船舶汽轮机调温及冷却测控系统技术分析

韩孝坤

摘要：本文主要研究船舶汽轮机调温及冷却测控系统技术，首先从蒸汽发生器的温度调节；调节出口处温度的工艺；调节设备中蒸汽温度的工艺三个方面分析船舶汽轮机调温技术，研究船舶汽轮机冷却测控系统技术，要做到及时反映，准确测温；具有较高的安全可靠性和匹配度，从设备控制模块和数据采集处理模块的设计角度出发，探究冷却测控技术的实现。希望能为关注此话题的研究学者提供参考意见。

关键词：蒸汽发生器；数据采集；温度调节

一、船舶汽轮机调温技术分析

（一）蒸汽发生器的温度调节

在近代的船舶蒸汽动力装置中，比较注重循环效率的提高，因此使用的蒸汽参数相对较高。经过实践可以发现，当过热蒸汽温度上升的幅度在20～25℃之间时，就会提高动力装置的效率，提高的幅度是1%。蒸汽发生器就是我们常说的锅炉，使用燃料资源进行加热，将水加热成热水或者是蒸汽。蒸汽发生器的作用是能够容有一定数量的水和蒸汽，当工作状况发生变化，蒸汽发生器能够起到稳定气压的缓冲作用。而且存储的气泡本身具有较大的质量，因此蒸汽发生器的蓄热能力较强。它是加热、蒸发、过热三个工作过程的连接纽带，而且也是一个平衡容器，在内部有汽水分离和净化蒸汽的装置。正常情况下，过热蒸汽的温度范围是450～470℃，少数现代船舶装置使用的过热蒸汽温度范围是500～510℃[1]。目前，现代船舶的主锅炉过滤器管的耐热性难以得到提高，而且内部汽轮机叶片的耐高温性能也面临着难以有所突破的困境，二者的共同作用限制了过热蒸汽温度的提高。承载负荷的变化会导致蒸汽的温度在过热器的出口处出现不稳定的状况。除此之外，不稳定的给水温度、炉腔内不稳定的过剩空气系数、不稳定的燃料供给量、使用不同形式布置燃烧器都会导致过热蒸汽的温度发生变化。为了保证过热器的安全，为了保证动力装置的经济性，蒸汽的参数不能发生变化，要维持在一个稳定的数值范围内。因此要合理的调节蒸汽的温度，要安装可靠性较高的蒸汽温度调节装置。

（二）调节出口处温度的工艺

调节装置出口处温度的方案有三种，其中之一是蒸汽旁边混合调节，这种方式运用的调节系统构成简单，但是不利于设备管壁的冷却，这是调节阀开度大，能够通过蒸汽装置的蒸汽量较小。所以这一方案只在过执蒸汽温度不高的蒸汽机船上适用。其中之二是减温蒸汽混合调节，这一方案能够让全部的蒸汽通过发生装置，有效的规避蒸汽旁通混合调节方案的缺点。但是汽包中的压力会高于减温器内的压力，这样不明气体就有可能经过减温器的泄露出流入装置内，让蒸汽遭到污染。其中之三是采用喷水的方式，使用这种方式调节设备的出口蒸汽温度时，要保证蒸馏水的含盐量不超过2.5ppm。此外还有一种方法是烟气调节法，这种方法是改变装置中的烟气流量，实现过热蒸汽温度的變化调整。

（三）调节设备中蒸汽温度的工艺

蒸汽从锅炉进入汽轮机，在汽轮机内膨胀做功。会将蒸汽的热能转变为机械能，之后排入凝气器，在冷却作用下凝结成水。期间会经过齿轮减速器和轴系驱动的螺旋桨，之后会被凝水泵送入到给水预热器中，还会进入到除氧器中。最后由锅炉给水泵送回锅炉，期间经过给水预热器，冷却水会重新在锅炉中经过受热变为蒸汽，由此可见这是一个闭合循环的过程。调节装置的中间温度的工艺在现代船舶主锅炉中的应用十分广泛。使用这类调节工艺时将锅炉蒸汽装置分为两级，以便于在两级之间将部分蒸汽运出，输送至减温器，经过降温会和调节阀出口的蒸汽混合，之后再将温度适合的蒸汽送往下一阶段，输送的蒸汽用于主汽轮机。这一类别的蒸汽减温器需要布置在锅炉的上锅筒中，也可以布置在锅炉的下锅筒中。改变减温器中过热蒸汽的流量，实现蒸汽温度的合理调节。这一方式保证锅炉的负荷维持在25%～100%，让过热蒸汽的温度达到稳定的状态。

二、船舶汽轮机冷却测控系统技术分析

（一）及时反映，准确测温

以某当大型的汽轮机为例，该汽轮机在运行了较长的时间后，产生温度较高的不良状况，进而导致了汽轮机的振动，对整个机组的正常使用产生了一定的影响。由此可见实现汽轮机的快速冷却具有十分重要的意义，能够有效的提高汽轮机的使用质量。因此要有针对性的提高汽轮机的安全性能，提高蒸汽的回收利用率。冷却测控系统要达到及时反映准确测温的标准。当过热蒸汽的温度超过一定的范围达到过高的标准，会对汽轮机的使用寿命造成十分严重的破坏。所以测温系统要能过及时准确的测量在汽包出口处的过热蒸汽温度，当测得的蒸汽温度超过预设的温度，要及时让减温器做出正确的反应，加强对蒸汽的冷却。尽快将温度控制在合理的范围内，对叶片起到良好的保护作用。如果蒸汽的温度低于设定的温度，测量系统也需要及时的做出反应，尽快让减温器减轻冷却的幅度，让船舶的动力装置保持符合保准的工作效率。

（二）较高的安全可靠性和匹配度

在汽轮机中过热蒸汽完成膨胀做功，会排入到凝气器，然后会在装置的冷却作用下凝结成水，由凝水泵送入到给水预热器和除氧器中，经过预热和除氧。最后流入到锅炉。在这一闭合循环的过程中，要与船舶的实际使用过程相结合，要考虑到不同航速的具体要求，要考虑实际功率的变化情况。因此要让冷却系统的功率和传播使用的蒸汽量相互匹配[2]。冷却测量系统的调节作用要符合上述要求。汽轮机容易出现故障，测量系统要有处理故障的措施，要有可靠的报警系统。进而避免装置发生后果恶劣的事故。当设备发生故障，测温系统应该在最短的时间内，完成故障的识别，判定故障的种类和原因，给出故障的严重程度。除此之外及时提示通知操作人员，让操作人员详细得知当前汽轮机的运行状态。测量系统对上述要求的具体表现形式应该是有动态检测的功能，能够实现动态显示，能够绘制曲线进行表达。

（三）设备控制模块和数据采集处理模块的设计

以燃气轮机进气冷却测控系统为例，设备控制模块的建立是主要针对执行器而言，设计的系统要有电动旁通门开关的装置，还要有电动截止阀开关，此外要实现比例调节阀的开度，实现对水泵开关的控制，实现对制冷对制冷机组开关启停大小的控制。可以使用PLC控制器，准确的传达控制命令，以达到对整个装置控制的目的。为了完成数据的采集，要设置模拟量和开关量的采集系统，当前端控制站完成数据的采集，会将数据传送给传感器，实现数据转变为模拟信号，接着转变数字信号。这些信号会传送给高度集中的控制级[3]。系统的每一个数据通道会和监控软件一一对应，构建出多个线程。对线程实现监控，进而达到对数据采集的监控目的。当发现问题时及时响应，及时采取纠正措施。也就是说发挥多线程程序设计的优点，让系统数据具有较高程度的实时性。

总结：

综上所述，汽轮机冷却系统的使用要求较高，因此建立的冷却测温系统需要满足及时反映，准确测温的要求，还要有较高的安全可靠性，要和船舶的航行有较大的匹配度，另外还要具备交互性能强的特点，有比较全面的功能，从而便于工作人员的使用，让整个机组有较高的安全性，保持运行的稳定性，保证船舶运行经济性。

参考文献：

[1]张朝阁，江平，冯刚，万志平，刘辉锋.船舶汽轮机调温及冷却测控系统技术要求分析[J].装备制造技术，2014（01）：31-32.

[2]陈妙芳，柳斌.燃气轮机进气冷却测控系统硬件设计[J].科技视界，2012（34）：121-122.

[3]陈妙芳. 燃气轮机进气冷却测控系统软件设计[D].电子科技大学，2011.