空冷設備溫度場在線監控系統

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電廠，并且采用了高參數大容量的機組。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相比有很大的不同，在經濟性、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，能夠對直接空冷系統進行大面積溫度場的在線監測，能夠很好的分析空冷系統的特性以及對汽輪機的影響，是保證機組穩定、經濟、安全運行的有效的輔助手段。

空冷系統分類

直接空冷系統（系統亦稱為ACC系統）和間接空冷系統。間接空冷系統指混合式凝汽器的間接空冷系統（海勒式間接空冷系統）和具有表面式凝汽器間接空冷系統（哈蒙式間接空冷系統）及其它。

1、直接空冷系統（系統亦稱為ACC系統）——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，一般由大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風機和凝結水泵等組成；

2、帶表面式凝汽器的間接空冷系統——亦稱哈蒙系統，由表面式凝汽器、空冷散熱器、循環水泵以及充氮保護系統、循環水補充水系統、散熱器清洗等系統與空冷塔構成。該系統與常規的濕冷系統基本相仿，不同之處是用空冷塔代替濕冷塔，用密閉式循環冷卻水系統代替敞開式循環冷卻水系統，循環水采用除鹽水。

空冷機組容易出現的問題

不論是直接空冷系統（系統亦稱為ACC系統）還是間接空冷系統，在實際使用中，隨著環境的變化，都會有著一些的問題，大概歸結有如下幾點：

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測系統的作用

1、實現防凍預警

①空冷系統冬季防凍是空冷機組冬季運行的一個很重要的問題，空冷管束內結冰，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空冷系統容易產生結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，更容易出現凍結現象。

③造成空冷散熱器結冰的主要原因是，進入空冷系統蒸汽流量太小，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低溫。

④造成空冷散熱器結冰的另一個原因是，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冰。

⑤利用空冷系統溫度場監測裝置，通過監測全空冷島的溫度場，幫助判斷空氣側流動的不均勻性，造成局部過冷的情況。

⑥通過監測溫度場，幫助判斷蒸汽側在小流量情況下流量分配不均造成局部過冷的情況。

⑦當環境空氣溫度低于0℃后，通過監測散熱管束出口空氣溫度，間接判斷管束內部的散熱狀態，可以達到幫助判斷管束內是否結冰的可能性。

⑧結合背壓、凝結水溫度、過冷度等數據，對散熱器管束出口熱空氣的低溫度作出規定，并與凝結水溫度作關聯，可以實現空冷系統防凍預警，在空冷管束凍結前采取相應的防凍措施。

2、監測熱風回流現象

①空冷島受自然風影響流場容易發生混亂，經空冷系統加熱過的空氣又回到空冷系統入口被空冷風機重新吸入，發生熱風回流現象。

②通過監測空冷散熱器入口空氣溫度，可以幫助判斷發生熱回流的程度，并計算熱回流率。

③通過監測空冷溫度場判斷熱回流現象發生時，在熱回流影響到汽輪機之前操作人員及時做出反應，進行預知性調節，避免停機、停爐或甩負荷。

3、監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。空冷系統夏季對積灰污染等影響非常敏感，通過溫度場監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，這是目前空冷系統運行管理的一個盲點，不利于節能。利用空冷溫度場監測裝置，可以彌補這一缺陷。

②空冷系統龐大，空氣流動場和蒸汽側流量分配都容易造成不均勻，通過監測空冷系統溫度場，為運行人員調節提供必要的依據，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，實現節能降耗，優化空冷運行的目的。

三、公司簡介

公司簡介：多年來，我公司一直從事著物聯網系統、遠程測控系統的研發生產銷售，公司始終堅持質量，服務至上的企業宗旨，把質量信譽和客戶滿意當作全體員工的精神追求。
公司主要產品：糧情測控系統、遠程溫濕度監控系統、空冷塔、空冷島溫度場在線監測系統、水產養殖物聯網系統、檔案室恒溫恒濕監控系統、水產養殖物聯網系統、煤堆煤層溫度測控系統等。

四、空冷溫度場在線監測系統概述

空冷島的散熱片溫度監測由于測量組件的安裝、供電、網絡通信連接等難題一直困擾著眾多電廠和空冷島生產廠家。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定性及供電時間受限（至多半年）的致命缺陷，該方案經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，開發的溫度采集器，很好地解決了空冷島溫度場的監視實施方案。

溫度采集器的測溫傳感器采用總線方式，傳感器不需要現場焊接，不破壞原有結構，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據可以通過RS485總線傳輸給中繼器，或直接給軟件系統進行數據處理。

空冷凝汽器溫度場在線監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、總線電纜將溫度數據上傳至上位機，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據的分析、處理，預防空冷散熱器被凍，優化空冷機組背壓調節，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預知熱風回流的發生并計算回流率的大小，節約運行成本，提高空冷運行的安全性和經濟性。

1、空冷溫度場在線監控系統方案、配置與性能

①、空冷島溫度場組網方案

空冷凝汽器溫度場在線監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、總線電纜將溫度數據上傳至上位機，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據的分析、處理，預防空冷散熱器被凍，優化空冷機組背壓調節，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預知熱風回流的發生并計算回流率的大小，節約運行成本，提高空冷運行的安全性和經濟性。

在整個空冷溫度場在線監控系統中，現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，整個測溫系統的價值無從考慮；同一個側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，以保證容易結冰的區域能夠實現安全準確的監測目標。綜合其他廠發生過空冷管束結冰現象的事實和運行人員的反映，空冷管束結冰往往只發生在幾個管束上，所以監測的溫度測點應保證一定密度，并盡量覆蓋到所有管束。

b、系統的安裝及與軟件通訊

系統的安裝包括采集器、通訊線、電源線、主機、電源等。空冷島上需提供220V電源，經轉換模塊轉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，所有溫度數據可以通過 RS485接口，MODBUS RTU的通訊方式送入到軟件中。監測軟件能顯示并存儲數據，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

A. 總線傳感器電纜技術指標:

長度：可定制

溫度傳感器數：       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測系統。參見附圖中抓取的#2機部分界面和現場安裝圖片，顯示界面數據反映了實際作用及效果。界面數據說明：

①環境溫度為0.72℃時，在逆流管束上部明顯出現了低溫，并且出現局部低于零度現象。由于環境溫度測點安裝的位置并不在空冷島上，因此環境測點溫度和實際空冷島的溫度有差別，環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化運行提供了必要條件。

②在左側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域，如果環境溫度進一步降低，有凍結的危險。運行人員通過數據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域，也出現了局部溫度降低較大的現象。運行人員通過實時數據可判斷積灰程度，適時沖洗，實現節能、節水。

五、客戶使用空冷島溫度場在線監測系統后的效果

1、能夠讓工作人員更直觀的以數據方式，了解空冷設備各項運行數據，以及空冷設備周圍自然環境數據。

2、通過溫度數據變化，有效的降低了換熱管束凍結的風險，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節，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，從而可以節約電資源。

六、目前部分已使用該系統的電廠

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