火电厂冷却水系统温度调节阀设置的探讨.docx
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火电厂冷却水系统温度调节阀设置的探讨
火电厂冷却水系统温度调节阀设置的探讨
1温度调节阀的设置与位置
1.1冷却水热交换器温度调节阀的设置
开式冷却水系统中,用于闭式冷却水热交换器的温度调节阀,其作用是:
调节热交换器管侧开式冷却水的流量,以控制壳侧闭式冷却水出水的温度。
西北电力设计院所设计的300MW机组开式冷却水温度调节阀的设置情况如下:
渭河三期2×300MW、邹县三期2×600MW均无温度调节阀;九江三期2×350MW、吴径六期2×300MW、鄂州一期2×300MW均有温度调节阀。
由此可见,并非必须设置温度调节阀。
由于闭式冷却水比开式冷却水只高4℃左右;在闭式冷却水系统中,对需控制被冷却介质温度的冷却器均设置了温度调节阀。
因此,只要取消温度调节阀后出水温度在允许范围内,取消温度调节阀是可以的。
1.2冷却器温度调节阀的设置位置
西北电力设计院设计的300MW机组冷却水温度调节阀的设置位置如表1所示。
冷却器名称
九江三期
鄂州一期
平凉一期
靖远二期
宝鸡二厂
关径六期
冷却水水源
闭式水
闭式水
开式水
开式水
开式水
闭式水
氢密封油装置冷却器
/
出口
出口
出口
出口
出口
BH油冷却器
进口
/
/
出口
/
出口
发电机定子水冷却器
/
进口
/
/
/
出口
发电机润滑油冷却器
出口
/
出口
出口
出口
进口
发电机氢冷却器
进口
出口
出口
出口
出口
进口
汽机润滑油冷却器
进口
出口
/
出口
/
进口
小汽机润滑油冷却器
进口
/
出口
出口
出口
进口
电泵工作油冷却器
/
出口
出口
/
出口
/
电泵润滑油冷却器
/
出口
出口
出口
出口
/
从表1可知,西北电力设计院设计的300MW机组将温度调节阀多数设置在设备冷却器的出口管路上,少数设置在设备冷却器的进口管路上。
下面讨论如此设置的原因和2种设置的优缺点。
2温度调节阀位置的设置原则
2.1从设备运行的角度考虑
将温度调节阀置于设备冷却器出口管路上,可使设备冷却器始终处于满水状态,保证其正常运行。
将温度调节阀置于设备冷却器的进口管路上,可使闭式冷却水系统运行压力较高,而常规情况下设备冷却器的设计压力较低,为了使设计压力较低的设备冷却器能承受较高的运行压力,将调节阀设置在设备冷却器的进口管道上,可增加入口管的压损,以保证冷却水在冷却器内的压力低于被冷却介质压力,从而降低设备造价。
2.2从调节系统的角度考虑
2.2.1调节对象的动态特性
2.2.1.1调节对象的平衡能力
调节对象有2种平衡能力,即有自平衡能力和无自平衡能力。
有自平衡能力是指在阶跃输入扰动下,不需外加调节,被调量经过一段时间后能稳定在新的平衡状态;无自平衡能力是指在阶跃输入扰动下,被调量以一定的速度不断变化,不能稳定。
设备冷却器管、壳侧流过冷却介质的流量D由调节阀控制,如果把D作为输入信号,出口被冷却介质的温度θ作为输出信号,冷却器可表示为1个控制环节,它的阶跃响应曲线如图1所示。
图1中,τ为纯迟延时间;T为时间常数;K为传递系数;△D为冷却介质流量的变化。
由图1可知,当D阶跃减少后,蛇形管吸热相对增加,但蛇形管有一定的热容量,它的温度不能阶跃上升,只能逐渐上升。
开始时,蛇形管温度还未升高,θ几乎没有变化。
随后θ上升速度增大,至A点达到最大值。
之后,由于θ升高,被冷却介质与蛇形管的温差减小,传热量减少,θ上升的速度下降;最后被冷却介质的放热量和冷却介质的吸热量平衡时,θ保持不变。
因此,设备冷却器有自平衡能力。
2.2.1.2调节对象的传递函数
对图1曲线的数学表达式如
(1)式所示:
(1)
θ在τ时间段变化很慢。
从物理过程看,τ与蛇形管的热容量有关,其热容量越大,则τ越大,反之,τ越小。
在设备冷却器中,热量从被冷却介质经蛇形管传到闭式冷却水,引起被冷却介质温度变化,在热量传递中,由于有蛇形管和闭式冷却水的2个容量,因此,设备冷却器可看作是有迟延环节的2容对象。
参照图1的阶跃响应曲线,可得设备冷却器的传递函数如
(2)式所示。
(2)
式中K1——设备冷却器传递系数;
T1——设备冷却器时间常数;
S ——拉普拉斯算子。
2.2.2调节阀的动态特性与传递函数
2.2.2.1调节阀的动态特性
调节阀的动态特性是指当输入信号(阀门开度r(t))为单位阶跃响应函数时,输出信号(介质流量C(t))的响应曲线。
调节阀的动态特性近似于一阶惯性环节的动态特性,其阶跃响应曲线如图2所示。
2.2.2.2调节阀的传递函数
根据调节阀惯性环节的动态特性,可得调节阀的传递函数如(3)式所示:
(3)
式中K2——调节阀的传递系数;
T2——调节阀的时间常数。
2.2.32种调节系统的数学模型
无论温度调节阀是设置在设备冷却器前、后,都构成了1个闭环调节系统。
为书写简单,记K1K2e-=A。
若温度调节阀在设备冷却器前,则闭环控制系统如图3所示,其传递函数F1(s)如(4)式所示。
τs
(4)
若温度调节阀在设备冷却器后,则闭环调节系统如图4,其传递函数F2(s)如(5)式所示。
(5)
2.2.4 2种调节系统的稳定性
式(4),(5)中,F1(s)与F2(s)分母相同,即2种系统的闭环特征方程相同,2种调节系统的稳定性一样。
闭环特征方程如(6)式所示:
T12T2s3+(T12+2T1T2)s2+(2T1+T2)s+A+1=0 (6)
据劳斯判据,为使系统稳定,应满足(7),(8)式:
A+1>0 (7)
(8)
由于A远大于0;并且实际过程中,T2远小于T1。
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