汽輪機(jī)凝汽器增設(shè)液位控制

閆人杰

【摘 要】本論文通過(guò)在原管道上并上一臺(tái)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，增加一臺(tái)液位變送器，并在DCS上增設(shè)一套控制回路，解決了汽輪機(jī)凝汽器有時(shí)出現(xiàn)無(wú)法控制的難題，從而保證汽輪機(jī)安穩(wěn)運(yùn)行，保證蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】凝汽器；液位；DCS；調(diào)節(jié)閥；Honeywell

一、前言

熱電聯(lián)產(chǎn)裝置汽輪發(fā)電機(jī)組的兩臺(tái)汽輪機(jī)采用杭汽的機(jī)組，并且所有的自控系統(tǒng)均由康吉森自動(dòng)化公司配套提供，汽輪機(jī)凝汽器的出口電動(dòng)閥已多次出現(xiàn)液位無(wú)法控制，從而造成凝汽器液位暴漲，如果出口閥打不開(kāi)，一分鐘就會(huì)造成凝汽器水滿，如果水滿將會(huì)造成汽輪機(jī)汽缸帶液，使整臺(tái)汽輪機(jī)報(bào)廢，所以一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，只能緊急停車(chē)，而且汽輪機(jī)滿負(fù)荷地緊急停車(chē)會(huì)造成蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)，威脅整個(gè)管網(wǎng)的生產(chǎn)。

二、概述

凝汽器為單殼體對(duì)分單流程表面式凝汽器，它在低壓缸下部橫向布置。凝汽器殼體置于彈簧支座上，其上部與汽機(jī)排汽缸采用剛性連接。循環(huán)水流經(jīng)凝汽器管束使凝汽器殼體內(nèi)汽機(jī)排汽凝結(jié)，凝 結(jié)水聚集在熱井內(nèi)并由凝結(jié)水泵排走。

排氣離開(kāi)汽輪機(jī)后進(jìn)入凝汽器，凝汽器內(nèi)流入由循環(huán)水泵提供的冷卻工質(zhì)，將汽輪機(jī)乏汽凝結(jié)為水。由于蒸汽凝結(jié)為水時(shí)，體積驟然縮小，從而在原來(lái)被蒸汽充滿的凝汽器封閉空間中形成真空。為保持所形成的真空，抽氣器則不斷的將漏入凝汽器內(nèi)的空氣抽出，以防不凝結(jié)氣體在凝汽器內(nèi)積聚，使凝汽器內(nèi)壓力升高.集中與凝汽器底部的凝結(jié)水，則通過(guò)凝結(jié)水泵送往除氧器方向作為鍋爐給水。

所以，汽輪機(jī)凝汽器設(shè)備的任務(wù)是：

（1）在汽輪機(jī)排汽口建立并維持高度真空

（2）將汽輪機(jī)的排汽凝結(jié)成潔凈的凝結(jié)水作為鍋爐的給水循環(huán)使用要是說(shuō)單純的凝汽器的作用，就是把乏汽凝結(jié)成水

三、原凝汽器的控制方案

在原來(lái)的控制中，液位信號(hào)進(jìn)入汽輪機(jī)TS3000控制系統(tǒng)中，而TS3000調(diào)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能塊即實(shí)現(xiàn)控制，由于所有的電動(dòng)閥都這樣控制，而且標(biāo)準(zhǔn)塊的具體程序不得而知，所以我們只能純粹分析功能塊的幾個(gè)賦予的參數(shù)，而這幾個(gè)參數(shù)都沒(méi)有問(wèn)題，所以在這種情況下，我們只能想別的補(bǔ)救措施。

四、改進(jìn)方案

本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來(lái)就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，合適的控制參數(shù)，可以帶來(lái)滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。因此，當(dāng)一個(gè)單回路系統(tǒng)組成好以后，如何整定好控制器參數(shù)是一個(gè)很重要的實(shí)際問(wèn)題。

一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度δ的大小不僅會(huì)影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)余差，而且只要參數(shù)δ，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無(wú)余差存在，又能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如下圖中的曲線①、②、③所示。

我們?cè)谠に嚬芫€上并入一套氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并由DCS來(lái)控制，這樣一旦出現(xiàn)原電動(dòng)閥無(wú)法控制的情況，既可由DCS來(lái)控制啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而控制好液位，確保了凝汽器液位的正常。

在控制方式采用閉環(huán)負(fù)反饋控制方式，在水位增加時(shí)關(guān)小控制閥，在水位下降時(shí)開(kāi)大控制閥，在DCS內(nèi)做一PID自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，設(shè)置好PID的參數(shù)，將水位投上自動(dòng)即可完成凝汽器液位的自動(dòng)控制。

五、PID在自動(dòng)化控制的原理簡(jiǎn)述

PID控制的基本組成：PID控制由反饋系統(tǒng)偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）的線性組合而成，這3種基本控制規(guī)律各具特點(diǎn)。

P比例控制：比例控制器在控制輸入信號(hào)e（t）變化時(shí)，只改變信號(hào)的幅值而不改變信號(hào)的相位，采用比例控制可以提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。該控制為主要控制部分。

D微分控制：微分控制器對(duì)輸入信號(hào)取微分或差分，微分反映的是系統(tǒng)的變化率，因此微分控制是一種超前預(yù)測(cè)性調(diào)節(jié)，可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的變化，增大系統(tǒng)的阻尼，提高相角裕度起到改善系統(tǒng)性能的作用。但是，微分對(duì)干擾也有很大的放大作用，過(guò)大的微分會(huì)使系統(tǒng)震蕩加劇。

I積分控制：積分是一種累加作用，它記錄了系統(tǒng)變化的歷史，因此，積分控制反映的是控制中歷史對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的作用。積分控制往系統(tǒng)中加入了零極點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的型別（控制系統(tǒng)型別即為開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)的重?cái)?shù)，它表爭(zhēng)了系統(tǒng)跟隨輸入信號(hào)的能力），消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，但會(huì)使系統(tǒng)的震蕩加劇，超調(diào)增大，動(dòng)態(tài)性能降低，故一般不單獨(dú)使用，而是與PD控制相結(jié)合。

PID的復(fù)合控制：綜合以上幾種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)同時(shí)獲得很好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

一個(gè)好的控制系統(tǒng)應(yīng)該有盡可能小的超調(diào)和盡可能短的調(diào)節(jié)時(shí)間，且超調(diào)量與調(diào)節(jié)時(shí)間在很多情況下是矛盾的：小的超調(diào)量要求系統(tǒng)有大的阻尼系數(shù)，而阻尼系數(shù)過(guò)大又會(huì)使響應(yīng)速度下降。不同的系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)指標(biāo)的要求有所不同。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)目刂品椒梢允惯@兩個(gè)指標(biāo)達(dá)到平衡，使系統(tǒng)的整體性能達(dá)到最優(yōu)。在PID控制中，加入微分項(xiàng)就是為了增大系統(tǒng)的阻尼，同時(shí)由于微分控制是一種超前控制，因此，會(huì)加快響應(yīng)速度。

六、在EPKS系統(tǒng)中PID控制的應(yīng)用

本次用于回路組態(tài)的主要功能模塊為PIDA，在控制閥門(mén)時(shí)擁有更大強(qiáng)大的PID調(diào)節(jié)作用，其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路的自動(dòng)化控制，PIDA模塊可以對(duì)比過(guò)程變量反饋（PVF）和期望過(guò)程設(shè)置（desiredprocesssetpoint）并以誤差為準(zhǔn)進(jìn)行控制變量輸出更新，更好地完成串級(jí)控制。

模塊利用PID閉路增益及貯存在40個(gè)16位數(shù)字組中的其他參數(shù)在所希望的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行PID運(yùn)算，全部參數(shù)均為16位整數(shù)字，其具有16位模擬過(guò)程。增減控制精度，縮減控制時(shí)間。

七、結(jié)束語(yǔ)

改造后再出現(xiàn)原電動(dòng)閥無(wú)法控制的情況下，都能比較平穩(wěn)地切換至DCS來(lái)控制凝汽器液位，從而保證了汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，保證了熱電蒸汽管網(wǎng)的穩(wěn)定，保證了熱電裝置的效益。

【參考文獻(xiàn)】

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