。
8.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述描述特征的测量参数是所述大型工业设备的环境条件和功率水平。
9.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述大型工业设备是燃气轮机设备和蒸汽轮机设备。
10.一种用于对大型工业设备进行热力学在线诊断的管理系统，其特征在于，软件包含程序组件，其中这样集成了用于对大型工业设备的实际状态和理论状态的热力学模型计算的模块，使得所计算的数值被在线比较。
全文摘要
本发明涉及一种用于对大型工业设备的、特别是发电设备的过程进行热力学诊断的方法，其具有步骤确定(3)所述大型工业设备的理论状态，采集(2)在该大型工业设备上的多个热力学测量参数的测量值，在应用该大型工业设备的热力学模型和在该设备中所使用的工作介质的状态方程的情况下在采集(2)所述测量值之后直接从所述测量值中确定(4)热力学的状态参数以便确定所述设备的实际状态，其中所述实际状态和理论状态在其被确定的时间附近同时显示在状态图中(5)。本发明还涉及一种用于对大型工业设备进行热力学在线诊断的管理系统。
文档编号G05B23/02GK102870058SQ201180021405
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月7日 优先权日2010年4月28日
发明者U.孔泽, S.拉布 申请人:西门子公司