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1、10申请公布号CN102004460A43申请公布日20110406CN102004460ACN102004460A21申请号201010564644522申请日20101124G05B19/048200601F01D21/1020060171申请人东北电力大学地址132012吉林省吉林市船营区长春路169号东北电力大学科技产业处72发明人李勇张毅曹丽华姜铁骝王加勇张爱萍金建国74专利代理机构吉林市达利专利事务所22102代理人陈传林54发明名称一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法57摘要一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法，其特点是，它包括数据采集环节、主蒸汽流量计算环节、回热系统参。
2、数修正环节和通流部分结垢程度的诊断环节，通过上述环节利用汽轮机运行中现有的各级回热抽汽压力测点，对于中间各个级组，将在线监测得到的各个级组前后压力比，与通流部分状态正常时的各个级组的前后压力比进行对比，从而判断汽轮机中间各级组通流部分的结垢状态；对于最末级组，将在线监测得到的最末级组前的压力，与在相同主蒸汽流量条件下汽轮机最末级组前的压力比进行对比，从而判断汽轮机最末级组通流部分面积的结垢情况，实现对汽轮机整个通流部分结垢程度的在线诊断。具有方法科学，能够实现自动在线监测，判断准确等优点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书9页附图3页CN1020。
3、04473A1/1页21一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法，其特征是，它包括以下步骤A数据采集环节，利用汽轮机运行中各级回热抽汽压力测点，测出汽轮机中间各级组前后压力、最末级组前压力，并计算出中间各级组前后压力比；B主蒸汽流量计算环节，通过对各个高压加热器以及除氧器的回热抽汽量的计算，并利用除氧器入口凝结水流量表计，同时考虑到再热器、过热器减温水流量和锅炉排污量，确定汽轮机的主蒸汽流量；C回热系统参数修正环节，以汽轮机等熵膨胀过程线为基础，回热抽气点均取等熵膨胀过程与相应的回热抽汽压力之间的交点，确定出汽轮机等到熵膨胀的回热抽汽量，利用弗留格尔公式求解修正后的中间各级组的前后压力比，利用。
4、级组流量与级组前压力成正比关系的原理，求解回热系统修正后的最末级组前压力；D通流部分结垢程度的诊断环节，对于汽轮机中间各级组，利用步骤C得到的某级组前后压力比，并结合设计工况下该级组的前后压力比数值，得即式中A为反映汽轮机通流部分结垢程度的指标，A1为实际运行中通流部分结垢后级组通流部分面积，A为汽轮机设计状态下某级组同流部分面积，为汽轮机设计状态下中间各级组后压力与级组前压力之比，为由步骤C得到的修正后的中间各级组实测级组后压力与级组前压力之比；对于汽轮机最末级组，利用步骤C得到的最末级组前的压力和步骤B得到的汽轮机主蒸汽流量，并结合设计工况下最末级组前的压力以及主蒸汽流量，得即式中，GMS。
5、为实际运行工况下的主蒸汽流量，GMS0为设计工况下的主蒸汽流量，PE1为汽轮机运行状态下经过修正后的最末级组前的压力，PE0为汽轮机设计状态下最末级组前的压力；数值A反映了汽轮机结垢后的通流部分面积占原设计面积的百分比，从而定量反映了汽轮机通流部分结垢程度。权利要求书CN102004460ACN102004473A1/9页3一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法技术领域0001本发明涉及热力设备状态监测与故障诊断领域，是一种汽轮机通流部分结垢程度的精确在线监测方法。背景技术0002随着我国火电机组向高参数大容量方向的发展，尤其是大容量直流锅炉以及超超临界机组的投入运行，很难控制较高的蒸汽品质。
6、。同时，超超临界机组由于蒸汽压力的提高，盐类在蒸汽中的溶解度增大，进一步增加了锅炉除盐的难度。溶解有盐类的蒸汽，进入汽轮机做功后由于压力降低，使得溶解在蒸汽中的盐类析出，沉积在汽轮机通流部分中，引起汽轮机通流部分结垢，导致汽轮机通流部分热力参数发生变化，轴向推力增加。汽轮机通流部分结垢严重影响了汽轮机运行的经济性和安全性。因此，汽轮机通流部分结垢的精确在线监测与诊断十分重要。0003目前，对于运行中汽轮机通流部分结垢的在线监测尚没有成熟的方法，中国发明专利公开公告号CN101334358A，名称为“汽轮机叶片垢样成分中全硅含量的测定方法”只是给出了汽轮机通流部分结垢后，叶片垢样成分中全硅含量的。
7、测定方法，并没有对汽轮机通流部分结垢进行诊断，仅仅能作为级组大修时叶片结垢元素的分析，因而不能实现对运行中汽轮机通流部分结垢的诊断；中国发明专利公开公告号CN101334393A，名称为“汽轮机叶片积盐、结垢成分分析处理方法”给出了在汽轮机通流部分后，机组开缸大修时，对结垢的处理方法，没有对运行中汽轮机通流部分结垢进行诊断。中国实用新型专利公开公告号CN201000327Y，名称为“一种水结垢在线检测装置”是利用在线检测结垢厚度增长对于结垢温差变化的不同，来实现对于水系统的结垢情况即时的客观评价，但是汽轮机本身抽汽测点温度较高，在汽轮机叶片结垢后，温度基本没有变化，因此不能作为对运行中汽轮机通。
8、流部分结垢的诊断。0004同时，已经有大量文献报道汽轮机通流部分结垢诊断方法。文献1苏卡别洛维奇著汽轮机设备运行水利电力出版社，1988采用监测汽轮机监视段压力的方法来判断汽轮机通流部分是否结垢，即在同一主蒸汽流量下，通过判断监视段压力是否超过设计值10来判断通流部分结垢情况，该方法的特点是直观、方便。但缺点是监视段压力测点离结垢的级越远，则结垢对监视段压力影响越小。而且，监视段压力还受到回热系统运行状态如加热器端差、回热抽汽压力损失、加热器散热损失等因素的影响。从而影响到诊断精度。文献2王一兵，高洪涛汽轮机叶片结垢厚度的理论计算汽轮机技术，1998，405286287提出一种计算汽轮机通流部。
9、分结垢厚度的方法，但该方法需要预先确定各级结垢厚度比例系数。实际上，汽轮机通流部分结垢程度不仅与工作蒸汽的压力和温度有关，而且，还与汽轮机结构参数、当地水质条件等因素有关。因此，在汽轮机实际运行中，很难准确确定各级结垢厚度比例系数。文献3高洪涛，黄钟岳汽轮机叶片结垢在线诊断的一种新方法。大连理工大学学报，1999，344538541建立了汽轮机通流部分结垢与热力状态参数的关系，并以热力计算结果为训练样本，建立了判别汽轮机通流部分结垢程度的神说明书CN102004460ACN102004473A2/9页4经网络模型。但其在确定通流部分结垢与热力状态参数的关系时，不仅需要预先确定各级结垢厚度比例系。
10、数，而且还需要预先确定汽轮机通流部分结垢的平均厚度，这些数据在汽轮机运行过程中均很难准确确定。发明内容0005针对现有的关于汽轮机通流部分结垢在线监测与诊断监测方法及装置存在的缺陷，本发明的目的在于基于汽轮机运行中常规的温度、压力及流量测点，结合计算机程序计算，提供一种能够自动监测、准确诊断故障的汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法。0006本发明的构思基础是00071理论和实践证实，在汽轮机通流部分状态正常的情况下，当主蒸汽流量变化时，除了调节级和最末级外，中间各个级组的级组后与级组前的压力比保持其相应的设计值不变；当汽轮机通流部分结垢后，在同样的主蒸汽流量条件下，汽轮机中间各个级组的级组后。
11、与级组前的压力比以下简称级组前后压力比将减小。00082对于最末级组，级组前的压力与蒸汽流量成正比，但是，最末级组后的压力是凝汽器压力，很显然其不与蒸汽流量成正比。因此，对于最末级组，不能采用压力比的变化情况来诊断汽轮机通流部分结垢状态。考虑到凝汽式汽轮机最末级处于临界或超临界流动状态，当最末级组通流部分状态正常时，在相同主蒸汽流量条件下，最末级组前的压力保持不变；当最末级组通流部分结垢时，最末级组前的压力要高于在相同主蒸汽流量的条件下最末级组前的压力。00093此外，汽轮机中间各个级组后与级组前的压力比以及最末级组前的压力，还受到汽轮机回热系统运行状态的影响。为此，应该将实际测量得到的中间各。
12、个级组后与级组前的压力比以及最末级组前的压力，修正到回热系统状态正常时的相应值。0010本发明就是在以上所述的三个前提下，根据汽轮机通流部分结垢的主要特征，提出了一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法，以实现对汽轮机通流部分结垢程度的在线定量诊断。0011本发明的技术方案是一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法，其特征是，它包括以下步骤0012A数据采集环节，利用汽轮机运行中各级回热抽汽压力测点，测出汽轮机中间各级组前后压力、最末级组前压力，并计算出中间各级组前后压力比；0013B主蒸汽流量计算环节，通过对各个高压加热器以及除氧器的回热抽汽量的计算，并利用除氧器入口凝结水流量表计，同时考虑。
13、到再热器、过热器减温水流量和锅炉排污量，确定汽轮机的主蒸汽流量；0014C回热系统参数修正环节，以汽轮机等熵膨胀过程线为基础，回热抽气点均取等熵膨胀过程与相应的回热抽汽压力之间的交点，确定出汽轮机等到熵膨胀的回热抽汽量，利用弗留格尔公式求解修正后的中间各级组的前后压力比，利用级组流量与级组前压力成正比关系的原理，求解回热系统修正后的最末级组前压力；0015D通流部分结垢程度的诊断环节，对于汽轮机中间各级组，利用步骤C得到的某级组前后压力比，并结合设计工况下该级组的前后压力比数值，得说明书CN102004460ACN102004473A3/9页500160017即0018式中A为反映汽轮机通流部。
14、分结垢程度的指标，A1为实际运行中通流部分结垢后级组通流部分面积，A为汽轮机设计状态下某级组同流部分面积，为汽轮机设计状态下中间各级组后压力与级组前压力之比，为由步骤C得到的修正后的中间各级组实测级组后压力与级组前压力之比；0019对于汽轮机最末级组，利用步骤C得到的最末级组前的压力和步骤B得到的汽轮机主蒸汽流量，并结合设计工况下最末级组前的压力以及主蒸汽流量，得00200021即0022式中，GMS为实际运行工况下的主蒸汽流量，GMS0为设计工况下的主蒸汽流量，PE1为汽轮机运行状态下经过修正后的最末级组前的压力，PE0为汽轮机设计状态下最末级组前的压力；0023数值A反映了汽轮机结垢后的通。
15、流部分面积占原设计面积的百分比，从而定量反映了汽轮机通流部分结垢程度。0024本发明提供的技术方案通过对汽轮机通流部分各级组的前后压力比和最末级的级组前压力的监测，能对通流部分结垢定量分析，实现对汽轮机通流部分结垢早期发现和及时处理。具有方法科学，能够实现自动在线监测，判断准确等优点。附图说明0025图1为一种汽轮机通流部分结垢程度的在线监测方法流程示意图。0026图2疏水放流表面式加热器热平衡示意图。0027图3混合式加热器热平衡示意图。0028图4汇集式加热器热平衡示意图。0029图5给水流量平衡示意图。0030图6根据汽轮机等熵膨胀过程线确定回热抽汽点结构示意图。说明书CN1020044。
16、60ACN102004473A4/9页6具体实施方式0031下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤和计算方法。由图1可见，本发明提供的汽轮机通流部结垢的诊断方法主要由下列几个环节组成。00321数据采集环节，利用汽轮机运行中各级回热抽汽压力测点，测出汽轮机中间各级组前后压力、最末级组前压力，并计算出中间各级组前后压力比。0033本发明需要监测参数清单0034发电机端功率KW给水泵A出口水压力MPA发电机功率因素给水泵A出口水温度主凝结水流量T/H小汽轮机B进汽压力MPA主汽门前主蒸汽压力甲MPA小汽轮机B进汽温度主汽门前主蒸汽温度甲小汽轮机B用汽量T/H主汽门前主蒸汽压力乙MPA小汽轮机B。
17、排汽压力KPA主汽门前主蒸汽温度乙给水泵B入口水压力MPA1高压调节汽门后压力MPA给水泵B入口水温度2高压调节汽门后压力MPA给水泵B出口水压力MPA3高压调节汽门后压力MPA给水泵B出口水温度4高压调节汽门后压力MPA低压缸进汽压力KPA5高压调节汽门后压力MPA低压缸进汽温度6高压调节汽门后压力MPA第五段抽汽压力MPA调节级后汽室压力MPA第五段抽汽温度调节级后汽室温度第六段抽汽压力MPA第一段抽汽压力MPA第六段抽汽温度第一段抽汽温度第七段抽汽压力MPA高压缸排汽压力MPA第七段抽汽温度高压缸排汽温度第八段抽汽压力MPA说明书CN102004460ACN102004473A5/9页7。
18、再热冷段压力MPA第八段抽汽温度再热冷段温度凝汽器真空KPA中压联汽门前蒸汽压力MPA凝汽器热井凝结水温度中压联汽门前再热汽温度凝结水泵出口水温度第三段抽汽压力MPA凝结水泵出口水压力第三段抽汽温度轴封冷却器进水温度中压缸排汽压力MPA轴封冷却器出水温度中压缸排汽温度轴封冷却器疏水温度小汽轮机A进汽压力MPA轴封冷却器进汽压力MPA小汽轮机A进汽温度8低加进汽压力MPA小汽轮机A用汽量T/H8低加进汽温度给水泵A入口水压力MPA8低加出水温度给水泵A入口水温度8低加疏水温度7低加进汽压力MPA2高加出水温度7低加进汽温度2高加疏水温度7低加出水温度1高加进汽压力MPA7低加疏水温度1高加进汽温。
19、度6低加进汽压力MPA1高加出水温度6低加进汽温度1高加疏水温度6低加出水温度给水温度省煤器入口6低加疏水温度再热器喷水压力MPA5低加进汽压力MPA再热器喷水温度5低加进汽温度再热器喷水流量T/H说明书CN102004460ACN102004473A6/9页85低加出水温度过热器喷水压力MPA5低加疏水温度过热器喷水温度4除氧器进汽压力MPA过热器喷水流量T/H4除氧器进汽温度系统外漏量T/H4除氧器水箱温度主给水压力MPA3高加进水温度主凝结水压力MPA3高加进汽压力MPA主蒸汽流量T/H3高加进汽温度给水箱水位MM3高加出水温度热井止水位MM3高加疏水温度汽包水位MM2高加进汽压力MPA。
20、锅炉连续排污流量T/H2高加进汽温度补水量T/H003500360037级组前后压力比为00380039其中，PJ为第J段回热抽汽压力，MPA。00402主蒸汽流量计算环节00411高压加热器和除氧器回热抽汽量的计算0042在汽轮机的回热系统中，回热加热器主要分为表面式加热器、混合式加热器、汇集式加热器三类。由以上三类加热器常规热平衡方程的计算能够得到回热系统各级回热抽汽流量。0043对于图2所示的某疏水放流表面式加热器的热平衡方程为0044HIHS，IGIGMIHMIHS，IGS，I1HS，I1HS，IGC0HI，2HI，160045式中，GC0为进入本级加热器的凝结水或给水流量，KG/H；。
21、GI、GMI分别为进入本级加热器的回热抽汽流量和辅助蒸汽流量，KG/H；GS，I1为相邻加热器进入本级加热器的疏水流量，KG/H；HI、HMI分别为进入本级加热器的回热抽汽和辅助蒸汽的焓值，KJ/KG；HS，I为本级加热器的疏水焓值，KJ/KG；HS，I1为相邻加热器进入本级加热器的疏水焓值，KJ/KG；HI，1、HI，2分别为本级加热器水侧入口和出口的凝结水或给水焓值，KJ/KG；为本级加热器效率。0046对于图3所示的混合式加热器，即除氧器的热平衡方程为0047HIHI，0GIGMIHMIHI，0GS，I1HS，I1HI，0GCHI，0HI，17说明书CN102004460ACN10200。
22、4473A7/9页90048式中，GC为进入混合式加热器的凝结水流量，KG/H；HI，0为混合式加热器出口水焓值，KJ/KG。0049对于图4所示的某汇集式加热器的热平衡方程为0050HIHI1，1GIGMIHMIHI1，1GS，I1HS，I1HI1，1GC1HI1，1HI，180051式中，GC1为汇集式加热器前的凝结水流量，KG/H；HI1，1为汇集式加热器出口汇集后水的焓值，KJ/KG。0052这样，通过在线测量获取各级加热器汽侧和水侧进出口工质的温度和压力，借助于水和水蒸气性质计算程序可以得到各级加热器进出口处的汽、水焓值，从而应用式6、式7或式8，求出运行时各级高压加热器和除氧器的回。
23、热抽汽的流量。00532主蒸汽流量的确定0054进行汽轮机质量平衡和能量平衡计算，首先需要确定进入汽轮机的主蒸汽流量。由于汽轮发电机组不断向高参数、大容量方向发展，主蒸汽流量不断增加，主蒸汽管道的直径也相应增大，使得在主蒸汽管道上安装流量测量装置的难度增加，装置的维护和校准也较为困难，这影响到主蒸汽流量测量值的精确性。同时，在主蒸汽管道上加装流量测量装置会增加节流损失，从经济上也逐渐不能被容忍。因此，现代大型发电厂趋向于不在主蒸汽管道加装流量测量装置，而通过给水流量来确定运行中进入汽轮机的主蒸汽流量。0055给水流量可以直接测量得到，该流量测量装置装设于高压加热器出口至锅炉省煤器之间的给水管道。
24、上。但是，对于大容量机组，该流量测量装置多为焊接在给水管道上，是一种永久性的装置，不便于维护和校核。因此，在我国的GB811787和美国机械工程师协会PTC61976等热力试验规范中，以除氧器入口的凝结水流量的测量值为基准，通过回热系统流量平衡计算给水流量，进而推出主蒸汽流量。由于除氧器入口凝结水流量的测量装置多采用法兰连接，便于对其进行检查、更换标准节流元件，以保证运行中流量测量精度符合要求。因此，以此处流量测量值为基准计算给水流量和主蒸汽流量，精度较高。0056以除氧器入口的凝结水流量测量值为基准计算锅炉给水流量如图5所示0057GFGCGIGMIG0GM0GD1GSZGZRGGR9005。
25、8式中，GF，GC分别为锅炉给水流量和除氧器入口的凝结水流量，KG/H；GI，GMI分别为进入某高压加热器的回热抽汽流量及辅助蒸汽流量，KG/H；G0，GM0分别为进入除氧器的回热抽汽流量及辅助蒸汽流量，KG/H；GSZ为流出除氧器供轴封用汽的流量，KG/H；GZR为再热器减温水的流量，KG/H；GGR为过热器减温水的流量，KG/H；GD1为除氧器水箱水位变化当量流量，当水位降低时取正值、水位升高时取负值，KG/H。0059考虑到锅炉排污后，进入汽轮机的主蒸汽流量就等于锅炉给水流量减去锅炉排污量再加上过热器减温水流量，即0060GMSGFGPWGGR100061其中，GPW为锅炉排污流量，KG。
26、/H。00623回热系统参数修正环节0063汽轮机在运行工况下，在回热系统的许多环节上，其工作状况偏离了设计规定的条件。例如，加热器上下端差偏离设计值；过热器和再热器减温水量不为零等。由于回热系统运行状况偏离了设计值，从而影响到回热系统的抽汽压力，最终影响到各个级组的前后压力比。为了将这些影响分离开来，需要对回热系统的运行参数进行修正。说明书CN102004460ACN102004473A8/9页1000641主蒸汽流量等于运行中的主蒸汽流量。00652给水流量等于主蒸汽流量，锅炉侧没有泄漏。00663凝汽器热井、除氧器及系统中其他储水容器中水量无变化，即系统外漏量为零。00674减温水为零。。
27、00685抽汽管道无散热损失，加热器进汽焓取运行中回热抽汽点焓。00696抽汽管道压损取设计值。因此，加热器进汽压力为运行中的抽汽压力减额定的抽汽管道压降。00707各加热器端差取设计值。离开每个加热器的给水温度，为进汽压力下的饱和温度减额定的加热器端差。若加热器不包括疏水冷却段，则加热器疏水温度等于和加热器蒸汽压力相对应的饱和温度。若加热器包含疏水冷却段，则疏水温度等于本级加热器进水温度加上规定的下端差。除氧器出水温度为进汽压力下的饱和温度，除氧器对空排汽量为零。各加热器的旁路泄漏量为零。00718最低压力加热器的进水温度取运行中汽轮机排汽压力下的饱和温度，减去规定的凝汽器过冷度，再加上规定。
28、的凝结水泵温升。00729除了规定循环中的流量外，没有额外的流量流人、流出循环系统。007310通过给水泵的焓升取设计值。007411轴封供汽参数为设计值。007511高压缸的排汽压力保持运行值不变。0076在进行汽轮机回热系统修正计算时，将上述全部变化因素综合在一起引入到修正计算的各个步骤中。00772计算修正后的各级回热抽汽流量、各个级组前后压力比0078在计算中，轴封漏汽、门杆漏汽及轴封供汽参数保持运行值不变，各个回热抽汽点的参数取运行值。汽轮机高压缸和低压缸的排汽压力在系统修正计算中采用运行值。采用图2图5所对应的热平衡方程式6式8，得到修正后的各级回热抽汽量。在计算回热抽汽量过程中，。
29、回热抽汽点取如图6所示的采用回热抽汽压力线与蒸汽在汽轮机内等熵膨胀时的热力过程线的焦点来确定，从而避开了凝汽式汽轮机热力过程线难以准确确定的问题。根据修正后的各级回热抽汽流量，得到修正后的汽轮机通流部分的蒸汽流量，其不再等于运行工况下的流量，则各个级组前后的压力也将发生变化。修正后的回热抽汽压力计算采用熟知的弗留格尔公式进行计算，按照由汽轮机排汽端向前计算的原则。0079若修正后的各个回热抽汽压力即级组前后压力与运行值相对偏差达到或超过1，则需要根据新得到的压力对轴封漏汽进行修正。同时，回热抽汽压力采用新得到的各段回热抽汽压力。再重复上述的计算过程，直至相邻两次得到的回热抽汽压力相对偏差小于1。
30、。00804汽轮机通流部分结垢程度的诊断环节0081将上述各环节得到的修正后的各段回热抽汽压力，可以得到修正后的中间各级组前后压力比和最末级组前的压力，分别代入式2和式4，即可以实现对汽轮机通流部分结垢程度的定量诊断。00825汽轮机通流部分结垢程度诊断的实例说明书CN102004460ACN102004473A9/9页110083国产300MW汽轮机某中间级组，设计工况下的前后压力比为0539，运行中实测前后压力比为0512，修正后的级组前后压力比为0510。带入式2计算得00840085可见，该汽轮机级组通流部分结垢严重，使汽轮机通流部分面积减少了611。根据实例证明了本发明的有效性。说明书CN102004460ACN102004473A1/3页12图1图2说明书附图CN102004460ACN102004473A2/3页13图3图4图5说明书附图CN102004460ACN102004473A3/3页14图6说明书附图CN102004460A。