本发明涉及一种基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置及其运行方法，用于监测汽轮机真空系统严密性。
背景技术：
真空系统严密性是火电厂运行中的重要指标，对机组安全经济运行有着较大影响，如实现在线监测，可使运行人员及时的了解机组运行的状态，便于及时调整及维护。目前火电厂还未实现真空系统严密性的在线监测，仍采用真空系统严密性试验的方法定期对真空漏气量进行定性评价，如申请号为201620405745.0的中国专利。监测真空系统严密性需要测量漏入凝汽器的空气流量，对于采用真空泵及带有汽水分离装置的真空系统，如果从真空泵入口处测量，由于抽出的气体包含空气及未凝结的蒸汽，因此无法准确测量空气流量；如果从气体分离装置出口处测量，由于空气从水中逸出的速度较慢，且空气流量及流速均小，无合适测量装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置及其运行方法，用于汽轮机真空严密性的在线监测。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置，包括凝汽器、真空泵和汽水分离装置，其特征在于：还包括真空破坏阀和监测装置；所述监测装置包括汽水分离装置安全阀、汽水分离装置放气调节阀、气体收集装置进气调节阀、气体收集装置抽真空调节阀、气体收集装置和操作员站；所述凝汽器的冷却水出口和冷却水进口均通过一号管道与真空泵的进气口连接，所述一号管道上安装有真空破坏阀；所述真空泵的出气口与汽水分离装置的进口连接；所述汽水分离装置的出口通过二号管道与气体收集装置的气体入口连接，所述二号管道上安装有汽水分离装置安全阀、汽水分离装置放气调节阀和气体收集装置进气调节阀，所述气体收集装置的抽气口通过三号管道与真空泵的进气口连接，所述三号管道上安装有气体收集装置抽真空调节阀；所述气体收集装置上设置有气体收集装置压力测点和气体收集装置温度测点，所述气体收集装置与操作员站连接，所述操作员站设置有计时器。所述装置设计合理，结构简单，可用于汽轮机真空严密性的在线监测，便于及时的了解机组运行的状态以及对其及时调整及维护。
进一步而言，所述气体收集装置中具有收集腔，所述收集腔与气体收集装置的气体出口和抽气口均连通。收集腔用于收集漏入凝汽器中的气体。
进一步而言，所述计时器具有plc控制功能和参数状态显示功能。计时器用于计时以及显示数据结果。
一种基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性的运行方法，其特征在于：所述运行方法使用如上所述的基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置；所述运行方法如下：当所述基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置未在运行状态时，所述汽水分离装置放气调节阀为开启状态，所述气体收集装置进气调节阀和气体收集装置抽真空调节阀均为关闭状态；当所述基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置运行时，开启气体收集装置抽真空调节阀使，使气体收集装置的收集腔为真空状态；待所述收集腔为真空状态时，关闭气体收集装置抽真空调节阀；所述气体收集装置抽真空调节阀完全关闭数分钟后关闭汽水分离装置放气调节阀，并开启气体收集装置进气调节阀，通过气体收集装置收集漏入凝汽器中的空气，同时计时器开始计时，计时时间设置为10分钟，计时结束即开启汽水分离装置放气调节阀并关闭气体收集装置进气调节阀，气体收集结束；所述气体收集装置压力测点和气体收集装置温度测点将测试数据传送至操作员站，所述操作员站依据测试数据计算出真空系统严密性的数据结果并显示。操作简单，对有效对汽轮机真空严密性进行在线监测。
进一步而言，所述气体收集装置抽真空调节阀完全关闭5分钟后关闭汽水分离装置放气调节阀。较为合理。
进一步而言，所述气体收集装置压力测点的测试数据为气体收集装置中收集腔内部的压力值，所述气体收集装置温度测点的测试数据为气体收集装置中收集腔内部的温度值。测试数据传至操作员站进行计算。
进一步而言，当气体收集装置中收集腔内部的压力值大于其所处环境中的大气压时，打开汽水分离装置放气调节阀进行排气；当气体收集装置中收集腔内部的压力值大于105kpa时，打开汽水分离装置安全阀进行排气。对汽水分离装置进行保护，保证了机组的安全稳定运行。
进一步而言，所述操作员站依据测试数据计算真空系统严密性的数据结果的过程如下：气体收集装置中收集腔内部的压力和温度分别由气体收集装置压力测点和气体收集装置温度测点测得，由于气体收集装置中收集腔的体积一定，当同时满足以下限制条件：
（1）气体为低压低温气体；
（2）气体处于平衡态时，即状态稳定；
可以根据理想状态方程针对气体收集装置中的空气列出如下方程式：
（1）pv=nrt
其中：p是气体收集装置中收集腔内气体的压力；
v是气体收集装置中收集腔的体积；
n是气体收集装置中收集腔内气体的物质的量；
r是理想气体常数；
t是气体收集装置中收集腔内气体的温度；
根据测量参数以及定值v，通过公式（1）求出收集到气体的物质的量n；
（2）m=nm
其中：m是气体收集装置中收集腔内气体的质量；
m是气体收集装置中收集腔内气体的摩尔质量；
（3）g=m/t
其中：g是漏入凝汽器中空气的质量流量；
t是气体收集装置收集气体的时间；
将公式（2）代入公式（3）中，即求得漏入凝汽器中空气的质量流量g；
（4）v=k(ag+b)
其中：v是真空系统的严密性；
k是与负荷相关的系数；
a，b是与质量流量相关的系数；
公式（4）为真空系统严密性与凝汽器漏入的空气流量关系式，采用下述标定试验最终获得：在汽轮机某一稳定工况下，停止真空泵，开启真空破坏阀，改变漏入凝汽器的空气流量g1、g2、g3…gi，所述空气流量通过本装置测得，通过机组真空严密性试验测量对应的每个放入空气流量下的机组真空严密性v1、v2、v3…vi；改变汽轮机运行工况，重复上述试验并获得多组数据，将试验结果拟合得到公式（4）。
上述i为大于3的整数。
进一步而言，所述理想气体状态方程中定值v的选择根据不同负荷以及在不同条件下通过计算及试验获得的p的灵敏程度来确定。
基于简单的推导公式以及装置的实际属性进行计算，计算过程简单，数据结果可靠。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明中的基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置解决了现场真空系统严密性无法进行在线监测的问题，且装置结构简单，便于操作，可以广泛生产，效益可观。
2、本发明为机组优化运行提供了必要的运行参数，对国家发改委倡导的节能减排，具有一定的实际意义。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：凝汽器1、真空破坏阀2、真空泵3、汽水分离装置4、监测装置5、汽水分离装置安全阀6、汽水分离装置放气调节阀7、气体收集装置进气调节阀8、气体收集装置抽真空调节阀9、气体收集装置压力测点10、气体收集装置温度测点11、气体收集装置12、操作员站13、一号管道14、二号管道15、三号管道16。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中的基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置包括凝汽器1、真空破坏阀2、真空泵3、汽水分离装置4和监测装置5。
监测装置5包括汽水分离装置安全阀6、汽水分离装置放气调节阀7、气体收集装置进气调节阀8、气体收集装置抽真空调节阀9、气体收集装置12和操作员站13。
凝汽器1的冷却水出口和冷却水进口均通过一号管道14与真空泵3的进气口连接，一号管道14上安装有真空破坏阀2；真空泵3的出气口与汽水分离装置4的进口连接。
汽水分离装置4的出口通过二号管道15与气体收集装置12的气体入口连接，二号管道15上安装有汽水分离装置安全阀6、汽水分离装置放气调节阀7和气体收集装置进气调节阀8。
气体收集装置12中具有收集腔，收集腔与气体收集装置12的气体出口和抽气口均连通，气体收集装置12的抽气口通过三号管道16与真空泵3的进气口连接，三号管道16上安装有气体收集装置抽真空调节阀9。
气体收集装置12上设置有气体收集装置压力测点10和气体收集装置温度测点11，气体收集装置12与操作员站13连接，操作员站13设置有计时器，计时器具有plc控制功能和参数状态显示功能。
本实施例中的基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置的运行方法如下：
当基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置未在运行状态时，汽水分离装置放气调节阀7为开启状态，气体收集装置进气调节阀8和气体收集装置抽真空调节阀9均为关闭状态。
当基于气体状态方程的在线监测汽轮机真空严密性装置运行时，开启气体收集装置抽真空调节阀9使，使气体收集装置12的收集腔为真空状态；待收集腔为真空状态时，关闭气体收集装置抽真空调节阀9；气体收集装置抽真空调节阀9完全关闭5分钟后关闭汽水分离装置放气调节阀7，并开启气体收集装置进气调节阀8，通过气体收集装置12收集漏入凝汽器1中的空气，同时计时器开始计时，计时时间设置为10分钟，计时结束即开启汽水分离装置放气调节阀7并关闭气体收集装置进气调节阀8，气体收集结束。
气体收集装置压力测点10的测试数据为体收集装置12中收集腔内部的压力值，气体收集装置温度测点11的测试数据为体收集装置12中收集腔内部的温度值；气体收集装置压力测点10和气体收集装置温度测点11将测试数据传送至操作员站13，操作员站13依据测试数据计算出真空系统严密性的数据结果并显示。
针对汽水分离装置4设置了两套保护措施，当气体收集装置12中收集腔内部的压力值大于其所处环境中的大气压时，打开汽水分离装置放气调节阀7进行排气；当气体收集装置12中收集腔内部的压力值大于105kpa时，打开汽水分离装置安全阀6进行排气；保证了机组的安全稳定运行。
操作员站13依据测试数据计算真空系统严密性的数据结果，主要理论公式推导过程如下：
气体收集装置12中收集腔内部的压力和温度分别由气体收集装置压力测点10和气体收集装置温度测点11直接测得，由于气体收集装置12中收集腔的体积一定，当同时满足以下限制条件：
（1）气体为低压低温气体；
（2）气体处于平衡态时，即状态稳定；
可以根据理想状态方程针对气体收集装置12中的空气列出如下方程式：
（1）pv=nrt
其中：p是气体收集装置12中收集腔内气体的压力；
v是气体收集装置12中收集腔的体积；
n是气体收集装置12中收集腔内气体的物质的量；
r是理想气体常数；
t是气体收集装置12中收集腔内气体的温度；
根据测量参数以及定值v，通过公式（1）可以求出收集到气体的物质的量n；理想气体状态方程中定值v的选择根据不同负荷以及在不同条件下通过计算及试验获得的p的灵敏程度来确定；
（2）m=nm
其中：m是气体收集装置中收集腔内气体的质量；
m是气体收集装置中收集腔内气体的摩尔质量；
（3）g=m/t
其中：g是漏入凝汽器1中空气的质量流量；
t是气体收集装置12收集气体的时间；
将公式（2）代入公式（3）中，即可求得漏入凝汽器1中空气的质量流量g；
（4）v=k(ag+b)
其中：v是真空系统的严密性；
k是与负荷相关的系数；
a，b是与质量流量相关的系数；
公式（4）为真空系统严密性与凝汽器1漏入的空气流量关系式，采用下述标定试验最终获得：在汽轮机某一稳定工况下，停止真空泵3，开启真空破坏阀2，改变漏入凝汽器1的空气流量g1、g2、g3…gi，空气流量通过本装置测得，通过机组真空严密性试验测量对应的每个放入空气流量下的机组真空严密性v1、v2、v3…vi；改变汽轮机运行工况，重复上述试验并获得多组数据，将试验结果拟合得到公式（4）。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。