凝汽机换热性能的计算方式及其应用与流程
导航：X技术最新专利计算;推算;计数设备的制造及其应用技术
1.本发明属于凝汽机清洗技术领域，具体涉及一种凝汽机换热性能的计算方式及在凝汽机在线清洗系统中的应用。
2.循环水系统有大量海虹等浮游生物和藻类，凝汽器杂物堵塞和泥垢沉积问题依然存在。凝汽器内部结垢前一般有18
52小时的诱导期，即在诱导期内管内泥垢呈颗粒分散状态，经过一定的诱导时间后才能形成附着力强的硬垢或粘垢。凝汽器结垢速度与循环水流速、温度和浓度有直接关系，温度越高，诱导期越短。在凝汽器诱导期内定期提高流速进行清理洗涤，使诱导期长久保持下去，可保持凝汽器清洁和高效运行。
3.当凝汽器被污染到某些特定的程度，就有必要进行清洗，以除去换热面上的污垢，恢复传热性能。研究发高效的清洗装置和运行操控方法，使凝汽器的传热效率达到最佳，是换热工作人员的研究重点之一。
4.通过plc控制管理系统实现清洗机器人的连续或逐排定点清洗。清洗中心可提供高压水、化学洗涤剂等多种介质，经机器人喷嘴喷出后在换热管口形成若干喷射器，迅速加大管内流速和紊流，冲走管口和管内泥垢，实现在线.在线清洗技术是基于大型凝汽器模拟试验的基础上研制而成的，其利用凝汽器诱导期原理，采用大流量、高扬程水泵向内部清洗机构供水，经过喷嘴排喷出后产生的高压脉冲水，与换热管口水混合形成喷射泵，使管内流速瞬间达到5米/秒以上，冲走换热管口堵塞物和内壁的泥垢，实现运行中对换热管内壁的清洗。清洗周期根据运行负荷和季节调整。此外，该系统还可扩展为在线化学清洗功能，对凝汽器采用冲击式杀菌灭藻方式，有效地解决因致密硬垢造成清洗困难问题，有效地提高凝汽器效率。
6.但是传统在线清洗技术在实际运行中，没有以凝汽器污垢增长机理分析为基础，盲目地对凝汽器进行定时清洗。清洗过程中由于清洗对凝汽器流场的破坏影响凝汽传热、清理洗涤设施运行费用等原因，也会产生经济损失。
7.目前国内电站应用比较成熟的清洗技术，一定程度上提高了凝汽器换热效率。但冲洗周期、冲洗时间长短皆有人主观操作，冲洗时间短、周期过长经济性下降；冲洗时间长、周期频繁对设备损伤大、耗电量大，远远没有发挥在线冲洗设备性能。
8.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种凝汽机总体传热系数的计算方法，能够有效计算得到凝汽机的换热性能，可以作为凝汽机的清洗方面的理论基础。
11.计算对数平均温差以及凝汽机的试验热负荷，根据对数平均温差和试验热负荷计
算凝汽机的试验总体传热系数，之后对凝汽机的试验总体传热系数进行修成，得到修正后的总体传热系数。
12.在本发明的一些实施例中，凝汽机换热性能的计算方法具体包括如下步骤：
为凝汽器压力下的饱和蒸汽温度；t1为冷却水进口温度；t2为冷却水出口温度；δt为冷却水温升；δt为凝汽器传热端差；lmtd为对数平均温差。
k)；a为凝汽器的面积，m2；lmtd为对数平均温差，由公式(1)计算得到；q为凝汽器热负荷，由公式(2)计算得到。
为凝汽器清洁系数；c1为系数，根据冷却管外径得到；v为冷却管管内平均流速，m/s。
根据上述的美国传热学会(hei)标准，试验测定的冷却水流量、冷却水进口温度对试验总体传热系数k
通过上述公式(1)～(7)进行计算求解即可得到凝汽器的传热性能。而公式(2)中循环冷却水流量受制于现场条件，很难直接测量。尤其是对于大机组而言，循环水管道较
粗，且直管段掩埋地下，凝汽器入口位置阀门、弯头较多不满足测量条件，循环水泵入口同样阀门、弯头较多难以满足测量要求。
针对凝汽器循环水流量测量现场有一定的困难，超声波流量计便于携带，但对测量直管段等条件有明确要求，管道表面防腐油漆和管道内壁污垢均对测量带来误差，其标定与维修过程复杂昂贵。本发明基于热平衡方法，采用在线数据，结合机组整体热力性能试验和制造厂提供的修正曲线，计算机组实际运行热耗率，反算凝汽器热负荷，进而计算得到凝汽器循环水流量。
机组进行汽轮机热力试验时，对热力系统进行了隔离，通过参数修正得到机组热耗率。以发电机输出端功率计算的试验热耗率计算公式如下：
过热减温水流量、焓值，若过热减温水从末级高加后引出，则令gsh＝0；grh、hrh
2004试验规程的要求，参照制造厂提供的热力特性书修正曲线，将热耗率从试验运行参数修正至设计条件下热耗率，参数主要有主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器压降和低压缸排汽压力、给水温度，具体公式如下：
式中，hrc为设计条件下的热耗率，f1～f6分别代表主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器压降、低压缸排汽压力、给水温度对热耗的修正系数。hrc从机组整体热力试验中读取，f1、f2、f3、f4、f5、f6为结合制造厂提供的修正曲线进行逆向修正得到。
以整机开口热力系统分析，机组进行热力性能试验时计算得到的修正后热耗率在一定时期内基本不变，故认为hrc是定值，实际运行热耗率hr通过如下公式计算：
通过上述公式得到试验热负荷，即为凝汽器热负荷，有了热负荷根据温升就可以反算循环水流量，进而计算凝汽器的换热性能。
数据采集和存储模块：其用于收集和存储凝汽机的循环水进出口压力、温度数据的实时数据；
分析控制模块：所述分析控制模块中预设有洁净的凝汽机的性能指标应达值，所述分析控制模块用于接收所述实时数据并计算凝汽机的性能指标的当前值，所述分析控制模块用于比较所述当前值和应达值并输出比较结果；
所述凝汽机的性能指标为凝汽机的总传热系数或总污垢热阻，其通过上述的凝汽机换热性能的计算方法进行计算得到。
根据本发明的一些优选实施方面，所述比较结果中，若当前值大于或等于应达值的1.05倍，则所述清洗模块动作。
通过凝汽机设计几何参数、材质等计算凝汽机性能指标的应达值，分析控制模块中预设该应达值；结合数据采集和储存模块收集的实时数据计算得到凝汽机传热性能指标的当前值；并得到当前值和应达值的比较结果即当前值和应达值之间的偏差。性能指标的计算上述计算方法实施。
本实施例中设置当前值和应达值之间的偏差临界值为5％。当前值大于或等于应达值的1.05倍，则清洗模块动作。即满足k1≤0.95k或rf1≥1.05rf，则清洗模块动作；若不满足，则清洗模块不动作。
根据本发明的一些优选实施方面，所述清洗模块包括冲洗机构、供水机构、计算机控制机构，所述计算机控制机构用于根据所述比较结果控制所述冲洗机构和供水机构动作，所述供水机构用于提供水源，所述冲洗机构用于将所述水源形成高压并输入所需清洗的凝汽机中进行冲洗。
根据本发明的一些优选实施方面，所述清洗系统还包括再鉴定模块：所述再鉴定模块用于接收所述数据采集和存储模块传送的清洗之后凝汽机的实时数据并计算凝汽机的性能指标的清洗值，且比较所述清洗值和应达值并输出再鉴定结果，并将再鉴定结果传送至所述存储模块以及清洗模块，所述清洗模块根据所述再鉴定结果进行动作，所述存储模块用于存储所述再鉴定结果以及对应的冲洗周期和冲洗时间。
根据本发明的一些优选实施方面，所述再鉴定结果中，若清洗值小于应达值的1.05倍，则清洗模块不动作；若清洗值大于或等于应达值的1.05倍，则清洗模块动作。
根据本发明的一些优选实施方面，所述清洗系统还包括大数据寻优模块：所述大数据寻优模块用于调取多次的冲洗周期和冲洗时间以及对应的再鉴定结果并进行分析，得出最佳冲洗周期。
根据本发明的一些优选实施方面，所述大数据寻优模块的分析中，若再鉴定结果中清洗值小于或等于应达值的0.95倍，则需要延长冲洗周期和/或减少冲洗时间；若再鉴定结果中清洗值大于或等于应达值的1.05倍，则需要缩短冲洗周期和/或增加冲洗时间。
由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的凝汽机换热性能的计算方法，能够有效计算得到凝汽机的换热性能，将其作为理论基础应用在凝汽机的清洗方面，能够有效避免人为主观因素对换热器造成的影响。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为凝汽器压力下的饱和蒸汽温度；t1为冷却水进口温度；t2为冷却水出口温度；δt为冷却水温升；δt为凝汽器传热端差；lmtd为对数平均温差。
k)；a为凝汽器的面积，m2；lmtd为对数平均温差，由公式(1)计算得到；q为凝汽器热负荷，由公式(2)计算得到。
为凝汽器清洁系数；c1为系数，根据冷却管外径得到；v为冷却管管内平均流速，m/s。
根据上述的美国传热学会(hei)标准，试验测定的冷却水流量、冷却水进口温度对试验总体传热系数k
通过上述公式(1)～(7)进行计算求解即可得到凝汽器的传热性能。而公式(2)中循环冷却水流量受制于现场条件，很难直接测量。尤其是对于大机组而言，循环水管道较粗，且直管段掩埋地下，凝汽器入口位置阀门、弯头较多不满足测量条件，循环水泵入口同样阀门、弯头较多难以满足测量要求。
针对凝汽器循环水流量测量现场有一定的困难，超声波流量计便于携带，但对测量直管段等条件有明确要求，管道表面防腐油漆和管道内壁污垢均对测量带来误差，其标定与维修过程复杂昂贵。本发明基于热平衡方法，采用在线数据，结合机组整体热力性能试验和制造厂提供的修正曲线，计算机组实际运行热耗率，反算凝汽器热负荷，进而计算得到凝汽器循环水流量。
机组进行汽轮机热力试验时，对热力系统进行了隔离，通过参数修正得到机组热耗率。以发电机输出端功率计算的试验热耗率计算公式如下：
过热减温水流量、焓值，若过热减温水从末级高加后引出，则令gsh＝0；grh、hrh
2004试验规程的要求，参照制造厂提供的热力特性书修正曲线，将热耗率从试验运行参数修正至设计条件下热耗率，参数主要有主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、再热器压降和低压缸排汽压力、给水温度，具体公式如下：
式中，hrc为设计条件下的热耗率，f1～f6分别代表主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热
蒸汽温度、再热器压降、低压缸排汽压力、给水温度对热耗的修正系数。hrc从机组整体热力试验中读取，f1、f2、f3、f4、f5、f6为结合制造厂提供的修正曲线进行逆向修正得到。
以整机开口热力系统分析，机组进行热力性能试验时计算得到的修正后热耗率在一定时期内基本不变，故认为hrc是定值，实际运行热耗率hr通过如下公式计算：
如上的性能计算方法已经得到实例验证。详细数据如表1所示：某1000mw机组采用本发明进行了凝汽器在线冲洗改造。基于热平衡法计算的凝汽器热力性能和常规方法计算得到的凝汽器修正压力最大误差在3.17％，满足运行监督要求。大修后运行一段时间后，在三个负荷工况性，又进行了在线计算，得到凝汽器性能参数如表一，对凝汽器性能下降趋势进行了预测。运用本发明后在1000mw、800mw、600mw三个负荷下均进行了验证，在线计算方法总体传热系数，传热端差均与常规凝汽器性能试验相符合。
实施例2凝汽器在线所述，本实施例中的凝汽机清洗系统包括数据采集和储存模块、分析控制模块、清洗模块、再鉴定模块、大数据寻优模块，整体现场布置见图5。图1
5中，k1为实际传热系数，rf1为实际污垢热阻；k为设计传热系数，rf为设计污垢热阻。k1、rf1为根据实施例1中的步骤，采用实际测量参数计算得到；k、rf为根据实施例1中的步骤，采用设计参数计算得到。本实施例的凝汽机清洗系统就是根据分别比较k1、rf1与k、rf之间的关系来执行是否需要清洗。
1)数据采集储存、处理模块：计算机控制系统将数据汇集处理计算中心，通过传感器将循环水进出口压力、温度数据实时采集汇总，结合机组在线)进行换热性能计算。
2)分析控制模块：通过凝汽器设计几何参数、材质等根据步骤(1)～(13)计算凝汽器性能指标应达值；结合实时在线)计算得到凝汽器传热性能当前值；根据当前值和目标值偏差(设置为5％边界条件)，结合冲洗成本、换热性能下降影响经济性能给出最佳冲洗时间(5％欠冲洗；5％过度冲洗)，避免过度清洗和清洗欠缺影响换热器性能，分析流程图见图2。
3)凝汽器冲洗模块：冲洗过程无需揭开凝汽器人孔门，仅需对运行设备进行隔离。
4)执行机构：冲洗机构、供水机构、计算机控制系统和辅助系统组成。原理是通过计算机控制信号驱动供水机构通过冲洗机构提供高压水，在凝汽器换热器管口形成高速喷射水流，加快换热器内流速和扰动，冲走换热片口堵塞物和内壁的泥垢。该技术结合凝汽器现场布置进行安装，不需对凝汽器进行改变，不占用太多空间，既可将高压水清洗技术应用到凝汽器运行中。当控制模块显示凝汽器性能下降时，即可冲洗，此时进口压力变送器可以监视所需高压水的压力。(为了冲洗效果更好，可以结合冷却介质情况，进行化学冲洗，冲洗
5)再鉴定模块：凝汽器冲洗结束后，智能控制模块自动计算凝汽器换热性能，对设备性能进行再鉴定，判断此时凝汽器换热性能是否达到最佳值(传热性能与设计值偏差在5％，5％欠冲洗；5％过度冲洗)，数据库记录冲洗周期和冲洗时间。
6)大数据寻优模块：结合历次冲洗时间，冲洗压力、温度，冲洗前后凝汽器性能，不断优化(传热性能与设计值偏差在5％，5％欠冲洗增加冲洗频率和时长；5％过度冲洗减少冲洗频率和时长；)冲洗时间、周期，以最小的消耗电量和对设备的磨损提高最大的经济效益。
污垢随运行时间而不断增长，使换热器的传热能力逐渐下降，这就要求周期地切换凝汽器进行停运和清洗。清洗周期过长必然使运行费用增加，但频繁地清洗也是不经济的。因此，就出现了最佳清洗周期问题(传热性能与设计值偏差经常5％运行，传热性能恶化；经常在5％运行，冲洗成本高也影响换热器寿命)。表示清洗周期的方法有两种：一是以总生产率最大作为目标函数求得的最佳清洗周期,称为最大产量周期；二是以单位质量产品的费用最小作为目标函数求得的最佳清洗周期,称为最小成本周期。不同季节，不同负荷，同一清洗设备取得同样清洗效果所要花费的清洗时间是不一样的，结合冲洗成本，以经济性能最佳伟目标函数，确定最佳清洗周期。
本发明结合大量的工程实践和理论基础，进行研究分析总结，以总体换热器系数、总体污垢系数作为评价凝汽器综合换热性能，并以这两个特征参数进行实时监督、评价、操作运行。本发明的一种高效环保经济(efficient environmentaleconomy)凝汽器智能在线清洗装置，针对凝汽器在线清洗机器人运行特点，在污垢增长机理模型基础上，建立了确定凝汽器最优清洗周期的优化模型，确定凝汽器在线清洗最优周期，达到清洗的经济最大化，避免过度冲洗和欠冲洗至关重要。该装置包含计算机数据采集、判断、冲洗、再鉴定、历史大数据寻优模块，选择最佳冲洗周期、冲洗时间，保证凝汽器时时在最佳状态运行。同时还有真空查漏，冲氮保养等延伸功能。尤其是在停机状态可进行高压清洗、加药化学清洗和通风干燥保养，减少临时系统布设和费用，节约检修费用。
本发明的在线凝汽器智能清洗装置，较以往冲洗模式，性能下降前预防性冲洗，保证设备在高效区工作，同时减少设备的磨损。本智能在线清洗装置将凝汽器污垢预防在附着过程之前，即致垢条件阈值(能够明确区分污垢形成的临界值，称为致垢阈值)前进行冲洗。本发明在线实时监测凝汽器性能，生命周期不需要拆卸，节约大量人力、物力等维修成本，选择最佳冲洗周期、冲洗时间保证凝汽器时时在最佳状态运行。
在具体的结构上，本发明的凝汽器在线清洗装置主要由传动机构、清洗机构、导向机构、供水机构、计算机控制机构和辅助系统组成。原理是通过控制信号驱动凝汽器水室内部传动机构和清洗机构沿定向机构水平行走，供水机构通过供水软管向清洗机构提供高压水，经喷嘴排喷出后在换热管内形成较高压力的脉冲水流，使管内瞬间达到5米/秒以上流速和紊流层，冲走换热管堵塞物和泥垢，保持凝汽器内部长期清洁。在线冲洗机器人装置安装在凝汽器水室内部，不需对凝汽器水室和循环水系统作大的改变，供水机构、控制机构、感应机构和辅助系统安装在凝汽器外部附近。凝汽器在线冲洗中不影响机组正常运行，可与胶球系统相辅相成，弥补胶球系统不足。
通过plc控制信号驱动数字伺服电机，带动凝汽器水室内部传动机构和清洗机构
水平(或上下)逐列(行)移动，实现逐排定点或连续冲洗。导向机构确保清洗机构行走平稳可控，供水机构通过机械臂提升循环水压力，较高压力的水经喷嘴排喷入换热管，提高管内流速和紊流，冲走换热管口堵塞物和内壁的泥垢，运行中定期进行在线冲洗，可保持凝汽器内部长期清洁高效。
1)结合大量数据进行寻优运行(传热性能与设计值偏差在5％，5％欠冲洗增加冲洗频率和时长；5％过度冲洗减少冲洗频率和时长；偏差值根据不同机组运行条件进行设置)，凝汽器性能时刻保持最佳状态运行。采用实时在线，再加上智能模块，变不可控的在线清洗为可控的在线清洗方式，杜绝了过度清洗、清洗欠缺现象。
2)寿命周期内清洗效果好。采用智能化控制技术，结合智能模块性能监测，充分利用凝汽器性能下降拐点，在致垢阈值之前(传热系数≤0.96或污垢热阻≥1.04(传热性能与设计值偏差，偏差值根据不同机组运行条件进行设置))，控制系统发出指令给执行机构，及时清除泥垢，保持凝汽器长期清洁。
3)日常运行维护成本低。采用循环水作为冲洗水源，不存在凝汽器更换密封垫片、大量人工等消耗，清洗耗电少，设备正常运行可靠，维护量少。
4)运行操作简单。采用计算机控制，结合智能模块、判断模块，再鉴定模块，大数据寻优模块，性能开始下降时，冲洗系统自动启动，自动运行/停止，数据记录与保护功能齐全，并自动寻优(传热性能与设计值偏差，偏差值根据不同机组运行条件寻优，进行设置)，无需运行人员进行繁琐的切换操作。
5)较强的延展性功能。可根据用户需要和凝汽器有硬垢的特殊情况，实现机组停运后化学加药清洗或通风干燥保养等功能。适合各种凝汽器、管式冷却器的在线清洗。如电站各种冷油器、闭冷器、氢气冷却器等冷端设备；适合化工领域各种管式、凝汽器清洗，维持换热设备一定的清理洗涤效果，清除料液残留，防止微生物和杂质污染。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.计算机视觉 2.无线.计算机仿线.网络安全；物联网安全 、大数据安全 2.安全态势感知、舆情分析和控制 3.区块链及应用
