（熱能工程專業(yè)論文）凝汽器系統(tǒng)故障診斷和運行優(yōu)化研究及應用軟件開發(fā).pdf

東南大學碩士學位論文摘要 摘要 凝汽器系統(tǒng)是電站凝汽式汽輪機組重要的輔助設(shè)備 其運行狀態(tài)的優(yōu)劣對汽輪機組的安全 性與經(jīng)濟性都有很大的影響 凝汽器設(shè)備的熱力性能是決定凝汽器運行狀態(tài)的關(guān)鍵 因此凝汽 器的熱力性能是運行和管理人員隨時想了解和掌握的 凝汽器系統(tǒng)運行方式優(yōu)化是保證凝汽器 經(jīng)濟運行的關(guān)鍵 因而 凝汽器系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測一方面應是凝汽器性能指標的在線監(jiān)測和 能損分析 另一方面是凝汽器系統(tǒng)的故障診斷 本文的第二 三 四章是理論基礎(chǔ)與專業(yè)技術(shù)方法介紹部分 首先論述了凝汽器系統(tǒng)性能 指標的確定方法和凝汽器能損分析的依據(jù) 以及凝汽器系統(tǒng)典型故障與征兆之間的關(guān)系 為凝 汽器系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初級診斷和專家系統(tǒng)高級診斷建立了故障診斷知識庫 然后 介紹了專家 系統(tǒng)的診斷原理 分析了專家系統(tǒng)的優(yōu)點和不足 進而闡述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型的厥理 并對 專家系統(tǒng)和神經(jīng)同絡(luò)進行了總結(jié) 歸納 發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的專家系統(tǒng)與新興的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在功能上具有 關(guān)聯(lián)性和互補性 從而確定了凝汽器系統(tǒng)故障診斷的模型一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 其次 介紹了 凝汽器性能優(yōu)化的實現(xiàn)過程 包括汽輪機性能計算 循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化和凝汽器能損分析 本文的最后是整個凝汽器系統(tǒng)智能辨識系統(tǒng)的計算機技術(shù)實現(xiàn)方法介紹部分 主要論述了 實現(xiàn)該系統(tǒng)所采用的編程語言和開發(fā)工具 以及它們之間通訊過程的實現(xiàn) 并介紹了該系統(tǒng)的 主要功能和主要界面 最后 用現(xiàn)場實例驗證了該系統(tǒng)的準確性和可用性 關(guān)鍵訶 凝汽囂 性能優(yōu)化 故障診斷 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 專家系統(tǒng) 東南大學碩士學位論文 摘要 a b s t r a c t i n 鉑ep l a n t c o n d e n s e rs y s t e mj sa ni m p o r t a n ta u x i l i a r ye q u i p m e n tf o re o n d e n s i n 9 仙r b i 怕u n i t g o o do rb a do f 峙s t a t eh a sah o a r yi m p a e t i o no nt h es e c u r i t ya n de c o n o m y f o r l l l c b i n em i lt h eo o e r a l o ra n t m a n a g e rh o p et om a s t e ra n dk n o wc o n d e n s e r s t h e r m o a y n a 疵c h a r a c t e r i s t i ca ta n ym o m e n t b e c a u s eo fc o f l d s n s 6 f t h o m l o o y n a m i c c h a r a c t e r i s t i ci sv e r yi m p o r t a n tf o r n d e n s e lc o o d o n s o ro p t i m i z a t i o no ft h o r m o a y r 圳e c l 餡u r a e t o d s t i ci st h ek e yt oe l l s t l r e c o n d e n s e re c o n o m i co p e r a t i o n w h i e hi st h eo n l i n em o n i t o r a n de n e r g yl o s so fc o n d e n s e rc h a r a c t e r i s t i ch l d l 3 1 1 i r o mt h e s u o o r n c i a js k l o o nt h eo t h e rs i d e ni st h ef a u l t 西碰 o 蠕o fc o n d e n s e rs y s t e m i nf i l eo a r to ft n o o r ya n d 講o l 聯(lián)畫o n dt e a m l o 鰣 t h es e c o n d 小i 一 f o u r t hc h a p t e r a n d 1 h er n o h x lo fc o n d e n s e rc h a r a c t e r i s t i ci n d e xa n d 價eb a s eo fc o n o e n s o re n e r g yl o s s a n a l y s i s 拍d i s c u s s e d a n d 甘皓r e l a t i o nb e t w e e ne o n d e n s o rt y p i jf a u l ta n di t ss y m o t o mi s f o t a l o o d 9 粥甜礎(chǔ)哺t h et h e o r yo fe x o e r ls y s t e ma n dn e u r a ln e t w o r k i sd i s c u s s e d o nt h eb a s e o f 甜嗣 闞怕a d v a n t a g ea n da t 戥a a v a n t a g e i ti sd i s c o v e r e dt h a tt r a c l 洲鄂c p e ns y s t e m a n dn e wn e u r a ln e t w o r k 礬c o l r e l a t a n dm u 舢甜 s ot h em o d e lo f 儀m d 黼s y s t e mf a u l t 蛔m 畦卜嘲u 鋤n e t w o r k 白 p 叭s y s t e mi ss e tu p i nt h ee n do f 們培即i n c o n d e n s e r o p l i m i z a l i o nr e a l i z a t i o n 啊t h e r m o d y n a m i ce h l r t e t e r i s t i ci si n t r o d u c e d i t 皓c o n s k 甜o ft h e c a l e u l a l j o no f 仙巾i n e 價邯m i y n a m ba l a r a c t o r i s 惋 價eo o t t m i z 繃o no fc i l 咖i 姍w a t e ra n d i x l r l d e r l s e fe n e r g yl o s sa n a l y s i s a tt h el a s tc h a p l e t i h oe o m o u t e r 協(xié)c l m o l o g yr e a l i z a t i o no fi n t 叫i i g e n td i s t i n g u i s h i n g s y s t e mo f n 陽嗍i sd i s c u s s e d w h i c hc 帥s i s t so ft h e 幽w o f i n gh 嗍岬a n dt h e c o m m t u l i e a t 啪w i t he a c h 叫h 鐘a tl a s t m ev e r a c i t ya n du a b l l 時o ft h i ss y s t e mi sv e r i f i e db y 怕p a 刪c a s e s k e yw o r d s c o n d e n s e r p e r f o m l a n c eo p l i o n a l f a u l td i a g n o s i s n e u r a ln e t w o r k e x p o r ts y s t e m 東南大學碩士學位論文主要符號 只 f 譏 主要符號 凝汽器壓力 循環(huán)水進水溫度 循環(huán)水出水溫度 循環(huán)水溫升 凝汽器端差 比熱 冷卻面積 汽輪機捧汽流量 循環(huán)水流量 汽輪機捧汽干度 發(fā)電機的實際發(fā)電量 1 蠔蒸汽在汽輪機內(nèi)的有效焓降 l k 蒸汽在汽輪機內(nèi)的理想焓降 汽輪機理想的循環(huán)熱效率 發(fā)電機機械效率 汽輪機絕對電效率 抽汽份額 加熱器的疏水焓 加熱器出水焓 凝汽器出水焓 k 缸蠢c f 珥q i z 弓崛嘁 仇 q k k k 東南大學學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的 研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得東南大學或其它教育機構(gòu)的學位 或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文 中作了明確的說明并表示了謝意 研究生簽名 瞌壘盎 日期 放 2 2 東南大學學位論文使用授權(quán)聲明 東南大學 中國科學技術(shù)信息研究所 國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學位論 文的復印件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復制手段保存論文 本人電子 文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的保密論文外 允許論文被查 閱和借閱 可以公布 包括刊登 論文的全部或部分內(nèi)容 論文的公布 包括刊登 授權(quán)東南大學研究生院辦理 研究生簽名 垃導師虢超卑日肌伊z 東南大學碩士學位論文 緒論 第1 章緒論 1 1 引言 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷變化及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改革 能源消費持續(xù)增長 白2 0 世紀9 0 年代末起 我國能源開始供不應求 并且在未來幾年可能呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢 根據(jù)近幾年的國內(nèi)經(jīng)濟報道 我國的一些發(fā)達城市同時發(fā)生煤 油 電 三荒 的情況 可見 我國能源供應不足的緊張局面確實已經(jīng)存在 目前 中國煤炭能源的消耗占全國一次能源消耗 的6 7 而世界平均水平是2 5 煤發(fā)電仍然是2 l 世紀初期我國發(fā)電的主要形式 預計到 2 0 2 0 年 煤電裝機容量為g o o g w 左右 約需煤炭1 4 0 0 g t 占該年煤產(chǎn)量2 1 0 0 g t 的6 6 火電 廠巨大的煤炭消耗不僅給環(huán)境帶來巨大壓力而且造成了煤礦能源的短缺 同時火電廠發(fā)電輸電 效率低下等因素也加劇了能源供應緊張的態(tài)勢 火電廠是我國主要的耗能大戶 因此火電廠的節(jié)能對解決我國能源短缺緊張局面的重要 性不言而喻 我國電力行業(yè)存在的突出問題之一就是汽輪機組熱效率不高 有資料顯示 我國火 電廠煤耗為每千瓦時標準煤4 0 4 克 與國際先進水平3 1 7 克標準煤相比 高出了2 7 4 我國火 力發(fā)電廠發(fā)電效率低與大量使用中小機組有關(guān) 有些小機組的發(fā)電煤耗甚至高達1000 克 千瓦時 1 可見 我國火電廠有提高發(fā)電效率 降低煤耗的必要性 且發(fā)電效率的提高還有很 大的空問 在電廠中 最重要的指標就是 經(jīng)濟 安全和環(huán)保 自2 0 世紀9 0 年代中后期 我 國開始大力擴建火電廠并引進大容量 高參數(shù)汽輪機組來提高機組發(fā)電效率 降低煤耗 并且 對機組安全運行的要求更加嚴格 可見 電力工業(yè)正由過去租放型生產(chǎn)的方式 向節(jié)煤 節(jié)水 低捧放 高效率 環(huán)保型發(fā)展轉(zhuǎn)變 在相同的條件下 能源利用率的提高程度與環(huán)境污染的減 輕程度成正比 因此 火電廠汽輪機組的狀態(tài)監(jiān)測 故障診斷以及運行優(yōu)化對保證電廠經(jīng)濟 安全 環(huán)保的指標是至關(guān)重要的 在現(xiàn)代大型電站汽輪機組的熱力循環(huán)中 凝汽器設(shè)備是汽輪機組主要輔助設(shè)備 在汽輪 機組的熱力循環(huán)中起著冷源的作用 其主要任務(wù) 一是在汽輪機的排汽口造成高度真空 使進 入汽輪機的蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹到低于大氣壓力的壓力 以提高蒸汽在機組內(nèi)的有效焓降 二 是將汽輪機的捧汽凝結(jié)成水 而且這種凝結(jié)水的品質(zhì)純凈 最適宜作為鍋爐給水之用 使鍋爐 的給水得到保證 1 凝汽器系統(tǒng)運行的好壞對汽輪機組循環(huán)熱效率的高低有重要影響 所以 提高火電廠發(fā)電效率的重要途徑之一就是保證凝汽器系統(tǒng)運行的質(zhì)量 在電廠中 凝汽設(shè)備一 般包括凝汽器 循環(huán)水泵 凝結(jié)水泵 抽氣器以及這些部件之間的連接管道和附件 其狀態(tài)監(jiān) 測 故障診斷以及運行的優(yōu)化對整個機組的安全性 經(jīng)濟性有著重要影響 國外資料表明 配 置故障診斷系統(tǒng)能減少事故停機率 具有很高的收益艘資比 據(jù)日本統(tǒng)計 在采用診斷技術(shù)后 事故率減少7 5 維修費用降低2 5 5 0 英國對2 0 個企業(yè)進行的調(diào)查表明 采用故障診 斷技術(shù)后 每年節(jié)約維修費用3 億英鎊 而故障診斷系統(tǒng)的成本為0 5 億英鎊 收益為投入的6 倍 7 1 隨著機組容量的不斷增大 機組運行的自動化水平不斷提高 但其系統(tǒng)比小機組更加復 雜 對設(shè)備的安全運行有更高的要求 因此 凝汽設(shè)備智能故障診斷系統(tǒng)的研究以及運行狀態(tài) 的優(yōu)化勢在必行 信息 通訊 計算機 智能控制 儀表測量技術(shù)的發(fā)展 為火電廠的高效 節(jié)約運作 科 學管理 以及過程優(yōu)化提供了科學 有效的手段 從而使凝汽設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測 智能控制 和診斷成為現(xiàn)實 進而促進火電廠的科學管理和自動化水平的提高 新的測量方法和新的測量 元件使信號測量的準確性和有效性都有較大程度的提高 而計算機軟件技術(shù)的研究與開發(fā)使很 多人工智能技術(shù)可以成為現(xiàn)實 現(xiàn)在的人工智能技術(shù)解決了過去在故障診斷方面的瓶頸 使大 量非相關(guān) 非線性輸入?yún)?shù)的并行處理成為可能 在信號處理 模擬人類決策 系統(tǒng)優(yōu)化控制 在線監(jiān)測和故障診斷方面人工智能都取得了前所未有的成果 火電機組容量的不斷增大 對其 運行的經(jīng)濟性和安全性提出了更高的要求 單靠運行人員的現(xiàn)場觀測和分析已遠遠不夠 必須 有一套設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化的監(jiān)管決策系統(tǒng) 以保證運行人員能夠及時了解和掌握設(shè)備的 東南大學碩士學位論文緒論 運行狀態(tài) 經(jīng)過4 0 多年的發(fā)展 人工智能在故障診斷方面的研究已趨于成熟 凝汽設(shè)備故障診 斷的方法主要有專家系統(tǒng) 模糊邏輯 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 灰色理論 模擬退火和遺傳算法等 這些故 障診斷方法都有自己的特點和適用的范圍 有時要根據(jù)具體的診斷事飼和應用場合結(jié)合各診斷 方法的優(yōu)缺點 總結(jié)得出最適合的診斷方法 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 設(shè)備故障診斷技術(shù)是2 0 世紀5 0 年代以后才發(fā)展起來的 f 3 新技術(shù) 它是隨著計算機在工 業(yè)信號處理 工業(yè)控制方面的應用而逐步發(fā)展和完善 在設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展的初期 專家 將故障發(fā)生時的相關(guān)參數(shù)記錄下來 組合成診斷知識表的方式來分析故障 隨著診斷技術(shù)的發(fā) 展 專家系統(tǒng) 模糊理論 灰色理論以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論 逐步由淺到深地去把握故障診斷規(guī)律 使診斷技術(shù)的自動化水平不斷提高 診斷結(jié)果的準確性和置信度也不斷提高 在火電廠中 凝 汽設(shè)備的故障診斷以及對設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測和分析 可以在汽輪機組運行的狀態(tài)下 判斷 設(shè)備是否存在異?；蚬收?查出故障發(fā)生的部位和原因 判斷設(shè)備的運行狀態(tài)是否經(jīng)濟可靠 或者預測設(shè)備的運行狀態(tài)用于確定合理的檢修時間和方案 達到減少事故停機損失和定期檢修 次數(shù) 提高設(shè)備運行可靠性 降低設(shè)備維修費用的目的 最終會使電廠的發(fā)電效率提高 能耗 降低 我國煤炭能源的緊缺迫使火電廠必須提高發(fā)電效率 以提高市場競爭力 火電廠凝汽器系 統(tǒng)的故障診斷和運行優(yōu)化是整個火電廠設(shè)備故障診斷和優(yōu)化的一個子系統(tǒng) 對整個汽輪機組發(fā) 電效率的提高以及可靠 經(jīng)濟運行都有著重要的影響 凝汽器系統(tǒng)故障原因的多樣性 模糊性 以及非線性關(guān)系 使傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)在實際應用上有些難題無法解決 隨著信號 測量 計算機技術(shù)的發(fā)展 凝汽器的在線監(jiān)測和實時數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為可能 可以實現(xiàn)對凝汽器運行 中重要參數(shù)的監(jiān)測 如凝汽器真空度 凝汽器傳熱端差 凝結(jié)水過冷度 循環(huán)水的進 出口溫 度 從而使凝汽器運行在安全經(jīng)濟狀態(tài)下 在汽輪機組經(jīng)濟分析方面 主要的方法有火用分析法 簡捷熱平衡 等效熱降 耗差分析 法和小擾動理論法 等效熱降法 由于它便于實現(xiàn)計算機編程 因而在汽輪機組在線經(jīng)濟分析 中得到廣泛應用 2 0 世紀 年代加拿大學者提出了 耗差分析法 2 0 世紀踟年代以后 該 方法開始在我國廣泛應用 耗差分析法可以對關(guān)鍵的運行參數(shù)連續(xù)的進行監(jiān)督分析 并將其對 機組經(jīng)濟性的影響 最終反映到汽耗 煤耗 煤耗變化上面 近年來 國內(nèi)外在凝汽設(shè)備故障診斷方面的研究都有很多 主要的診斷方法還是傳統(tǒng)的專 家系統(tǒng) 模糊理論 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等 在專家系統(tǒng)方面 有基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 主 要用于對診斷領(lǐng)域有充分的認識 能以完備和健全的理論知識表示該領(lǐng)域理論的場合 基于事 例的專家系統(tǒng) 主要用于缺乏完備和健全的理論 但又可獲取豐富經(jīng)驗 事例 的領(lǐng)域 如醫(yī) 療診斷 基于模型的專家系統(tǒng) 主要用于新的及未有經(jīng)驗的系統(tǒng)故障 能夠診斷多重故障并能 對診斷結(jié)論進行解釋 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面 b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應用最廣泛 研究最深入的一種診斷 方法 國外在凝汽設(shè)備方面的研究主要是凝汽器結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性 傳熱系數(shù)的提高 以及利 用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對凝汽器的運行狀態(tài)進行預測和診斷p 艫 6 j 國內(nèi)有很多文獻 對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的其他模型做了一些理論研究 如自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 但 是它們在實際工程中還是沒有得到很好的應用 國內(nèi)有很多單位研制了故障診斷系統(tǒng) 如哈爾 濱工業(yè)大學和東方汽輪機廠研制的微計算機化旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測故障診斷裝置 西安交通大學 研制的2 0 0 m w 發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng) 南京汽輪機廠研制的旋轉(zhuǎn)機械振動狀態(tài)監(jiān) 測與數(shù)據(jù)處理軟件等 實踐證明 經(jīng)過十幾年的努力 國內(nèi)開發(fā)的適合于火電廠的故障診斷系 統(tǒng)在電力行業(yè)中發(fā)揮了一定的作用 也取得了一定的經(jīng)濟和社會效益 總結(jié)近幾年國內(nèi)外在凝汽設(shè)備方面的文獻 可以得出結(jié)論 單一的設(shè)備故障診斷技術(shù)的研 究已很成熟 也沒有更丈的發(fā)展空間 更多的是各診斷方法的結(jié)合 如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)以及遺傳算法專家系統(tǒng)等 同時 火電機紐的性能監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的軟件功能從簡單計算到系統(tǒng)分析 正朝著通用化 專業(yè)化 智能化方向發(fā)展 經(jīng)濟優(yōu)化從整體經(jīng)濟性的計算向局部定量分析影響機組經(jīng)濟性偏差 原因的深度和多機之間的優(yōu)化調(diào)度方向發(fā)展 2 東南大學碩士學位論文緒論 1 3 凝汽器故障診斷和性能計算方法 1 3 1 凝汽器系統(tǒng)故障診斷方法 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展 機械設(shè)備的可靠性 可用性 可維修性與安全性的問題 日益突出 從而促進了人們對機械設(shè)備故障機理及診斷技術(shù)的研究 早期的汽輪機組故障診斷 方法為人工診斷 經(jīng)過十幾年的研究與發(fā)展 到目前為止出現(xiàn)了許多新的診斷方法 這些方法 不論是檢測性能 診斷性能 還是魯棒性都有很大的提高 1 3 1 1 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng) e x p e r ts y s t e m e s 是一個能在某應用領(lǐng)域內(nèi) 以人類專家的水平去解決該領(lǐng) 域中困難問題的計算機程序 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括知識庫 數(shù)據(jù)庫 推理機人機界面接口 等 在專家系統(tǒng)中比較常用的方法是 基于規(guī)則 基于模型和基于事例的故障診斷方法 基于 規(guī)則推理的專家系統(tǒng)在建立規(guī)則庫時 需要權(quán)威專家和工程師共同研究確定大量而繁雜的規(guī)則 用于保證故障診斷系統(tǒng)的準確性和可靠性 這種推理規(guī)則完全匹配才能得到最后的診斷結(jié)果 因此規(guī)則庫建立和維護的工作量比較大 但該方法具有診斷過程簡便 快速等優(yōu)點 基于事例 推理的專家系統(tǒng)是新崛起的一種重要的推理技術(shù) 是通過類比的推理方式 利用過去經(jīng)歷的典型 事例求解或理解當前出現(xiàn)的新問題 基于模型的專家系統(tǒng)是運用被診斷系統(tǒng)的運行模型和故障 模型 根據(jù)由模型獲得的預測形式和所測量觀察的形態(tài)之間的差異計算出被診斷系統(tǒng)的結(jié)論 1 3 1 2 模糊邏輯 模糊邏輯是在模糊數(shù)學發(fā)展的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的 它解決了經(jīng)典數(shù)學無法描述和處理 的模糊性問題 使無法用精確的數(shù)學公式表達的復雜事物能夠用一種模糊集合的方法去解決 模糊集合是對普通集合的擴充 可以用隸屬函數(shù)來描述 例如 如果x 是對象x 的集合 則x 的模糊集合彳 o 以 x l x e x 稱為模糊集合a 的隸屬函數(shù) x 稱為論域 隸屬函 數(shù)可分為三角形 梯形 高斯形隸屬函數(shù) 其中還包括參數(shù)的選取 隸屬函數(shù)的選取決定了模 糊診斷的準確性 1 3 1 3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是近幾年國內(nèi)外專家主要研究的對象 因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學習 聯(lián)想 記憶的 功能 并行推理機制 非線性映射等優(yōu)點 這使其在模式識別方面得到廣泛應用 其中b p 神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應用最廣泛 技術(shù)最成熟的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 采用誤 差逆?zhèn)鞑バＵㄟM行網(wǎng)絡(luò)學習 國內(nèi)許多學者對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做了深入的研究 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習率 的自適應改變 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性 誤差函數(shù)的選取和輸入?yún)?shù)的歸一化等方面多做了很多的改進 使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和診斷的準確性提高都有了很大的提高1 8 1 1 9 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法易 實現(xiàn)對非線性系統(tǒng)的故障診斷 但其解釋能力較差 1 3 1 4 遺傳算法 模擬自然界優(yōu)勝劣汰的進化現(xiàn)象 把搜索空聞映射為遺傳空間 把可能的解編碼成一個向 量稱為染色體 向量的每個元素稱為基因 通過不斷計算各染色體的適應值 選擇最好的染色 體 獲得最優(yōu)解 遺傳算法的基本運算包括根據(jù)適應值大小進行的選擇運算 由交叉概率決定 的交叉運算 以及變異 遺傳算法主要用于優(yōu)化 其在故障診斷方面還只是輔助作用 例如 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)中 遺傳算法可以優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值等 1 3 1 5 模糊神經(jīng)同絡(luò) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的產(chǎn)物 使故障診斷技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍 不 再是單一診斷方法的研究 而是兩種或多種診斷方法的結(jié)合 為故障診斷技術(shù)研究提供了新的 3 東南大學碩士學位論文緒論 思路 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的神經(jīng)元在信息共享的基礎(chǔ)上各部分信息相互支持 相互補充 各自 獨立地從與其輸入端相連接的其他神經(jīng)元采集輸入 井計算其輸出 再將其傳遞給上一層的神 經(jīng)元 作為它們的一個輸入 或作為整個模型的輸出 從而賦予模型較強的容錯抗錯性能和聯(lián) 想能力 使它不會因為部分神經(jīng)元的損壞而嚴重影響其總體性能 也不會因為輸入信號受到一 定程度噪聲污染而嚴重歪曲其輸出 1 3 1 6 模糊專家系統(tǒng) 模糊專家系統(tǒng)是指采用模糊技術(shù)來處理不確定性的一類專家系統(tǒng) 它具有經(jīng)典專家系統(tǒng)的 特征 還具有模糊符號處理能力 模糊問題的求解能力 特定領(lǐng)域內(nèi)知識的復雜性和模糊性等 特點 模糊專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括人機接口模塊 模糊數(shù)據(jù)庫 模糊知識庫 模糊推理機 知識獲取模塊和解釋模塊 由于模糊專家系統(tǒng)和經(jīng)典專家系統(tǒng)在診斷原理和結(jié)構(gòu)上有很多相似 性 就其本質(zhì)來說它們的診斷原理是一樣的 都是需要大量的專業(yè)的理論知識和建立相應的規(guī) 則 因此 模糊專家系統(tǒng)的結(jié)合方式不能充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢 在故障診斷方面沒有得到很好的 應用 1 3 1 7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 神經(jīng)同絡(luò)是基于輸入 輸出的一種訓練樣本的映射 其特點就是可以聯(lián)想 記憶 快速并行 推理 專家系統(tǒng)是基于知識匹配的邏輯推理 是深層次的符號推理 將兩者科學地結(jié)合形成神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 可以取長補短 因而成為當前研究的熱點 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)是一類新 的知識表達體系 其知識的獲取 表達 推理都采用不同于經(jīng)典專家系統(tǒng)的方式 信息處理是 通過大量節(jié)點的相互作用而進行的 通過對樣本的反復學習并在此過程中不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接權(quán) 值 從而使網(wǎng)絡(luò)誤差收斂到全局最小后存儲這些連接權(quán)值 形成分布式信息保持方式 構(gòu)成神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的知識庫 1 3 2 火電機組性能分析方法 火電機組性能分析是確定主輔機及熱力系統(tǒng)運行參數(shù)是否合理和運行方式是否經(jīng)濟的一種 定量計算方法 它可以指導運行人員調(diào)整汽輪機組的運行狀態(tài) 以提高火電廠經(jīng)濟運行水平 汽輪機組熱力系統(tǒng)的定量分析是汽輪機組性能監(jiān)測的重要組成部分 下面介紹常用的熱力系統(tǒng) 分析方法 1 3 2 1 簡捷熱平衡法 簡捷計算是在改進常規(guī)計算的基礎(chǔ)上逐步完善形成的 對實際熱力系統(tǒng)進行一定的簡化和 假定 結(jié)合質(zhì)量平衡和能量平衡進行計算 1 3 2 2 等效熱降法 等效熱降法是一種新的熱工理論 在2 0 世紀6 0 年代后期 它首先由蘇聯(lián)學者庫茲涅佐夫 提出 并在2 0 世紀7 0 年代由西安交通大學的林萬超教授逐步完善 形成了完整的理論體系 等效熱降法可以用于整體熱力系統(tǒng)的計算 也可用于熱力系統(tǒng)的局部定量分析 1 3 2 3 熵分析法和火用分析法 熵分析法主要是通過對體系的熵平衡計算 求取熵產(chǎn)的大小及其分布 分析影響熵產(chǎn)的因 素 確定熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系 作為評價過程的不完善程度和改進過程的依據(jù) 火用分析 法是在熱力學兩大定律的基礎(chǔ)上 結(jié)合環(huán)境情況 從對能量本性的全面認識以及從能量實用性 出發(fā)而提出的一種思想和方法 1 3 2 4 小抗動理論法 隨著節(jié)能理論的發(fā)展 1 9 9 2 年華北電力學院張春發(fā)教授等科研人員在國家自然科學基金資 東南大學碩士學位論文緒論 助下 采用網(wǎng)絡(luò)熱經(jīng)濟學擾動理論的研究方法 結(jié)合矩陣分析 提出并建立了研究火電機組熱 力系統(tǒng)小擾動理論 小擾動理論利用多元函數(shù)的偏微分對電廠熱力系統(tǒng)進行分析 思路獨特 定義的h 及給出的限定條件更加明確和理性化 小擾動理論是利用矩陣分析的方法求解熱力系 統(tǒng) 它適用于任意機組熱力系統(tǒng)的全面性汽水分布方程 1 4 本文的主要研究內(nèi)容 本課題的目的是對凝汽器熱力系統(tǒng)運行特性和凝汽器設(shè)備的典型故障及其征兆進行研究 并利用應用軟件實現(xiàn)凝汽系統(tǒng)的故障診斷和運行優(yōu)化 主要內(nèi)容有 l 深入研究凝汽器的熱力特性以及影響凝汽器系統(tǒng)運行的各項參數(shù)之間的關(guān)系 構(gòu)建完備 的理論知識庫 為凝汽器熱力系統(tǒng)計算 經(jīng)濟運行優(yōu)化軟件的實現(xiàn)和專家系統(tǒng)的推理工作做好 準備 2 對凝汽器系統(tǒng)的故障機理進行研究 分析凝汽設(shè)備故障與征兆之問的關(guān)系 為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的模式分類提供依據(jù) 3 研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并進行改進 主要是在輸入?yún)?shù)區(qū)間的劃分和網(wǎng)絡(luò)訓練學習率 方面改進 并分析研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的結(jié)合方式 得到更完善的凝汽設(shè)備故障診斷系統(tǒng) 4 開發(fā)凝汽器故障診斷和運行優(yōu)化軟件 使其界面友好 操作簡單 并具有數(shù)據(jù)保存 查 詢 修改以及診斷結(jié)果和凝汽器運行狀態(tài)優(yōu)化的指導等有利于現(xiàn)場工作人員使用的方便快捷的 功能 達到火電廠汽輪機組的經(jīng)濟 安全運行 5 東南大學碩士學位論文凝汽器系統(tǒng)熟力特性及典型故障分析 第2 章凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 1 凝汽器簡介 在現(xiàn)代大型電站汽輪機組的熱力循環(huán)中 凝汽器設(shè)備是汽輪機組的主要輔助設(shè)備 在汽輪 機組的熱力循環(huán)中起著冷源的作用 其主要任務(wù) 一是在汽輪機的捧汽口造成高度真空 以提 高蒸汽在機組內(nèi)的有效焓降 二是將汽輪機的捧汽凝結(jié)成水 凝汽設(shè)備包括凝汽器 循環(huán)水泵 凝結(jié)水泵 抽氣器及這些部件之間的連接管道和附件 以及帶動水泵所需要的動力機械 如圖2 1 所示 來自汽輪機末級的乏汽進入凝汽器 其汽化 潛熱被由循環(huán)水泵來的冷卻水通過銅管問接吸收并凝結(jié)成水 而凝結(jié)水在凝汽器底部熱井通過 凝結(jié)水泵抽出 送入軸封加熱囂 冷卻軸封蒸汽后再送至低壓加熱器 最后通過除氧器后的給 水泵送往鍋爐 圖2 1 凝汽設(shè)備原則性熱力系統(tǒng)圖 凝汽器按照汽輪機摔汽凝結(jié)方式的不同 可以分為混合式凝汽器和表面式凝汽器 混合式 凝汽器是汽輪機捧汽直接與冷卻水混合 然后由水泵排出凝汽器 這種凝汽器優(yōu)點是構(gòu)造簡單 制造成本低 傳熱效果好 但是存在丟失純凈凝結(jié)水的缺陷 現(xiàn)已很少使用 表面式凝汽器是 用銅管將捧汽和冷卻水隔開 間接換熱的一種換熱器 它可以保證凝結(jié)水的水質(zhì) 凝汽器的冷 卻方式主要有開式冷卻系統(tǒng) 直流供水 和閉式冷卻系統(tǒng) 循環(huán)供水 兩種 以江 河 湖 海等水作為冷卻水的供求系統(tǒng)是開始冷卻系統(tǒng) 采用專門的冷卻塔 冷卻水在凝汽器與冷卻塔 之問進行循環(huán)的冷卻水方式是閉式冷卻系統(tǒng) 凝汽器在發(fā)電廠中占有很重要的地位 但是凝汽器經(jīng)常會運行在非經(jīng)濟狀態(tài) 甚至故障狀 態(tài)下 這會對機組的安全帶來隱患 如凝汽器真空過低 凝結(jié)水過冷度過高 凝汽器端差過大 循環(huán)水溫升變化過大等 這些參數(shù)是評價凝汽器運行熱力性能的主要指標 需加以監(jiān)視 6 東南大學碩士學位論文凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 2 凝汽器系統(tǒng)的熱力性能監(jiān)測及能損分析 目前國內(nèi)外機組運行中存在的一個目題就是凝汽囂系統(tǒng)運行性能達不到設(shè)計值 因而嚴重 影響了機組出力和廠用電率 循環(huán)水系統(tǒng)不匹配 真空系統(tǒng)不嚴密以及凝汽器銅管結(jié)垢等都會 影響凝汽器的運行狀態(tài) 由于凝汽器系統(tǒng)缺少在線實時的性能分析系統(tǒng) 特別是在低負荷調(diào)峰 工況下的實時診斷 導致凝汽器設(shè)備的運行參數(shù)偏離最優(yōu)值 由此造成的煤耗損失達0 9 5 0 9 k w h 因此 開發(fā)凝汽器性能實時分析軟件指導機組運行人員具有極大的現(xiàn)實意義和 良好的經(jīng)濟效益 2 2 1 凝汽器系統(tǒng)主要性能指標的確定 要對凝汽器系統(tǒng)進行性能優(yōu)化 首先需要確定能夠反映凝汽器系統(tǒng)經(jīng)濟狀態(tài)的主要性能指 標 然后再確定這些指標在不同運行狀態(tài)下的標準值 最后是將指標參數(shù)的標準值與實測值進 行比較 這是凝汽器系統(tǒng)的能損分析的基礎(chǔ) 下面主要介紹凝汽器系統(tǒng)性能指標參數(shù)標準值的 確定 1 凝汽器真空度 凝汽器壓力 是指離凝汽器管束第一捧冷卻管上方3 0 0 r a m 處的蒸汽絕對壓力 用以表示 汽輪機捧汽壓力 是指汽輪機末級捧出蒸汽的絕對壓力 用成表示 玩與仇之差決定于凝汽 器喉部的阻力情況 凝汽器真空對機組的出力和熱耗有很大的影響 是凝汽器運行監(jiān)測的重要 參數(shù) 當凝汽器的真空度過低時 不僅汽輪機的效率降低 而且由于汽輪機的捧汽溫度升高 會使汽輪機的捧汽口和凝汽器殼體產(chǎn)生過量的熱變性 這可能引起汽輪機振動 或者破壞凝汽 器水管管口脹管的嚴密性 當凝汽器真空度降低時 為保證機組出力不變 必須增加蒸汽流量 而蒸汽流量的增加又將導致軸向推力的增大 使推力軸承過負荷 這將影響汽輪機組的安全運 行i l 凝汽器的真空度每降低9 8 0 p a o 0 1 k g f c m 2 會使汽耗量增加1 5 2 5 凝汽器真空 度不但受循環(huán)水量和水溫的影響 還與真空系統(tǒng)的嚴密性 銅管的清潔程度 凝汽器負荷 即 汽輪機捧汽流量 有關(guān) 其運行標準值的確定可以通過凝汽器變工況計算得到 也可以通過凝 汽器熱力特性曲線得到 凝汽器熱力特性曲線表示凝汽器真空度與凝汽器進汽量及循環(huán)水進 出水溫度之間的變化關(guān)系曲線 是判斷凝汽器運行優(yōu)劣的主要依據(jù) 凝汽器熱力特性曲線的繪 制需要丈量的熱力試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) 本系統(tǒng)即以凝汽器特性曲線數(shù)的數(shù)據(jù)庫支持得到凝汽器運 行中須保持的真空度 2 凝汽囂傳熱端差 在凝汽器內(nèi)吉有少量空氣 由于空氣的相對含量很小 可以認為凝汽器壓力以即等于蒸汽 的分壓力p 因此蒸汽溫度等于凝汽器壓力p t 相對應的飽和溫度f f f l 與凝汽器循環(huán)水出1 3 溫度t 2 之差稱為凝汽器的端差 用m 表示 凝汽器傳熱端差也是衡量凝汽器運行狀態(tài)的重要 參數(shù) 它可以反映凝汽器真空的密封性和銅管的傳熱效果 運行中的凝汽器傳熱端差大小決定 于 真空系統(tǒng)的嚴密性 銅管內(nèi)外表面的清潔程度 銅管內(nèi)循環(huán)水的流量和流速 凝汽器負荷 循環(huán)水的進口溫度等 用下式表示 乞 k f 6 t 式中 t a 循環(huán)水進口溫度 出 循環(huán)水溫升 由 傳熱端差 在凝汽器冷卻面積一定時 傳熱端差決定于傳熱量和傳熱系教 7 2 1 東南大學碩士學位論文凝汽囂系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 盤一 一 2 2 f o 1 式中 l 傳熱系數(shù)隹l 艫 現(xiàn) 循環(huán)水量 k g m c 一比熱4 8 7 k j k g 1 p 一冷卻面積 m 在凝汽器負荷和循環(huán)水流量一定時 傳熱端差決定于銅管表面的清潔程度和凝汽器內(nèi)積存 的空氣量 凝汽器冷卻面積結(jié)垢和臟污會影響傳熱效果 導致傳熱端差增大 真空系統(tǒng)不嚴密 或者抽氣器工作不正常會使凝汽器內(nèi)積空氣 并在冷卻表面形成部分空氣膜 同樣會使傳熱端 差增大o l 在凝汽器能損分析時 標準凝汽器端差值來自凝汽器端差一負荷性能試驗曲線 由 該簇曲線根據(jù)已知的循環(huán)水進水溫度和循環(huán)水流量 輸入凝汽器負荷 即可得到標準的凝汽器 端差值 然后 再與實測的凝汽器端差值進行比較 得到能損偏差 3 循環(huán)水溫升 循環(huán)水溫對機組的經(jīng)濟性也有非常重要的影響 循環(huán)水溫隨季節(jié)變化 冬季凝汽器的真空 比夏季高 當循環(huán)水溫度比制造廠設(shè)計規(guī)定值偏高時 會導致凝汽器真空下降 對一臺2 0 0 肼 汽輪機 在冷卻倍率滿足設(shè)計要求 系統(tǒng)比較清潔的情況下 如當循環(huán)水進口溫度由2 0 升至 3 3 c 過程中 循環(huán)水溫度每變化l 機組煤耗平均升高0 6 3 5 9 k w h 當循環(huán)水溫度由2 0 c 降至5 c 過程中 循環(huán)水溫度每變化l 機組煤耗下降0 2 8 5 9 k w h 汽輪機的排汽在凝汽 器中放出的熱量被循環(huán)水吸收 由熱平衡方程可得循環(huán)水溫升為 汽輪機規(guī)程 1 7 l 規(guī)定 循環(huán)水 溫升允許值為8 1 0 厶f 苧 皇 塑二 2 3 4 z 8 7 d o 41 式中 蒸汽和凝結(jié)水的焓 u 嘻 珥 進入凝汽器的蒸汽量 k g m n 循環(huán)水量 蠔m 肘 p 珥 凝汽器的冷卻倍率 循環(huán)水溫升也是評價凝汽器性能的一個重要指標 它不僅可以間接的影響凝汽器的真空大 小 還可以直接說明循環(huán)水流量是否與當前機組運行的負荷相適應 在凝汽器能損分析時 標 準循環(huán)水溫升值 也是來自循環(huán)水溫升一負荷試驗曲線 優(yōu)化分析時 如要得到標準循環(huán)水沮 升值 只要選擇相應的循環(huán)水進水溫度值和循環(huán)水流量值 然后輸入凝汽器負荷值即可 4 凝結(jié)水過冷度 汽輪機捧汽被循環(huán)水凝結(jié)成為凝結(jié)水 從理論上講 凝結(jié)水的溫度應該等于凝汽器真空對 應的飽和溫度 但是由于凝汽器結(jié)構(gòu)或者運行上的缺陷 導致凝結(jié)水的溫度低于凝汽器真空對 應的飽和溫度t 飽和溫度與凝結(jié)水的實際溫度t 之差就是凝結(jié)水的過冷度 用口表示 磚 一t 2 4 凝結(jié)水過冷度的存在使鍋爐給水吸熱量增加 系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性降低 凝結(jié)水的過冷度每增 加i c 火電廠的煤耗量約增加0 1 0 1 5 凝結(jié)水過冷還會使凝結(jié)水中的含氧量增加 因而 對它流過的管道和設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用 汽輪機規(guī)程m 規(guī)定 凝結(jié)水過冷度允許值應小于2 2 2 2 凝汽器運行工況的能損分析 發(fā)電廠性能計算和能損分析軟件主要解決火電機組運行中經(jīng)濟性參數(shù)的獲取 并給出機組 的運行性能狀況和相應的操作指導 讓電廠的運行人員及時了解影響機組經(jīng)濟性的主要因素 也讓電廠的管理人員了解機組的運行狀態(tài) 為火電廠的安全 經(jīng)濟運行提供可靠的數(shù)據(jù)和決策 依據(jù) 對于一個比較完善的凝汽器運行上況的性能計算和能損分析系統(tǒng)來說 其應當具有以下 的主要功能 8 東南大學碩士學位論文 凝汽囂系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 1 首先計算出當曾電廠的機組熱耗率以及全廠標準煤耗率等數(shù)據(jù) 對于正在運行的電廠 可以由運行過程中測量的數(shù)據(jù) 算出實際運行的熱經(jīng)濟性 然后再計算假設(shè)循環(huán)水量變化對凝 汽器真空造成的影響 凝汽器真空的變化對機組功率的修正關(guān)系以及循環(huán)水流量的變化與循環(huán) 水泵功率的關(guān)系 為凝汽器經(jīng)濟運行提供依據(jù) 2 找出可控損失項 并將這種損失反映到電廠標準煤耗率的變化上 從而為考核和改善運 行水平提供指導 3 指出經(jīng)濟性能下降的設(shè)備 獲得早期存有缺陷設(shè)備的預報 通過將熱力設(shè)備的實際運行 數(shù)據(jù)與其在正常 健康條件下的應有數(shù)據(jù)進行比較和分析 可以判斷出設(shè)備的正常程度 并獲 得該設(shè)備性能變化導致的機組經(jīng)濟性能變化的方向和幅度 4 給出不同運行條件下全廠的經(jīng)濟效益對比 為設(shè)備合理調(diào)整和檢修維護提供決策依據(jù) 目前工程上常用的分析方法曲線法和熱力學法 曲線法 利用汽輪機制造廠商給出的機組 功率等經(jīng)濟計算曲線 得到功率或者凝汽器真空 凝汽器端差的相對變化量 但當機組熱力系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者機組運行年久老化查用原設(shè)計提供的曲線可能會產(chǎn)生較大的誤差 因此 要進行大量的汽輪機性能和凝汽器性能試驗 通過曲線得到各參數(shù)標準值 熱力學方法 以汽 輪機組的基本熱力循環(huán)為基礎(chǔ) 再利用凝汽器內(nèi)的熱平衡方程 得到凝汽器參數(shù)的標準值 由 于熱力學方法存有較大誤差 本文采用試驗法確定標準值 能損分析就是凝汽器參數(shù)標準值和 實時值的偏差計算與分析 一般包括兩個步驟 首先是通過分析該參數(shù)的變化對機組功率的影 響 從而確定該參數(shù)對機組經(jīng)濟性的影響程度 其次 根據(jù)該參數(shù)偏離理想工況參數(shù)的幅度 確定由于該參數(shù)的偏差導致機組效率的偏差 理想工況參數(shù)的數(shù)值稱為 應達值 或 標準值 應達值由凝汽器性能曲線得到 凝汽器的運行優(yōu)化就是要根據(jù)這些應達值和在線實時數(shù)值進行 比較 并分析它們的偏差 從而給出相應的合理科學的運行調(diào)整和操作指導 2 3 凝汽器系統(tǒng)的典型故障及其征兆分析 凝汽器運行中故障可以分為緊急故障和非緊急故障 緊急故障是故障發(fā)生時會對機組的安 全性構(gòu)成威脅 必須馬上處理的故障 如 循環(huán)水泵供水嚴重不足 凝汽器銅管大量破裂 軸 封斷汽等 非緊急故障是對機組的安全性不會馬上構(gòu)成威脅 但會對機組的經(jīng)濟性造成影響 如 真空系統(tǒng)慢性漏空氣 凝汽器銅管臟污等 在實際運行中可以根據(jù)不同故障的性質(zhì)設(shè)置相 應的報警信號 本文針對i o o m w 機組開式凝汽器系統(tǒng)選取了1 1 個典型故障 循環(huán)水泵故障 真空系統(tǒng)不 嚴密 凝汽器銅管臟污 凝汽器管板堵塞 凝汽器虹吸破壞 凝汽器銅管破裂 低壓加熱器管 道破裂 凝汽器滿水 凝結(jié)水泵故障 抽氣器故障 軸封供氣不足 下面予以分述故障原因及 其故障征兆 2 3 1 循環(huán)水泵故障 循環(huán)水泵是提供循環(huán)水保證凝汽器真空的重要設(shè)備 如果循環(huán)水泵出現(xiàn)了嚴重故障 如水 泵不出水 循環(huán)水泵電機電流降至零等 這些都會造成循環(huán)水供水不足或斷水 導致凝汽器真 空度下降 因此循環(huán)水泵作為凝汽器系統(tǒng)重要的設(shè)備應重點監(jiān)測保證其正常工作 對于開式循環(huán)水系統(tǒng) 由于循環(huán)水中可能含有大量的木屑 貝殼 石塊 雜草等機械性雜 物 使進口濾網(wǎng)被雜物堵塞 循環(huán)水不能順利通過 使循環(huán)水進水量減少 有些循環(huán)水濾網(wǎng)因 年久失修 起不到過濾的作用 大量的機械性雜質(zhì)進入凝汽器 使凝汽器冷卻管堵塞 水阻增 加 并且影響到循環(huán)水泵出水阻力 而使循環(huán)水泵上作區(qū)發(fā)生變化 從而導致循環(huán)水量減少 進水壓力和溫升增大 影響凝汽囂的換熱效率 使機組真空下降 此外 由于設(shè)計考慮不周剄 或循環(huán)水泵選型不當 循環(huán)水泵出力小 使實際通過凝汽器的循環(huán)水量遠遠小于熱力計算的規(guī) 定 也會影響凝汽囂真空 循環(huán)水泵可能發(fā)生的故障及其消除措旄 如表2 1 循環(huán)水泵發(fā)生故障時 直接的影響就 9 東南大學碩士學位論文 凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 是循環(huán)水量供水不足 問接影響凝汽器真空 循環(huán)水溫升 最終影響機組效率 循環(huán)水泵發(fā)生 故障時 可能出現(xiàn)的故障征兆 凝汽囂真空急尉或緩慢一f 降 循環(huán)水溫升增加 循環(huán)水泵電流 降至為零或減小 抽氣器抽出的空氣溫度與冷卻水入口 溫度之差增加 故障現(xiàn)象原因消除措施 水泵不出水 壓力表和真空表注入水泵的水不夠 水表管或 水泵繼續(xù)抽真空或泵內(nèi)注水 擰緊管道上的連接法蘭 堵塞 指針劇烈晃動儀表漏氣 儀表漏水漏氣處 水泵被雜物堵塞 密封環(huán)磨損檢查 清洗水泵管路 更換密 出水量低于設(shè)計要求 過多 轉(zhuǎn)速不夠 運轉(zhuǎn)方向不 封環(huán) 調(diào)整電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方 對向 水泵不出水 真空表指示高度進水底閥已堵塞 吸水管路阻消除底閥不沽情況 改變吸水 真空力太大 吸水高度超過規(guī)定值管直徑 降低吸水高度 壓力表有壓力指示 但水泵不出水管路阻力太大 水泵轉(zhuǎn)速 改善出水管阻力 調(diào)整電機轉(zhuǎn) 出水太低 運轉(zhuǎn)方向不對速 轉(zhuǎn)向 2 3 2 真空系統(tǒng)不嚴密 凝汽器真空系統(tǒng)是指凝汽設(shè)備與系統(tǒng)中所有處于低于大氣壓力運行的設(shè)備 管道和閥門等 凝汽器運行中 如果真空系統(tǒng)不嚴密 可能導致空氣漏入系統(tǒng) 如凝汽器汽側(cè)人孔門及喉部存 在焊接缺陷導致漏氣 在潮濕的地方或地下管道發(fā)生銹蝕 破裂 造成管道漏氣 管道的法蘭 接口處 凝汽器及低壓加熱器汽側(cè)的水位計接頭連接不嚴密導致漏氣 疏水系統(tǒng)閥門 容器等 存在泄漏或連接不嚴密等導致漏氣 低壓缸結(jié)合面 低壓缸軸封不嚴密導致漏氣等 此時 凝 汽器內(nèi)將存在蒸汽和空氣的混合氣體 因此 凝汽器壓力p 應該是汽氣混合物的總壓力 即 p t p 4 p k p a 2 5 式中 p j 蒸汽分壓力k h p 空氣分壓力k l a 由理想氣體方程和凝汽器內(nèi)空氣與蒸汽占有相同的體積k 換算成空氣量與凝汽囂壓力之 間的關(guān)系為 見一 0 6 2 2 1 旦 xd 2 6 式中 z 汽輪機捧汽干度 d 凝汽器內(nèi)的漏氣量 k g h d l 凝汽器內(nèi)汽氣混合物的總質(zhì)量流量 k g h 見 氣體常數(shù) 凝汽器內(nèi)空氣的溫度 x 真空系統(tǒng)不嚴密造成的影響包括 由于空氣是不凝結(jié)氣體 會在銅管表面形成空氣膜 降 低傳熱系數(shù) 若大量空氣漏入凝汽器 將會嚴重影響凝汽器的傳熱效果 大量空氣滲漏 引起 抽氣裝置的過負荷 由于空氣的溶解度與其壓力成正比 導致更多的空氣溶解于水 使凝結(jié)水 的含氧量增加 造成管道和設(shè)備的腐蝕 空氣量的增加 蒸汽分壓力的減小 而凝結(jié)水的溫度 是蒸汽壓力下的飽和溫度 導致凝結(jié)水過冷度的增加 若不嚴密處在管溝中 凝結(jié)水硬度將超 標 東南大學碩士學位論文凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 文3 凝汽囂銅管臟污和管板堵塞 凝汽器管側(cè)臟污程度 主要取決于冷卻水水質(zhì) 冷卻水供水方式 季節(jié) 供水系統(tǒng)工作條 件以及冷卻管材料等 凝汽器管側(cè)臟污可分為三類 機械臟污 生物類臟污 鹽類臟污 機械臟污 指冷卻管或管板被砂石 木屑 雜草 樹葉 泥沙 藻類 小貝殼以及其它碎 末弄臟或堵塞 當濾水網(wǎng)不能充分清除水中得這些機械混合物時 這些懸浮顆粒便在管內(nèi)沉積 導致傳熱面變臟 傳熱惡化 這類臟污帶有明顯的季節(jié)特性 一般春 秋季節(jié)較嚴重 它不僅 覆蓋管板表面 導致凝汽器傳熱效率下降 還會堵塞管路 使循環(huán)水量下降 從而導致機組事 故停機 生物類臟污 是指活的單細胞微生物或水藻類附著在冷卻管內(nèi)和管板表面上 由于循環(huán)水 中菌類含量多 若未采取有效的殺菌措施 這些微生物在凝汽器中水溫穩(wěn)定的條件下會迅速繁 殖 在銅管表面形成黏膜 水中的其它混合物就很容易黏附在這種黏膜上 必將惡化冷卻管傳 熱效果 使機組真空變差 鹽類臟污 指當水中溶有無機鹽的條件下 部分鹽陸續(xù)沉降 在冷卻管內(nèi) 管板面乃至水 室內(nèi)形成結(jié)垢 這種沉淀物主要是鈣鹽 鎂鹽所組成的水垢在管內(nèi)積聚的結(jié)果 由于鹽類結(jié)垢 而使管子傳熱惡化 尤其是當冷卻管內(nèi)結(jié)有較厚的硬垢時 凝汽器冷卻管整體傳熱系數(shù)呈直線 下降 嚴重時會迫使汽輪機停止運轉(zhuǎn) 以便對凝汽器作特殊的化學清洗 據(jù)對1 2 5 n 汽輪機組 試驗證明 當冷卻管內(nèi)結(jié)垢厚度達1 2 m m 1 5 m 時 在同樣的冷卻條件下 使汽輪機真空降低 6 6 6 k p a 增加發(fā)電煤耗l o g k w h 1 5g k w h 凝汽器管側(cè)臟污會使凝汽器傳熱惡化 傳熱端差增加 汽輪機捧汽壓力升高 機組的循環(huán) 效率降低 發(fā)電煤耗增加 甚至使汽輪機不能帶負荷運行 而且臟污結(jié)垢的銅管還容易受到腐 蝕 逐步造成銅管泄漏 影響機組的安全運行 當較大的顆粒不能被濾水網(wǎng)清除 而進入凝汽器內(nèi)時 管側(cè)的機械臟污可能會造成凝汽器 銅管堵塞 流通的管道數(shù)變小 循環(huán)水的凝汽器水阻增加 循環(huán)水的流量減小 循環(huán)水泵的出 口壓力增加 這種類型的堵塞多發(fā)生在使用江河 湖泊水源作為循環(huán)水的供水系統(tǒng)中 對于不同的臟污情況應采取不同的清洗方法 為了清除管內(nèi)的因機械混合物所造成的積垢 或清除可能堵塞的銅管內(nèi)的雜物 凝汽器應定期進行機械清洗 利用膠球清洗裝置可在機組運 行中清洗凝汽器 在對分制