汽轮机凝汽器增设液位控制

闫人杰

【摘 要】本论文通过在原管道上并上一台气动调节阀，增加一台液位变送器，并在DCS上增设一套控制回路，解决了汽轮机凝汽器有时出现无法控制的难题，从而保证汽轮机安稳运行，保证蒸汽管网的稳定。

【关键词】凝汽器；液位；DCS；调节阀；Honeywell

一、前言

热电联产装置汽轮发电机组的两台汽轮机采用杭汽的机组，并且所有的自控系统均由康吉森自动化公司配套提供，汽轮机凝汽器的出口电动阀已多次出现液位无法控制，从而造成凝汽器液位暴涨，如果出口阀打不开，一分钟就会造成凝汽器水满，如果水满将会造成汽轮机汽缸带液，使整台汽轮机报废，所以一旦出现这种现象，只能紧急停车，而且汽轮机满负荷地紧急停车会造成蒸汽管网波动，威胁整个管网的生产。

二、概述

凝汽器为单壳体对分单流程表面式凝汽器，它在低压缸下部横向布置。凝汽器壳体置于弹簧支座上，其上部与汽机排汽缸采用刚性连接。循环水流经凝汽器管束使凝汽器殼体内汽机排汽凝结，凝 结水聚集在热井内并由凝结水泵排走。

排气离开汽轮机后进入凝汽器，凝汽器内流入由循环水泵提供的冷却工质，将汽轮机乏汽凝结为水。由于蒸汽凝结为水时，体积骤然缩小，从而在原来被蒸汽充满的凝汽器封闭空间中形成真空。为保持所形成的真空，抽气器则不断的将漏入凝汽器内的空气抽出，以防不凝结气体在凝汽器内积聚，使凝汽器内压力升高.集中与凝汽器底部的凝结水，则通过凝结水泵送往除氧器方向作为锅炉给水。

所以，汽轮机凝汽器设备的任务是：

（1）在汽轮机排汽口建立并维持高度真空

（2）将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水作为锅炉的给水循环使用要是说单纯的凝汽器的作用，就是把乏汽凝结成水

三、原凝汽器的控制方案

在原来的控制中，液位信号进入汽轮机TS3000控制系统中，而TS3000调用一个标准功能块即实现控制，由于所有的电动阀都这样控制，而且标准块的具体程序不得而知，所以我们只能纯粹分析功能块的几个赋予的参数，而这几个参数都没有问题，所以在这种情况下，我们只能想别的补救措施。

四、改进方案

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。

我们在原工艺管线上并入一套气动调节阀，并由DCS来控制，这样一旦出现原电动阀无法控制的情况，既可由DCS来控制启动调节阀，从而控制好液位，确保了凝汽器液位的正常。

在控制方式采用闭环负反馈控制方式，在水位增加时关小控制阀，在水位下降时开大控制阀，在DCS内做一PID自动调节回路，设置好PID的参数，将水位投上自动即可完成凝汽器液位的自动控制。

五、PID在自动化控制的原理简述

PID控制的基本组成：PID控制由反馈系统偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）的线性组合而成，这3种基本控制规律各具特点。

P比例控制：比例控制器在控制输入信号e（t）变化时，只改变信号的幅值而不改变信号的相位，采用比例控制可以提高系统的开环增益。该控制为主要控制部分。

D微分控制：微分控制器对输入信号取微分或差分，微分反映的是系统的变化率，因此微分控制是一种超前预测性调节，可以预测系统的变化，增大系统的阻尼，提高相角裕度起到改善系统性能的作用。但是，微分对干扰也有很大的放大作用，过大的微分会使系统震荡加剧。

I积分控制：积分是一种累加作用，它记录了系统变化的历史，因此，积分控制反映的是控制中历史对当前系统的作用。积分控制往系统中加入了零极点，可以提高系统的型别（控制系统型别即为开环传递函数的零极点的重数，它表争了系统跟随输入信号的能力），消除静差，提高系统的无差度，但会使系统的震荡加剧，超调增大，动态性能降低，故一般不单独使用，而是与PD控制相结合。

PID的复合控制：综合以上几种控制规律的优点，使系统同时获得很好的动态和稳态性能。

一个好的控制系统应该有尽可能小的超调和尽可能短的调节时间，且超调量与调节时间在很多情况下是矛盾的：小的超调量要求系统有大的阻尼系数，而阻尼系数过大又会使响应速度下降。不同的系统对两个指标的要求有所不同。通过选择适当的控制方法可以使这两个指标达到平衡，使系统的整体性能达到最优。在PID控制中，加入微分项就是为了增大系统的阻尼，同时由于微分控制是一种超前控制，因此，会加快响应速度。

六、在EPKS系统中PID控制的应用

本次用于回路组态的主要功能模块为PIDA，在控制阀门时拥有更大强大的PID调节作用，其特点是可实现闭环回路的自动化控制，PIDA模块可以对比过程变量反馈（PVF）和期望过程设置（desiredprocesssetpoint）并以误差为准进行控制变量输出更新，更好地完成串级控制。

模块利用PID闭路增益及贮存在40个16位数字组中的其他参数在所希望的时间间隔内进行PID运算，全部参数均为16位整数字，其具有16位模拟过程。增减控制精度，缩减控制时间。

七、结束语

改造后再出现原电动阀无法控制的情况下，都能比较平稳地切换至DCS来控制凝汽器液位，从而保证了汽轮机的平稳运行，保证了热电蒸汽管网的稳定，保证了热电装置的效益。

【参考文献】

[1]《动力装置P—I图册》

[2]《化工过程控制工程》

[3]霍尼韦尔EPKS系统参考手册第四版霍尼韦尔中国自动化学院，2005.5

[4]《自动化仪表手册》