汽輪機凝汽器增設液位控制

閆人杰

【摘 要】本論文通過在原管道上并上一臺氣動調節閥，增加一臺液位變送器，并在DCS上增設一套控制回路，解決了汽輪機凝汽器有時出現無法控制的難題，從而保證汽輪機安穩運行，保證蒸汽管網的穩定。

【關鍵詞】凝汽器；液位；DCS；調節閥；Honeywell

一、前言

熱電聯產裝置汽輪發電機組的兩臺汽輪機采用杭汽的機組，并且所有的自控系統均由康吉森自動化公司配套提供，汽輪機凝汽器的出口電動閥已多次出現液位無法控制，從而造成凝汽器液位暴漲，如果出口閥打不開，一分鐘就會造成凝汽器水滿，如果水滿將會造成汽輪機汽缸帶液，使整臺汽輪機報廢，所以一旦出現這種現象，只能緊急停車，而且汽輪機滿負荷地緊急停車會造成蒸汽管網波動，威脅整個管網的生產。

二、概述

凝汽器為單殼體對分單流程表面式凝汽器，它在低壓缸下部橫向布置。凝汽器殼體置于彈簧支座上，其上部與汽機排汽缸采用剛性連接。循環水流經凝汽器管束使凝汽器殼體內汽機排汽凝結，凝 結水聚集在熱井內并由凝結水泵排走。

排氣離開汽輪機后進入凝汽器，凝汽器內流入由循環水泵提供的冷卻工質，將汽輪機乏汽凝結為水。由于蒸汽凝結為水時，體積驟然縮小，從而在原來被蒸汽充滿的凝汽器封閉空間中形成真空。為保持所形成的真空，抽氣器則不斷的將漏入凝汽器內的空氣抽出，以防不凝結氣體在凝汽器內積聚，使凝汽器內壓力升高.集中與凝汽器底部的凝結水，則通過凝結水泵送往除氧器方向作為鍋爐給水。

所以，汽輪機凝汽器設備的任務是：

（1）在汽輪機排汽口建立并維持高度真空

（2）將汽輪機的排汽凝結成潔凈的凝結水作為鍋爐的給水循環使用要是說單純的凝汽器的作用，就是把乏汽凝結成水

三、原凝汽器的控制方案

在原來的控制中，液位信號進入汽輪機TS3000控制系統中，而TS3000調用一個標準功能塊即實現控制，由于所有的電動閥都這樣控制，而且標準塊的具體程序不得而知，所以我們只能純粹分析功能塊的幾個賦予的參數，而這幾個參數都沒有問題，所以在這種情況下，我們只能想別的補救措施。

四、改進方案

本系統所要保持的恒定參數是液位的給定高度，即控制的任務是控制液位等于給定值所要求的高度。根據控制框圖，這是一個閉環反饋單回路液位控制。當調節方案確定之后，接下來就是整定調節器的參數，合適的控制參數，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數選擇得不合適，則會使控制質量變壞，達不到預期效果。因此，當一個單回路系統組成好以后，如何整定好控制器參數是一個很重要的實際問題。

一般言之，用比例（P）調節器的系統是一個有差系統，比例度δ的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統的動態性能密切相關。比例積分（PI）調節器，由于積分的作用，不僅能實現系統無余差，而且只要參數δ，Ti調節合理，也能使系統具有良好的動態性能。比例積分微分（PID）調節器是在PI調節器的基礎上再引入微分D的作用，從而使系統既無余差存在，又能改善系統的動態性能（快速性、穩定性等）。在單位階躍作用下，P、PI、PID調節系統的階躍響應分別如下圖中的曲線①、②、③所示。

我們在原工藝管線上并入一套氣動調節閥，并由DCS來控制，這樣一旦出現原電動閥無法控制的情況，既可由DCS來控制啟動調節閥，從而控制好液位，確保了凝汽器液位的正常。

在控制方式采用閉環負反饋控制方式，在水位增加時關小控制閥，在水位下降時開大控制閥，在DCS內做一PID自動調節回路，設置好PID的參數，將水位投上自動即可完成凝汽器液位的自動控制。

五、PID在自動化控制的原理簡述

PID控制的基本組成：PID控制由反饋系統偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）的線性組合而成，這3種基本控制規律各具特點。

P比例控制：比例控制器在控制輸入信號e（t）變化時，只改變信號的幅值而不改變信號的相位，采用比例控制可以提高系統的開環增益。該控制為主要控制部分。

D微分控制：微分控制器對輸入信號取微分或差分，微分反映的是系統的變化率，因此微分控制是一種超前預測性調節，可以預測系統的變化，增大系統的阻尼，提高相角裕度起到改善系統性能的作用。但是，微分對干擾也有很大的放大作用，過大的微分會使系統震蕩加劇。

I積分控制：積分是一種累加作用，它記錄了系統變化的歷史，因此，積分控制反映的是控制中歷史對當前系統的作用。積分控制往系統中加入了零極點，可以提高系統的型別（控制系統型別即為開環傳遞函數的零極點的重數，它表爭了系統跟隨輸入信號的能力），消除靜差，提高系統的無差度，但會使系統的震蕩加劇，超調增大，動態性能降低，故一般不單獨使用，而是與PD控制相結合。

PID的復合控制：綜合以上幾種控制規律的優點，使系統同時獲得很好的動態和穩態性能。

一個好的控制系統應該有盡可能小的超調和盡可能短的調節時間，且超調量與調節時間在很多情況下是矛盾的：小的超調量要求系統有大的阻尼系數，而阻尼系數過大又會使響應速度下降。不同的系統對兩個指標的要求有所不同。通過選擇適當的控制方法可以使這兩個指標達到平衡，使系統的整體性能達到最優。在PID控制中，加入微分項就是為了增大系統的阻尼，同時由于微分控制是一種超前控制，因此，會加快響應速度。

六、在EPKS系統中PID控制的應用

本次用于回路組態的主要功能模塊為PIDA，在控制閥門時擁有更大強大的PID調節作用，其特點是可實現閉環回路的自動化控制，PIDA模塊可以對比過程變量反饋（PVF）和期望過程設置（desiredprocesssetpoint）并以誤差為準進行控制變量輸出更新，更好地完成串級控制。

模塊利用PID閉路增益及貯存在40個16位數字組中的其他參數在所希望的時間間隔內進行PID運算，全部參數均為16位整數字，其具有16位模擬過程。增減控制精度，縮減控制時間。

七、結束語

改造后再出現原電動閥無法控制的情況下，都能比較平穩地切換至DCS來控制凝汽器液位，從而保證了汽輪機的平穩運行，保證了熱電蒸汽管網的穩定，保證了熱電裝置的效益。

【參考文獻】

[1]《動力裝置P—I圖冊》

[2]《化工過程控制工程》

[3]霍尼韋爾EPKS系統參考手冊第四版霍尼韋爾中國自動化學院，2005.5

[4]《自動化儀表手冊》