熱井

由于凝汽設備內部具有高度真空, 因此,液位測量裝置必須保持良好的氣密性, 使之不影響凝汽設備的真空度并保證液位測量的準確性。為此, 傳統(tǒng)方法常采用平衡容器、差壓變送器以及溫度補償?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)(華能威海三期工程原本計劃采用這種方式進行液位測量)。作者多次審查差壓變送器液位測量方案并考察電廠實際應用的效果,在分析差壓變送器的測量原理后,決定放棄該液位測量方案,改為導波雷達液位變送器進行液位測量。

2.1 差壓變送器液位測量方案

對于整個測量單元來說, 差壓變送器液位測量的準確性以及精度主要依賴于一次測量元件, 即平衡容器產生差壓值的準確性和可靠性。而平衡容器差壓值的準確性受到多方面因素的影響(如壓力、溫度、管路閥門及容器密封性),對于凝汽器熱井液位測量來說,平衡容器內凝結水形成時間等方面的因素都直接影響到平衡容器差壓值的準確性。測量單元投運初期,平衡容器凝水管內凝結水尚未形成或正在形成的過程中,此時, 平衡容器產生的差壓值是不準確甚至是反相的,得到的液位值是不準確的,在這段時間內,控制系統(tǒng)因無法得到準確的液位信號而失去對液位的控制依據(jù)。在機組正常運行過程中, 熱井作為一個負壓容器本身的水位波動就比較大, 差壓式測量容易因密封不嚴而造成靜壓補償不足, 導致測量不準。因此,傳統(tǒng)的差壓變送器測液位的方法不適用于凝汽器熱井液位的測量。

2.2 導波雷達液位變送器液位測量方案

導波雷達液位變送器采用時域反射原理, 無論被測對象參數(shù)如何變化, 導波雷達始終跟蹤實際液由發(fā)生器產生1個沿導波桿(探頭)向下傳送的電磁脈沖波(雷達波), 當遇到比先前傳導介質(空氣或蒸汽)介電常數(shù)大的液體表面時,雷達波被反射,通過超高速計時電路計算出雷達波從發(fā)射到接收的傳導時間, 傳導時間與雷達波速度乘積的1/2即為液體表面到變送器底部位移,從而實現(xiàn)對液位的精確測量。測量介質壓力、溫度只對導波雷達探頭結構有要求,不會對測量產生影響。

2.3 系統(tǒng)液位測量

華能威海三期汽輪機廠家要求凝汽器熱井液位控制在數(shù)字電液控制系統(tǒng)中實現(xiàn), DEH要求3個熱井液位信號。鑒于凝汽器熱井液位在機組安全穩(wěn)定運行中的重要性,需要對液位測量裝置進行冗余設置。由于凝汽器高背壓側和低背壓側熱井之間有連通管道,熱井里的水從高背壓側熱井流向低背壓側熱井, 在兩側熱井液位建立動態(tài)平衡的過程中,低背壓側熱井液位更能相對準確的反應凝汽器熱井液位的當前值。該工程在高背壓側熱井設置2個導波雷達液位計, 1個液位信號送往數(shù)字電液控制系統(tǒng),另一個送往分散控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSys-tem);在低背壓側設置3個導波雷達液位計, 2個液位信號送往DEH, 1個送往DCS。由于熱井水位降低至低二值時,聯(lián)鎖啟動另外一臺化學補充水泵,化學水可編程控制器PLC(ProgrammableLogicControl-ler)需要一熱井液位信號, 所以, 在低背壓側再設置1個導波雷達液位計,信號通過硬接線送往化學水PLC。

在高低背壓側熱井上分別配置1個磁翻板液位計, 方便巡檢人員就地監(jiān)視水位。方案更改之后,凝汽器本體配供的6套單室平衡容器不再使用, 施工單位在現(xiàn)場拆除平衡容器筒體, 保留平衡容器與凝汽器本體間的取源管、閥門等配套附件,將6個導波雷達液位計按照上述安裝位置進行安裝。

凝汽器水位控制系統(tǒng)通常選擇單回路調節(jié)方案, 被控變量選擇凝汽器水位,控制變量選擇凝結水補水調節(jié)閥。當機組負荷發(fā)生大幅度變化時, 凝汽器內的凝結水量也隨之發(fā)生變化。由于凝汽器熱井容積較小,故其水位變化十分明顯, 此時,單憑凝汽器水位信號的變化來控制凝汽器補水調節(jié)閥就會造成凝汽器水位的大幅度波動而使水位不易控制。凝汽器熱井作為1個容器,其凝汽器熱井水位發(fā)生變化時,必定會影響除氧器的水位。由于除氧器的水箱容積較大, 除氧器水位允許變化的范圍也較大。因此,為使各關聯(lián)系統(tǒng)均能在最合理、最經濟的狀態(tài)下工作,采用增加前饋信號的辦法來提高調節(jié)系統(tǒng)的應變和處理能力,以減少外擾對系統(tǒng)的不良影響。前饋信號采取除氧器水位控制系統(tǒng)中PID調節(jié)器的輸出,把它加在凝汽器水位PI調節(jié)器的輸入端, 可和當前值與設定值的差值信號疊加, 來作為控制系統(tǒng)的最終輸入。這樣,凝汽器水位調節(jié)器可提前作出判斷,發(fā)出對應的響應指令,使系統(tǒng)在負荷變化時能保證凝汽器水位在允許范圍內變化, 同時,也使除氧器水位在動態(tài)過程中可得到較好的控制。,設置凝汽器水位控制器參數(shù)時,由于水位響應遲延較大,超調量較大, 再由于對象慣性較大, 積分調整時間長, 反映到實際過程中,凝汽器補水調節(jié)閥開度變化幅度大,水位的調整波峰多,衰減穩(wěn)定周期長。為解決此問題, 根據(jù)凝汽器補水調節(jié)閥閥門開度對水位的擾動試驗, 閥門開度增量與水位純延遲時間和上升速度的乘積之間存在線性定量關系,即水位偏差與閥位偏差的定量關系,框圖中K 值根據(jù)此計算所得?？刂破鞅壤鲆嬖O置為1,積分參數(shù)按照常態(tài)設置,該方案的控制結果將閥門衰減振蕩波峰縮減為1 ～2個,凝汽器補水調節(jié)閥的動作頻率大幅度減少,有效縮短了水位的調整振蕩過程,同時改善了被控變量和控制變量的品質。由于實際定值里包含了閥位的初始位置值,該方案的水位實時參數(shù)與定值之間會存在一個恒差, 適用于被控變量可長期有差, 控制精確度要求不大的系統(tǒng)。此恒差經驗證不大于3 mm,可以滿足系統(tǒng)控制精度要求。

凝汽器熱井水位的準確測量對于機組的安全經濟運行極為重要,在機組啟、停過程中, 運行參數(shù)變化較大,對水位的嚴密監(jiān)視顯得更為重要。針對以往業(yè)主提出的凝汽器熱井液位測量方案存在的問題,結合華能威海三期凝汽器熱井液位自動調節(jié)系統(tǒng),本文在此探討凝汽器熱井液位測量方案和熱井水位的控制策略。

凝汽器水位過高和過低對機組的影響主要體現(xiàn)在以下3個方面:

(1)凝汽器水位過高至淹沒銅管時, 會使整個凝汽器的冷卻面積減少、凝汽器真空值下降和凝結水過冷卻,還會使凝結水吸收空氣,導致凝結水含氧量增加并加快凝汽器銅管的銹蝕, 從而降低設備使用的安全性和可靠性。同時,還會導致凝結水溫度降低, 增加除氧器加熱所需要的抽汽量,從而使機組的熱效率降低。

(2)凝汽器水位升高至淹沒空氣管時, 會使射水抽氣器抽水,凝汽器真空值嚴重下降,若在這種情況下繼續(xù)帶負荷,會造成機組發(fā)生超負荷運行,容易出現(xiàn)推力軸承烏金的磨損和軸向位移過大或軸封發(fā)生摩擦等嚴重故障,如果真空值下降至64kPa, 低真空保護就會動作,否則,低壓缸排汽門會爆破, 致使機組被迫停止運行。

(3)凝汽器水位過低,將會引起凝結水泵氣蝕, 直接影響凝結水泵安全運行,同時,會使凝結水泵出力下降,迫使除氧器的水位也跟著下降,嚴重時還會導致鍋爐降低出力。

本文提出的凝汽器熱井液位測量方案和控制策略已經應用于華能威海電廠三期工程的控制系統(tǒng)中,在不久前的調試過程中,取得了良好的測量和控制效果。該液位測量控制方案和控制策略是作者結合工程實踐得出的經驗和體會,該方案可穩(wěn)定地控制凝汽器熱井水位,有效縮短調節(jié)回路的振蕩周期, 從而有利于機組的安全穩(wěn)定運行, 給類似工程凝汽器熱井液位的測量和控制提供參考和借鑒。

地熱井的井口裝置主要有三種：多功能井口裝置、井口隔氧裝置和井口除砂裝置。

（1）多功能井口裝置。地熱井口裝置是地熱井開發(fā)中最基本的井口設備，是維持地熱井生產正常運行，進行熱水動態(tài)監(jiān)測，防止由于井管伸縮及地面下降而引起的事故，減少熱水的腐蝕作用等所必需的。隨著地熱利用的逐步發(fā)展．地熱井的井口裝置逐步規(guī)范化。在我國天津地熱開發(fā)中較普遍采用的多功能井口裝置就是其中之一。

（2）井口隔氧裝置。為防止地熱水在井口與空氣接觸，減少地熱水中氧氣與氯離子聯(lián)合作用對輸水設備的腐蝕危害，在一些有腐蝕作用的地熱井的裝置中，安裝隔氧設備，其中較為常用的一種方法是氮氣保護法。

（3）井口除沙裝置。有的地熱井，由于地質及施工方面的因素，水中的含沙量超過國家規(guī)定的工業(yè)用水含沙量標準(含沙量應低于1/200萬)，影響熱水的正常使用。若含沙量高的地熱水用于供暖．會造成管路系統(tǒng)堵塞，因此對于含沙量超過標準的地熱井．應采取除沙措施。國內設計的旋流式除沙器，是一種較為理想的地熱利用系統(tǒng)中的除沙設備。該設備一般安裝在熱水井口的出水管上。

地熱井興熱9井

2010年3月12日，在大興區(qū)鳳河營村的一處勘探工地上，歡呼聲四起。原來施工人員成功打出一口地熱井，從井口冒出的地熱水，經過測量溫度達到103℃，打破了北京地熱出水溫度的紀錄，成為北京首個中溫地熱井。負責該井施工的派力工程有限公司副總經理葉宏宇介紹說，這口地熱井編號為“興熱－9#”，井深達到3623米，日出水量逾1500立方米，日自流水量近 800立方米。這是北京地區(qū)少有的自流地熱井，地熱水噴出地面，高度可達52米。地熱開采成本比較大，需要打幾千米，才可找到能夠利用的地熱，每口地熱井的成本，至少都在上千萬元人民幣。從上個世紀70年代初，北京先后開發(fā)了良鄉(xiāng)、天竺熱田，發(fā)現(xiàn)具備開發(fā)利用條件的地熱田有10個。

根據(jù)前期可行性論證成果表明，鳳河營地熱田高溫核心區(qū)域的地熱資源，可滿足當?shù)?50余萬平方米建筑物的供暖需求，與大型燃煤鍋爐供暖相比，年可節(jié)約費用 6000余萬元，減少耗煤量8.5萬噸，減少灰塵量0.2萬噸，減少廢渣量1萬噸。

地熱井地熱資源

有資料顯示，地熱資源受到世界各國的重視。國際能源專家普遍認為，預計到2100年，地熱利用將在世界能源總值中占30%～80%。歐美等國都將地熱列為優(yōu)先開發(fā)利用的替代型能源，冰島85%的住宅都利用地熱供暖，美國的地熱裝機和地熱發(fā)電量在世界上獨占鰲頭。對中國而言最為迫切的，是要把地熱作為一種替代能源利用。過去人們認為，25℃以下不叫溫泉，沒有利用價值。人們發(fā)現(xiàn)通過熱泵技術，北京淺層的5℃～6℃的地下水都可以利用。

和燃煤、石油等能源相比，地熱不僅清潔，而且能反復利用，屬于可再生資源。深層地下水有其自身的循環(huán)系統(tǒng)，一部分熱水被抽上來之后，會從遠方不斷地得到補給，從這個意義上說，地熱資源是取之不盡、用之不竭的。但是由于近幾年來各地超采地熱嚴重，造成一些地區(qū)地質沉降。鄭克棪強調，在利用好地熱水的同時，必須進行回灌，用過的熱水經處理后，重新注回到含水層中，可提高再生的性能，這樣才可使含水層不枯竭。國際上普遍采用這種方法，例如，巴黎大量開采地熱供暖，但由于100%的回灌，水位并沒有下降。近幾年來中國一些地熱利用規(guī)模較大的城市，已經制定了回灌率標準，天津市要求新建地熱工程達到100%回灌，北京也作出相同的規(guī)定。當?shù)厥紫纫龊米约旱陌l(fā)展規(guī)劃，是準備發(fā)展旅游度假，還是發(fā)展房地產開發(fā)，亦或重點發(fā)展農業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)，然后根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，制定出對地熱資源的利用方案。 2100433B

地熱鉆孔內異常高溫，不利的井孔條件，異常的地質環(huán)境（破碎的、火成的、變質的）以及特殊的參數(shù)要求等，大大地限制了現(xiàn)有的石油測井儀器的應用。因此要求研制專門用于地熱環(huán)境的測井設備。在進行測井作業(yè)時通常需要采取預防措施。有時井孔需要冷卻。地熱測井工作除在鉆進、完井和試井過程中進行外，將持續(xù)到整個生產期間。為了使描述說明整個熱儲或地熱資源所使用的測井測量方法和解釋技術得到必要的發(fā)展，優(yōu)先進行的測量項目的次序如下：①用時間間隔溫度測量法作出地層真實溫度剖面圖；②地層的巖性、深度和厚度；③粒間滲透率和裂隙滲透度；④粒間孔隙度和裂隙孔隙度；⑤裂隙發(fā)育狀況；⑥鉆孔幾何形狀；⑦流體成分；⑧熱導率和比熱容；⑨巖石的彈性系數(shù)。 2100433B