汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法及装置
阅读说明：本技术 汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法及装置 (Method and device for detecting pipe side leakage of high-pressure heater of steam turbine system ) 是由 俞卫新 秦攀 崔传涛 季新叶 曾胜龙 刘岩 陈啸 于 2021-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法及装置,其中方法包括：首先对同负荷工况下疏水调门的开度增加值、凝结水流量计、再热减温水流量计和给水流量计读数的偏差值、高压加热器的上端差、高压加热器水位、同负荷工况下高压加热器的温升降低作为判据,并在其中任意两项及以上同时发生时判定发生泄漏。与现有技术相比,本发明具有泄漏检测准确率高等优点。(The invention relates to a method and a device for detecting the side leakage of a high-pressure heater pipe of a steam turbine system, wherein the method comprises the following steps: firstly, the opening added value of the drainage regulating valve under the same load working condition, the deviation value of the readings of the condensed water flowmeter, the reheated desuperheating water flowmeter and the water supply flowmeter, the upper end difference of the high-pressure heater, the water level of the high-pressure heater and the temperature rise reduction of the high-pressure heater under the same load working condition are taken as criteria, and the leakage is judged to occur when any two or more of the two occur simultaneously. Compared with the prior art, the method has the advantages of high accuracy of leakage detection and the like.)
技术领域
本发明涉及汽轮机高压加热器泄漏检测领域，尤其是涉及一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法及装置。
背景技术
在电力行业新形势下，燃煤发电机组低负荷运行时间增加、启停频繁，对机组运行安全性产生不利影响。与此同时，对燃煤发电机组运行安全性的要求不断提高，运用新技术提升机组安全水平成为迫切需求。
高压加热器作为一种热量转换装置，广泛应用于大型火电机组回热系统，其工作原理为：从汽轮机抽出高温高压的过热蒸汽，加热高压加热器内的给水，减少进入锅炉的给水与炉膛之间的温差，提升换热效率。高压加热器为表面式结构，蒸汽和给水之间温差、压差较大，加之启动时产生的热应力过大、加热器水位不稳定、工作介质对管束的损伤和破坏、管束自振的损伤等因素，容易造成换热管机械强度下降，诱发加热器泄漏。高压加热器泄漏后，对机组安全性的影响有：
1、泄漏管对周围管束形成高压给水冲击，造成泄漏管束增多，泄漏日趋严重。
2、高压加热器水位急剧升高，水位持续升高存在高压加热器解列等安全风险。
3、引起高压加热器的停运、疏水流量增加、给水泵汽轮机转速升高、机组带负荷能力下降等，影响安全运行。
高压加热器泄漏对机组运行经济也有重要影响，如引起换热效果恶化、运行端差增加、给水温度降低，造成运行经济性下降。以某600MW机组为例，因高压加热器泄漏而导致高压加热器解列，高压加热器解列检修需要三天以上时间，在此期间，机组运行煤耗升高13.40g/kWh，严重影响运行经济性。
可以看出，高压加热器泄漏对机组运行安全性和经济性有重要影响，因此，及时、准确的发现高压加热器泄漏是非常必要的：(1)可及时采取运行措施，有效防止泄漏事故扩大；(2)减少因泄漏造成机组降出力，甚至非停风险；(3)避免因严重泄漏而使机组煤耗大幅度升高。
目前，对于高压加热器泄漏以人为判断为主，根据加热器运行端差、给水流量变化、疏水阀开度等相关数据的异常，依靠丰富的运行经验及数据历史趋势进行判断，对运行人员的能力及经验要求较高，当人员发现高压加热器相关参数异常时，已发生了明显泄漏，对机组安全运行产生不利影响，缺乏加热器泄漏相关的智能评判系统。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法及装置，泄漏检测准确率提高，可以及时发现汽轮机高压加热器管侧泄漏事故，发出泄漏预警，发电企业可及时采取措施，防止泄漏进一步扩大，避免引发安全事故。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法，包括：
获取同负荷工况下疏水调门的开度，并判断是否增加超过预配置的第一阈值，若为是，则输出第一预警信号；
获取凝结水流量计、再热减温水流量计和给水流量计的采样值，并判断偏差值是否超过预配置的第二阈值，若为是，则输出第二预警信号；
获取高压加热器的上端差，并判断是否升高达到预配置的第三设定阈值，若为是，则输出第三预警信号；
获取高压加热器水位，并判断是否升高至高I值，若为是，则输出第四预警信号；
获取同负荷工况下高压加热器的温升，并判断温升降低是否超过第五设定阈值，若为是，则输出第五预警信号；
当收到第一预警信号、第二预警信号、第三预警信号、第四预警信号和第五预警信号中的至少两个时，判断高压加热器发生泄漏，并输出报警信号。
所述第一阈值为10％。
所述偏差值为：
G1-G2-G3
其中：G1为凝结水流量计的采样值，G2为减温水流量计采样值，G3为给水流量计采样值，所述第二阈值为20t/h。
所述第三设定阈值为2摄氏度。
所述第四设定阈值为高压加热器水位高I值。
所述第五设定阈值为5摄氏度。
一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测装置，所述汽轮机系统包括锅炉、高压加热器组，除氧器、给水泵，所述除氧器的输入端连接至凝结水管路，输出端连接至给水泵的输入端，所述给水泵的输出端通过高压加热器组连接至锅炉，所述给水泵的输出端还连接至再热器减温水管路；所述高压加热器组中的各高压加热器的底部均设有疏水调门，所述除氧器和给水泵之间设有凝结水流量计，所述再热器减温水管路上设有再热器减温水流量计，第一个高压加热器和锅炉之间设有给水流量计，所述高压加热器上设有水位计，所述装置还包括控制器，所述控制器被配置为执行上述步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)泄漏检测准确率提高，可以及时发现汽轮机高压加热器管侧泄漏事故，发出泄漏预警，发电企业可及时采取措施，防止泄漏进一步扩大，避免引发安全事故。
2)适用于某一台高压加热器泄漏预警，也适用于多台高压加热器泄漏预警，实用性强，可满足发电企业不同需求。
3)可以及时发现高压加热器管侧泄漏，减少高压加热器解列时间，降低高压加热器泄漏造成的经济损失。
附图说明
图1为本发明实施例应用系统的结构示意图；
图2为是本发明实施例高压加热器局部示意图；
其中：1、第一高压加热器，2、第二高压加热器，3、第三高压加热器，4、除氧器，11、锅炉，12、汽轮机高压缸，13、汽轮机中压缸，14、发电机，15、给水泵，21、一级抽汽管路，22、二级抽汽管路，23、三级抽汽管路，24、四级抽汽管路，31、主蒸汽管路，32、高压缸排汽管路，33、再热蒸汽管路，34、中压缸排汽管路，35、凝结水管路，36、再热器减温水管路，37、给水管路，41、第一疏水调门，42、第二疏水调门，43、第三疏水调门，51、凝结水流量计，52、再热器减温水流量计，53、给水流量计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1和图2，整个监测装置安装于高压加热器系统中，包括第一高压加热器1、第二高压加热器2、第三高压加热器3、除氧器4、锅炉11、汽轮机高压缸12、汽轮机中压缸13、发电机14、给水泵15、一级抽汽管路21、二级抽汽管路22、三级抽汽管路23、四级抽汽管路24、主蒸汽管路31、高压缸排汽管路32、中压缸进汽管路33、中压缸排汽管路34、凝结水管路35、再热器减温水管路36、给水管路37、第一疏水调门41、第二疏水调门42、第三疏水调门43、凝结水流量计51、再热器减温水流量计52、给水流量计53。
锅炉11具有给水入口和蒸汽出口，蒸汽出口通过主蒸汽管路31进入汽轮机高压缸12，蒸汽经汽轮机高压缸12做功后通过高压缸排汽管路32进入锅炉11加热，再热蒸汽进入汽轮机中压缸13做功，做功后蒸汽由中压缸排汽管道34排出，蒸汽凝结成水进入凝结水管路35后进入除氧器4加热，给水依次经过第三高压加热器3、第二高压加热器2、第一高压加热器1加热后进入锅炉11；
除氧器4的出水端与给水泵15的进水端连接，给水泵15的出水端与第三高压加热器3的进水端连接，第三高压加热器3的出水端与第二高压加热器2的进水端连接，第二高压加热器2的出水端与第一高压加热器1的进水端连接，第一高压加热器1的出水端与锅炉11的给水管路37入口连接；
第一高压加热器1、第二高压加热器2、第三高压加热器3的底部均具有疏水出口；第一高压加热器1底部疏水出口连接第二高压加热器2，第二高压加热器2底部疏水出口连接第三高压加热器3，第三高压加热器3底部疏水出口连接除氧器4；
一级抽汽管路21的两端分别连接汽轮机高压缸12和第一高压加热器1，二级抽汽管路22的两端分别连接汽轮机高压缸12和第二高压加热器2，三级抽汽管路23的两端分别连接汽轮机中压缸13和第三高压加热器3，四级抽汽管路24的两端分别连接汽轮机中压缸13和除氧器4；
第一疏水调门41安装在第一高压加热器1疏水管路上，第二疏水调门42安装在第二高压加热器2疏水管路上，第三疏水调门43安装在第三高压加热器3疏水管路上；凝结水流量计51安装在给水泵入口管路上，再热器减温水流量计52安装在再热器减温水管路上，给水流量计53安装在第一高压加热器出口管路上。
通过研究高压加热器管侧泄漏对运行参数的影响，建立高压加热器管侧泄漏与正常疏水调门开度、流量偏差、高压加热器上端差、高压加热器水位、高压加热器温升等参数的定量关系，明确高压加热器管侧泄漏判断依据，及时发现高压加热器泄漏事故，分析过程如下：
步骤一：高压加热器管侧发生泄漏，给水泄漏至汽侧，经高压加热器疏水管道进入下一级加热器，造成高压加热器疏水流量增加，具体体现为同负荷工况下正常疏水调门开度增加，将同负荷工况下高压加热器正常疏水调门开度增加10％作为高压加热器管侧泄漏的判断依据之一；
步骤二：高压加热器管侧发生泄漏，给水泄漏至汽侧，经高压加热器疏水管道进入下一级加热器，造成进入除氧器4的疏水流量增加，具体体现为凝结水流量计51读数G1、再热器减温水流量计52读数G2、给水流量计53读数G3偏差增加，将G1-G2-G3≥20t/h作为高压加热器管侧泄漏的判断依据之一；
步骤三：高压加热器管侧发生泄漏，给水泄漏至汽侧，造成加热器换热效果变差，高压加热器出口水温降低，上端差升高，将高压加热器上端差pswsat_t(P3+P0)-t3cs≥2℃作为管侧泄漏的判断依据之一；
步骤四：高压加热器管侧发生泄漏，给水泄漏至汽侧，高压加热器水位升高，将高压加热器水位高I值作为管侧泄漏的判断依据之一；
步骤五：高压加热器管侧发生泄漏，给水泄漏至汽侧，造成加热器换热效果变差，高压加热器温升降低，将同负荷工况下高压加热器温升下降5℃以上作为管侧泄漏的判断依据之一；
上述五个判断高压加热器管侧泄漏的判断依据在一定程度上存在偶发因素，为提高判断准确性，将上述五个判断依据中两个及以上同时发生作为高压加热器管侧泄漏的最终判断依据。
最终设计一种汽轮机系统高压加热器管侧泄漏检测方法，包括：
获取同负荷工况下疏水调门的开度，并判断是否增加超过预配置的第一阈值，若为是，则输出第一预警信号；
获取凝结水流量计、减温水流量计和给水流量计的采样值，并判断偏差值是否超过预配置的第二阈值，若为是，则输出第二预警信号；
获取高压加热器的上端差，并判断是否升高达到预配置的第三设定阈值，若为是，则输出第三预警信号；
获取高压加热器水位，并判断是否升高至高I值，若为是，则输出第四预警信号；
获取同负荷工况下高压加热器的温升，并判断温升降低是否超过第五设定阈值，若为是，则输出第五预警信号；
当收到第一预警信号、第二预警信号、第三预警信号、第四预警信号和第五预警信号中的至少两个时，判断高压加热器发生泄漏，并输出报警信号。
下面进行实例应用分析：
以某电厂600MW机组为例进行实施例分析，该机组配置三台高压加热器和一台除氧器。上述设备按照实施例结构示意图进行安装和编号命名，第一高压加热器1、第二高压加热器2、第三高压加热器3、除氧器4。
该机组额定功率600MW工况下，第三疏水调门开度为60％，凝结水流量等于再热器减温水流量和给水流量之和，第三高压加热器上端差为0℃，高压加热器水位无异常，第三高压加热器温升为44.5℃。机组稳定运行，各运行参数正常。
随着机组启停次数及运行时间增加，机组额定功率工况下，第三高压加热器水位升高，正常疏水调门开度增加至70％。同负荷工况第三疏水调门开度增量超10％、凝结水流量-再热减温水流量-给水流量≥20t/h，两个判断依据触发第三高压加热器管侧泄漏报警。机组运行中第三疏水调门开度逐步增加，并伴随加热器水位升高、加热器出水温度降低等现象，进一步明确了第三高压加热器管侧泄漏的事实。
机组运行人员采取高压加热器解列措施，退出高压加热器汽侧运行，水位没有明显下降，退出高压加热器水侧运行，切换至水侧旁路运行，加热器水位明显下降。降温后打开第三高压加热器人孔门，对第三高压加热器汽侧充压查漏，发现7根管束泄漏，对泄漏管路进行堵管处理，充压复查漏点，无泄漏现象，回装后恢复高压加热器正常运行，回热系统运行参数正常。
通过上述方案，可以看出加热器智能预警系统对汽轮机运行安全性及经济性的影响主要体现在以下几个方面。
1、及时、准确的发现第三高压加热器泄漏并预警，检查发现7根加热器管束发生泄漏，验证了分析判断的准确性；
2、预警后机组运行人员及时采取措施，有效防止泄漏事故扩大，避免因泄漏造成安全事故，甚至机组非停风险；
3、若未能及时发现高压加热器泄漏，因泄漏造成换热效果恶化、运行端差增加、给水温度降低，使机组煤耗升高2g/kWh以上，严重影响机组运行经济性。
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