電動減溫減壓裝置前饋溫度系統(tǒng)設計

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之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現(xiàn)在介紹電動減溫減壓裝置前饋溫度系統(tǒng)設計減 溫 減 壓裝置是蒸汽熱能傳遞過程中的一個重要的連接設備，廣泛應用于電力、石化、輕紡、造紙、印染等行業(yè)，其中除電力企業(yè)主要用于汽輪機旁路系統(tǒng)保障鍋爐和汽輪機設備安全運行之外，在其他行業(yè)主要做為蒸汽壓力和溫度的調節(jié)控制裝置，將鍋爐或抽汽式、背壓式汽輪機送出的較高壓力的過熱蒸汽減溫減壓調節(jié)控制到生產工藝所需的數(shù)值，以滿足產品生產設備運行工況要求.目前隨著熱電聯(lián)產的生產方式大量推廣，減溫減壓裝置已經在工業(yè)生產中獲得非常廣泛的應用.減 溫 減 壓裝置主要由減壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、管路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成其機械閥門管路部分經過幾十年的發(fā)展已經比較成熟，*可以實現(xiàn)蒸汽熱力系統(tǒng)的減溫減壓任務，控制系統(tǒng)目前主要有以電動單元組合儀表、單元組裝儀表及類似儀表組成模擬信號調節(jié)系統(tǒng)。和以單片微處理機為的智能調節(jié)儀表或PLC程序控制裝置組成的數(shù)字控制調節(jié)系統(tǒng)，一般都采用一個壓力調節(jié)環(huán)路和一個溫度調節(jié)環(huán)路組成兩個獨立控制系統(tǒng)，各自實現(xiàn)溫度和壓力的調節(jié)控制。


1 電動減溫減壓裝置前饋溫度系統(tǒng)設計問題的提出
1.1 溫度調節(jié)的動態(tài)誤差
由 于溫 度 檢測元件是工作在100℃以上高速流動的壓力蒸汽狀態(tài)中.為保證元件安全可靠的工作，目前選用的檢測元件熱電阻或熱電偶均有數(shù)十秒到百秒左右的慣性時間常數(shù)，使得溫度調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差雖然可以達到1.5級以內，但在動態(tài)誤差方面卻很難給予有效的控制，動態(tài)調節(jié)誤差隨系統(tǒng)出現(xiàn)的擾動大小而出現(xiàn)較大誤差偏移，擾動越大動態(tài)誤差也越大，減溫幅度越大受干擾時動態(tài)誤差也越大這對某些對溫度敏感的產品將是有害的，特別是對一些易燃易爆產品生產過程，這將是十分危險的.     
為 此 。要 保障產生過程的穩(wěn)定可靠和安全運行，在設定控制溫度時就需要適量提高或降低設定值，以保證蒸汽溫度控制在某一閡值，而這種提高或降低往往會使生產過程中的熱蒸汽參數(shù)并非是運行在的理想工況數(shù)值點上，從而增加了生產過程中的蒸汽熱能損耗。
1.2 引起溫度擾動的主要原因
通 過 調 查分析，發(fā)現(xiàn)減溫減壓裝置的一次輸人蒸汽一般由鍋爐或汽輪機提供，除事故發(fā)生正常運行時其溫度和壓力相對比較穩(wěn)定.而減溫水的壓力、溫度不論是與鍋爐進水共用系統(tǒng)還是水泵供給系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，在實際運行中主要的擾動是由產品生產工藝要求的不同工況和生產班制所造成的蒸汽用量變化引起的，流量擾動造成的溫度偏移及控制過程如下:(以流量增大為例)
Q2 ↑→ P2↓→Fy↑→ Q1↑→Tz↑→Fs↑→Qa↑→T2 ↓
其中:Fy為減壓閥開啟度;
Fs 為 給 水 調 節(jié)閥開啟度;
其 他 符 號 見 圖1.
在 這 一 變化過程中，一般壓力調節(jié)系統(tǒng)在流量發(fā)生變化的數(shù)秒到十余秒內(視管網(wǎng)規(guī)模而
定)，就會動作對減壓閥發(fā)出改變開啟度的指令增加或減少蒸汽流量，將蒸汽壓力恢復到設定值.然而，由于溫度檢測元件的慣量較大使溫度調節(jié)系統(tǒng)不能及時動作，引起二次輸出的蒸汽溫度出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差(偏差大小與設計減溫幅度及蒸汽流量擾動大小相關).因此可以說，二次輸出蒸汽溫度出現(xiàn)擾動的本質原因是一次進口蒸汽流量Q1與輸人減溫水流量Q3之間的平衡關系被打破，要等溫度調節(jié)系統(tǒng)測到溫度變化后調整輸出改變給水調節(jié)閥的開啟度重新建立Q1與Q3之間的平衡關系這一過程的長短及流量變動的大小直接導致了溫度控制偏差的大小.
由此 可 見 ，如果能在改變一次蒸汽流量Q1的同時按平衡要求同時改變減溫水的流量Q3，將會有效地控制這種動態(tài)偏差顯然，常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)由于在變量測定中存在較長的慣性和純滯后，是無法及時實現(xiàn)正確的調節(jié)控制的，而前饋控制卻可以給控制回路實時的信息來解決這一問題。
結構特點
    （1）旋流結構是其設計機理，*的旋流結構可使減溫水旋轉運動達到高速，得到細微的霧化水滴，有效地避免了滴流現(xiàn)象的發(fā)生；
    （2）霧化效果好，減溫水通過螺旋噴嘴產生空心錐形，噴霧區(qū)域成環(huán)形，噴霧角度為51°～144°，在承受大范圍的沖擊和壓力負荷的情況下，也能產生液滴大小為0.1mm分布均勻的噴霧，大大提高了換熱面積，減少了霧化時間和霧化段；
    （3）螺旋噴嘴為鑲裝式，每只精心設計、制造的螺旋噴嘴在安裝前都進行流量系數(shù)檢測,確保流量控制；
    （4）螺旋噴嘴無傳動元件，無卡阻現(xiàn)象，旋流結構具有大而通暢的流通道，消除了噴嘴阻塞的現(xiàn)象。


2 流量靜態(tài)前饋調節(jié)系統(tǒng)
2.1 一次蒸汽流f信號的獲取
由 于 減 溫減壓裝置在一次新蒸汽溫度和壓力不變、減壓比也不變的工況下，其通過的流量與減壓閥的閥瓣開啟面積成正比團，即有:
Q1= K1 × Fm .
其中: K1為減壓閥流量與閥瓣開啟面積的系數(shù);Fm為 減 壓 閥 開啟面積.
當采 用 線性結構的減壓閥時則有:
Q1= K2×Fy ，
其中:k,為減壓閥流量與開啟度的系數(shù);Fy 為 減 壓 閥 開啟度.
即通 過減 壓閥的蒸汽流量與閥門開啟度成正比.而在實際應用中為實現(xiàn)較理想的調節(jié)性能，一般都將減壓閥的開啟度設計等于壓力調節(jié)回路中的調節(jié)系統(tǒng)輸出值:
Fy = P y.
其中:Py為壓力調節(jié)回路調節(jié)器輸出值，
就 是 說 壓力調節(jié)回路的調節(jié)器輸出值相當于系統(tǒng)中的流量信號，變化量也表征了減溫減壓裝置一次新蒸汽流量的變化量。
2.2 給水調節(jié)回路
通 常 給 水閥調節(jié)系統(tǒng)都為獨立環(huán)路，其調節(jié)輸出即為給水調節(jié)閥的開啟度.而當減溫減壓裝置的一次進口蒸汽和二次出口蒸汽以及減溫水的壓力、溫度不變時，其減溫水流量與一次進口蒸汽流量成線性比例關系川.綜 合 減 壓系統(tǒng)分析可知，當減壓閥和給水閥均為線性且蒸汽和減溫水的壓力、溫度不變時，表征蒸汽和減溫水流量的減壓閥和給水閥開啟度之間形成固定的比例關系:
Fs = K3 ×Fy .
其中: K3為給水閥開啟度與減壓閥開啟度比例系數(shù)。
2.3 前憤回路設計
通 過 以 上分析，按照Fs = K3 ×Fy 的關系，我們在溫度控制回路設計中增加了乘法組件，將壓力調節(jié)輸出和溫度調節(jié)輸出經乘法運算后，再接人給水調節(jié)閥的伺服執(zhí)行機構.改變溫度調節(jié)回路的輸出實際為調節(jié)給水閥開啟度與減壓閥開啟度之間的比例值k3，實現(xiàn)了出口二次燕汽流量變化時減溫水流量與進口一次蒸汽流量之間的比向聯(lián)動，且該比例數(shù)值為流量發(fā)生擾動前系統(tǒng)的一次蒸汽流量與減溫水流量之比值.從而實現(xiàn)了蒸汽流量對溫度的靜態(tài)前饋控制.改進后的系統(tǒng)見圖1。
3 流量擾動試驗
增 加 了 乘法器后，與杭州電站輔機廠一起，對減溫減壓裝置的運行狀態(tài)進行了一系列試驗，并取得了良好的效果.其中在一臺設計流量Q2 = 30t/h，進汽壓力P1=0.8一0. 9 MPa,溫度T1= 240℃ ，出汽壓力P2 = 0.55 MPa,溫度T2=170℃ 的減溫減壓裝置試驗獲得一組典型的流量擾動對比數(shù)據(jù)如下:
3.1 無前饋控制環(huán)節(jié)
初 始 條 件:P1=0.91M Pa,T 1=235℃;P2= 0. 53 MPa,T2= 170℃;Q2= 24. 9 t/h.
流量 擾 動 :Q2=24.9t /h→29.5t /h.
動態(tài) 偏 差 :△P2≤ 0.00 6M △T2≤ 5.5 ℃.
流 量 擾 動過程溫度控制曲線見圖2.
3.2 帶有流量前饋控制環(huán)節(jié)
初 始 條 件: P1=0.89M Pa,T1=236℃;P2= 0. 58 MPa,T2= 180℃;Q2= 20 t/h.
流 量 擾 動:Q2= 20t /h--2 8t /h.
動 態(tài) 偏 差: △P2≤ 0.01M △T2≤ 2.5 ℃.
帶 有 流 量前饋控制后流量擾動時溫度控制過程曲線見圖3.
3.3 綜合比較結論
試 驗 數(shù) 據(jù)整理統(tǒng)計見表1
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥由表 1數(shù) 據(jù)可以看出:帶有流量前饋環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，在流量擾動比無前饋環(huán)節(jié)的系統(tǒng)大二倍以上時，其大溫度誤差相比反而不足其二分之一且是在減溫幅度僅為50`C系統(tǒng)中獲取的，當減溫幅度大于100℃甚至于200℃以上時其溫度偏差將更大，前饋調節(jié)加人后的性能改善將更明顯.為此，在減溫減壓裝置控制系統(tǒng)中增加流量前饋調節(jié)環(huán)節(jié)，對克服減溫減壓裝置主要的擾動因素負荷流量的變化，具有十分顯著的作用:有效地克服了目前存在的溫度調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)誤差偏大的缺陷，改善了溫度控制質量，為將產品生產過程中的蒸汽溫度設定控制在微過熱狀態(tài)，提高蒸汽熱能利用提供了技術保障.
減壓系統(tǒng)：減壓閥及節(jié)流裝置組成；減溫系統(tǒng)：文丘里氏混合管、電動給水調節(jié)閥、節(jié)流閥、止回閥、截止閥組成；安全保護系統(tǒng)：主安全閥、沖量安全閥、彈簧安全閥組成。
a)、采用雙座減壓閥結構，不平衡力小，調節(jié)范圍大，動作平穩(wěn)，無卡阻現(xiàn)象。
b)、減溫系統(tǒng)采用文丘里氏+笛型噴嘴，無傳動部件，霧化穩(wěn)定可靠，噴嘴拆裝方便，便于維修。
c)、減壓系統(tǒng)和減溫系統(tǒng)分開，主要用于工況惡劣，如高溫高壓（P1≤10Mpa, t1≤540℃），避免減溫水沖刷閥體內件，或用于壓力較低的過熱蒸汽降至飽和蒸汽的工況（如集中供p≤13Mpa,t≤250℃），主要考慮蒸汽流速較低，采用文丘里氏減溫，使減溫水充分霧化，達到較好的減溫效果。



 供貨范圍
分體式減溫減壓裝置供貨范圍為：
1.減壓系統(tǒng)：減壓閥、電（氣）動執(zhí)行機構、節(jié)流孔板等；
2.減溫系統(tǒng)：給水調節(jié)閥、電（氣）動執(zhí)行機構、節(jié)流閥等；
3.安全系統(tǒng)：安全閥、止回閥等；
4.管路系統(tǒng)：蒸汽管道、過渡管、減溫水管、混合管道等；
5.配套附件：截止閥、雙金屬溫度計及接管、壓力表及三通閥、彎管、接頭、法蘭、襯墊、螺栓、螺母等。

 訂貨需知
訂貨時請?zhí)峁┫铝匈Y料：
1．出口蒸汽流量Q；
2．進口（一次）新蒸汽壓力P1、溫度T1；
3．出口（二次）蒸汽壓力P2、溫度T2；
4．減溫水壓力Pb、溫度Tb
5．控制方式：是否配熱控柜；
6．注明執(zhí)行機構是電動或是氣動薄膜式。



4 結論
1) 采 用 乘法器組件實現(xiàn)流量前饋控制不僅對于各種組合儀表、組裝儀表系統(tǒng)可以很容易實現(xiàn)，即使是程控PLC系統(tǒng)其基本的思路對程序編制也有實際指導意義.
2) 采 用 乘法器組件實現(xiàn)流量前饋控制的減溫減壓裝置，其減壓閥與給水調節(jié)閥應采用同*量特性的閥門為宜，且同為線性時，這樣可以獲得較好的前饋調節(jié)效果同時也簡化調節(jié)參數(shù)等調試整定工作.
3) 溫 度 調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)控制量改為一次進口蒸汽流量與減溫水流量的比值后，其調節(jié)控制的參數(shù)與原系統(tǒng)有一些差異，需要重新仔細調試整定.
4) 某 一 類儀表的調節(jié)器手動泊動切換時要求有閥位信號，需要增加除法器組件，反相除法運算從而獲得減溫系統(tǒng)調節(jié)輸出值，以保證手動泊動切換的平穩(wěn)進行.
5) 增 加 乘法器運算后一般要求減溫減壓裝置的閥門管路系統(tǒng)設計選用時，應使正常工作狀態(tài)時減壓閥的開啟度大于給水閥的開啟度，這樣既可以方便地實現(xiàn)流量前饋調節(jié)控制，又保證了系統(tǒng)在大邊界流量時也能對蒸汽溫度實現(xiàn)有效的控制.與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求