[发明专利]一种火电站调节阀实时在线汽蚀监测预警系统及方法

权利要求书

1.一种火电站调节阀实时在线汽蚀监测预警系统，其特征在于：包括与电站DCS控制系统(10)相连的外部监测单元(11)、监测目标调节阀(6)、管道流量传感器(2)、调节阀上游温度传感器(3)、调节阀上游压力传感器(4)和调节阀下游压力传感器(8)；所述调节阀上游温度传感器(3)和调节阀上游压力传感器(4)为监测目标调节阀(6)所在管路上游距离监测目标调节阀(6)最近的压力和温度测量传感器；调节阀下游压力传感器(8)为监测目标调节阀(6)所在管路下游距离监测目标调节阀(6)最近的压力传感器；所述监测目标调节阀(6)与调节阀上游压力传感器(4)之间的管道和管路元件构成调节阀上游管段(5)，所述监测目标调节阀(6)与调节阀下游压力传感器(8)之间的管道和管路元件构成调节阀下游管段(7)；外部监测单元(11)与电站DCS控制系统(10)之间通过常规电站DCS支持的标准工业MODBUS串口进行双向通讯，接收来自电站DCS控制系统(10)发来的管道流量传感器(2)、调节阀上游温度传感器(3)、调节阀上游压力传感器(4)和调节阀下游压力传感器(8)的测量信号，并将调节阀汽蚀校核结果发送给电站DCS控制系统(10)，利用电站DCS控制系统(10)内置的报警和提示模块即可发出提示和报警，提示运行人员。

2.根据权利要求1所述的一种火电站调节阀实时在线汽蚀监测预警系统，其特征在于：所述管道流量传感器(2)位于监测目标调节阀(6)的上游管道(1)或下游管道(9)上，只需保证所测流量等于或近似等于通过监测目标调节阀(6)的流量。

3.根据权利要求1所述的一种火电站调节阀实时在线汽蚀监测预警系统，其特征在于：所述外部监测单元(11)选择配有各自操作系统且支持工业标准MODBUB串口通讯的可编程控制器PLC、工业控制计算机、微型计算机或服务器。

4.权利要求1所述火电站调节阀实时在线汽蚀监测预警系统的实时在线汽蚀监测预警方法，其特征在于：

调节阀在选型设计时都需要进行汽蚀校核，阀门选型需满足条件：

p_in-p_out<Δp_max＝K_m(p_in-p_r)(1)

式中，

p_r——当地饱和压力，可根据调节阀上游温度传感器3测量得到的温度T₃进行估算

Km——阀门恢复系数，部分阀门供应商会提供液体压力恢复系数FL，Km=FL2]]>

Δp_max——通过阀的最大允许压降

p_in——调节阀入口压力；

p_out——调节阀出口压力；

因此，不会发生气蚀的充分条件为

Ka=pin-poutpin-pr<Km---(2)]]>

取汽蚀风险系数

λ=KaKm---(3)]]>

这样λ<1为阀门不发生汽蚀的充分条件，也即，当λ>1时开始有发生汽蚀的风险，根据汽蚀原理，调节阀前后压差越大，则发生汽蚀的几率越高，发生汽蚀后，压差越大，则汽蚀损害越严重，因此，用汽蚀风险系数的数值来判断汽蚀的发生和发生汽蚀后的程度；

所述汽蚀风险系数λ，实时根据系统各传感器的测量结果计算汽蚀风险系数的数值，当汽蚀风险系数λ大于1时，即向系统进行报警提示，运行人员根据提示进行相关的处置，而检修人员查阅每个调节阀汽蚀风险系数λ的历史数据，λ越大则表明该调节阀汽蚀风险较大，甚至造成汽蚀损坏，从而首次为工程人员提供所有调节阀的汽蚀风险及破坏程度的实时在线监测；

其中监测目标调节阀(6)进出口压力p_in和p_out一般是没有现场测点的，因此，根据系统内的管道流量传感器(2)、调节阀上游温度传感器(3)、调节阀上游压力传感器(4)和调节阀下游压力传感器(8)进行计算，计算原理及方法如下：

根据稳定流动伯努利方程：

p4+ρgh4+ρv422=pin+ρvin22+pfinp8+ρgh8+ρv822=pout+ρvout22-pfout---(4)]]>

式中，

p₄——调节阀上游压力传感器(4)测量压力

p₈——调节阀下游压力传感器(8)测量压力

ρ——管道内液体密度

g——重力加速度

v₄——调节阀上游压力传感器(4)测点位置管内平均流速

v₈——调节阀下游压力传感器(8)测点位置管内平均流速

v_in——调节阀入口位置管内平均流速

v_out——调节阀出口位置管内平均流速

h₄——调节阀上游压力传感器(4)测点位置距离调节阀中心的高度

h₈——调节阀下游压力传感器(8)测点位置距离调节阀中心的高度

p_fin——调节阀上游管段(5)的流动压降

p_fout——调节阀下游管段(7)的流动压降

一般情况下，调节阀上游管段(5)和调节阀下游管段(7)的管道直径不发生变化，因此v₄＝v₈＝v_in＝v_out,式(4)变为

pin=p4+ρgh4-pfinpout=p8+ρgh8+pfout---(5)]]>

p_fin和p_fout参考水力设计手册进行计算，计算过程中所需平均流速根据管道流量传感器(2)的测量流量进行计算，所需温度根据调节阀上游温度传感器(3)的测量结果进行计算。