电厂阀门的节能作用研究可行性研究报告

1、可行性研究报告一、立项的背景和意义。1.立项背景从 20 世纪 80 年代始，国内主要的电站主机和辅机制造行业相继引进了国外先进的设计技术和制造工艺，以适应国内大型电站机组发展的需要。至目前为止，大型电站亚临界、超临界、超超临界机组的主、辅机设备已基本实现了国产化，其中包括1000MW 超超临界机组的重要主辅设备。但阀门制造行业却没有跟上电站装备的发展，大部分国产高端阀门还处在技术较落后、可靠性较差、功能不强的水平，需要投入较大的调试人力和维修时间。而且国内阀门制造企业不断分化、不断重组，所以至今国内还没有形成公认的国产优质高端阀门品牌。这是目前国内高端电站阀门存在的主要问题。阀门密封性是一个

2、重要的性能指标，对设备系统的安全性和经济性有着非常大的影响。阀门的泄漏往往是重大事故的隐患，同时也会造成资源的浪费和环境污染。电厂阀门存在各种各样的问题，其中以旁路阀门关闭不严造成的工质泄漏的问题、部分蒸汽疏水阀不能防止蒸汽泄漏等问题比较突出。当蒸汽泄漏量达到主蒸汽流量的2%时, 将使得供电煤耗上升4g/kWh。据我国有关部门统计，全国因为电厂阀门泄漏就要浪费上千万吨标煤，这是一笔相当可观的数字。由此可见电厂阀门的节能作用之大，及其在国民经济发展中的地位之重要是不可等闲视之的。1.1国内现状国外从20世纪60年代就展开了阀门泄漏检测技术研究，现已经得到广泛的应用。我国研究阀门泄漏起步较晚。目前

3、，国内研究阀门泄漏常见的方法有质量平衡法、压力点分析法、声发射检漏、负压波法等方法。然而，上述的各种方法都有一定的缺陷，往往达不到预期的效果。基于温度检漏方法是最近几年国内新兴的检漏方法。2010年，涂煊，卞爱民和彭瑜等人发明了一种用于气体阀门泄漏的检测系统。本发明主要是利用无线传感器网络的部署，包括在气体阀门前后管道安装无线压力变送器和表贴式无线温度变送器，以及在阀门旁侧安装无线超声泄漏传感器，从而通过阀门前后段的压力、温度微小变化信号，以及无线超声泄漏传感器获得的超声泄漏信号上传至无线网关，网关通过有线方式与计算机通信，计算机上的分析软件综合利用压力分布法、温度检测法、超声泄漏检测法来对阀

4、门的泄漏进行分析，通过数据来分析判断阀门泄漏情况。2010年，王健和顾全局等人发明了一种发电厂热力系统阀门内漏检测方法。测量阀门前、后管道外壁面温度、周围环境温度；计算得到管道的散热热量；计算管道内流体的流动速度与流量；管道内流体流量的定量经济性分析。当阀门有工质泄漏时，散发热量导致管壁温度升高，若阀门泄漏量维持不变，一段时间后传热过程趋于稳定，散发热量与管壁温度维持为一定值；当所取足够短的计算控制体时，沿管道纵向的导热热量Q4、Q5很小，在计算中可以忽略，则管壁与保温层的散热近似为单层均质圆筒壁导热。2011年，杨海生发明了一种电厂给水加热器危急疏水管道疏水泄漏量的测量装置。本实用新型涉及一

5、种电厂给水加热器危急疏水管道疏水泄漏量的测量装置，它包括第一压力传感器P1、第一温度传感器T1、第二压力传感器P2、第二温度传感器T2、数据采集器以及计算机；所述的第一压力传感器P1、第一温度传感器T1、第二压力传感器P2、第二温度传感器T2的输出端接数据采集器的相应输入端，所述数据采集器输出端接计算机的相应输入端。使用本实用新型解决了正常运行中电厂给水加热器危急疏水管道上疏水泄漏量的测量问题。但目前国内并没有基于温度场检测的高温高压阀门内部泄漏故障诊断标准。1.2国外现状国外于20世纪60年代初就开始了研究工作, 目前在石油化工、天然气和核能等行业广泛应用。国外现在在阀门检漏领域较为成熟的技

6、术是声发射阀门检漏技术。而基于温度检测泄漏的研究也比较少。1987年，日本TLV有限公司的米村政雄发明了蒸汽泄漏量测定装置。此装置的结构特点是将温度传感器连接到振动传感器上，通过检测阀门工作时产生的振动，该振动传感器就可以检查蒸汽阻汽排水阀阀门等的工作情况。用温度传感器检测的温度被转换成饱和蒸汽压，从以压力作为参数的振动水平和蒸汽泄漏量之间的关系，可以测得相应于蒸汽系统压力的真实的蒸汽泄漏量。2010年，德国西门子公司的阿尔夫皮特墨发明了一个阀门诊断系统。本发明用第一温度传感器和第二温度传感器检测这一相对于周围环境的温度下降并进行泄漏诊断评价，其中，第一温度传感器的测量值受阀门影响程度相对更大

7、，第二温度传感器与周围环境的热耦合效果相对更好。如果阀门无泄漏，则两个温度传感器测量到的是大体相同的温度，即环境温度。如果阀门漏气，则阀门温度会下降，而且与第二温度传感器上测量到的温度相比，第一温度传感器上的温度下降幅度明显。因此很普通的温度传感器就可以简单的方式进行阀门诊断，以检查阀门是否存在不允许的泄漏情况。同样，在国外也没发现基于温度场检测的高温高压阀门内部泄漏故障诊断标准。2.立项意义2.1理论意义 本课题将模拟实验所获得的阀门内漏过程中蒸汽疏水管道温度场分布规律模拟计算延伸到工程应用中，研究阀门现场温度场与泄漏状态之间的定量关系，从而为工程现场诊断疏水阀门的泄漏故障提供理论模型与计算

8、依据，是阀门泄漏温度场检测领域的重大突破，将极大地丰富阀门泄漏故障检测技术和故障诊断的理论体系。实现从温度场变化判断阀门泄漏标准。2.2实际意义 目前专门用于电站阀门内部泄漏故障的诊断技术还尚未成熟，本课题研究的阀门不同泄漏工况下蒸汽疏水管道温度场分布规律模拟计算，针对电站阀门特定的工作环境和工况，可以实现对电站高温高压型阀门的故障检测与定量和定性诊断。其方便的操作可以轻松的实现对阀门泄漏诊断，及时发现阀门早期的泄漏故障，以便能及时采取维修措施，减少泄漏造成的经济损失，提高设备运行效率及安全性。二、项目主要研究开发（产品开发）内容、技术关键以及科研创新的主要方式。1.主要研究开发内容（1）研究

9、亚临界、超临界、超超临界火电机组高温高压阀门及其管道，建立蒸汽疏水管道-阀门系统的物理模型；（2）以上述物理模型为依据，建立将管道系统划分为若干个圆筒壁传热的数学模型，进行管道温度场计算软件设计，再利用有限元法对定量模型进行误差分析，得到管壁温度分布与泄漏量的定量关系；（3）建立火电厂高压阀门内部泄漏故障的定量诊断标准，为工程现场诊断疏水阀门的泄漏故障提供理论模型与计算依据；（4）完成研究报告和技术文档。2.项目技术关键首先，查阅相关文献，总结国内外阀门检漏的各种方法，了解各种阀门检漏方法的缺陷，并且了解哪部分电厂高温高压阀门容易发生泄漏。然后去电厂调研，收集相关资料。研究亚临界、超临界、超超

10、临界火电机组高温高压阀门及其管道，建立蒸汽疏水管道-阀门系统的基础上，建立系统的物理模型。以上述物理模型为依据，进行模拟计算和现场试验。再根据一些有限元建模文献，建立阀门及其管道的有限元模型。根据理论研究与模拟计算结果，并结合机组实际运行状况，开展现场试验研究，对典型高温高压阀门及其系统温度场动态特性进行现场测量。综合理论研究、模拟计算与现场试验研究结果，提出高温高压阀门内漏诊断的规则与标准，并用工程实例来检验标准的准确性。3.项目科技创新的主要方式本项目的创新之处体现在如下两个方面：（1）理论创新。本课题研究中将高温高压阀门与其相连的汽水系统作为一个整体，从而建立完整的阀门蒸汽疏水管道-阀门

11、系统温度场分析模型，从而能够真实地反映高温高压阀门内漏过程的温度场分布规律。（2）方法创新。本课题研究采用理论分析、有限元建模仿真和现场测试相结合的分析方法，对理论分析进行现场验证。在现场试验中，考虑阀门及其与之相连的管道系统、保温措施对温度场分布规律的影响，通过现场实测阀体和管道温度场变化规律，为建立阀门内漏故障诊断标准提供定量依据。三、项目预期目标（主要技术经济指标、应用前景、获取自主知识产权等情况）。1.项目主要技术指标据火电厂高温高压阀门及其系统的结构特点和工作原理，建立高温高压阀门及其管道系统运行时的物理模型，以及将管道系统划分为若干个圆筒壁传热的数学模型，利用流体计算软件计算阀门不

12、同泄漏工况下整个阀门管道系统的温度场，找到高温高压阀门阀体、阀门前后管道温度与泄漏工况的定量关系，从中提取诊断阀门内部泄漏的规则，最终建立高温高压阀门内部泄漏故障定量诊断标准。并将所制定的诊断标准应用于典型机组的高温高压阀门内漏状态诊断，检验该标准的准确性。2.项目应用前景目前，石化、电力企业阀门管理还限于简单的检查手段，主要是依靠定期检修，对阀门进行拆卸、检修和更换。遗憾的是，实际上只有不到50%的阀门需要拆卸修理，这会造成许多人力、物力和时间的浪费，而阀门维修更换大约占了石油化工、电力设备维修更换费用的10%。阀门检漏方法主要有超声波检漏、声发射检漏、温度测定（红外）等物探方法和示踪检漏、

13、压力检漏、内窥等非物探方法。但对于系统庞大的大型火力发电厂，以上各种检漏方法均存在各种的缺陷，往往达不到预期的效果。比如声发射检漏比较适合供水管网的检漏，不太适应电厂的噪声环境，干扰严重，结果比较不准确。超声波检漏只擅于定性分析，无法定量；内窥等其他探测方法在实际操作中不好应用，适用范围有限。本课题研究的阀门不同泄漏工况下蒸汽疏水管道温度场分布规律模拟计算，针对电站阀门特定的工作环境和任何工况，可以实现对电站高温高压阀门故障检测的定量和定性诊断。因为测量阀门及其管道温度极其方便，所以阀门泄漏诊断的温度标准可以轻松的实现对阀门泄漏诊断，既减少阀门的更换量，又减少了检修人员的工作量。同时还可以及时发现阀门早期的泄漏故障，以便能及时采取维修措施，减少泄漏造成的经济损失，提高设备运行效率及安全性。3.项目获取自主知识产权申请实用新型专利12项学术论文研究论文12篇四、项目实施方案及计划进度安排。序号工作内容完成时间1查阅资料，制定详细的研究方案。2013.122建立物理模型。2014.23建立数学模型。2014.34疏水管道温度场计算软件设计。