專利名稱：一種雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽切換的控制方法
技術領域：
本發明屬于動力機械工程專業領域的一種控制方法。具體涉及一種雙進汽冷凝式汽輪機新鮮蒸汽與副產蒸汽平穩切換的控制方法，該方法在單軸PTA機組的雙進汽冷凝式汽輪機的生產過程中，當工藝副產蒸汽產生時，利用多個控制器以不同的控制方式將三路副產蒸汽投入汽輪機進氣管道，將兩路新鮮蒸汽切出汽輪機進氣管道，并在此蒸汽切換過程中保證PTA汽輪機組的穩定運行，使副產蒸汽自產自銷，并實現能量守恒，降低新鮮蒸汽量的消耗，達到節能減排。
背景技術：
PTA裝置是汽輪機、壓縮機組與尾氣透平三種設備串聯布置在同一軸系上的機組，機組中的汽輪機屬于雙進汽冷凝式汽輪機，共有兩路進汽管道，一路補汽管道。PTA機組啟動時需有外供的新鮮蒸汽，在空壓機與尾透均投用后，方可逐步切除外供新鮮蒸汽。在PTA機組的工藝生產過程中，會產生大量的副產蒸汽，回收越多副產蒸汽就意味著消耗越少的 新鮮蒸汽，但副產蒸汽的回收會干擾整個機組正常運行，甚至造成停產。國外各廠家對不同的PTA工藝會采取不同的控制模式對副產蒸汽進行回收，但要引進國外廠家的控制工藝包，則必須花巨資購買他們的整套設備，這不僅限制了國內PTA市場的發展，而且給國內廠家帶來了重負。如果選用國內設備，當不能很好掌握PTA制造工藝與控制技術時，副產蒸汽則會完全放空而浪費或者進行少量回收，大大浪費了可再生能源。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽平穩切換的控制方法，利用多個控制器分別采取不同的控制方式對三路不同壓力等級的副產蒸汽進行壓力/流量控制，同時顧及汽輪機流量與轉速調節，實現與兩路新鮮蒸汽的切換，確保機組運行穩定，降低新鮮蒸汽量的消耗。為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案一種雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽平穩切換的控制方法，其特征在于，按照下列步驟實施在PTA裝置的雙進汽冷凝式汽輪機中，將維持汽輪機組正常運行的兩路新鮮蒸汽產生的能量折算為三路不同溫度、壓力等級副產蒸汽的能量，即最低壓力等級的1#副產蒸汽、聞一級壓力等級的2#副廣蒸汽和最聞一級壓力等級的3#副廣蒸汽；將三路副產蒸汽的產汽量依據汽輪機管道進汽能力進行合理分配，將最低壓力等級的1#副產蒸汽控制設計為流量控制，進入汽輪機補汽管道；將高一級壓力等級的2#副產蒸汽切換控制設計為壓力控制，與其中一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機進汽管道；將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽切換控制也設計為壓力控制，與另一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機另一進汽管道；
當PTA裝置產生副產蒸汽后，按照壓力從低到高進行2#副產蒸汽與3#副產蒸汽的投入，2#副產蒸汽與3#副產蒸汽的切換順序上選擇先切入低壓2#副產蒸汽；而1#副產蒸汽不經過切換過程可直接投入汽輪機的補汽腔室，不發生與其余兩路副產蒸汽的腔室混合，由于1#副產蒸汽的進入對汽輪機的轉速波動影響較小，因此將它定為第一個投入汽輪機的副產蒸汽；三路副產蒸汽的切換過程為先將最低壓力等級的1#副產蒸汽投入流量控制，將其引入汽輪機補汽管道，同時隨著汽輪機轉速升高，汽輪機調速閥逐步關小；待機組運行穩定后，再將高一級壓力等級的2#副產蒸汽投入壓力控制，隨時調整汽輪機流量控制調節閥，維持汽輪機轉速正常；
最后，將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽投入壓力控制，將其引入汽輪機進汽管道，繼續調整汽輪機流量調節控制閥與轉速調節控制閥，提高汽輪機進汽能力并保證轉速調節可控范圍；三路副產蒸汽切入汽輪機腔室后，通過汽輪機做功，轉換為機械能，各路副產蒸汽按照以上順序進行切換，每路切換控制單元通過調整各自設定值而改變進入汽輪機的蒸汽流量，在切換過程中由于副產蒸汽所提供的能量與新鮮蒸汽所提供的能量不同，因此當汽輪機組轉速波動時，汽輪機轉速調節閥和流量控制調節閥同時參與相應的控制；在汽輪機轉速下降到額定值以下時，盡量開大汽輪機流量控制調節閥，為汽輪機轉速調節閥留夠足夠的調節空間去控制機組轉速，最終使壓縮機組消耗的功率與汽輪機做功功率達到平衡，機組在蒸汽切換過程中平穩運行。本發明的雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽平穩切換的控制方法，經申請人在國產首套PTA機組上應用表明，將不同溫度與壓力等級的蒸汽所能提供的能量與汽輪機做功所需的能量進行比對，具體分析了雙進汽冷凝式汽輪機的結構與各路工藝副產蒸汽產生的壓力和流量，設計了將維持汽輪機組正常運轉的兩路新鮮蒸汽平穩地切換為三路副產蒸汽的切換控制方案，彌補了國內首套PTA工藝蒸汽切換控制方案的缺陷，提高了副產蒸汽利用率，降低新鮮蒸汽量的消耗，實現節能減排，節省開支。


圖I是PTA機組的雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽切換系統簡圖。圖I中的標記分別表示PTlOl 1#低壓副產蒸汽壓力變送器，XVlOl 1#低壓副產蒸汽切斷閥，ZTlOl 1#低壓副產蒸汽切斷閥閥位變送器，PVlOl :1#低壓副產蒸汽調節閥，ZT102 :1#低壓副產蒸汽調節閥閥位變送器；PT102 :壓力變送器，用于顯示FT102補償壓力，TE102 :熱電阻，用于顯示FT102補償溫度，FT102 : 1#低壓副產蒸汽流量計，PT103 : 1#低壓副產蒸汽切入壓力變送器；PT201 2#低壓副產蒸汽壓力變送器，XV201 2#低壓副產蒸汽切斷閥，ZSC201 2#低壓副產蒸汽切斷閥限位開關(關到位)，ZS0201 :2#低壓副產蒸汽切斷閥限位開關(開到位);PT202 :壓力變送器，用于顯示FT202補償壓力，TE202 :熱電阻，用于顯示FT202補償溫度，FT202 2#低壓副產蒸汽流量計，PV201 :汽輪機流量調節閥；PT301 3#低壓副產蒸汽壓力變送器，XV301 3#低壓副產蒸汽切斷閥，ZSC301 3#低壓副產蒸汽切斷閥限位開關(關到位);ZS0301 3#低壓副產蒸汽切斷閥限位開關(開到位)，PT302 :壓力變送器，用于顯示FT302補償壓力；TE302 :熱電阻，用于顯示FT302補償溫度，FT302 3#低壓副產蒸汽流量計，PV301 :汽輪機轉速調節閥；PV401 :新鮮蒸汽與2#低壓副產蒸汽切換閥，ZT401 :新鮮蒸汽與2#低壓副產蒸汽切換閥閥位變送器，PT401 :新鮮蒸汽切入壓力變送器；PV501 :新鮮蒸汽與3#低壓副產蒸汽切換閥，ZT501 :新鮮蒸汽與3#低壓副產蒸汽切換閥閥位變送器；PT501 :新鮮蒸汽切入壓力變送器。以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式本發明的用于雙進汽冷凝式汽輪機新鮮蒸汽與副產蒸汽切換的控制方法，在PTA 機組的雙進汽冷凝式汽輪機中，將維持汽輪機組正常運行的兩路新鮮蒸汽產生的能量折算為三路不同溫度、壓力等級副產蒸汽的能量，即最低壓力等級的1#副產蒸汽、高一級壓力等級的2#副廣蒸汽和最聞一級壓力等級的3#副廣蒸汽；為了保證盡可能多地進行能量回收，將三路副產蒸汽的產汽量依據汽輪機管道進汽能力進行合理分配，將最低壓力等級的1#副產蒸汽控制設計為流量控制，進入汽輪機補汽管道；將高一級壓力等級的2#副產蒸汽切換控制設計為壓力控制，與其中一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機進汽管道；將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽切換控制也設計為壓力控制，與另一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機另一進汽管道。當PTA機組產生副產蒸汽后，考慮到2#與3#副產蒸汽會在汽輪機進汽腔室進行混合，為了能將它們順利切入，只能按照壓力從低到高進行蒸汽的投入，因此在2#與3#副產蒸汽的切換順序上選擇先切入低壓2#副產蒸汽；而1#副產蒸汽不經過切換過程可直接投入汽輪機的補汽腔室，不發生與其余兩路副產蒸汽的腔室混合，且1#副產蒸汽的進入對汽輪機的轉速波動影響較小，因此將它定為第一個投入的副產蒸汽。三路副產蒸汽的切換過程為先將最低壓力等級的1#副產蒸汽投入流量控制，將其引入汽輪機補汽管道，同時隨著汽輪機轉速升高，汽輪機調速閥逐步關小；待機組運行穩定后，再將高一級壓力等級的2#副產蒸汽投入壓力控制，隨時調整汽輪機流量控制調節閥，維持汽輪機轉速正常；最后，將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽投入壓力控制，將其引入汽輪機進汽管道，繼續調整汽輪機流量調節控制閥與轉速調節控制閥，提高汽輪機進汽能力并保證轉速調節可控范圍。三路副產蒸汽切入汽輪機腔室后，通過汽輪機做功，轉換為機械能。各路副產蒸汽按照以上順序進行切換，每路切換控制單元通過調整各自設定值而改變進入汽輪機的蒸汽流量，在切換過程中由于副產蒸汽所提供的能量與新鮮蒸汽所提供的能量不同，因此當汽輪機組轉速波動時，汽輪機轉速調節閥PV301和流量控制調節閥PV201也要參與相應的控制。
在汽輪機轉速下降到額定值以下時，盡量開大流量控制調節閥PV201，為汽輪機調速閥PV301留夠足夠的調節空間去控制機組轉速，最終使壓縮機組消耗的功率與汽輪機做功功率達到平衡，機組在蒸汽切換過程中平穩運行。以下發 明人以某PTA機組為例，采用此雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽切換的控制方法后，不僅降低了新鮮蒸汽量的消耗，實現節能減排，節省開支，還可將剩余的其它副產蒸汽用于其它生產裝置。參見圖1，首先介紹一下PTA機組的四路蒸汽以及副產蒸汽切換前各個設備的狀態。PTA裝置是汽輪機、壓縮機組與尾氣透平三種設備串聯布置在同一軸系上的機組，汽輪機上連接有新鮮蒸汽管路、最低壓力等級的1#副產蒸汽、高一級壓力等級的2#副產蒸汽和最高一級壓力等級的3#副產蒸汽，以及凝氣系統。本實施例的控制中涉及了汽輪機的新鮮蒸汽和三種溫度與壓力等級的副產蒸汽，其中，新鮮蒸汽來自鍋爐設備，主要用于在副產蒸汽投入前，維持汽輪機啟動與運行，它是這幾種蒸汽中溫度與壓力最高的蒸汽；而副產蒸汽是在氧化反應塔裝置出口經換熱產生，是生產化工原料的副產品，其中，1#低壓副產蒸汽是副產蒸汽中溫度和壓力均最低的蒸汽，2#低壓副產蒸汽的溫度和壓力高于1#低壓副產蒸汽，3#低壓副產蒸汽的溫度和壓力又高于2#低壓副產蒸汽，是副產蒸汽中能量最高的蒸汽。在1IT3#副產蒸汽還沒投入時，相關管道閥門均為全關，其中包括1#低壓副產蒸汽切斷閥XV101，1#低壓副產蒸汽調節閥？￥101，2#低壓副產蒸汽切斷閥乂￥201與3#低壓副產蒸汽切斷閥XV301 ;此時汽輪機的正常運轉依靠新鮮蒸汽維持，新鮮蒸汽通過新鮮蒸汽與2#低壓副產蒸汽切換閥PV401 (全開)與新鮮蒸汽與3#低壓副產蒸汽切換閥PV501 (全開)投入汽輪機兩路進氣管道，汽輪機轉速由汽輪機轉速調節閥PV301控制。為了使副產蒸汽成功地切入汽輪機，并且保證整個切換過程平穩地進行，本發明設計了三步蒸汽切換程序，待副產蒸汽產生后，首先投入1#低壓副產蒸汽，控制方式為自動流量控制；其次經切換投入2#低壓副產蒸汽，控制方式為自動壓力控制；最后將3#低壓副產蒸汽切入汽輪機，控制方式也選用自動壓力控制。第一步，觀察機組運行平穩后，當1#低壓副產蒸汽壓力變送器PTlOl的壓力值達到了 1#低壓副產蒸汽設計壓力值時，可將1#低壓副產蒸汽投入汽輪機。具體操作步驟如下打開1#低壓副產蒸汽切斷閥XV101，同時將1#低壓副產蒸汽調節閥PVlOl的流量調節控制器投入自動控制，逐漸提高流量控制器的設定值，1#低壓副產蒸汽調節閥PVlOl慢速打開，1#副產蒸汽慢慢投入，可看到1#低壓副產蒸汽流量計FT102的流量值也逐漸增大，隨著汽輪機做功能力增強，汽輪機轉速調節閥PV301自動慢慢關小，直到1#低壓副產蒸汽調節閥PVlOl的調節閥閥位與1#低壓副產蒸汽調節閥閥位變送器ZT102的值接近100%時，1#低壓副產蒸汽完全投入。第二步，等待機組運行一段時間，轉速仍然平穩，當2#低壓副產蒸汽壓力變送器PT201的壓力值達到了 2#低壓副產蒸汽設計壓力值時，可將2#低壓副產蒸汽投入汽輪機。具體操作步驟如下打開2#低壓副產蒸汽切斷閥XV201 —定角度，同時將新鮮蒸汽與2#低壓副產蒸汽切換閥PV401的壓力切換控制器投入自動控制，逐漸降低壓力控制器的設定值，2#低壓副產蒸汽切換閥PV401慢速關閥，新鮮蒸汽切入壓力變送器PT401的壓力值慢慢降低，2#低壓副產蒸汽流量計FT202的流量值相應減小。繼續打開2#低壓副產蒸汽切斷閥XV201 —定角度，提高流量控制器的輸出值IP201，使汽輪機流量調節閥PV201慢慢開大。考慮到在進行此路副產蒸汽切換時，3#副產蒸汽調速控制器還承擔著整個機組的轉速調節功能，所以在整個蒸汽切換過程中應盡量增大汽輪機流量調節閥PV201的開度，從而提高汽輪機轉速調節閥PV301的控制裕度，保證轉速不會下降。反復以上操作，直到2#低壓副產蒸汽切斷閥XV201開到位信號ZS0201指示燈亮，新鮮蒸汽與2#低壓副產蒸汽切換閥PV401的調節閥閥位ZT401的值接近0%時，2#低壓副產蒸汽完全投入。第三步，繼續等待機組運行穩定，當壓力變送器PT301的壓力值達到了 3#低壓副產蒸汽設計壓力值時，可將3#低壓副產蒸汽投入汽輪機。具體操作步驟如下打開3#低壓副產蒸汽切斷閥XV301 —定角度，同時將新鮮蒸汽與3#低壓副產蒸汽切換閥PV501的壓力切換控制器投入自動控制，逐漸降低壓力控制器的設定值，新鮮蒸 汽與3#低壓副產蒸汽切換閥PV501慢速關閥，新鮮蒸汽切入壓力變送器PT501的壓力值慢慢降低，流量計FT302的流量值相應減小。繼續打開3#低壓副產蒸汽切斷閥XV301 —定角度，為了避免轉速控制器輸出增大后導致汽輪機轉速調節能力降低，則繼續提高流量控制器的輸出值IP201，使汽輪機流量調節閥PV201慢慢開大，保證首先通過開大汽輪機流量調節閥PV201，增大進汽量，轉速調節器則會自動調整汽輪機轉速調節閥PV301的開度保證轉速穩定。反復以上操作，直到3#低壓副產蒸汽切斷閥XV301開到位信號ZS0301指示燈亮，新鮮蒸汽與3#低壓副產蒸汽切換閥PV501的調節閥閥位ZT501的值接近0%時，3#低壓副產蒸汽完全投入。至此，雙進汽冷凝式汽輪機新鮮蒸汽與副產蒸汽平穩切換結束。申請人:在國產首套PTA裝置上對采用上述雙進汽冷凝式汽輪機新鮮蒸汽與副產蒸汽平穩切換方法進行了多次驗證，證明了該方法安全可靠，避免了蒸汽切換對汽輪機做功能力的影響，確保了機組的穩定運行，同時也充分利用了工藝副產蒸汽，降低了新鮮蒸汽量的消耗量，起到了節能減排的效果。
權利要求
1.一種雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽平穩切換的控制方法，其特征在于，按照下列步驟實施 在PTA裝置的雙進汽冷凝式汽輪機中，將維持汽輪機組正常運行的兩路新鮮蒸汽產生的能量折算為三路不同溫度、壓力等級副產蒸汽的能量，即最低壓力等級的1#副產蒸汽、聞一級壓力等級的2#副廣蒸汽和最聞一級壓力等級的3#副廣蒸汽； 將三路副產蒸汽的產汽量依據汽輪機管道進汽能力進行合理分配，將最低壓力等級的1#副產蒸汽控制設計為流量控制，進入汽輪機補汽管道； 將高一級壓力等級的2#副產蒸汽切換控制設計為壓力控制，與其中一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機進汽管道； 將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽切換控制也設計為壓力控制，與另一路新鮮蒸汽切換后進入汽輪機另一進汽管道； 當PTA裝置產生副產蒸汽后，按照壓力從低到高進行2#副產蒸汽與3#副產蒸汽的投入，2#副產蒸汽與3#副產蒸汽的切換順序上選擇先切入低壓2#副產蒸汽； 而1#副產蒸汽不經過切換過程可直接投入汽輪機的補汽腔室，不發生與其余兩路副產蒸汽的腔室混合； 三路副產蒸汽的切換過程為先將最低壓力等級的1#副產蒸汽投入流量控制，將其引入汽輪機補汽管道，同時隨著汽輪機轉速升高，汽輪機調速閥逐步關小； 待機組運行穩定后，再將高一級壓力等級的2#副產蒸汽投入壓力控制，隨時調整汽輪機流量控制調節閥，維持汽輪機轉速正常； 最后，將最高一級壓力等級的3#副產蒸汽投入壓力控制，將其引入汽輪機進汽管道，繼續調整汽輪機流量調節控制閥與轉速調節控制閥，提高汽輪機進汽能力并保證轉速調節可控范圍； 三路副產蒸汽切入汽輪機腔室后，通過汽輪機做功，轉換為機械能，各路副產蒸汽按照以上順序進行切換，每路切換控制單元通過調整各自設定值而改變進入汽輪機的蒸汽流量，在切換過程中由于副產蒸汽所提供的能量與新鮮蒸汽所提供的能量不同，因此當汽輪機組轉速波動時，汽輪機轉速調節閥和流量控制調節閥同時參與相應的控制； 在汽輪機轉速下降到額定值以下時，盡量開大汽輪機流量控制調節閥，為汽輪機轉速調節閥留夠足夠的調節空間去控制機組轉速，最終使壓縮機組消耗的功率與汽輪機做功功率達到平衡，機組在蒸汽切換過程中平穩運行。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的PTA裝置為汽輪機、壓縮機組與尾氣透平三種設備串聯布置在同一軸系上的機組。
全文摘要
本發明公開了一種雙進汽冷凝式汽輪機蒸汽平穩切換的控制方法，在PTA機組的雙進汽冷凝式汽輪機中，將維持汽輪機組正常運行的兩路新鮮蒸汽產生的能量折算為三路不同溫度、壓力等級副產蒸汽的能量，利用多個控制器分別采取不同的控制方式對三路不同壓力等級的副產蒸汽進行壓力/流量控制，同時顧及汽輪機流量與轉速調節，實現與兩路新鮮蒸汽的切換，確保機組運行穩定，降低新鮮蒸汽量的消耗，起到了節能減排的效果。
文檔編號F01D17/08GK102654064SQ20121014788
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者劉寧, 張娜, 張武軍, 彭洪斌, 王航, 胡茜 申請人:西安陜鼓動力股份有限公司