一种热网首站安全监控系统的制作方法

本发明涉及一种热网首站安全监控系统。

背景技术：

目前，火力发电厂纯凝机组改供热工程进行的如火如荼，采用的技术路线多为汽轮机本体改造、主机系统热再、冷再、中排抽汽等，在电厂内新建一座热网首站。主要工艺设备包括热网加热器、热网循环泵、热网疏水泵、除氧器、小汽轮机等。首站内配置一套监控系统控制系统，在供热首站控制室内设置一套操作员站和工程师站，在供热首站内通过监控系统操作员站可实现设备的集中监测和控制，通过工程师站实现对系统的调试。在供热机组主厂房集控室机组侧各设置一套操作员站，供热首站无人值守或少人值守时，可通过监控系统操作员站完成设备的远方集中监测和控制。

目前首站控制系统存在问题：

1.1主机抽汽参数未纳入监测范围，火电机组为保证主机控制系统高度的可靠性，辅机包括供热系统通常不允许监控主机参数。如单元机组抽汽温度、压力、流量、调节阀前压力、开度状态等未纳入首站控制系统，首站操作人员无法获取主机参数，导致供热控制与主机状态控制脱节，比如锅炉参数能否满足供热抽汽的要求、供热系统启动时，首站设备状态是否已经准备就绪，热网加热器开启台数、主机抽汽压力、温度、阀门开度对首站内设备的冲击影响等。

1.2热网首站内设备监控不完善，经常导致设备损坏，如热网加热器进汽流速高、温升快，引起内部换热管渗漏、破裂；热网循泵低负荷空转导致的汽蚀等。

1.3管道振动未纳入监控。汽水管道受抽汽量、负荷变化、加热器初始投入时等导致管道振动，进而引起系统振动，导致阀门损坏、管道泄漏、固定支架变形等不安全事件。

技术实现要素：

本发明的目的提供一套功能更加完善、防患于未然的智能安全监控系统，以解决供热系统中运行人员误操作、热网加热器损坏、管道振动等问题，提高供热运行可靠性，改善供热质量。

本发明采用以下技术方案：

一种热网首站安全监控系统，包括监控主机，所述监控主机连接主机抽汽监控系统、加热器监控系统、管道振动监控系统；

所述主机抽汽监控系统包括设置在中低压连通管上的温度传感器、压力表、流量计、阀门电动执行机构；

所述加热器监控系统包括设置在加热器进汽门后的温度传感器、设置在加热器疏水口处的电导率在线监测仪、设置在加热器内部的图像获取装置；

所述管道振动监控系统包括设置在管道上的振动传感器。

进一步，所述管道振动监控系统还包括设置在泵的出口管道和入口管道上的振动传感器，所述振动传感器通过金属块焊接在管道外部。

进一步，所述加热器的进气门处还设置有流速在线监测仪。

进一步，所述加热器的壳体两侧还分别安装有三个温度传感器，所述加热器的出水口处还安装有一个温度传感器。

进一步，所述监控主机中设置启动时的压力限值、阀门开度限值、阀门开启速度限值，监控主机根据中低压连通管中的压力传感器、阀门电动执行机构获取当前管道中的抽汽压力值、阀门开度值、阀门开启速度，在当前管道中的抽汽压力值大于或者小于压力限制、阀门开度值大于或者小于阀门开度限值、阀门开启速度大于或者小于阀门开启速度时，均通过监控主机的显示界面进行报警。

本发明的有益效果：本发明将主机抽汽系统的关键的参数、热网加热器进汽阀门的调节、加热器本体温升的监控、管道振动的监测，纳入安全监控系统进行调节，通过程序设定的限制监控设备，采取发出警报、控制控制关断等有效手段，提高设备防护水平。

附图说明

图1-安全监控系统网络结构图。

图2-温升、流速或流量保护图。

图3-管道振动传感器安装图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的供热安全监控系统包括监控主机，监控主机连接各检测点，获取需要的监测信号，然后再通过交换机将各监测数据传输给后台数据监控中心、首站控制室或机组集控室等需要观测的远端处或者通过移动式终端进行监控与监测。

其中，本发明的监控主机中运行的监控系统为dcs控制系统。本发明监控主机的dcs系统将主机抽汽系统的关键的参数、热网加热器进汽阀门的调节、加热器本体温升的监控、管道振动的监测，纳入安全监控系统进行调节，通过程序设定的限制监控设备，采取发出警报、控制控制关断等有效手段，提高设备防护水平。

本发明的监控主机连接主机抽汽监控系统、加热器监控系统、管道振动监控系统。

主机抽汽监控系统包括设置在中低压连通管上的温度传感器（或者热电偶或热电阻）、压力表、流量计、阀门电动执行机构，用于获取主机抽汽的温度、压力、流量，通过连接管道内阀门的阀门电动执行机构内部的行程限位器获取调节阀开度状态，同时通过上述的装置获取回机组疏水流量、压力、温度等，获取疏水状态，作为判断主机状态的依据。

本发明的监控主机读取主机抽汽的温度/压力/流量、调节阀前压力、调节阀开度状态、回机组疏水流量/压力/温度等数据，将主机状态作为供热调节的依据。将主机抽汽参数引入首站控制系统显示，记录历史数据，不进行控制。抽汽操作引起的参数异常由热网运行优化及安全监控软件进行报警提示，并给出操作建议方案。

本发明需要设立两套限值：在供热系统启动中，通过设定压力限值、阀门开度限值、阀门开启速度限值提醒、指导操作人员，以保证供热设备系统平稳启动；在正常运行时，设置另外一套限值，时刻监控系统状态，超越界限，及时动作。

加热器监控系统包括设置在加热器进汽门后的温度传感器、设置在加热器疏水口处的电导率在线监测仪、设置在加热器内部的图像获取装置。本发明系统的监控主机通过对加热器增加温度、电导率、流速或流量和红外成像等测点实现加热器运行的安全保护。在加热器正常疏水出口设置电导率在线监测仪，将信号接入监控系统，实时显示疏水水质，超过水质正常范围提示加热器内部存在泄露，建议切除当前加热器。在加热器进汽门后安装温度传感器，并将信号引入监控系统，在当前加热器处于切除状态时，温度明显升高，提示阀门存在可能存在泄露，请注意检修。在加热器内部管束位置安装防水耐高温的图像获取装置，进行图像的监控。

管道振动监控系统包括设置在容易发生振动的管道上的振动传感器，和泵1的进出口处的振动传感器3，其中泵1的振动传感器通过金属块焊接在管道上。在热网的主要管道、泵的进出口管道等易出现振动的管道上安装的振动传感器，能够将管道的振动纳入控制系统，实现管道振动的在线监测报警保护。

本发明的dcs系统中进行的具体监控过程与报警提示过程如下步骤所述。

步骤一：主机参数监控

1，系统启动时，与供热系统启动中的启动限值比较进行动作：

中低压联通管上设置与监控主机连接的压力传感器，压力传感器获取的抽汽压力值通过中低压联通管上的调节阀进行调节，当压力传感器获取的抽汽压力值低于压力限值时（例如0.45mpa）在监控主机中的dcs系统的显示界面上进行报警提示：提示调节阀关小，当抽汽压力值高于压力限值时，提示调节阀开大，dcs系统的显示界面通过报警光字牌提示。为保证调节阀不频繁动作以及光字牌不频繁报警，可设置设定值的正常值偏移量，当实际压力值和设定的压力限值的差值超过正常偏移量时，再进行报警提示。

当中低压联通管上的抽汽压力达到压力限值时，才能够开启中排抽汽管道上的下述调节阀：止回门、快关门、电动门，若压力未达到压力限值时操作上述门，则光字牌报警提示：禁止开启上述门。

暖管时，设置抽汽快关门的开度值限制值（如5%），开度超过设置限制值时，光字牌报警提示：快关门开度减小。

暖管时，设置加热器进汽压力限制值（如0.05mpa），当加热器进汽口的压力传感器测得的内汽压力值大于设定值时，光字牌报警提示：调节中低压联通管上的调节阀。

设置抽汽管道快关门的开速率限制值，利用开度与时间的比值作为开速率值，当超过设置值时，光字牌报警提示：快关门开度过快。

暖管结束，投入加热器时，设置加热器壳侧温度温升限制值（≤5℃/min），通过设置在加热器壳侧的温度传感器测量加热器壳侧的温度，如果温升值大于设定的温度限值时，光字牌报警提示：降低抽汽快关门的开速率。

2．正常运行时，使用另一套正常运行时的限制：压力运行限值、阀门开度运行限值、阀门开启速度运行限值等开始起作用。

当监控中心通过中低压连通管道上的压力传感器获得的抽汽管道压力值低于压力运行限值时，光字牌报警提示：压力低，抽汽流量不应超过要求值。

当抽汽管道压力值低于压力运行限值时，光字牌同时报警提示：压力低，停止抽汽。

设置加热器进汽门的开速率运行限制值，将进汽门的开度与时间的比值作为开速率值，当超过开速率运行限制值时，光字牌报警提示：进汽门开度过快。

增投加热器时，设置加热器壳侧温度温升限制值（≤5℃/min），当温度传感器测的温度值以后，获取的温升值大于设定值时，光字牌报警提示：降低加热器进汽门的开速率。

可事先设定抽汽量与加热器投运台数、加热器进汽压力的函数关系式，给出在一定压力下，抽汽量与应投加热器台数的运行建议。

在汽轮机小机的进气管道上安装压力传感器，用于测量压力数值。设置汽轮机小机进汽压力低限值（如0.4mpa），低于限值时，光字牌报警提示：调整小机进汽压力不低于0.4mpa。汽轮机小机用于驱动热网水泵。

通过汽轮机本体获取小机背压，并设置小机背压高限值（0.06mpa），高于限值时，光字牌报警提示：调整小机进汽压力不高于于0.06mpa。

通过设置在热网管道上的压力传感器获取压力值，设置热网回水压力低限值（0.2mpa），低于低限值时，光字牌报警提示：根据需要进行补水。

通过配电柜内电流互感器获取泵电机的电流，设置泵电机电流低限值，低于低限值时，光字牌报警提示：泵空转，易发生汽蚀。

3.热网加热器安全保护

加热器的温升包括汽侧温升和水侧温升，分为汽侧温升保护和水侧温升保护，该功能的实现需要将现有加热器的进汽门改为调节阀。

在加热器壳侧两面分别安装3个热电偶或热电阻作为温度传感器，6个温度信号引入监控主机的dsc系统，根据单位时间内温度的变化求得温升值，将温升值的平均值与进汽门阀位开度指令形成mcs单回路控制方式，将温升值设定为跟踪量，进汽门阀位开度设定为调节量，利用监控系统自带pid控制器模块根据温升值实时调整加热器进汽阀开度，将温升值控制在给定值内。

在加热器出水口安装1个热电阻，控制方法同上述的壳侧控制方法，而且汽侧和水侧温升的保护控制之间设置控制切换开关，可根据需要切换汽侧的跟踪量或者水侧的跟踪量，见图2所示。

在加热器进汽口处安装流速在线监测装置，可选用烟气在线流速监测仪进行流量或者流速的检测。

将测量得到的进汽口的流速或流量信号引入监控系统，流速或流量信号与进汽门阀位开度指令形成mcs单回路控制，将流速或流量设定为跟踪量，进汽门阀位开度设定为调节量，利用监控系统自带pid控制器模块根据流速或流量实时调整加热器进汽门开度，将流速或流量值控制在给定值内。

流速或流量保护控制器与温升保护控制也设置控制切换开关，根据需要切换温升跟踪量或者流速流量跟踪量，控制方案详见图2。

在加热器正常疏水出口设置电导率在线监测仪表，将电导率信号接入监控系统，实时显示疏水水质，超过水质正常范围提示加热器内部存在泄露，建议切除当前加热器。在加热器进汽门后安装温度传感器，并将信号引入监控系统，在当前加热器处于切除状态时，温度明显升高，提示阀门存在可能存在泄露，请注意检修。为保证加热器内部出现泄漏时及时确认泄漏部位和分析泄漏原因，在加热器易出现问题的进汽口附近安装成像装置，因加热器内部为蒸汽，加热器内部呈现雾化环境，摄像机镜头无法采集图像，因此需要耐高温工业红外热成像仪。采用用于炼铁高炉炉顶红外成像系统，安装在加热器进汽口能观察到管束的位置，通过预留孔对加热器内部进行实时连续监测，在控制室的监视器上就可以对进汽口附近的汽流、管束是否泄漏、泄漏位置情况进行实时观察，同时能自动存储图象和温度曲线。

4.管道振动监控

在泵的金属扣管道和其它已发生振动的管道处设置振动传感器，当振动传感器的振动值达到设定的振动上限值时，通过dcs系统的显示界面进行报警。例如对于泵来说，通过管道振动传感器所监测管道振动数据，结合泵本体所带的振动数据，通过数值大小对比，给出振动的源头部位，可加快振动原因的查找进度。同时设置管道振动的上限值，若超过上限值，给出报警提示：关闭运行设备，查找原因，防止设备损坏，见图3。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。