汽輪機(jī)的故障診斷分析和熱電分析

王庭偉 李捧舉

摘 要：汽輪機(jī)狀況及其輔助設(shè)備的監(jiān)測(cè)和故障的診斷越來(lái)越受到重視因此，汽輪機(jī)流量通道的故障診斷受到了更多的關(guān)注， 以熱力學(xué)為導(dǎo)向的方法來(lái)確定完全滿(mǎn)足工藝熱、電需求的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。使用擴(kuò)展的大復(fù)合曲線(xiàn)進(jìn)行夾持分析，使人們能夠合理選擇實(shí)用工具。采用丙烯酸法對(duì)提出的工藝進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：故障診斷；熱電；汽輪機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.048

1 汽輪機(jī)故障研究

汽輪機(jī)最常見(jiàn)的故障是水流通道的故障，如沉積、水流通道的侵蝕和內(nèi)部蒸汽泄漏。故障診斷主要是通過(guò)分析系統(tǒng)模型進(jìn)行的，在沒(méi)有任何故障的情況下代表正常的系統(tǒng)行為。這些故障直接影響汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。汽輪機(jī)的操作人員試圖通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析這些故障的熱參數(shù)來(lái)盡早診斷這些故障，使他們能夠及時(shí)采取措施防止故障升級(jí)為事故。因此，對(duì)汽輪機(jī)狀況及其輔助設(shè)備的監(jiān)測(cè)和故障的診斷越來(lái)越受到重視因此，汽輪機(jī)流量通道的故障診斷受到了更多的關(guān)注。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，使用機(jī)械故障診斷系統(tǒng)將分別減少大約20%和30%的生產(chǎn)和維護(hù)成本，而設(shè)備事故將減少75%，汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)部效率是評(píng)價(jià)其流動(dòng)通道運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)。在堵塞或磨損的情況下，溫度、壓力、質(zhì)量流量和其他熱參數(shù)的變化可能導(dǎo)致汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)部效率下降。

此外，在正常的流量通過(guò)條件下，再生系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)部效率有一定的影響。內(nèi)部效率較低的可能原因包括：流動(dòng)通道中的腐蝕或沉積、蓄熱式加熱器終端差的增加以及蒸汽抽壓的損失。這些因素都使得很難確定汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)部效率的正常值。因此，在評(píng)價(jià)汽輪機(jī)流量通道運(yùn)行狀況時(shí)，采用了級(jí)組相對(duì)內(nèi)部效率，現(xiàn)有的許多科學(xué)文獻(xiàn)都沒(méi)有考慮到最后階段組的斷層診斷。在實(shí)際操作中，在最后一級(jí)組的流程中可能出現(xiàn)故障。其中一個(gè)因素是排氣壓力和質(zhì)量流量的變化可能導(dǎo)致速度損失的變化。另一個(gè)原因可能是前端的再生加熱器的數(shù)量。這是因?yàn)榧訜崞鹘K端的差異會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量流量的變化。此外，再熱蒸汽溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)槿肟诘臐穸群妥詈箅A段組的失水量是再熱蒸汽溫度的函數(shù)。

以200 mw汽輪機(jī)冷凝再熱為例，共有八個(gè)蒸汽抽出點(diǎn)，其中一個(gè)點(diǎn)通向除氧器。其原理熱力學(xué)系統(tǒng)。最后階段組的相對(duì)內(nèi)部效率是十個(gè)未知變量的函數(shù)，可以表示為：

hrim ? f?g；pc；q1；q2；q3；q4；q5；q6；q7；tr?

其中g(shù)是實(shí)際質(zhì)量流量與額定質(zhì)量流量之比，PC是排氣壓力，Q是加熱器末端差，下標(biāo)1、2、3、4、5、6、7，是高壓加熱器和低壓加熱器的序號(hào)，TR是再熱蒸汽溫度。

eq中概述的變量與最后階段組的相對(duì)內(nèi)部效率有強(qiáng)的非線(xiàn)性關(guān)系。傳統(tǒng)的多元線(xiàn)性回歸方法不能準(zhǔn)確擬合非線(xiàn)性關(guān)系。然而，具有直接連接權(quán)重的合成bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在適應(yīng)非線(xiàn)性關(guān)系方面有優(yōu)勢(shì)。

由許多相互連接的節(jié)點(diǎn)組成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種計(jì)算模型。每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)特定的輸出函數(shù)，這個(gè)函數(shù)被稱(chēng)為激活函數(shù)。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接是一個(gè)權(quán)重，相當(dāng)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)存。結(jié)果表明，一些不能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)或難以間接計(jì)算的操作參數(shù)能夠適應(yīng)某種非線(xiàn)性函數(shù)的直接監(jiān)測(cè)或直接連接權(quán)重，具有適應(yīng)非線(xiàn)性關(guān)系的優(yōu)勢(shì)。

汽輪機(jī)整體設(shè)計(jì)不良狀態(tài)計(jì)算包括tv（節(jié)流閥）和gv（調(diào)節(jié)閥）泄漏、軸蓋泄漏、流量通道和再生系統(tǒng)的流量計(jì)算。根據(jù)泄漏流量計(jì)算，計(jì)算了軸蓋的泄漏流量。給出了流量通道的流量計(jì)算方法。利用熱平衡法計(jì)算再生系統(tǒng)的萃取流量流量通道的非設(shè)計(jì)工況計(jì)算是汽輪機(jī)整體設(shè)計(jì)工況計(jì)算的核心?？紤]到流動(dòng)通道的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)，可以進(jìn)行。這樣，在不同的操作參數(shù)下，可以得到最后階段群的相對(duì)內(nèi)部效率。介紹了變負(fù)荷汽輪機(jī)的常壓運(yùn)行方式。操作參數(shù)是十個(gè)變量。通過(guò)汽輪機(jī)整體設(shè)計(jì)不良狀態(tài)的計(jì)算，而不是熱試驗(yàn)，可以在不同的運(yùn)行參數(shù)下獲得樣品。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

熱電聯(lián)產(chǎn)是用燃料聯(lián)合生產(chǎn)電能和熱能，與單獨(dú)生產(chǎn)電能和熱能的系統(tǒng)相比，可以節(jié)省大量能源。研究了將熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與化學(xué)過(guò)程相結(jié)合的可能性。汽輪機(jī)與高溫流程流直接結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的改進(jìn)。使用熱反應(yīng)堆流代替燃料來(lái)產(chǎn)生電力和蒸汽，以滿(mǎn)足進(jìn)一步的熱需求。

以熱力學(xué)為導(dǎo)向的方法來(lái)確定完全滿(mǎn)足工藝熱、電需求的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。使用擴(kuò)展的大復(fù)合曲線(xiàn)進(jìn)行夾持分析，使人們能夠合理選擇實(shí)用工具。采用丙烯酸法對(duì)提出的工藝進(jìn)行了說(shuō)明?；诨厥諘r(shí)間和凈現(xiàn)值的經(jīng)濟(jì)吸引力表明，以汽輪機(jī)為基礎(chǔ)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)將產(chǎn)生不到3個(gè)月的回報(bào)期，表明對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)的投資可能會(huì)對(duì)該廠產(chǎn)生興趣。

由于企業(yè)在能源消費(fèi)方面的成本很高，因此必須尋求替代能源系統(tǒng)，以節(jié)約能源和降低成本。合理利用能源和減少?gòu)U物可以通過(guò)同時(shí)產(chǎn)生電和熱的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)工藝相比，這種工藝可以節(jié)省25%到30%的能源。發(fā)表了幾篇關(guān)于熱電結(jié)合系統(tǒng)的論文。確定能提供最佳效率和成本效益的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

Rossiter介紹了該工藝的熱要求。在過(guò)程集成的背景下，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多非常強(qiáng)大的配置文件匹配程序來(lái)分析熱和電力系統(tǒng)。他們使用捏度分析的基本原理和“大復(fù)合曲線(xiàn)和“熱復(fù)合曲線(xiàn)”，后者是專(zhuān)門(mén)為分析氣體燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的。

3 結(jié)論

汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)部效率是評(píng)價(jià)其流動(dòng)通道運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)。在堵塞或磨損的情況下，溫度、壓力、質(zhì)量流量和其他熱參數(shù)的變化可能導(dǎo)致汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)部效率下降。將一個(gè)能量集成過(guò)程升級(jí)為符合其功率和熱量要求的過(guò)程反應(yīng)焓流量的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。通過(guò)仿真和能量積分的方法，確定了反應(yīng)放熱在滿(mǎn)足熱功率要求方面最有效的集成條件。以丙烯酸工藝為例，說(shuō)明了汽輪機(jī)工藝一體化的可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曦，趙旭，劉振亞等.基于核 Fisher 子空間特征提取的汽輪發(fā)電機(jī)組過(guò)程監(jiān)控與故障診斷[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（20）：1-6.