火電機(jī)組空冷島溫度監(jiān)測系統(tǒng)

陳建偉

摘 要：直接空冷技術(shù)廣泛地應(yīng)用于北方火力發(fā)電廠中。機(jī)組現(xiàn)有溫度測點(diǎn)僅能顯示單列散熱器凝結(jié)水混合后溫度，無法顯示各單元散熱器溫度分布，為保證空冷機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要完善空冷島溫度場數(shù)據(jù)。采用無線傳感器技術(shù)和OPC技術(shù)，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可出了一套空冷島溫度場監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：溫度場；無線測溫；OPC

我國山西省北部盛產(chǎn)煤炭，因氣候原因降水量逐漸減少，加上用水量增加導(dǎo)致水源緊張，直接空冷機(jī)組是以環(huán)境空氣而非水作為汽輪機(jī)排汽的冷卻介質(zhì)，節(jié)約用水，占地面積少是其最大的優(yōu)點(diǎn)，故而在缺水富煤地區(qū)得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于冬季低負(fù)荷運(yùn)行時蒸汽流量小，空冷凝汽器管束內(nèi)水較少而且溫度較低，容易造成局部管束凍結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組不能正常運(yùn)行甚至停機(jī)事故，機(jī)組冬季運(yùn)行時低溫時段防凍壓力較大。掌握空冷島內(nèi)不同凝汽器單元溫度場的變化，對于指導(dǎo)空冷凝汽器的安全高效運(yùn)行具有重要意義。

空冷系統(tǒng)的規(guī)模過于龐大，現(xiàn)有技術(shù)上難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模監(jiān)測空冷凝汽器空氣側(cè)溫度。傳統(tǒng)的熱電偶。熱電阻測溫傳感器在空冷島現(xiàn)場安裝困難，很難避免對原有流動場和溫度場產(chǎn)生干擾，難以實(shí)現(xiàn)空冷島整體的溫度測量。國內(nèi)外電廠僅僅在凝結(jié)水收集系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)中安裝熱電偶溫度計來監(jiān)測空冷島溫度場溫度，測點(diǎn)覆蓋面狹窄，只能監(jiān)測空冷島局部區(qū)域的溫度變化。國內(nèi)外尚無完善的空冷溫度場監(jiān)測系統(tǒng)。

空冷島表面散熱面積巨大，溫度分布存在很大差異。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，在冬季逆流單元比順流單元溫度低，更容易結(jié)冰。在逆流單元上部，接近凝汽器頂端，空氣的流通面積減小，相應(yīng)的風(fēng)速增加，空氣冷卻能力增強(qiáng)，由于蒸汽的凝結(jié)剩下未凝氣體以及攜帶的殘余蒸汽，導(dǎo)致溫度較低。這部分區(qū)域最容易在低溫環(huán)境下凍結(jié)，為空冷島溫度場監(jiān)測的最關(guān)鍵區(qū)域。基于空冷島預(yù)防凍結(jié)角度，在逆流單元和外部順流單元組密集布置測點(diǎn)；在內(nèi)部順流單元可稀疏布置測點(diǎn)。在低環(huán)境溫度下，散熱管發(fā)生變形會導(dǎo)致相鄰管段翅片間距增大，從而使得冷卻風(fēng)量增大導(dǎo)致結(jié)凍危險性增大，形成凍結(jié)惡性循環(huán)。因此測點(diǎn)位置需根據(jù)機(jī)組情況進(jìn)行布置和調(diào)整。

在夏季因環(huán)境空氣溫度較高，導(dǎo)致空冷島散熱冷凝效果差，需要通過增大風(fēng)扇頻率或通過噴水減溫來提高冷凝效果，了解空冷島的溫度場同樣重要。

采用一體化結(jié)構(gòu)的無線式溫度傳感器，測量精度為±05℃，熱縮外套封裝，防塵防水，采用鋰電池供電，工作壽命可達(dá)5年，傳輸距離為250 m，工作溫度范圍一35至100℃的環(huán)境。將傳感器測溫面與散熱器表面接觸，通過卡子張力固定在散熱器表面的翅片上，安裝過程中對散熱器表面無破壞，由于傳感器尺寸較小，安裝時不會受到現(xiàn)場環(huán)境的限制，可避免對空冷島原有流場產(chǎn)生干擾。

每個無限溫度傳感器有一個編碼，無限溫度傳感器的接受裝置通過編碼確定采集那個溫度傳感器的數(shù)據(jù)。無限溫度傳感器出現(xiàn)故障時，只要把新的測溫傳感器的編碼替換故障傳感器的編碼即可，測溫點(diǎn)更換簡單。這也是無限測溫傳感器的優(yōu)點(diǎn)。每個無限溫度傳感器的接受裝置都具有一個RS485網(wǎng)絡(luò)接口，在單一總線上，無中繼的情況下，可連接128個測溫設(shè)備，通過RS485網(wǎng)絡(luò)接口，可將無線傳感器信息傳送到上位計算機(jī)，每個網(wǎng)絡(luò)中，需要有一臺計算機(jī)，可管理無線傳感器接收設(shè)備256個。無線傳感器接收設(shè)備按照接收測點(diǎn)數(shù)量分為8點(diǎn)，16點(diǎn)，24點(diǎn)及48點(diǎn)。

通過合理的選擇溫度測點(diǎn)位置，確定測點(diǎn)的數(shù)量，確定無線傳感器接收設(shè)備的數(shù)量和種類。在空冷島平臺上合適位置安裝溫度傳感器的接收裝置，可以準(zhǔn)確的接收無線溫度傳感器的溫度信號，降低大量溫度傳感器信號的交互影響，提高接收裝置的靈敏度，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

溫度傳感器接收裝置的RS485通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信方式，格式由1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，和1位停止位組成，無校驗(yàn)位。多臺溫度傳感器接收裝置設(shè)定相同的波特率，如9600bps，可構(gòu)成總線網(wǎng)絡(luò)，每個設(shè)備都具有一個唯一的設(shè)備地址號，這個設(shè)備地址號用于主機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中的一臺上位計算機(jī)）與設(shè)備通訊時使用，它可以由用戶自己設(shè)定。每個設(shè)備地址由一個字節(jié)組成，這表明設(shè)備地址的整個分布空間為256個地址可供使用，但對于不同的設(shè)備又有不同的限制，例如若設(shè)備地址分配表如下：

表明此設(shè)備地址的分布空間為254個地址可供使用。

構(gòu)成的總線網(wǎng)絡(luò)采用主從通訊方式，溫度傳感器接收裝置作為網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備工作，主機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中的一臺上位計算機(jī)）數(shù)據(jù)采集程序發(fā)出命令幀，與其相匹配的溫度傳感器接收裝置會響應(yīng)該命令幀，并發(fā)出響應(yīng)幀。這樣運(yùn)行在主機(jī)上的數(shù)據(jù)采集程序就能采集到溫度傳感器接收裝置中的數(shù)據(jù)。

為適應(yīng)不同的上位監(jiān)視軟件，在主機(jī)上的數(shù)據(jù)采集程序采用OPC標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，建立OPC服務(wù)器，上位監(jiān)視軟件安裝OPC客戶端即可把空冷島溫度場的實(shí)時數(shù)據(jù)采集到相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，并顯示在監(jiān)視器上。同時DCS及CSS系統(tǒng)均可以O(shè)PC客戶服務(wù)器方式讀取到空冷島的溫度數(shù)據(jù)。

直接空冷系統(tǒng)是當(dāng)今火電廠發(fā)展的一個重要方向。機(jī)組在冬季運(yùn)行中，由于凝汽器進(jìn)汽量較少，尤其是啟停機(jī)過程以及供熱運(yùn)行狀態(tài)下，可能發(fā)生空冷散熱片凍裂的現(xiàn)象。因此，本文研究空冷島溫度場監(jiān)測系統(tǒng)，具有重要的應(yīng)用價值。本系統(tǒng)的研究成功，能夠?yàn)榻鉀Q空冷機(jī)組冬季運(yùn)行防凍問題提供數(shù)據(jù)依據(jù)，積累冬季運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為北方寒冷地區(qū)空冷機(jī)組生產(chǎn)建設(shè)提供可靠保障。

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