火电厂冷却水系统温度调节阀设置的探讨

1、火电厂冷却水系统温度调节阀设置的探讨1温度调节阀的设置和位置1.1冷却水热交换器温度调节阀的设置在开放冷却水系统中，用于封闭冷却水热交换器的温度调节阀起到调节热交换器管侧开放冷却水的流量，控制壳侧封闭冷却水的水的温度的作用。 西北电力设计院设计的300MW机组开放冷却水温度调节阀的设置情况为：渭河三期2300MW，邹县三期2600MW无温度调节阀的九江三期2350MW，吴径六期2300MW，鄂州一期2300MW有温度调节阀。因此，没有必要设置温度调节阀。 闭式冷却水比开式冷却水高4左右的闭式冷却水系统中，在控制被冷却介质的温度的冷却器上设有温度调节阀。 因此，如果取消温度调节阀之后的出水温度在

2、容许范围内，就可以取消温度调节阀。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第二工厂关径六期冷却水水源闭式水闭式水开水技术开水技术开水技术闭式水氢密封油装置冷却器/出口出口出口出口出口BH油冷却器进口货/出口/出口发电机定子水冷却器/进口货/出口发电机润滑油冷却器出口/出口出口出口进口货发电机氢冷却器进口货出口出口出口出口进口货发动机油冷却器。进口货出口/出口/进口货摩托车润滑油冷却器进口货/出口出口出口进口货电动泵液压油冷却器/出口出口/出口/电动泵润滑油冷却器/出口出口出口出口/从表

3、1可以看出，西北电力设计院设计的300MW机组在设备冷却器的出口管路上设置了多个温度调节阀，少数设置在设备冷却器的入口管路上。 探讨这种设置的原因以及两种设置的优缺点。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通过将温度调节阀放在设备冷却器出口管路上，设备冷却器总是处于满水状态，能保证正常运转。如果将温度调节阀放在设备冷却器的入口配管上，则闭式冷却水系统的运转压力高，通常设备冷却器的设计压力低，设计压力低，设备冷却器能承受高运转压力，如果将调节阀放在设备冷却器的入口配管上，则入口配管的压力损失增加，保证冷却器内的冷却水的压力低于被冷却介质的压力，设备科2.2从调整系统的角度考虑2.2

4、.1调整对象的动态特性2.2.1.1调整对象的平衡能力调节对象有两种平衡能力，一种没有自我平衡能力，另一种没有自我平衡能力。 具有自平衡能力意味着，不需要在阶跃输入的扰动下进行调节，并且当经过调节的时间时，没有自平衡能力会稳定在新的平衡状态，它在阶跃输入的紊乱下以恒定的速度变化并不稳定。设备冷却器管、壳体侧流动的冷却介质的流量d由调节阀控制，如果将d作为输入信号，将出口的被冷却介质的温度作为输出信号，冷却器可以表现为一个控制回路，其阶跃响应曲线如图1所示。 在图1中，是纯延迟时间，t是时间常数k是传递系数D是冷却介质的流量的变化.从图1可以看出，d阶减少后，蛇形管的吸热相对增加，但是蛇形管有一

5、定程度的热容量，其温度只能上升，只能逐渐上升。 最初，蛇形管的温度没有上升，几乎没有变化。 然后，上升速度增大，a点达到最大值。 然后，通过上升，被冷却介质和蛇形管的温度差减少，传热量减少，上升速度下降的最后被冷却介质的发热量和冷却介质的吸热量平衡时，不变化。 因此，设备冷却器具有自平衡能力。2.2.1.2调整对象的传递函数相对于图1曲线的数学式如(1)式所示(1)在时间段变化缓慢。 从物理上看，与蛇形管的热容量有关，热容量越大就越大，相反就越小。 在设备冷却器中，热从被冷却介质经由蛇形管传递到闭式冷却水，引起被冷却介质的温度变化，热传递有蛇形管和闭式冷却水两个容量，因此设备冷却器可以视为延迟

6、的两个对象。 参考图1的阶跃响应曲线，设备冷却器的传输函数通过式(2)表示。(2)式中，K1设备冷却器的传递系数T1设备冷却器的时间常数S 拉普拉斯算子。2.2.2调节阀的动态特性和传递函数2.2.2.1调节阀的动态特性所谓调节阀的动态特性，是输入信号(阀开度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主惯性链路的动态特性，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连杆的动态特性，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。2.2.3 2两种调节系统的数学模型尽管温度调

7、节阀设在设备冷却器前面、后面，却构成了一个闭环调节系统。 因为写起来很简单，所以记为K1K2e-=A。 当温度调节阀位于设备冷却器前面时，闭环控制系统如图3所示，其传递函数F1(s )如(4)式所示。 s(4)当温度调节阀位于设备冷却器之后时，闭环调节系统如图4所示，其传递函数F2(s )如(5)式所示。(5)2.2.4 2两种调节系统的稳定性在式(4)、(5)中，F1(s )与F2(s )分母相同，即两个系统的闭环特征方程式相同，两个系统的调节系统的稳定性相同。 闭环的特征方程式如(6)式所示t 12 t2s3(t 12 t1t2) s2(2t1t2) sa1=0(6)根据劳斯的判断，为了稳

8、定系统，应该满足(7)、(8)式A 10 (7)(8)因为a远远大于0，而且实际上T2远小于T1。 因此，满足系统稳定的条件为01，如果比较曲线c、b，则曲线b的过冲量Mp1小，稳定性好。 即，Mp1 Mp2。(3)衰减率。 该特征量代表经一个周期后在阶跃响应曲线上减少的幅度，并且利用式(26 )确定。=1-M(tp Tk)/M(tp) (26 )式中M(tp)tp的情况下，单位阶跃响应的振幅在M(tp TK)tp TK的情况下，单位阶跃响应的幅度以Tk为单位的阶跃响应的振荡周期。两种调节系统的衰减率1、2如(27 )、(28 )式那样1=1- K1e-s/(A 1)2B2 (27 )2=1-

9、 K1K2e-s/(A 1)2B2(28 )如果是K21，则根据曲线c、b可知曲线b的衰减率l大，接近稳态值的速度快； 如果是K21，则比较曲线a、b，可知曲线a的衰减率2大，接近稳态值的速度快(4)稳态误差W()。 该特征量表示保持调整后的参数的稳定精度，用式(29 )来确定。w()=1-()(29 )显然，W1()=K1(K2-1) 1/(K1K2 1) (30 )W2()=1/(K1K2 1)(31 )在K21的情况下，根据曲线c、b，可知曲线c的W2()较小。 即，W1() W2()； 在K21的情况下，根据曲线a、b可知，曲线b的稳定误差W1()较小。 也就是说W1() W2()两种

10、调节系统在过冲量、衰减率、稳态误差上有差异，差异基于k-2。 即，在K21的情况下，温度调节阀在设备冷却器之前，调节系统的单位阶跃响应过调整量、衰减率的质量好，而在稳定误差大的形状K21的情况下，温度调节阀在设备冷却器之后，调节系统的单位阶跃响应过冲量、衰减率的质量差，但稳定误差小。 温度调节阀的传递系数根据调节阀的流量特性而不同。 因此，对两种调节系统的讨论变成了对调节阀的传递系数的讨论。2.2.5.4调节阀的传递系数调节阀的流量特性是指被调介质在阀中流动的相对流量与阀的相对开度的关系。 有直线、等比率、速开、抛物线4种典型的流量特性。 调节阀的静态传递系数k是流量特性曲线上各点的斜率。 4

11、种流量特性的静态传递系数的确定方法如下。(1)直线流量特性调节阀的传递系数如(32 )式所示K=1-1/R(32 )式中R调节阀的调节范围。r由式(33 )决定R=Qmax /Qmin (33 )这里，Qmin是调节阀能调节的最小流量，一般为最大流量的2%4%。 很明显，如图6所示，直线流量特性调节阀的传递系数k远远小于1。(2)等百分比流量特性调节阀的传递系数由(34 )式决定K=R(-1)lnR (34 )式中调节阀的相对开度。是调节阀在某个开度下的行程l与全开时的行程LMma的比，由(35 )式决定=L/Lma (35 )如果r是 25，50 和(0，0.6368 )，则为01。如图6所

12、示，等比流量特性调节阀的传递系数k随着相对开度的增大而变大。 等百分比调节阀的流量特性在不开度(不到50% )时流量变化小高开度(60%以上)时流量变化大。 因此，等比流量特性调节阀适合在 0.6513，1 的范围内工作，这种情况下为K1。(3)快速开流量特性调节阀的传递系数请参照(36 )式K=2(1-1/R)(1-) (36 )当r为 25，50 和(0，0.4792 )时，K1； 当r是 25，50 且是0. 4897，1 时，值为01。抛物线流量特性调节阀的传递系数k如图6所示，随着相对开度的增大而变大。 这个调节阀的流量特性是一条抛物线，其特性处于直线特性和等比率特性之间。 不开度(不足50% )时流量变化小高开度(60%以上)时流量变化大。 因此，抛物线流量特性调节阀适合在 0.5313，1