空冷設備溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)
一、項目背景
隨著我國用電需求大幅度增長的需要，近年建設了許多大型火力發(fā)電廠，并且采用了高參數(shù)大容量的機組。為了應對北方嚴重缺水的局面，許多大機組都采用了直接空氣冷卻的凝汽器，我們通常簡稱為“空冷凝汽器”。空冷凝汽器的運行與濕冷塔的濕冷系統(tǒng)相比有很大的不同，在經(jīng)濟性、安全性方面都有特別的要求，并且對汽輪機的運行也造成很大的影響。因此，能夠?qū)χ苯涌绽湎到y(tǒng)進行大面積溫度場的在線監(jiān)測，能夠很好的分析空冷系統(tǒng)的特性以及對汽輪機的影響，是保證機組穩(wěn)定、經(jīng)濟、安全運行的有效的輔助手段。
空冷系統(tǒng)分類
直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）和間接空冷系統(tǒng)。間接空冷系統(tǒng)指混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（海勒式間接空冷系統(tǒng)）和具有表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)（哈蒙式間接空冷系統(tǒng)）及其它。
1、直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）——系利用機械通風使汽輪機排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結(jié)，一般由大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風機和凝結(jié)水泵等組成；
2、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)——亦稱哈蒙系統(tǒng)，由表面式凝汽器、空冷散熱器、循環(huán)水泵以及充氮保護系統(tǒng)、循環(huán)水補充水系統(tǒng)、散熱器清洗等系統(tǒng)與空冷塔構(gòu)成。該系統(tǒng)與常規(guī)的濕冷系統(tǒng)基本相仿，不同之處是用空冷塔代替濕冷塔，用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)代替敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)水采用除鹽水。
空冷機組容易出現(xiàn)的問題
不論是直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）還是間接空冷系統(tǒng)，在實際使用中，隨著環(huán)境的變化，都會有著一些的問題，大概歸結(jié)有如下幾點：
1 、空冷凝汽器的防凍
2 、大風影響
3 、熱風再回流
4 、空冷凝汽器表面積灰
二、空冷設備溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用
1、實現(xiàn)防凍預警
①空冷系統(tǒng)冬季防凍是空冷機組冬季運行的一個很重要的問題，空冷管束內(nèi)結(jié)冰，不但容易凍壞空冷翅片管，造成泄漏，更嚴重的是危及汽輪機的安全運行。
②空冷系統(tǒng)容易產(chǎn)生結(jié)冰的部位是順流換熱管束的下部和逆流換熱管束的上部。特別是三排管繞片管束，更容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。
③造成空冷散熱器結(jié)冰的主要原因是，進入空冷系統(tǒng)蒸汽流量太小，散熱負荷太低，即使風機全部停運采用自然通風的方式，也不能避免局部出現(xiàn)低溫。
④造成空冷散熱器結(jié)冰的另一個原因是，自然通風的方式下，很容易造成空冷島空氣的流動不均勻，因此局部過冷就會造成管束局部結(jié)冰。
⑤利用空冷系統(tǒng)溫度場監(jiān)測裝置，通過監(jiān)測全空冷島的溫度場，幫助判斷空氣側(cè)流動的不均勻性，造成局部過冷的情況。
⑥通過監(jiān)測溫度場，幫助判斷蒸汽側(cè)在小流量情況下流量分配不均造成局部過冷的情況。
⑦當環(huán)境空氣溫度低于0℃后，通過監(jiān)測散熱管束出口空氣溫度，間接判斷管束內(nèi)部的散熱狀態(tài)，可以達到幫助判斷管束內(nèi)是否結(jié)冰的可能性。
⑧結(jié)合背壓、凝結(jié)水溫度、過冷度等數(shù)據(jù)，對散熱器管束出口熱空氣的低溫度作出規(guī)定，并與凝結(jié)水溫度作關聯(lián)，可以實現(xiàn)空冷系統(tǒng)防凍預警，在空冷管束凍結(jié)前采取相應的防凍措施。
2、監(jiān)測熱風回流現(xiàn)象
①空冷島受自然風影響流場容易發(fā)生混亂，經(jīng)空冷系統(tǒng)加熱過的空氣又回到空冷系統(tǒng)入口被空冷風機重新吸入，發(fā)生熱風回流現(xiàn)象。
②通過監(jiān)測空冷散熱器入口空氣溫度，可以幫助判斷發(fā)生熱回流的程度，并計算熱回流率。
③通過監(jiān)測空冷溫度場判斷熱回流現(xiàn)象發(fā)生時，在熱回流影響到汽輪機之前操作人員及時做出反應，進行預知性調(diào)節(jié)，避免停機、停爐或甩負荷。
3、監(jiān)測空冷散熱管束積灰污染情況，指導清洗操作
空冷散熱器容易積灰，影響換熱效果?？绽湎到y(tǒng)夏季對積灰污染等影響非常敏感，通過溫度場監(jiān)測制定合理的高壓沖洗方案，評價沖洗效果，評價散熱器局部和整體潔凈程度。
4、優(yōu)化空冷運行
①空冷凝汽器和濕冷凝汽器一樣，也存在端差、空氣溫升等評價空冷凝汽器運行的小指標。但是由于測量的困難，當前不對空冷凝汽器端差進行考核，這是目前空冷系統(tǒng)運行管理的一個盲點，不利于節(jié)能。利用空冷溫度場監(jiān)測裝置，可以彌補這一缺陷。
②空冷系統(tǒng)龐大，空氣流動場和蒸汽側(cè)流量分配都容易造成不均勻，通過監(jiān)測空冷系統(tǒng)溫度場，為運行人員調(diào)節(jié)提供必要的依據(jù)，可以在保證機組安全運行的前提下，大限度地降低背壓，提高真空，實現(xiàn)節(jié)能降耗，優(yōu)化空冷運行的目的。
三、公司簡介
公司簡介：多年來，我公司一直從事著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、遠程測控系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)銷售，公司始終堅持質(zhì)量，服務至上的企業(yè)宗旨，把質(zhì)量信譽和客戶滿意當作全體員工的精神追求。
公司主要產(chǎn)品：糧情測控系統(tǒng)、遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、空冷塔、空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、檔案室恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、煤堆煤層溫度測控系統(tǒng)等。
四、空冷溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)概述
空冷島的散熱片溫度監(jiān)測由于測量組件的安裝、供電、網(wǎng)絡通信連接等難題一直困擾著眾多電廠和空冷島生產(chǎn)廠家。在尋求解決方案的過程中，無線測溫初被確認為一種方案，但由于無線測溫的不穩(wěn)定性及供電時間受限（至多半年）的致命缺陷，該方案經(jīng)過眾多專家的論證被否定了。
針對這一難題，我公司積極探索，在有線和無線之間尋求一種*平衡，開發(fā)的溫度采集器，很好地解決了空冷島溫度場的監(jiān)視實施方案。
溫度采集器的測溫傳感器采用總線方式，傳感器不需要現(xiàn)場焊接，不破壞原有結(jié)構(gòu)，集成在一條總線上，緊貼測量面，解決了安裝難題。每條傳感器總線集成1-64個溫度傳感器，總線采用防水、防腐設計，能抗強紫外線長期照射，安裝使用方便。溫度采集器供電采用24VDC總線供電方式，通信接口采用RS485總線。溫度采集器把采集到的溫度數(shù)據(jù)可以通過RS485總線傳輸給中繼器，或直接給軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。
空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進、出口空氣溫度，通過前置器、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機，由各個空冷單元進、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機組的實時溫度場，通過上位機軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析、處理，預防空冷散熱器被凍，優(yōu)化空冷機組背壓調(diào)節(jié)，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預知熱風回流的發(fā)生并計算回流率的大小，節(jié)約運行成本，提高空冷運行的安全性和經(jīng)濟性。
1、空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)方案、配置與性能
①、空冷島溫度場組網(wǎng)方案
空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進、出口空氣溫度，通過前置器、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機，由各個空冷單元進、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機組的實時溫度場，通過上位機軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析、處理，預防空冷散熱器被凍，優(yōu)化空冷機組背壓調(diào)節(jié)，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預知熱風回流的發(fā)生并計算回流率的大小，節(jié)約運行成本，提高空冷運行的安全性和經(jīng)濟性。
在整個空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場測點的布置是個關鍵性問題。我們既要考慮測點分布的覆蓋面，又要考慮測點分布的安全性，同時也要考慮施工的便利。測點覆蓋面不廣，無法檢測漏點，整個測溫系統(tǒng)的價值無從考慮；同一個側(cè)面逆流部分比較容易受凍，逆流部分測點的要相對集中。一根測溫電纜上測點太集中，一旦有故障，系統(tǒng)安全無法保障。測點分布不合理，施工也會帶來不便。
a、總則
考慮到逆流管束和順流管束的流動情況，主要在A型塔散熱器外側(cè)上、下布置溫度測點。溫度測點要有一定的密度，以保證容易結(jié)冰的區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)安全準確的監(jiān)測目標。綜合其他廠發(fā)生過空冷管束結(jié)冰現(xiàn)象的事實和運行人員的反映，空冷管束結(jié)冰往往只發(fā)生在幾個管束上，所以監(jiān)測的溫度測點應保證一定密度，并盡量覆蓋到所有管束。
b、系統(tǒng)的安裝及與軟件通訊
系統(tǒng)的安裝包括采集器、通訊線、電源線、主機、電源等。空冷島上需提供220V電源，經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成安全電源向采集器供電。主控計算機可以安放在電子間，所有溫度數(shù)據(jù)可以通過 RS485接口，MODBUS RTU的通訊方式送入到軟件中。監(jiān)測軟件能顯示并存儲數(shù)據(jù)，顯示歷史趨勢，還能滿足許多用戶特定的需求。下圖為軟件界面：
②、設備技術參數(shù)
A. 總線傳感器電纜技術指標:
長度：可定制
溫度傳感器數(shù)： 1-64個/根
溫度傳感器分布： 每個溫度傳感器平均分布于電纜上，總線長度可達150米左右.
通信接口： 內(nèi)部總線
通訊總線長度： 長可達100米
防護等級： IP67
工作溫度： -50～+100℃
B. 溫度采集器技術指標:
溫度測量范圍： -50～+100℃
濕度測量范圍： 0%～99%RH
溫 度 分辨率： 0.1℃
溫度測量精度： ±0.5℃
濕度測量精度： ±2%RH
通 信 接 口： RS-485（冗余）
工 作 電 壓： 9-36VDC
通 信 距 離： 1.2 km
功 率 消 耗： < 1W
工 作 溫 度： -40～85℃
工 作 濕 度： 35～85%（不結(jié)露）
防 護 等 級： 可達IP66
C. 保護箱技術指標：
外殼： 不銹鋼
防護等級： IP66
D．風向、風速傳感器
風向測量范圍： 0-359.9º（*）
風向分辨率： 0.1º
風向測量精度： ±3 º
風速測量范圍： 0-60m/s
風速分辨率： 0.01m/s
風速測量精度： ±(0.3+0.03V)m/s
2、實例分析
***熱電有限公司#2機組均安裝了空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)。參見附圖中抓取的#2機部分界面和現(xiàn)場安裝圖片，顯示界面數(shù)據(jù)反映了實際作用及效果。界面數(shù)據(jù)說明：
①環(huán)境溫度為0.72℃時，在逆流管束上部明顯出現(xiàn)了低溫，并且出現(xiàn)局部低于零度現(xiàn)象。由于環(huán)境溫度測點安裝的位置并不在空冷島上，因此環(huán)境測點溫度和實際空冷島的溫度有差別，環(huán)境溫度測點不能代表空冷島上的低溫度。知道了冷凝汽器的實時溫度，對設備的健康診斷和優(yōu)化運行提供了必要條件。
②在左側(cè)逆流段管束從下到上存在0.94℃、0.38℃、-0.06℃和2.0℃、0.19℃、0.06℃的局部翅片管低溫區(qū)域，如果環(huán)境溫度進一步降低，有凍結(jié)的危險。運行人員通過數(shù)據(jù)變化趨勢可提前采取積極的防凍措施。
③抽空氣管上的溫度為31.63℃，是逆流段抽空氣管道的總平均溫度，不能反映翅片管束局部換熱情況。在上部的順流管束區(qū)域，也出現(xiàn)了局部溫度降低較大的現(xiàn)象。運行人員通過實時數(shù)據(jù)可判斷積灰程度，適時沖洗，實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水。
五、客戶使用空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)后的效果
1、能夠讓工作人員更直觀的以數(shù)據(jù)方式，了解空冷設備各項運行數(shù)據(jù)，以及空冷設備周圍自然環(huán)境數(shù)據(jù)。
2、通過溫度數(shù)據(jù)變化，有效的降低了換熱管束凍結(jié)的風險，預防了積灰導致的散熱不均，排除了因清洗過頻造成的工作量大的問題，從而節(jié)約了勞動力和大量水資源。
3、對工作人員進行熱風回流提醒，幫助工作人員進行預知性調(diào)節(jié)，避免停機、停爐或甩負荷。
4、通過換熱管束頂端和低端的溫度對比和環(huán)境溫度，可以明確地判斷出，是否需要開啟軸流冷卻風機，從而可以節(jié)約電資源。
六、目前部分已使用該系統(tǒng)的電廠
和豐煤電公司#1機組
山西省大唐云岡熱電有限公司1#、#2機組
山西神頭發(fā)電責任公司
山西大同市大唐云岡熱電有限責任公司
華電寧夏靈武電廠
新疆東方希望有色金屬有限公司新塑電廠
陜西國華錦界煤電
華電重工股份有限公司
中國神華工程有限公司
