基于多重保護的熱力管道系統的設計

摘 要:高溫高壓管道運行工況復雜，熱變形明顯，約束不當會造成較大熱應力。設計和安裝不合理極易影響整個火力發電廠的安全運行。本文主要介紹基于多重管道保護的熱力管道的設計，具有比較大的實際應用價值。

關鍵詞:多重保護熱力管道系統

中圖分類號:TU990.3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0013-01

1 引言

近年來，國內外許多學者都在研究如何布置熱力管道。為了降低工廠意外事故所造成的損失，通常都會在程序單元中安裝保護系統。由于傳感器與停止閥件的故障是隨機事件，故保護系統的可用度是與組件配置和維修策略息息相關的。本研究的目的為改善過去發展出的設計，具體言之，即將警報系統中傳感器之修正型維修策略擴展為同型備件可互相支持之模式，并針對多重管道的保護系統，發展出數學規劃模式，以期能將總期望支出成本最小化，來展示此模式之可行性與有效性。

2 熱力管道系統設計

在工廠中，為了減少因程序異常造成的傷害與損失，常會在操作設備中加裝保護系統，傳統上保護系統大多根據經驗來設計，在決定硬件配置之后，再計算出整個系統之設備成本，并評估意外事件所造成的期望損失，過程不但繁雜冗長，且無法保證設計質量。為改善此缺點，在本研究中利用數學規劃模式，通過多管道保護措施決定系統最小期望損失時的最適配置策略。

熱力管道是輸送蒸汽或過熱水等熱能介質的管道。熱力管道的特點是其輸送的介質溫度高、壓力大、流速快，在運行時會給管道帶來較大的膨脹力和沖擊力。因此在管道安裝中應解決好管道材質、管道伸縮補償、管道支吊架、管道坡度及疏排水、放氣裝置等問題，以確保管道的安全運行。常見的熱力管道有蒸汽管道(低壓蒸汽:壓力<0.07mPa;壓力>0.07mPa的蒸汽即為:高壓蒸汽)，蒸汽凝結水管道和熱水管道。

一般來說:熱力管道系統架構如圖1組成。

3 多重管道保護系統的設計

針對上述的情況，可以把保護系統分為以下三部分:被保護的程序、警報系統、停止系統。當被保護的程序出現故障或失誤的情形時，在警報系統中由傳感器群偵測所得之訊息，經過邏輯運算之后，可決定是否送出關斷指令。若然，停止系統就會執行關斷動作。

若警報系統中有M個傳感器，我們可以M維向量來表示偵測結果:y=(y1，y2，…，yM)。根據不同傳感器所得到的訊號，需利用一個警報邏輯，來判斷系統狀態。此一邏輯可以二元函數f(y)來表示:

同樣的，若保護系統有K個保護單元，我們可以K維向量來表示之:z=(z1，z2，…，zK)。最后，我們可以保護邏輯h(z)來表示是否關斷成功，其定義如下:

可以說明一般保護組件在管在線配置的情形，其配置方法與保護動作涉及排放或關斷有關。

我們分別以Ca(x)與Cb(x)來表示由保護系統FS與FD的失誤所造成的損失。而保護系統整體的期望損失可以下式估計

利用數學規劃模式求得最佳的多重管道保護系統設計。同時測量多個變數，再依偵測結果去執行邏輯運算后，決定是否發出停止指令。

4 結語

本研究主要探討在不同條件限制下，各傳感器系統之配置方式與警報邏輯、停止系統之配置方式與檢測周期以及最后之總警報邏輯策略。若進料流量過高，會使反應槽溫度升高，可能因而造成反應失控的危險。因此，警報系統中分別偵測流量與溫度，當進料流量過大或(與)反應槽溫度過高時，可經過警報邏輯系統決定是否發出指令，執行停止動作。

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