上海電力安裝第二工程有限公司 郭 亮

1 引言

在火電廠抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于缺乏對(duì)汽輪機(jī)組抽真空運(yùn)行可靠性進(jìn)行有效的研究、計(jì)算以及優(yōu)化，導(dǎo)致汽輪機(jī)組抽真空系統(tǒng)運(yùn)行性能較差，影響整個(gè)火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益。本文以射陽(yáng)港電廠2×100萬(wàn)kW 燃煤發(fā)電機(jī)組擴(kuò)建工程為例，研究了火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 軸封系統(tǒng)的優(yōu)化研究

2.1 軸抽風(fēng)機(jī)對(duì)軸加真空的影響

軸抽風(fēng)機(jī)在加工過(guò)程中對(duì)軸加真空可以產(chǎn)生一定的影響。首先，通過(guò)在軸加工過(guò)程中施加真空，可以有效地減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑和廢渣，避免其對(duì)加工表面的污染和影響。這樣可以提高加工的精度和表面質(zhì)量，減少后續(xù)的清洗工作。軸抽風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲和震動(dòng)，進(jìn)而影響軸封的密封性，從而降低了軸加真空的效率[1]。因此，在軸抽風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造中必須考慮噪聲和震動(dòng)的控制，確保軸封能夠穩(wěn)定運(yùn)行并保持良好的密封性，有效減少軸抽風(fēng)機(jī)的能源消耗，將會(huì)對(duì)整個(gè)抽真空系統(tǒng)的能效提升和節(jié)能降耗方面起到明顯的作用，同時(shí)也能夠減少對(duì)環(huán)境的污染和負(fù)擔(dān)，以國(guó)產(chǎn)300MW 汽輪機(jī)組的軸抽風(fēng)機(jī)為例，其關(guān)系曲線近似直線如圖1所示。

圖1 國(guó)產(chǎn)300MW 機(jī)組軸抽風(fēng)機(jī)與軸加真空關(guān)系

2.2 軸加真空與軸封供汽壓力對(duì)凝汽器真空的影響

軸封供汽壓力是指軸封系統(tǒng)中用于調(diào)節(jié)軸封壓力的供汽壓力。在凝汽器的運(yùn)行過(guò)程中，軸封供汽壓力的大小和穩(wěn)定性會(huì)直接影響軸封的密封性和泄漏情況，從而進(jìn)一步影響凝汽器的真空度。因此，在設(shè)計(jì)軸封系統(tǒng)時(shí)，需要考慮軸封供汽壓力的控制和調(diào)節(jié)問(wèn)題，確保軸封的密封性和穩(wěn)定性。

機(jī)組抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的主要因素有：汽輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量損耗大；由于蒸汽壓力與溫度變化等因素引起的壓降較大，給水流量波動(dòng)范圍比其他類(lèi)型工程要小。軸封供汽壓力在0.03MPa 以下運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)組抽真空系統(tǒng)的壓力波動(dòng)比較大，極容易出現(xiàn)軸封啟蝕及汽包閥瞬間開(kāi)啟失效等問(wèn)題。通過(guò)大量試驗(yàn)可知，只有軸封供汽壓力在0.04MPa 以上時(shí)，對(duì)凝汽器真空的影響較小，見(jiàn)表1。

表1 300MW 汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)對(duì)凝汽器真空的影響

2.3 軸封系統(tǒng)的優(yōu)化

軸封主要作用就是防止泄漏，保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)軸承、密封等部件損壞或者泄漏對(duì)整個(gè)機(jī)組造成影響。以國(guó)產(chǎn)300MW 汽輪機(jī)組為例，軸加的汽側(cè)最大壓力通常為0.09MPa，凝汽器的最低壓力約為0.003MPa，疏水密度約為1000kg/m3，則U 型管兩側(cè)水位高度差約表示:

凝汽器的水位一般在7～9m 左右，可以把U 型管加工成套筒式埋入地下，保證機(jī)組在各種工況下安全可靠運(yùn)行。凝汽器抽真空時(shí)，U 型管正壓水柱進(jìn)入負(fù)壓側(cè)后，仍可有足夠的水位高度，當(dāng)真空被破壞后，使軸加不會(huì)進(jìn)水，如圖2所示。

圖2 軸加U 管水封布置

3 抽真空系統(tǒng)的優(yōu)化研究

3.1 抽真空設(shè)備的改進(jìn)

目前市場(chǎng)上的抽真空設(shè)備類(lèi)型較多，各具優(yōu)缺點(diǎn)。為了提高抽真空系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，需要對(duì)抽真空設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。例如，改善氣密性能，提高抽氣速度，減小噪聲和振動(dòng)等[2]。此外，還可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)備的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面提高設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性。

3.2 真空工藝的優(yōu)化

真空工藝是影響抽真空系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。在真空工藝優(yōu)化中，通常采取的措施包括提高抽氣速度，增加真空管路的密封性，降低系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)壓力等。同時(shí)，在真空工藝中還需要注意減小真空管路中氣體泄漏以及在真空工藝中的溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)的控制。

3.3 抽氣系統(tǒng)與加氣系統(tǒng)的優(yōu)化

抽氣系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括改進(jìn)抽氣泵的類(lèi)型和性能，提高抽氣泵之間的匹配度和協(xié)調(diào)性，增加抽氣泵的安全性等。而加氣系統(tǒng)的優(yōu)化則主要包括優(yōu)化加氣時(shí)間和氣體流量，提高加氣管路的密封性，改進(jìn)氣體凈化和過(guò)濾設(shè)備等。

3.4 抽真空系統(tǒng)智能化的研究

通過(guò)引入智能算法、自動(dòng)控制和傳感器技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抽真空系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和控制，提高抽真空系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。目前真空泵連接系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 真空泵連接系統(tǒng)

4 凝汽器故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 凝汽器故障診斷系統(tǒng)

射陽(yáng)港電廠2×100萬(wàn)kW 燃煤發(fā)電機(jī)組擴(kuò)建工程的凝汽器故障診斷系統(tǒng)核心設(shè)備是凝汽器，其主要作用是將蒸汽凝結(jié)成水，并將其回收利用。然而，在凝汽器的運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因，可能會(huì)出現(xiàn)故障，例如泄漏、結(jié)垢、溫度異常等，嚴(yán)重影響凝汽器的工作效率和安全性。為了及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和解決凝汽器故障，需要設(shè)計(jì)一套有效的凝汽器故障診斷系統(tǒng)，凝汽器故障診斷系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 凝汽器故障診斷系統(tǒng)

綜上所述，本文針對(duì)射陽(yáng)港電廠2×100萬(wàn)kW燃煤發(fā)電機(jī)組擴(kuò)建工程的凝汽器進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不僅能夠大幅提高凝汽器的可靠性和穩(wěn)定性，還能夠減少設(shè)備維護(hù)和更換的成本，從而提高整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。

4.2 故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

故障診斷系統(tǒng)是一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和判斷，提供故障預(yù)警、診斷和解決方案的信息化系統(tǒng)[3]。故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮設(shè)備的特性、監(jiān)測(cè)參數(shù)和故障類(lèi)型等多方面因素，并涉及數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、模型建立和應(yīng)用界面等多個(gè)方面。

故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下四個(gè)方面：

一是系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)備的特性和操作需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，確定各模塊間的接口、協(xié)議和通信方式等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)

二是數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)設(shè)計(jì)：選擇合適的傳感器和監(jiān)測(cè)參數(shù)，以合適的采樣頻率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)；對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，例如去噪、濾波、歸一化等。

三是模型建立和算法應(yīng)用設(shè)計(jì)：基于采集到的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和算法模型，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和判斷，預(yù)測(cè)出現(xiàn)故障的可能性和影響。

四是應(yīng)用界面設(shè)計(jì)：為用戶提供方便的操作界面和故障報(bào)警提示功能，可以通過(guò)PC、Pad 或手機(jī)等終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理。

故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)由多個(gè)技術(shù)模塊組成的信息化系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)需要綜合考慮硬件、軟件、數(shù)據(jù)采集和處理、算法模型和應(yīng)用界面等多個(gè)方面，并通過(guò)不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，為設(shè)備的安全運(yùn)行和生產(chǎn)提供有力支持。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)研究

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指將現(xiàn)實(shí)世界中的信息和數(shù)據(jù)組織成一個(gè)有結(jié)構(gòu)的、可管理的數(shù)據(jù)集合，以方便獲取、存儲(chǔ)、修改和查詢數(shù)據(jù)[4]，是數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的重要組成部分，貫穿于數(shù)據(jù)庫(kù)整個(gè)開(kāi)發(fā)周期。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循以下基本原則：一是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需求。數(shù)據(jù)模型必須與應(yīng)用系統(tǒng)的要求相適應(yīng)，保證使用效果和可靠性。二是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需遵循一定的數(shù)據(jù)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)模型可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的完整性、一致性和穩(wěn)定性。三是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需考慮數(shù)據(jù)的安全性。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)要考慮到數(shù)據(jù)的安全性，采用適當(dāng)?shù)陌踩呗裕_保數(shù)據(jù)不會(huì)被惡意使用或其他危險(xiǎn)性問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

射陽(yáng)港電廠2×100萬(wàn)kW 燃煤發(fā)電機(jī)組擴(kuò)建工程火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要全面、合理地考慮各個(gè)方面的因素。在不斷改進(jìn)和優(yōu)化抽真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、選用高效節(jié)能的設(shè)備以及完善管理運(yùn)維等多方面下功夫，可以提高汽輪機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)和智能監(jiān)測(cè)模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)診斷，從而更好地確保抽真空系統(tǒng)的正常運(yùn)行，促進(jìn)火力發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。