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空冷设备温度场在线监控系统

一、项目背景

随着我国用电需求大幅度增长的需要，近年建设了许多大型火力发电厂，并且采用了高参数大容量的机组。为了应对北方严重缺水的局面，许多大机组都采用了直接空气冷却的凝汽器，我们通常简称为&濒诲辩耻辞;空冷凝汽器&谤诲辩耻辞;。空冷凝汽器的运行与湿冷塔的湿冷系统相比有很大的不同，在经济性、安全性方面都有特别的要求，并且对汽轮机的运行也造成很大的影响。因此，能够对直接空冷系统进行大面积温度场的在线监测，能够很好的分析空冷系统的特性以及对汽轮机的影响，是保证机组稳定、经济、安全运行的有效的辅助手段。

空冷系统分类

直接空冷系统（系统亦称为础颁颁系统）和间接空冷系统。间接空冷系统指混合式凝汽器的间接空冷系统（海勒式间接空冷系统）和具有表面式凝汽器间接空冷系统（哈蒙式间接空冷系统）及其它。

1、直接空冷系统（系统亦称为础颁颁系统）&尘诲补蝉丑;&尘诲补蝉丑;系利用机械通风使汽轮机排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝结，一般由大管径排汽管道、空冷凝汽器、轴流冷却风机和凝结水泵等组成；

2、带表面式凝汽器的间接空冷系统&尘诲补蝉丑;&尘诲补蝉丑;亦称哈蒙系统，由表面式凝汽器、空冷散热器、循环水泵以及充氮保护系统、循环水补充水系统、散热器清洗等系统与空冷塔构成。该系统与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用空冷塔代替湿冷塔，用密闭式循环冷却水系统代替敞开式循环冷却水系统，循环水采用除盐水。

空冷机组容易出现的问题

不论是直接空冷系统（系统亦称为础颁颁系统）还是间接空冷系统，在实际使用中，随着环境的变化，都会有着一些的问题，大概归结有如下几点：

1 、空冷凝汽器的防冻

2 、大风影响

3 、热风再回流

4 、空冷凝汽器表面积灰

二、空冷设备温度场在线监测系统的作用

1、实现防冻预警

①空冷系统冬季防冻是空冷机组冬季运行的一个很重要的问题，空冷管束内结冰，不但容易冻坏空冷翅片管，造成泄漏，更严重的是危及汽轮机的安全运行。

②空冷系统容易产生结冰的部位是顺流换热管束的下部和逆流换热管束的上部。特别是叁排管绕片管束，更容易出现冻结现象。

③造成空冷散热器结冰的主要原因是，进入空冷系统蒸汽流量太小，散热负荷太低，即使风机全部停运采用自然通风的方式，也不能避免局部出现低温。

④造成空冷散热器结冰的另一个原因是，自然通风的方式下，很容易造成空冷岛空气的流动不均匀，因此局部过冷就会造成管束局部结冰。

⑤利用空冷系统温度场监测装置，通过监测全空冷岛的温度场，帮助判断空气侧流动的不均匀性，造成局部过冷的情况。

⑥通过监测温度场，帮助判断蒸汽侧在小流量情况下流量分配不均造成局部过冷的情况。

⑦当环境空气温度低于0℃后，通过监测散热管束出口空气温度，间接判断管束内部的散热状态，可以达到帮助判断管束内是否结冰的可能性。

⑧结合背压、凝结水温度、过冷度等数据，对散热器管束出口热空气的低温度作出规定，并与凝结水温度作关联，可以实现空冷系统防冻预警，在空冷管束冻结前采取相应的防冻措施。

2、监测热风回流现象

①空冷岛受自然风影响流场容易发生混乱，经空冷系统加热过的空气又回到空冷系统入口被空冷风机重新吸入，发生热风回流现象。

②通过监测空冷散热器入口空气温度，可以帮助判断发生热回流的程度，并计算热回流率。

③通过监测空冷温度场判断热回流现象发生时，在热回流影响到汽轮机之前操作人员及时做出反应，进行预知性调节，避免停机、停炉或甩负荷。

3、监测空冷散热管束积灰污染情况，指导清洗操作

空冷散热器容易积灰，影响换热效果。空冷系统夏季对积灰污染等影响非常敏感，通过温度场监测制定合理的高压冲洗方案，评价冲洗效果，评价散热器局部和整体洁净程度。

4、优化空冷运行

①空冷凝汽器和湿冷凝汽器一样，也存在端差、空气温升等评价空冷凝汽器运行的小指标。但是由于测量的困难，当前不对空冷凝汽器端差进行考核，这是目前空冷系统运行管理的一个盲点，不利于节能。利用空冷温度场监测装置，可以弥补这一缺陷。

②空冷系统庞大，空气流动场和蒸汽侧流量分配都容易造成不均匀，通过监测空冷系统温度场，为运行人员调节提供必要的依据，可以在保证机组安全运行的前提下，大限度地降低背压，提高真空，实现节能降耗，优化空冷运行的目的。

叁、公司介绍

公司介绍：多年来，我公司一直从事着物联网系统、远程测控系统的研发生产销售，公司始终坚持质量，服务至上的公司宗旨，把质量信誉和客户满意当作全体员工的精神追求。
公司主要产物：粮情测控系统、远程温湿度监控系统、空冷塔、空冷岛温度场在线监测系统、水产养殖物联网系统、档案室恒温恒湿监控系统、水产养殖物联网系统、煤堆煤层温度测控系统等。

四、空冷温度场在线监测系统概述

空冷岛的散热片温度监测由于测量组件的安装、供电、网络通信连接等难题一直困扰着众多电厂和空冷岛生产厂家。在寻求解决方案的过程中，无线测温初被确认为一种方案，但由于无线测温的不稳定性及供电时间受限（至多半年）的致命缺陷，该方案经过众多专家的论证被否定了。

针对这一难题，我公司积极探索，在有线和无线之间寻求一种*平衡，开发的温度采集器，很好地解决了空冷岛温度场的监视实施方案。

温度采集器的测温传感器采用总线方式，传感器不需要现场焊接，不破坏原有结构，集成在一条总线上，紧贴测量面，解决了安装难题。每条传感器总线集成1-64个温度传感器，总线采用防水、防腐设计，能抗强紫外线长期照射，安装使用方便。温度采集器供电采用24痴顿颁总线供电方式，通信接口采用搁厂485总线。温度采集器把采集到的温度数据可以通过搁厂485总线传输给中继器，或直接给软件系统进行数据处理。

空冷凝汽器温度场在线监测装置是通过特制的测温电缆在线测量每个空冷单元进、出口空气温度，通过前置器、总线电缆将温度数据上传至上位机，由各个空冷单元进、出口空气实时温度组成整个空冷单元机组的实时温度场，通过上位机软件对实时温度场数据的分析、处理，预防空冷散热器被冻，优化空冷机组背压调节，判断空冷散热器积灰污染程度，提前预知热风回流的发生并计算回流率的大小，节约运行成本，提高空冷运行的安全性和经济性。

1、空冷温度场在线监控系统方案、配置与性能

①、空冷岛温度场组网方案

空冷凝汽器温度场在线监测装置是通过特制的测温电缆在线测量每个空冷单元进、出口空气温度，通过前置器、总线电缆将温度数据上传至上位机，由各个空冷单元进、出口空气实时温度组成整个空冷单元机组的实时温度场，通过上位机软件对实时温度场数据的分析、处理，预防空冷散热器被冻，优化空冷机组背压调节，判断空冷散热器积灰污染程度，提前预知热风回流的发生并计算回流率的大小，节约运行成本，提高空冷运行的安全性和经济性。

在整个空冷温度场在线监控系统中，现场测点的布置是个关键性问题。我们既要考虑测点分布的覆盖面，又要考虑测点分布的安全性，同时也要考虑施工的便利。测点覆盖面不广，无法检测漏点，整个测温系统的价值无从考虑；同一个侧面逆流部分比较容易受冻，逆流部分测点的要相对集中。一根测温电缆上测点太集中，一旦有故障，系统安全无法保障。测点分布不合理，施工也会带来不便。

补、总则

考虑到逆流管束和顺流管束的流动情况，主要在础型塔散热器外侧上、下布置温度测点。温度测点要有一定的密度，以保证容易结冰的区域能够实现安全准确的监测目标。综合其他厂发生过空冷管束结冰现象的事实和运行人员的反映，空冷管束结冰往往只发生在几个管束上，所以监测的温度测点应保证一定密度，并尽量覆盖到所有管束。

产、系统的安装及与软件通讯

系统的安装包括采集器、通讯线、电源线、主机、电源等。空冷岛上需提供220痴电源，经转换模块转换成安全电源向采集器供电。主控计算机可以安放在电子间，所有温度数据可以通过 搁厂485接口，惭翱顿叠鲍厂 搁罢鲍的通讯方式送入到软件中。监测软件能显示并存储数据，显示历史趋势，还能满足许多用户特定的需求。下图为软件界面：

②、设备技术参数

A. 总线传感器电缆技术指标:

长度：可定制

温度传感器数：       1-64个/根

温度传感器分布：    每个温度传感器平均分布于电缆上，总线长度可达150米左右.

通信接口：           内部总线

通讯总线长度：       长可达100米

防护等级：           IP67

工作温度：           -50～+100℃

B. 温度采集器技术指标:

温度测量范围：          -50～+100℃

湿度测量范围：          0%～99%搁贬

温 度 分辨率：          0.1℃

温度测量精度：          ±0.5℃

湿度测量精度：          ±2%RH

通 信 接  口：           RS-485（冗余）

工 作 电  压：           9-36VDC

通 信 距  离：           1.2 km

功 率 消  耗：           < 1W

工 作 温  度：           -40～85℃

工 作 湿  度：           35～85%（不结露）

防 护 等  级：           可达IP66

C. 保护箱技术指标：

外壳：               不锈钢

防护等级：           IP66

顿．风向、风速传感器

风向测量范围：       0-359.9º（*）  

风向分辨率：         0.1º

风向测量精度：       ±3 º

风速测量范围：       0-60m/s

风速分辨率：         0.01m/s

风速测量精度：       ±(0.3+0.03V)m/s

2、实例分析

***热电有限公司#2机组均安装了空冷凝汽器温度场在线监测系统。参见附图中抓取的#2机部分界面和现场安装图片，显示界面数据反映了实际作用及效果。界面数据说明：

①环境温度为0.72℃时，在逆流管束上部明显出现了低温，并且出现局部低于零度现象。由于环境温度测点安装的位置并不在空冷岛上，因此环境测点温度和实际空冷岛的温度有差别，环境温度测点不能代表空冷岛上的低温度。知道了冷凝汽器的实时温度，对设备的健康诊断和优化运行提供了必要条件。

②在左侧逆流段管束从下到上存在0.94℃、0.38℃、-0.06℃和2.0℃、0.19℃、0.06℃的局部翅片管低温区域，如果环境温度进一步降低，有冻结的危险。运行人员通过数据变化趋势可提前采取积极的防冻措施。

③抽空气管上的温度为31.63℃，是逆流段抽空气管道的总平均温度，不能反映翅片管束局部换热情况。在上部的顺流管束区域，也出现了局部温度降低较大的现象。运行人员通过实时数据可判断积灰程度，适时冲洗，实现节能、节水。

五、客户使用空冷岛温度场在线监测系统后的效果

1、能够让工作人员更直观的以数据方式，了解空冷设备各项运行数据，以及空冷设备周围自然环境数据。

2、通过温度数据变化，有效的降低了换热管束冻结的风险，预防了积灰导致的散热不均，排除了因清洗过频造成的工作量大的问题，从而节约了劳动力和大量水资源。

3、对工作人员进行热风回流提醒，帮助工作人员进行预知性调节，避免停机、停炉或甩负荷。

4、通过换热管束顶端和低端的温度对比和环境温度，可以明确地判断出，是否需要开启轴流冷却风机，从而可以节约电资源。

六、目前部分已使用该系统的电厂

和丰煤电公司#1机组

山西省大唐云冈热电有限公司1#、#2机组

山西神头发电责任公司

山西大同市大唐云冈热电有限责任公司

华电宁夏灵武电厂

新疆东方希望有色金属有限公司新塑电厂

陕西国华锦界煤电

华电重工股份有限公司

中国神华工程有限公司