600MW超临界机组低压加热器水位控制系统设计.docx

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1、课程设计用纸目一摘要2二关键字3三设计要求4四低压加热器系统相关介绍64.1低压加热器64.2低加控制系统10五设计思路14六低加控制系统框图15七主要仪表选型167.1变送器167.2控制器177.3执行器197.4显示器19八附图20九总结24十致谢25十一参考文献26教师批阅:一摘要现在大中型汽轮机都采用抽气回热循环，采取在不同 压力下从汽轮机中抽取一部分已部分做功的蒸汽引至会惹加 热器中加热给水，提高水的温度，减少了汽轮机排往凝汽器 中的蒸汽量，降低了能源损失，提高了热力系统的循环效率。 本次设计任务是完成对600MW超临界机组低压加热器水位控制 系统设计。本设计根据低压加热器水位控制

2、相关要求，结合热工 控制仪表相关知识对低压加热器水位控制系统进行设计，基本达 到了设计任务书相关要求。二关键词教师批阅：低压加热器 控制系统 水位测量教师批阅:三设计要求600MW超临界机组低压加热器水位控制系统设计课题内容与要求1.针对机组运行要求，利用所学知识，设计低压加热器水位控 制系统的总体方案。内容包括：合理选择传感器、变送器、 调节器和执行器等。并根据自己方案编写主要模块的组态， 实现对低压加热器水位的控制。该控制系统要求的功能：1)维持低压加热器水位为要求值，并实现保护调节功能；2)能显示低压加热器水位测量值；3)能记录低压加热器水位测量值；4)能显示和记录执仃器阀位值；5)可在

3、线设置或修改参数和组态，实现控制功能。2.设计内容:1)选择传感器，执行器、调节器等，设计总体方案2)画出系统框图及接线图；3)设计调节器组态；4)设计模拟量输出/输入通道；5)画出控制系统SAMA图；6)撰写设计说明书，要求字迹清楚，图表规范。已知技术条件与参数系统误差：满足控制指标要求使用环境：温度：传感器-30C+ 80C,变送器执行器：-30C+ 80C，教师批阅:调节器记录显示仪表：0C40C，相对湿度：W90%电源：交流220V(+10%、一15%), 50Hz课题完成后应提交的文件(设计说明书、图表、图纸)(1) 总体方案(2) 接线图(3) 组态图、SAMA图(4) 设计说明书

4、教师批阅:四低压加热器系统相关介绍4.1低压加热器在回热系统中，一般将除氧器和凝汽器之间的加热器之间称 为低压加热器，加热器的换热面一般用黄铜管或无缝钢管制成的 直管束或U形管束组成。低压加热器与高压加热器的基本结构相 同，主要区别在于没有过热蒸汽冷却区，只有凝结段和疏冷段。 因其压力较低，故其结构比高加简单一些，管板和壳体的厚度也 薄一些。管材均采用不锈钢材料，在所有加热器的疏水、蒸汽进 口设有保护管子的不锈钢缓冲挡板。低压加热器结构见图41。其中7A号和8A号低压加热器合并而成一个同壳加热器安装 在高压凝汽器的颈部，7B号和8B号低压加热器合并而成一个同 壳加热器安装在低压凝汽器的颈部，该

5、低压加热器由壳体、管系、 水室等部分组成，低压加热器壳体内设有一垂直的大分隔板将低 压加热器分隔为左右互不相通的两个腔室，7A/B号、8A/B号低 压加热器的管系就分别装在这两个腔室内。管系分别由支撑板支 撑，并引导蒸汽沿管系流动，各管系内的疏水冷却段由包壳密封， 以保证疏水畅通流动，凝结水从8号低加水室进口进入管系进行 加热后，流入出口水室，在水室转向后进入7号低加管系，经7 号低加管系的升温后再进入水室，最后从水侧出口管离开低压加 热器到上一级低压加热器。图4 2为7号、8号同壳加热器侧视 图。教师批阅:1、凝结水入口 2、人孔3、给水出口 4、事故疏水、5、水室 6、管板 7、蒸汽入口

6、8、防冲板9、凝结段10、管束11、 上级疏水入口、12、管子支撑板13、疏水段14、疏水冷却段密 封件15、疏水出口图4-1低压加热器的结构1、8号低加2、8号低加疏水出口 3、凝结水进口 4、8 号低加抽空气出口5、8号低加蒸汽进口 6、8号低加汽侧放气门7、8号低加汽侧放水门8、7号低加 9、7号 低加疏水出口 10、7号低加抽空气口 11、凝结水出口 12、7教师批阅:图4-2 7号、8号同壳加热器侧视图号低加蒸汽进口 13、7号低加汽侧放气门14、7号低加汽侧放 水门15、中间隔板图4-3低压加热器系统图教师批阅:装设在凝汽器颈部是因为该两段抽汽流量大，压力低，蒸汽 的比容很大，如果

7、加热器布置在凝汽器外面，需要引出很大的抽 汽管，在管道布置、保温层的铺设、安装上都存在难度，而布置 在凝汽器喉部，则可节省空间、利于布置。同时由于以上原因且 蒸汽压力较低，该两段抽汽出口没装逆止阀和截止阀，为防止蒸 汽倒入汽机，在加热器蒸汽入口设有防闪蒸的挡板，当汽机跳闸 时，可防止过多的蒸汽倒入汽轮机。凝结水旁路采用大小旁路相结合的方式：其中5号、6号低压 加热器采用小旁路，5号、6号低压加热器可单独解列；合体低压 加热器（7A号、8A号）与合体低压加热器（7B号、8B号）共 用一个大旁路，7A号、8A号或7B号、8B号合体低压加热器能 单独解列。低压加热器正常疏水采用逐级自流的方式，即5号

8、低压加热 器疏水流到6号低压加热器，然后进入7号低压加热器，再进入 8号低压加热器，最后疏水经8号低压加热器进入凝汽器。每个低压加热器均设置事故疏水管路，在事故情况或低负荷 工况时，疏水可直接进入凝汽器。图4-3为低压加热器系统。每个低压加热器配有2个双室平衡容器，低压加热器水位的 变化由平衡容器输出，经差压变送器转变为420mA的电信号进 DCS，在操作台显示出低压加热器的实时液位，并且由DCS控制 低压加热器疏水调节阀的开度，以控制低压加热器的水位在正常 的水位波动范围内。另外，每个低压加热器配一个磁翻板就地液位显示器，此类 磁式液位显示器的测量筒内装有磁浮球，测量筒通过上、下平衡 连通管

9、与低加相连，磁浮球随被测容器内液面的变化而上、下浮 动，吸引显示支架内的磁式翻板翻转，红色一面翻出表示有液位， 红色面的上边缘指示液位，明亮金属色翻出表示无液位。在磁式 液位显示器的适当位置配有数个磁动开关，可作为低加水位的远教师批阅:传联锁和报警信号用。图4-4为低加磁翻板式液位计、平衡容器 连接示意图。i1mI l图4-4低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图4.2低加水位控制系统4.2.1概述机组一般配备四级共六台串/并联工作（7#A、8#A串联组与 7#B、8#B串联组并联）的低压加热器系统。其乏汽凝结水正常情况下通过各级低加正常疏水阀逐级疏 放。即5#疏至6#, 6#疏至7#A和7#

10、B, 7#A疏至8#A, 7#B疏至 8#B, 8#A疏至低背压凝汽器A, 8#B疏至高背压凝汽器B。故障情况下，关闭故障低加正常疏水阀，打开故障低加事故 疏水阀，5#、6#、7#A、8#A向凝汽器疏水扩容器I （低背压凝汽 器侧）紧急疏水；7#B、8#B向凝汽器疏水扩容器II （高背压凝 汽器侧）紧急疏水教师批阅:4.2.2 5#/7#A/7#B/8#A/8#B低加水位正常疏水阀调节系统5#/7#A/7#B/8#A/8#B低加水位正常疏水阀控制设计为相互 独立、结构完全相同的五套单回路PID调节系统。它们均以调整 低加正常疏水阀开度，以改变向下一级低加疏水流量为手段，保 证该级低加水位为要求

11、值。低加水位为系统的被调量。其设定值是低加水位正常疏水阀 控制站SP 口提供的。系统在手动态时，SP 口跟踪低加水位实际 值；自动态时，SP 口切换为运行设定态，低加水位设定值可在 操作画面上设定或修改。系统被调量（PV）与目标值（SP）求差，PID运算，输出 低加正常疏水阀调节指令。当下一级低加水位（对于8#A为低背压凝汽器A水位，8#B 为高背压凝汽器B水位）高II值时，本级低加控制站输出按设定 速率跟踪全关；当低加正常疏水阀控制站为手动时，或下一级水位高II值 时，回路PID输出跟踪本级低加正常疏水阀控制站输出指令。因 此，系统自/手动状态始终一致，从而保证了自/手动状态的无扰 动切换。

12、当下列任一条件发生时，低加正常疏水阀控制站强制为手动:低加水位信号输入故障；低加水位调节故障报警；低加正常疏水阀控制站输出故障报警；4.2.3 6#低加水位正常疏水阀调节系统正常情况下6#低加乏汽凝结水同时疏至低加7#A和7#B。因 此，6#低加水位正常疏水阀调节回路设计为单PID调节、双阀门 平衡驱动控制系统。它分别调整至6#A和6#B低加正常疏水阀开 度，从而改变向7#A和7#B低加疏水流量，保证6#低加水位为要教师批阅:求值。6#低加水位为系统的被调量。其目标值是由6#低加A- M/A 站SP 口提供的。系统在手动态（6#低加A/B- M/A站均为手动） 时，SP 口跟踪6#低加水位测量

13、值；当系统在自动态（6#低加A/B- M/A站至少有一台为自动）时，SP 口定值切换为运行设定态，运 行可根据工况需要在操作画面上设定或调整6#低加水位目标值。系统被调量（PV）与目标值（SP）求差，PID运算，输出 6#低加疏水阀A/B调节指令。由于调节输出同时控制6#低加疏水阀A、B，在6#低加疏水 阀A、B控制站均为自动时，运行根据需要在6#低加疏水阀B控 制站的SP 口，可设定两台6#低加疏水阀开度的偏置。系统在手动态时，6#低加水位PID调节输出跟踪6#低加水位 A/B- M/A站输出指令之均值，确保了系统实现无扰动自/手动状 态切换。当7#A低加水位高II值时，6#低加水位A -

14、M/A站置手动， 且输出按设定速率跟踪全关。此时若6#低加水位B-M/A站在自 动态，可通过控制站偏置量跟踪和系统PID调节完成6#低加水位 A - M/A站负荷向的B - M/A站转移。当7#B低加水位高II值时，6#低加水位B - M/A站置手动， 且输出按设定速率跟踪全关。此时若6#低加水位A-M/A站在自 动态，可通过控制站偏置量跟踪和系统PID调节完成6#低加水位 B - M/A站负荷向A - M/A站转移。当下列任一条件发生时，6#低加正常疏水A阀控制站强制为 手动：6#低加水位信号输入故障；6#低加水位调节故障报警；6#低加正常疏水A阀控制站输出故障报警；7#A低加水位高II值时

15、。教师批阅:当下列任一条件发生时，6#低加正常疏水B阀控制站强制为 手动：6#低加水位信号输入故障；6#低加水位调节故障报警；6#低加正常疏水B阀控制站输出故障报警；7#B低加水位高II值时。4.2.4 5#/6#/7#A/7#B/8#A/8#氐加水位事故疏水阀调节系统5#/6#/7#A/7#B/8#A/8#B低加水位事故疏水阀控制设计为相 互独立、结构完全相同的六套单回路PID调节系统。它们均是在 该级低加水位控制事故状态下，调整低加事故疏水阀开度，改变 向凝汽器疏水扩容器疏水流量，保证该级低加水位为要求值。低加水位为系统的被调量。事故疏水设定值是低加水位事故 疏水阀控制站SP 口提供的。系

16、统在手动态时，SP 口跟踪低加水 位正向40MM偏置值；自动态时，SP 口切换为运行设定态，低加 事故疏水水位设定值可在操作画面上设定或修改。但其设定下限， 受低加正常疏水阀控制系统水位设定值的适配限制。系统被调量（PV）与目标值（SP）求差，PID运算，输出 低加事故疏水阀调节指令。当本级或下一级低加水位（对于8#A为低背压凝汽器A水位， 8#B为高背压凝汽器B水位）高II值时，本级低加事故疏水控制 站输出按设定速率跟踪全开；当低加事故疏水阀控制站为手动时，或本级或下一级（对于 6#低加为7#A或7#B）水位高II值时，回路PID输出跟踪本级低 加事故疏水阀控制站输出指令。因此，系统自/手动

17、状态始终一致， 从而保证了自/手动状态的无扰动切换。当下列任一条件发生时，低加事故疏水阀控制站强制为手动：低加水位信号输入故障；低加事故疏水阀控制站输出故障报警；教师批阅:五设计思路根据设计要求，此控制系统采用投入式液位变送器将低加水 位转换成相应的统一标准信号（420mA），该信号送到控制器与 给定值相比较。控制器按照比较后得出的偏差，以一定的控制规 律发出控制信号，控制执行器的动作，改变水位高低，直至水位 值与给定值相等。显示器接收变送器输出信号经相关处理后输出 低加液位。同时，变送器输出还送到报警控制器。教师批阅:七主要仪表选型7.1变送器：此设计中变送器的任务是将液位转换成相对应的标

18、准电信号(420mA DC)。根据相关环境条件可选择24VDCCBM-2100/CBM-2700投入式 液位变送器。静压投入式液位变送器(液位计)适用于石油化 工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种 介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方 式为用户轻松地使用提供了方便。420mA DC、05v DC、 010mA DC等标准信号输出方式由用户根据需要任选。这 里选择420mA DC.当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎 液面受到的压力公式为：P = p .g.H + Po式中：P :变送器迎液面所受压力P：被测液体密度g :当地重力加速度Po :液面上大

19、气压H :变送器投入液体的深度同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正 压腔，再将液面上的大气压 Po与传感器的负压腔相连，以 抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：p .g.H，显 然，通过测取压力P，可以得到液位深度。主要技术特点：1. 稳定性好，满度、零位长期稳定性可达0. 1 %FS/年。在补偿温度070 C范围内，温度飘移低于0. 1%FS， 在整个允许工作温度范围内低于0.3%FS。2. 具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不 会损坏变送器，异常时送器会自动限流在35mA以内。3. 固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长。教师批阅:4. 安装方便、结构简单

20、、经济耐用。5. 工艺：扩散硅陶瓷电容蓝宝石电容任选。分体式一 体式可选。6. 供电:24v DC。7.2控制器控制器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏 差进行PID运算，并输出统一标准信号，去执行执行机构的动作， 以实现对低压加热器水位的自动控制。1 + - + JW (s )= K pF 彳上一T1 + k + k 召 sI ID式中：F 控制器变量之间的相互干扰系数;KPF 考虑相互干扰系数后的实际比例增益；FTI考虑相互干扰系数后的实际积分时间;TDF考虑相互干扰系数后的实际微分时间；K 积分增益;微分增益。PID控制既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余 差能力，还有

21、微分作用的超前控制功能。当偏差阶跃出现时，微 分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏 差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用 的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克 服。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制 规律的优点，得到较为理想的控制效果。因此，选具有PID参数 自整定功能的可编程序调节器KMM211。教师批阅:7.3执行器：根据能源、介质的工艺要求、安全、控制系统的精 度等级、经济效益和现场情况等因素进行综合考虑，因此选择角 行程电动执行机构。其工作原理如下：伺服放大器将输入信号七和反馈信号If相比较，所得差值信 号经

22、放大后，驱使两相伺服电机转动，带动输出轴改变转角。 若差值为正，伺服电机正转，输出轴转角增大；当差值为负时， 伺服电机反转，输出转角减小。输出转角与输入信号七关系为：0 =KIi式中K为比例系数。其中还设有自动操作和手动操作的相互切换。 当操作器的的切换开环切向“手动”时，有正反操作按钮直接控 制电机电源，以实现执行器的输出为正转和反转。执行机构是接 受伺服放大器或操作器的输出信号，是执行其输出。90。其 原理框图如下：图7-1执行器结构图7.4显示器:在机组运行过程中，不仅要求整个控制回路保持很好 的工作状态，而且还要求它的显示仪表能安全稳定显示。因此， 所选显示仪表不但要精度等级高，还要工

23、作性能好，有时为了安 全起见还会装多个仪表。所以，选择精密数字压力计作为 显示仪表，精度等级为0.5级，外接电源220V,50Hz。教师批阅:八附图8.1控制系统接线图I11S图8-1控制系统接线图8.2调节器的组态图教师批阅:图8-2调节器的组态图教师批阅:8.3模拟量输出/输入通道 输入通道:输出通道:BUS图8-3模拟量输出/输入通道教师批阅:教师批阅:九总结此次课程设计过程中，我学到了很多，也找到了自己身上的 不足。总之，感受良多，获益匪浅。这次课程设计过程中，我们小组分工合作、齐心协力，一起 完成了课程设计的准备工作（阅读课程设计相关文档、搜集相关 资料）。在随后的几天中，我们组的成

24、员一起讨论了整体设计方 案。在讨论过程中，大家积极踊跃的阐述了各自的设计思路与方 案。当然，在讨论过程中，大家不可避免的会出现设计思路的冲 突，而年轻好胜的我们往往会进行一场激烈的辩论，但值得高兴 的是我们在辩论的过程中不断发现自己的不足，并使自己的方案 更加完善。此次课程设计让我充分体验到了团队的魅力与力量。俗话说: “三个臭皮匠顶个诸葛亮”。一个人的力量是不足的，一个人的 思维也是有缺陷的，每次集体讨论都能帮助我发现一些问题，在 解决问题的同时，我的课程设计也慢慢趋于成功。另外，通过此次课程设计，促使我进一步学习了热工测量、 自动控制仪表等相关知识，让我对电厂热力设备认识也永乐更进 一步的

25、提高。在课程设计过程中，我明显感觉到自己查阅资料的能力得到 了提高，在小组讨论过程中，我也能越来越流利、越来越清晰地 阐述自己的观点。总之，此次课程设计我收益匪浅。课程设计结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历 将会成为人生道路上一道亮丽的风景线。教师批阅:H参考文献1 李遵基.热工自动控制系统.北京.中国电力出版社.19972 吴勤勤.控制仪表及装置（第三版）.北京.化学工业出版社.20083 李遵基.SPEC200MICRO SPEC200原理及应用.北京.北京科学技术出版社.19924 陶承志.热工过程控制仪表.北京.中国电力出版社.19985 胡寿松.自动控制原理（第四版）.北京.科学出版社.20016 盛伟等.电厂热力设备及运行.北京.中国电力出版社.2007