本发明属于冷却水
技术领域：
，具体涉及一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法。
背景技术：
凝汽器是电力、制药、化工等行业的大型换热设备，其热交换性能的高低直接影响到能源的利用率，关系到工厂的节能减排。由于工业领域使用的凝汽器通常采用水冷方式，直接取自江河湖泊的自然水源不干净，加之热交换时伴随化学反应，致使铜管内壁积聚了一些不利于传热的污垢，使得凝汽器换热面的传热能力大幅下降，进而使得汽轮机效率降低。因此，必须定期对凝汽器进行清洗。胶球清洗装置是汽轮发电机组在运行中对凝汽器冷却管进行有效清洗的设备，由收球网、胶球输送泵、装球室、控制器、胶球及循环管路等部件组成。胶球清洗装置周期性地以高压水将大于凝汽器冷却管内径的清洁胶球挤过冷却管，对冷却管进行反复擦洗，清洗凝汽器冷却管内污垢并带出杂质。从而可以达到延长冷却管使用寿命、提高发电厂经济效益、保障设备安全运行的目的。该装置使用性能的好坏，直接影响到凝汽器的清洁程度和传热效率，是提高电厂经济性，保障凝汽器安全运行不可缺少的设备。目前常见的胶球清洗装置每天运行就地按操作票手动清洗一次，每次30-60分钟，需要人工操作来启动或停止胶球清洗装置，无法满足凝汽器远程监测的任务要求，不能直接监视胶球清洗的效果。技术实现要素：为解决现有技术中，胶球清洗装置需要人工启动和停止，无法满足凝汽器远程监测以及无法直接监视胶球清洗效果的问题，本发明提供了一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法，包括以下步骤：(1)在dcs中预设凝汽器循环水清洁系数μ0；(2)采集凝汽器工况数据；(3)利用步骤(2)采集的凝汽器工况数据，通过dcs组态计算出凝汽器循环水侧实际清洁系数μ；(4)比较步骤(1)的预设清洁系数μ0和步骤(3)的实际清洁系数μ，发送控制信号开启/或停止胶球清洗系统。优选地，步骤(1)所述的预设凝汽器循环水清洁系数μ0包括凝汽器a侧水室预设清洁系数μa和凝汽器b侧水室预设清洁系数μb，步骤(4)实际清洁系数μ包括a侧水室实际清洁系数μ1和凝汽器b侧水室实际清洁系数μ2。优选地，所述步骤(2)中，采集凝汽器工况数据前，凝汽器需负荷稳定运行超过10min和/或机组负荷波动小于5mw。优选地，步骤(2)所述凝汽器工况数据包括高压过热蒸汽流量q1，中压过热蒸汽流量q2，低压过热蒸汽流量q3，凝汽器压力p1，凝汽器循环水a侧进水温度ta1，凝汽器循环水a侧出水温度ta2，凝汽器循环水b侧进水温度tb1和凝汽器循环水b侧出水温度tb2数据。进一步优选地，步骤(4)所述开启/或停止胶球清洗系统的条件包括：当μ1＜μa时，启动a侧胶球系统，μ1＝μa时，停止a侧胶球系统；当μ2＜μb时，启动b侧胶球系统，μ2＝μb时，停止b侧胶球系统。优选地，步骤(4)所述停止胶球清洗系统的条件包括：设定清洗时间，启动胶球清洗系统后运行设定的清洗时间后停止。优选地，步骤(4)所述停止胶球清洗系统的条件包括：启动胶球清洗系统后，手动停止胶球清洗系统运行。进一步优选地，步骤(3)所述dcs组态计算的计算过程包括：根据凝汽器压力p1求饱和温度tsa的拟合公式：根据饱和温度tsa求饱和蒸汽比焓hs1的拟合公式:hr1＝3.4711033×103-1.7305388×104×u1+9.7790853×104×u12-2.4659887×105×u13+3.1183497×105×u14-1.6409925×105×u15(3)根据凝汽器压力p1求饱和水比焓hw1的拟合公式:u2＝p10.125(4)hw1＝-187.84245+760.75728×u2-1637.9149×u22+2653.5223×u23-2575.211×u24+1500.939×u25-480.62572×u26+65.565467×u27(5)由设计低压缸排汽湿度5.1％，可求得低压缸排汽比焓h1：h1＝(1-5.1％)×hs1+hw1×5.1％(6)理想情况下，凝汽器与外界大气之间不进行热交换(这对于工程计算是完全容许的)，根据传热学理论，列其热平衡方程式为：q＝dp×(h1-hw1)＝k×a×δtm＝q×cw×(t2-t1)(7)q＝dp×(h1-hw1)＝(q1+q2+q3)×(h1-hw1)(8)式(7)、(8)、(9)、(10)中q为凝汽器热负荷，w；dp为汽轮机低压缸排汽流量，为高、中、低压过热蒸汽流量之和，kg/s；h1为汽轮机低压缸排汽比焓，kj/kg；hw1为凝结水比焓，kj/kg；k为凝汽器实际传热系数，w/(m2·℃)；△tm为对数平均温差，℃；a为凝汽器冷却面积，m2；q为凝汽器循环水流量，ks/s；cw为凝汽器循环水比热容，模型取4.187kj/(kg·℃)；t2为凝汽器循环水出水温度，℃；t1为凝汽器循环水进水温度，℃；tsa为汽轮机低压缸排汽温度，模型根据凝汽器压力p1计算出饱和温度，℃。凝汽器a、b侧两侧循环水热量相等(即为0.5q)，根据凝汽器a、b侧式(7)热平衡方程式，可分别求得凝汽器a侧循环水流量qa1、凝汽器b侧循环水流量qa2：为了减少循环水进水温度误差，采用凝汽器a侧循环水进水温度ta1、凝汽器b侧循环水进水温度tb1两者的平均值作为循环水进水温度t1：t1＝(ta1+tb1)×0.5(13)根据式(10)可求得凝汽器a侧对数平均温差△tma：根据式(10)可求得凝汽器b侧对数平均温差△tmb：凝汽器a、b两侧凝汽器冷却面积a相等，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却面积为10340m2，即：a＝10340÷2＝5170m2，由式(9)分别求得凝汽器a、b两侧传热系数k1、k2：在进行凝汽器热力计算时，凝汽器传热系数k是由根据实验和理论分析得出的经验公式进行计算。通常使用的计算公式为：φk＝14650μφwφtφzφd(18)式(18)、(19)、(20)、(21)中，μ为凝汽器循环水侧清洁系数；φw为冷却水流速和管径的修正系数；cw为冷却水在冷却管内的流速，m/s；d1为凝汽器冷却水管内径，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却水管尺寸和壁厚为28.575×0.7mm，即内径为：d1＝28.575-0.7＝27.875mm(22)φt为冷却水进水温度修正系数；φz为冷却水流程数z的修正系数；φd为凝汽器单位面积蒸汽负荷dc的修正系数，单位时间内在单位面积上冷凝的蒸汽量，称为单位热负荷，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却面积为10340m2，即：凝汽器单位面积蒸汽负荷设计值：式(22)、(23)中dp为汽轮机低压缸排汽流量，dc为汽轮机低压缸排汽流量设计值。凝汽器单位面积蒸汽负荷临界值：当时，不需修正，即：φd＝1(26)当时，需进行修正，即：φd＝δ(2-δ)(27)设计凝汽器a、b两侧循环水流量相等，则单侧设计循环水流量为24400÷2＝12200t/h，设计流速为2.25m/s，则根据相同管径循环水流量与流速成正比可分别求得凝汽器a、b两侧循环水流速分别为：假设凝汽器循环水a、b两侧清洁系数分别为：μ1、μ2，则将式(22)、(29)、(30)代入式(19)分别求得凝汽器a、b两侧冷却水流速与管径的修正系数：由式(20)可分别求得凝汽器a、b两侧循环水进水温度修正系数为：查凝汽器设计参数有冷却水流程数z＝2，由式(21)可求得冷却水流程修正系数为：工程计算中凝汽器a、b两侧热负荷、冷却面积相等，则凝汽器a、b两侧单位面积蒸汽负荷dc的修正系数φd相等，由式(23)～(28)可求得凝汽器a、b两侧单位面积蒸汽负荷dc的修正系数φd。本发明的有益效果1、通过dcs控制，从现有的系统流程就能实现凝汽器循环水a、b侧胶球清洗系统的远方启停，投资小，施工条件容易实现；2、根据凝汽器循环水侧清洁系数在线计算模型在dcs组态中计算凝汽器循环水a、b侧清洁系数，通过逻辑根据设定的凝汽器循环水a、b侧清洁系数远方dcs自动控制凝汽器循环水a、b侧胶球清洗，实现了监视凝汽器循环水a、b侧胶球清洗效果及dcs远方自动控制凝汽器循环a、b侧胶球清洗的目的；3、能够实时掌握冷凝器室的冷却水流量、流速、压力、温度等信息。附图说明图1是凝汽器循环胶球清洗系统简图。图2是凝汽器循环水清洁系数胶球清洗dcs逻辑示意图，其中：w为机组负荷，单位mw；q1为高压过热蒸汽流量，单位t/h；q2为中压过热蒸汽流量，单位t/h；q3为低压过热蒸汽流量，单位t/h；p1为凝汽器压力，单位kpa；ta1为凝汽器循环水a侧进水温度，单位℃；ta2为凝汽器循环水a侧出水温度，单位℃；tb1为凝汽器循环水b侧进水温度，单位℃；tb2为凝汽器循环水b侧出水温度，单位℃。图3是胶球系统的开启/停止过程示意图。具体实施方式以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。实施例1一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法，包括以下步骤：(1)在dcs中预设凝汽器a侧水室预设清洁系数μa和凝汽器b侧水室预设清洁系数μb；(2)采集凝汽器工况数据，包括：高压过热蒸汽流量q1，中压过热蒸汽流量q2，低压过热蒸汽流量q3，凝汽器压力p1，凝汽器循环水a侧进水温度ta1，凝汽器循环水a侧出水温度ta2，凝汽器循环水b侧进水温度tb1和凝汽器循环水b侧出水温度tb2数据；(3)利用步骤(2)采集的凝汽器工况数据，通过dcs组态计算出凝汽器循环水a侧水室实际清洁系数μ1和凝汽器b侧水室实际清洁系数μ2；(4)比较步骤(1)的预设清洁系数和步骤(3)的实际清洁系数：当μ1<μa时，启动a侧胶球系统，μ1＝μa时，停止a侧胶球系统；当μ2<μb时，启动b侧胶球系统，μ2＝μb时，停止b侧胶球系统。具体的，胶球系统的开启/停止方式为：胶球系统收到启动信号，收球网关闭，装球室出口电动阀开启，装球室入口电动阀开启，启动胶球泵，储存在储气罐里的压缩空气瞬间注入发球器内，装球室内的胶球发射入凝汽器循环冷却水进水管，胶球开始对冷却管进行清洗并计时，胶球完成对冷却管进行清洗后，μ1＝μa时和/或μ2＝μb时，关闭胶球室执行机构，装球室入口阀关闭，停止胶球泵，装球室出口阀关闭，收球网打开，胶球回到收球网，结束一次清洗流程。图1是凝汽器循环胶球清洗系统简图，图2是凝汽器循环水清洁系数胶球清洗dcs逻辑示意图，其中：w为机组负荷，单位mw；q1为高压过热蒸汽流量，单位t/h；q2为中压过热蒸汽流量，单位t/h；q3为低压过热蒸汽流量，单位t/h；p1为凝汽器压力，单位kpa；ta1为凝汽器循环水a侧进水温度，单位℃；ta2为凝汽器循环水a侧出水温度，单位℃；tb1为凝汽器循环水b侧进水温度，单位℃；tb2为凝汽器循环水b侧出水温度，单位℃。表1所示为凝汽器设计参数。表1凝汽器设计参数名称单位设计值热负荷kj/h810.5×106传热系数kj/(h.m2/℃)13270.4循环水量m3/h24400循环水进口温度℃29.4清洁因子％90管道中的水流速m/s2.25管道的有效总面积m210340尺寸和壁厚mm28.575×0.7流程2低压缸排汽流量t/h352.4低压缸排汽湿度％5.1步骤(3)中dcs组态计算的计算过程包括：根据凝汽器压力p1求饱和温度tsa的拟合公式：根据饱和温度tsa求饱和蒸汽比焓hs1的拟合公式:hs1＝3.4711033×103-1.7305388×104×u1+9.7790853×104×u12-2.4659887×105×u13+3.1183497×105×u14-1.6409925×105×u15(3)根据凝汽器压力p1求饱和水比焓hw1的拟合公式:u2＝p10.125(4)hw1＝-187.84245+760.75728×u2-1637.9149×u22+2653.5223×u23-2575.211×u24+1500.939×u25-480.62572×u26+65.565467×u27(5)由设计低压缸排汽湿度5.1％，可求得低压缸排汽比焓h1：h1＝(1-5.1％)×hs1+hw1×5.1％(6)理想情况下，凝汽器与外界大气之间不进行热交换(这对于工程计算是完全容许的)，根据传热学理论，列其热平衡方程式为：q＝dp×(h1-hw1)＝k×a×δtm＝q×cw×(t2-t1)(7)q＝dp×(h1-hw1)＝(q1+q2+q3)×(h1-hw1)(8)式(7)、(8)、(9)、(10)中q为凝汽器热负荷，w；dp为汽轮机低压缸排汽流量，为高、中、低压过热蒸汽流量之和，kg/s；h1为汽轮机低压缸排汽比焓，kj/kg；hw1为凝结水比焓，kj/kg；k为凝汽器实际传热系数，w/(m2·℃)；△tm为对数平均温差，℃；a为凝汽器冷却面积，m2；q为凝汽器循环水流量，ks/s；cw为凝汽器循环水比热容，模型取4.187kj/(kg·℃)；t2为凝汽器循环水出水温度，℃；t1为凝汽器循环水进水温度，℃；tsa为汽轮机低压缸排汽温度，模型根据凝汽器压力p1计算出饱和温度，℃。凝汽器a、b侧两侧循环水热量相等(即为0.5q)，根据凝汽器a、b侧式(7)热平衡方程式，可分别求得凝汽器a侧循环水流量qa1、凝汽器b侧循环水流量qa2：为了减少循环水进水温度误差，采用凝汽器a侧循环水进水温度ta1、凝汽器b侧循环水进水温度tb1两者的平均值作为循环水进水温度t1：t1＝(ta1+tb1)×0.5(13)根据式(10)可求得凝汽器a侧对数平均温差△tma：根据式(10)可求得凝汽器b侧对数平均温差△tmb：凝汽器a、b两侧凝汽器冷却面积a相等，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却面积为10340m2，即：a＝10340÷2＝5170m2，由式(9)分别求得凝汽器a、b两侧传热系数k1、k2：在进行凝汽器热力计算时，凝汽器传热系数k是由根据实验和理论分析得出的经验公式进行计算。通常使用的计算公式为：φk＝14650μφwφtφzφd(18)式(18)、(19)、(20)、(21)中，μ为凝汽器循环水侧清洁系数；φw为冷却水流速和管径的修正系数；cw为冷却水在冷却管内的流速，m/s；d1为凝汽器冷却水管内径，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却水管尺寸和壁厚为28.575×0.7mm，即内径为：d1＝28.575-0.7＝27.875mm(22)φt为冷却水进水温度修正系数；φz为冷却水流程数z的修正系数；φd为凝汽器单位面积蒸汽负荷dc的修正系数，单位时间内在单位面积上冷凝的蒸汽量，称为单位热负荷，查凝汽器设计参数有凝汽器冷却面积为10340m2，即：凝汽器单位面积蒸汽负荷设计值：式(22)、(23)中dp为汽轮机低压缸排汽流量，dc为汽轮机低压缸排汽流量设计值。凝汽器单位面积蒸汽负荷临界值：当时，不需修正，即：φd＝1(26)当时，需进行修正，即：φd＝δ(2-δ)(27)设计凝汽器a、b两侧循环水流量相等，则单侧设计循环水流量为24400÷2＝12200t/h，设计流速为2.25m/s，则根据相同管径循环水流量与流速成正比可分别求得凝汽器a、b两侧循环水流速分别为：假设凝汽器循环水a、b两侧清洁系数分别为：μ1、μ2，则将式(22)、(29)、(30)代入式(19)分别求得凝汽器a、b两侧冷却水流速与管径的修正系数：由式(20)可分别求得凝汽器a、b两侧循环水进水温度修正系数为：查凝汽器设计参数有冷却水流程数z＝2，由式(21)可求得冷却水流程修正系数为：工程计算中凝汽器a、b两侧热负荷、冷却面积相等，则凝汽器a、b两侧单位面积蒸汽负荷dc的修正系数φd相等，由式(23)～(28)可求得凝汽器a、b两侧单位面积蒸汽负荷dc的修正系数φd。实施例2一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法，包括以下步骤：(1)在dcs中预设凝汽器a侧水室预设清洁系数μa和凝汽器b侧水室预设清洁系数μb；(2)采集凝汽器工况数据，包括：高压过热蒸汽流量q1，中压过热蒸汽流量q2，低压过热蒸汽流量q3，凝汽器压力p1，凝汽器循环水a侧进水温度ta1，凝汽器循环水a侧出水温度ta2，凝汽器循环水b侧进水温度tb1和凝汽器循环水b侧出水温度tb2数据；(3)利用步骤(2)采集的凝汽器工况数据，通过dcs组态计算出凝汽器循环水a侧水室实际清洁系数μ1和凝汽器b侧水室实际清洁系数μ2；(4)比较步骤(1)的预设清洁系数和步骤(3)的实际清洁系数：当μ1<μa时，启动a侧胶球系统，μ1＝μa时，停止a侧胶球系统；当μ2<μb时，启动b侧胶球系统，μ2＝μb时，停止b侧胶球系统。具体的，胶球系统的开启/停止方式为：胶球系统收到启动信号，收球网关闭，装球室出口电动阀开启，装球室入口电动阀开启，启动胶球泵，储存在储气罐里的压缩空气瞬间注入发球器内，装球室内的胶球发射入凝汽器循环冷却水进水管，胶球开始对冷却管进行清洗并计时，清洗至设定的时间时，关闭胶球室执行机构，装球室入口阀关闭，停止胶球泵，装球室出口阀关闭，收球网打开，胶球回到收球网，结束一次清洗流程。步骤(3)中dcs组态计算的计算过程与实施例1相同。实施例3一种基于dcs的凝汽器胶球清洗自启停方法，包括以下步骤：(1)在dcs中预设凝汽器a侧水室预设清洁系数μa和凝汽器b侧水室预设清洁系数μb；(2)凝汽器需负荷稳定运行超过10min和/或机组负荷波动小于5mw时，采集凝汽器工况数据，包括：高压过热蒸汽流量q1，中压过热蒸汽流量q2，低压过热蒸汽流量q3，凝汽器压力p1，凝汽器循环水a侧进水温度ta1，凝汽器循环水a侧出水温度ta2，凝汽器循环水b侧进水温度tb1和凝汽器循环水b侧出水温度tb2数据；(3)利用步骤(2)采集的凝汽器工况数据，通过dcs组态计算出凝汽器循环水a侧水室实际清洁系数μ1和凝汽器b侧水室实际清洁系数μ2；(4)比较步骤(1)的预设清洁系数和步骤(3)的实际清洁系数：当μ1<μa时，启动a侧胶球系统，μ1＝μa时，停止a侧胶球系统；当μ2<μb时，启动b侧胶球系统，μ2＝μb时，停止b侧胶球系统。具体的，胶球系统的开启/停止方式为：胶球系统收到启动信号，收球网关闭，装球室出口电动阀开启，装球室入口电动阀开启，启动胶球泵，储存在储气罐里的压缩空气瞬间注入发球器内，装球室内的胶球发射入凝汽器循环冷却水进水管，胶球开始对冷却管进行清洗并计时，清洗至设定的时间时，关闭胶球室执行机构，装球室入口阀关闭，停止胶球泵，装球室出口阀关闭，收球网打开，胶球回到收球网，结束一次清洗流程。图3是胶球系统的开启/停止过程示意图。步骤(3)中dcs组态计算的计算过程与实施例1相同。当前第1页12