【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于汽轮发电机，尤其涉及一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统及方法。
技术介绍
1、汽轮机作为一种蒸汽透平动力装置，对于火力发电具有至关重要的影响。来源于锅炉的高温高压蒸汽在汽轮机级中膨胀做功，最终由发电机将汽轮机中获取的机械能转化为电能，为工业生产和生活用电作保障。实际生产过程中由于大多重型燃机都面临着燃机冷态启动初期时nox排放超标问题，同时为配合主汽门检修工作，汽机须快速冷却至150℃以下，但机组汽机常常表现为热容量大，保温性能良好，停机后自然冷却时间长，根据以往检修经验汽机滑停后缸内温度约为480℃，到缸温冷却至150℃需要15天左右。且只有当高压缸第一级内壁金属温度低于150℃时，方可停止盘车和润滑油系统，进行机组的检修工作。为此，机组常常配有预热和冷却的一体化装置以缩短停机冷却时间。
2、目前，大部分汽轮机所采用的预热和冷却的一体化装置一般能够满足汽轮机快冷停机以及冷态启动过程的压缩空气供气要求。然而，由于常规快冷操作时，压缩空气的温度控制比较繁琐而不便，一般需要人为手动调节，温升或温降对于汽轮机的内外缸体很容易造成金属应力超标等问题。由于预热和冷却介质压缩空气，与原蒸汽介质的热力性质不同，可能会影响机组的寿命，高中压缸的温度下降速率如果未能严格精准控制，往往会诱发潜在的热应力问题。
3、上述问题的产生将大大增加火电机组的经济损失和环境污染的风险。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测
2、为解决上述技术问题，本专利技术的一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统及方法的具体技术方案如下：
3、一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，包括预热和冷却的一体化装置、可编程控制器和dcs系统，所述可编程控制器与预热和冷却的一体化装置电连接，所述dcs系统与可编程控制器电信号连接，所述可编程控制器采用plc软件编程实现冷却和加热两路温度独立自控的方式，实现预热和冷却一体化装置的就地控制，所述dcs系统实现预热和冷却的一体化装置的远程控制，所述预热和冷却的一体化装置在可编程控制器和dcs系统的控制下实现预热和冷却的一体化控制，压缩空气的初始温度，根据机组金属的温度水平及整个过程中的不同阶段，按要求调整换热温差和降温速率。
4、进一步的，汽轮机设计为高中压合缸，高压缸快冷入口位于高压联合主汽阀后输水管道，压缩空气由高压联合主汽阀后输水管道进入高压缸，从高排输水排出，压缩空气从中压联合气阀后输水管道接入顺气流方向流入中压缸，通过中压缸后沿导气管进入低压缸随后进入凝汽器。
5、进一步的，所述高压联合主汽阀后输水管道设计参数为12.606mpa/565℃，主管道材质为p91，快冷接管材质为 p91，管径为60.3*8.74mm。
6、进一步的，所述中压联合气阀后输水管道设计参数为2.66mpa/565℃，管道材质为p91，快冷接管材质为p91，管径为89*4.78mm。
7、进一步的，所述预热和冷却的一体化装置的电加热器热功率选取依照热功率公式p=(60×q×cp×ρ×δt)/860，p：功率，kw；q：流量，m3/min；cp：介质比热，kcal/（kg·℃），这里取0.24；ρ：空气密度，kg/m3，这里取1.29；t：温度，k。
8、进一步的，所述预热和冷却的一体化装置的压缩空气来气管上具有一个套筒单座气动式调节阀，所述套筒单座调节阀配用多弹簧薄膜或气缸执行机构，正常流量时开度不低于40%-60%，所述套筒单座气动式调节阀流量系数标准系列中选择的cvmax满足40%≤cv⁄cvmax≤85%。
9、本专利技术还公开了一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统的控制方法，包括如下步骤：
10、冷却控制：在预热和冷却的一体化装置在机组纯冷态启动时，将加热后的压缩空气充入，对汽轮机进行提前加热至150-200℃左右；
11、加热控制：在机组检修前，充入压缩空气加速汽轮机汽缸冷却速度，并对冷却空气的流道周围金属壁面温度进行实时监测；
12、高中压缸应力分布监测：在高压缸上缸和下缸分别增加6个和3个温度监测点，对于中压缸上缸和下缸，增加2个温度监测点。
13、进一步的，所述冷却控制包括如下具体步骤：
14、通过可编程控制器就地控制或dcs系统远程控制预热和冷却的一体化装置在高压进汽蜗壳和中压第一级金属温度260℃以上投入，80℃切除；冷却速率高压缸第一级金属温度200-300℃时，温降小于6℃/h，热空气与金属温度温差小于80℃。高压缸第一级金属温度150-200℃时，温降小于8℃/h，热空气与金属温度温差小于100℃。预热和冷却的一体化装置采用顺流冷却，加热高压缸后经过高压缸排气进入厂区输水扩容器内，中压缸加热通路不变；
15、冷却状态下，压缩空气需要与汽缸内壁保持设定的温差，由高温阶段的小流量逐渐调至低温阶段的大流量热空气，从480℃冷却至150℃以下，根据温降速率分为以下四个阶段：
16、初始阶段480-400℃：受预热和冷却的一体化装置加热温度和温差限制，在预热和冷却的一体化装置投运前缸内温度需从480℃自然冷却至400℃，本阶段温降速率按经验对数率估算；第一阶段400-300℃：缸内温度自然冷却至400℃时开始投运预热和冷却的一体化装置，温降率小于5℃/h，热空气与金属温差小于50℃，本阶段平均温降速率按5℃/h计算；第二阶段300-200℃：温降率小于6-8℃/h，热空气与金属温差小于80℃，本阶段平均温降速率按7℃/h计算；第三阶段200-80℃：温降率小于8-10℃/h，热空气与金属温差小于100℃，本阶段平均温降速率按9℃/h计算。
17、进一步的，所述加热控制包括如下具体步骤：
18、反向利用预热和冷却的一体化装置加热汽缸投运时，稍开预热和冷却的一体化装置进气电磁阀前管道上的放水阀，稍开压缩空气母管来气隔离门，对管路进行冲洗和暖管，检查管道上的各放水阀排出干净空气后,关各放水阀，根据快冷说明书保证各处阀门处在正确位置，强制开启高压主蒸汽阀门，强制关闭中压联合主汽调阀，在强制通风加热过程中，主机润滑油系统、顶轴油系统及盘车装置、低压缸喷水系统、循环水系统应始终保持正常运行，以上任一系统退出运行，应马上停止强迫冷却，直到恢复正常后进行，在第1次强制通风加热前，快冷系统应吹扫干净，质量合格，暖管工作充分；
19、高压缸第1级金属温度300-400℃时，温降率小于5℃/h，热空气与金属温差小于50℃。高压缸第1级金属温度200-300℃时，温降率小于6-8℃/h，热空气与金属温差小于80℃。高压缸第1级金属温度150-200℃时，温降率小于8-10℃/h，热空气与金属温差小于100℃，快冷装置投运过程中注意上下缸，缸体温差不得大于50℃，整个强制通风加热过程要监视机组的绝对膨胀量、胀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，包括预热和冷却的一体化装置、可编程控制器和DCS系统，所述可编程控制器与预热和冷却的一体化装置电连接，所述DCS系统与可编程控制器电信号连接，所述可编程控制器采用PLC软件编程实现冷却和加热两路温度独立自控的方式，实现预热和冷却一体化装置的就地控制，所述DCS系统实现预热和冷却的一体化装置的远程控制，所述预热和冷却的一体化装置在可编程控制器和DCS系统的控制下实现预热和冷却的一体化控制，压缩空气的初始温度，根据机组金属的温度水平及整个过程中的不同阶段，按要求调整换热温差和降温速率。
2.根据权利要求1所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，汽轮机设计为高中压合缸，高压缸快冷入口位于高压联合主汽阀后输水管道，压缩空气由高压联合主汽阀后输水管道进入高压缸，从高排输水排出，压缩空气从中压联合气阀后输水管道接入顺气流方向流入中压缸，通过中压缸后沿导气管进入低压缸随后进入凝汽器。
3.根据权利要求2所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述高压联合主汽阀后输水管道
4.根据权利要求2所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述中压联合气阀后输水管道设计参数为2.66MPa/565℃，管道材质为P91，快冷接管材质为P91，管径为89*4.78mm。
5.根据权利要求1所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述预热和冷却的一体化装置的电加热器热功率选取依照热功率公式P=(60×Q×Cp×ρ×ΔT)/860，P：功率，kW；Q：流量，m3/min；Cp：介质比热，kcal/（kg·℃），这里取0.24；ρ：空气密度，kg/m3，这里取1.29；T：温度，K。
6.根据权利要求2所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述预热和冷却的一体化装置的压缩空气来气管上具有一个套筒单座气动式调节阀，所述套筒单座调节阀配用多弹簧薄膜或气缸执行机构，正常流量时开度不低于40%-60%，所述套筒单座气动式调节阀流量系数标准系列中选择的CVmax满足40%≤CV⁄CVmax≤85%。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述冷却控制包括如下具体步骤：
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述加热控制包括如下具体步骤：
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述高中压缸应力分布监测包括如下具体步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，包括预热和冷却的一体化装置、可编程控制器和dcs系统，所述可编程控制器与预热和冷却的一体化装置电连接，所述dcs系统与可编程控制器电信号连接，所述可编程控制器采用plc软件编程实现冷却和加热两路温度独立自控的方式，实现预热和冷却一体化装置的就地控制，所述dcs系统实现预热和冷却的一体化装置的远程控制，所述预热和冷却的一体化装置在可编程控制器和dcs系统的控制下实现预热和冷却的一体化控制，压缩空气的初始温度，根据机组金属的温度水平及整个过程中的不同阶段，按要求调整换热温差和降温速率。
2.根据权利要求1所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，汽轮机设计为高中压合缸，高压缸快冷入口位于高压联合主汽阀后输水管道，压缩空气由高压联合主汽阀后输水管道进入高压缸，从高排输水排出，压缩空气从中压联合气阀后输水管道接入顺气流方向流入中压缸，通过中压缸后沿导气管进入低压缸随后进入凝汽器。
3.根据权利要求2所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述高压联合主汽阀后输水管道设计参数为12.606mpa/565℃，主管道材质为p91，快冷接管材质为 p91，管径为60.3*8.74mm。
4.根据权利要求2所述的汽轮机预热和冷却一体化及应力分布监测系统，其特征在于，所述中压联合气阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐仁虎，袁海波，王建伟，何一峰，刘鑫，易志波，刘福庆，周昊，
申请(专利权)人：国能浙江余姚燃气发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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