Разработка методики параметрической диагностики энергетического оборудования: на примере барабанного котла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Мохаммед Голам Хоссаин

• Мохаммед Голам Хоссаин
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мохаммед Голам Хоссаин

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Общие сведения

1.2. Тепломеханическое оборудование 23 Выводы по главы

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ

ДИАГНОСТИКИ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2.1. Функциональное диагностирование

2.2. Математическое моделирование при функциональном диагностировании аналоговых объектов

2.2.1. Общие положения

2.2.2. Математические модели элемента системы

2.3. Модели элементов с сосредоточенными параметрами

2.4. Модели элементов с распределенными параметрами

2.5. Математические модели систем диагностики

2.6. Модели неисправности

2.7. Статические методы при формировании математических моделей диагностики

2.8. Моделирование элементов котла как систем с сосредоточенными параметрами

2.8.1. Общая характеристика котла, как объекта моделирования

2.8.2. Математическое моделирование топочной камеры

2.8.3. Основные принципы моделирования парообразующей поверхности нагрева

2.8.4. Моделирование радиационных поверхностей нагрева парогенераторов

2.8.5. Моделирование конвективных поверхностей нагрева парогенераторов

2.8.6. Основные положения моделирования необогреваемых элементов парогенераторов

2.8.7. Моделирование динамики давления и расхода пара в паропроводах

2.8.8. Математическое моделирование питательных насосов

2.9. Влияние загрязнений на процесс теплообмена 79 2.10. Концепция построения параметрической диагностической модели поверхности нагрева котла

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТЛОЖЕНИЙ НА НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОТЛА НА

ТРЕНАЖЕРНОЙ МОДЕЛИ

3.1. Общие положения

3.2. Краткое описание тренажера котла ТП

3.3. Проверка адекватности тренажера котла

3.4. Исследование на тренажере процесса отложений на наружных поверхностях пароперегревательного тракта

Глава 4. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ПО

ЭКОНОМИЧЕСКОМУ И ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ КОТЛА

4.1. Общие положения

4.2. Моделирование процессов отложений на внешних поверхностях нагрева котла

4.3. Методика выбора оптимальных сроков чистки поверхностей нагрева котла по экономическому критерию

4.4. Оценка технического состояния котла по критерию «коэффициента состояния»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики параметрической диагностики энергетического оборудования: на примере барабанного котла»

Объекты энергетики, в особенности, генерирующее оборудование и поддерживающие его подсистемы, относятся к классу сложных технических систем, нормальное функционирование которых требует проведение непрерывного мониторинга, оценивания текущего состояния, прогнозирования будущего развития, надежной диагностики и адекватного оперативного вмешательства обслуживающего персонала в процесс в условиях жестких временных ограничений и недостатки информации.

В процессе эксплуатации и технического обслуживания теплоэнергетического оборудования возникает проблема разработки эффективных систем технической диагностики (СТД) с целью выявления и предотвращения аварийных ситуаций, определения текущего и прогнозирования дальнейшего состояния оборудования. Построение таких систем на базе интеллектуальных программно-технических комплексов позволит перейти от принципа "планово-предупредительного" к принципу "по состоянию" в организации ремонтного и технического обслуживания, с повышением надежности и экономичности оборудования, снижением затрат на ремонт и техническое обслуживание.

В эксплуатационной практике наибольшее развитие находят системы, предусматривающие использование средств контроля и накопления информации о техническом и экономическом состоянии оборудования, которые в итоге позволяют проводить оценку исправности, работоспособности, правильности функционирования и поиск при необходимости неисправности до отдельных узлов и элементов.

Теплоэнергетическое оборудование электростанций и, в частности, котельный агрегат является сложным техническим объектом с множеством взаимосвязанных по технологической схеме элементов, работающих в условиях высоких температур и напряжений. Как объект диагностирования, котельный агрегат отличает большое количество входных и выходных параметров, поэтому эффективность разрабатываемых СТД на базе параметрического контроля определяется контроле пригодностью элементов (поверхностей нагрева) котла в объеме, обеспечивающем выявление неисправностей на ранних стадиях их возникновения и развития в процессе эксплуатации и контроль текущего и прогнозного технического и экономического состояния.

Переход энергетики на техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования «по техническому состоянию», хотя и дал определенный импульс для разработки и внедрения диагностических комплексов и систем различного оборудования, но вместе с тем отсутствие методических основ такого обслуживания привело к разрозненным усилиям в этом направлении, при этом основной упор делается на диагностирование и мониторинг технического состояния с точки зрения надежности работы оборудования. Однако работа энергоблоков ТЭС в рыночных условиях требует от эксплуатационного персонала электростанций обеспечения в каждый момент времени и надежной и экономичной работы оборудования и энергоблока в целом. В этих условиях факторы и надежности и экономичности одинаково важны.

Необходимость совместного рассмотрения показателей надежности и экономичности оборудования, энергоблоков и станции в целом отмечается в ряде исследований [1-3]. Это обусловлено взаимосвязью и взаимовлиянием этих показателей между собой и многие мероприятия, направленные на улучшение одних показателей, одновременно приводят к улучшению и других.

Цель диссертационной работы - разработки системы функциональной комплексной диагностики сложного теплоэнергетического объекта (на примере энергетического парового котла ТП-87) и его составных элементов (поверхностей нагрева котла) на базе непрерывного параметрического анализа.

Вопросы, решаемые в диссертации в рамках поставленной задачи:

- разработка математической и диагностической модели котла с целью выявления определяющих (диагностических) параметров котла;

- разработка методики и проведение экспериментов на тренажере котла ТП-87 с целью исследования влияния загрязнения поверхностей нагрева на диагностические параметры котла;

- выбор критериев оценки текущего экономического состояния котла;

- выбор критериев оценки текущего технического состояния элементов котла и котла в целом;

- разработка методики выбора оптимальных сроков очистки поверхностей нагрева котла;

- разработка методики прогнозной оценки технического состояния котла с целью подготовки рекомендаций по техническому и ремонтному обслуживанию элементов котла и котла в целом.

В первой главе диссертации проведен обзор технической литературы по проблемам разработки и внедрения систем технического диагностирования тепломеханического оборудования тепловых электрических станций. Особое внимание уделено анализу диагностических систем энергетических котлов. Обращается внимание на тот факт, что основное внимание во многочисленных работах, посвященных диагностике котлоагрегата, уделяется техническому состоянию поверхностей нагрева котла в части внутритрубных процессов и металла поверхностей нагрева и в меньшей степени - влияния загрязнения наружных поверхностей нагрева на экономическое и техническое состояние котла.

Вторая глава посвящена проблемам разработки систем функциональной диагностики тепломеханического оборудования, разработки общей аналитической и диагностической моделей технологических процессов котла. Рассматриваются методические положения моделирования элементов котла как систем с сосредоточенными параметрами, на базе чего приводятся модели исправного, неисправного состояния объектов диагностирования. В результате рассмотрения диагностических моделей проведен выбор диагностических параметров для оценки технического и экономического состояния котла из-за загрязнения наружных поверхностей нагрева.

В третьей главе дано обоснование применения тренажерной модели котельного агрегата (на примере барабанного котла ТП-87) для проведения экспериментального исследования влияния степени загрязнения наружных поверхностей нагрева котла на температурное состояние металла перегревательного тракта котла и на экономичность работы котельного агрегата. Приведено описание тренажерной модели, результаты проведенных экспериментов и анализ полученных результатов.

В четвертой главе приведена методика выбора оптимального срока чистки наружных поверхностей котла по экономическому критерию и с учетом изменения ресурсных характеристик металла перегревательного тракта, связанного с увеличением температуры металла при загрязнении наружных поверхностей нагрева. На базе полученных в третьей главе результатов дана оценка оптимальной длительности работы котла между очередными чистками при применении дробовой чистки. Приведена оценка технического состояния котла по критерию «коэффициента состояния».

В заключении даны выводы по выполненной работе и рекомендации по использованию результатов проведенных исследований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Мохаммед Голам Хоссаин

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе на базе математической модели технологических процессов и теплообменников барабанного котла с сосредоточенными параметрами разработана параметрическая диагностическая модель перегревательного тракта котла (на примере котла ТП-87) при сжигании твердого топлива и при наличии отложений на наружных поверхностях нагрева;

2. Разработана аналитическая модель технологических процессов барабанного котла, на основе которой реализована тренажерная компьютерная модель котла с управлением АСУТП на базе ПТК «КВИНТ»;

3. С использованием архивных данных прототипа тренажера ( котел ТП-87 ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго») проведена проверка адекватности работы тренажерной модели при работе котла длительное время (249 ч) на номинальной нагрузке. Сравнение полученных результатов с аналогичными данными котла-прототипа при работе его в аналогичных условиях показал хорошую сходимость как по расходу топлива, так и по основным параметрам котла.

4. С целью исследования влияния отложений на наружных поверхностях нагрева котла на экономические показатели котла и на температурное состояние металла поверхностей нагрева котла на тренажере проведены длительные эксперименты при ручном и автоматическом регулировании температуры перегрева пара с моделированием процесса образования отложений по экспоненциальному закону.

5. Анализ полученных данных показал, что:

6. Длительная работа котла без чистки наружных поверхностей нагрева от отложений приводит к увеличению температуры дымовых газов по газо-воздушному тракту котла и уходящих газов на 6 - 8 градусов и снижению КПД котла (при постоянной паропроизводительности котла) на 1,2 - 1,3 %.

7. Получены регрессионные модели расхода топлива и его увеличения по времени и других показателей котла, позволяющих оценить влияние наличия отложений на температурное состояние поверхностей нагрева и на экономичность работы котла.

8. Разработана эканомико-диагностическая модель котла, на базе которой получены расчетные выражения по оценке оптимальных сроков чистки котла по критерию удельных затрат на единицу времени эксплуатации котла.

9. Разработана диагностическая модель состояния котла по показателю «коэффициент состояния», по величине которого можно оценить текущее техническое состояние отдельных элементов котла и котла в целом. Расчеты, проведенные на основе полученных на тренажере экспериментов, показали работоспособность разработанной методики.

10.Показано, что при применении способа дробечистки на котле ТП-87 оптимальная длительность работы котла между очередными чистками при принятом законе образования отложений в зависимости от рыночной стоимости электроэнергии и цены топлива составляет 6-9 часов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мохаммед Голам Хоссаин, 2011 год

1. Фархадзе Э. М. Автоматизированная система анализа индивидуальной надежности и эффективности энергоблоков ГРЭС / Э.М. Фархадзе, Т.Х. Сафарова, А.З. Мурадалиев и др. // Электрические станции.2005.№11. С.38-46.

2. Аракелян Э.К. Выбор оптимальных сроков ремонта энергоблоков с учетом изменения их надежности и экономичности / Э.К. Аракелян, A.B. Андрюшин, Н.Т.Амосов // Изв. Вузов. Энергетика. 1987.№7. С.38-41.

3. Андрюшин A.B. Совершенствование организации и управления системы технического обслуживания и ремонта оборудования ТЭС: Дисс.докт. техн. наук. М.:МЭИ, 2002 .410с.

4. Бердников В.В., Прикладная теория гидравлических цепей, Москва, Машиностроение, 1977.

5. Гликман Б.Ф., Математические модели пневмогидравических систем, Москва, Наука, 1986.

6. Гроп Д., Методы идентификации систем, Москва, Мир, 1979.

7. Основы технической диагностики, ч.1, под. редакцией Пархоменко П.П., Энергия, 1976.

8. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. , Основы технической диагностики, Москва, Энергия, 1981.

9. Ковалев H.A. Разработка алгоритмов функционирования и распознавания дефектов для автоматической системы вибрационной диагностики //Труды ЦКТИ, № 19. С 27-33.

10. Урьев Е.В., Мурманский Б.Е., Бродов Ю.М. Концепция системы вибрационной диагностики паровой турбины // Теплоэнергетика.1995. №4.С.36-40.

11. Перминов И.А., Орлик В.Г., Гординский A.A. Диагностика состояния проточных частей мощных паровых турбин с применениемстанционных вычислительных комплексов //Труды ЦКТИ, 1992. Вып. 273. С. 58-61.

12. Баран JI.C. Разработка системы комплексной технической диагностики конденсационной установки турбины К-800-240-3 //Труды ЦКТИ, 1994 Вып. 279. С.40-51.

13. Бродов Ю. М., Аронсон К. Э., Ниренштейн М. Концепция системы диагностики конденсационной установки паровой турбины // Теплоэнергетика, 1997. №7. С.34-38.

14. Подогреватели сетевой воды в системах теплоснабжения ТЭС и АЭС / Ю.М. Бродов, В.И. Великович, М.А. Ниренштейн, К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков. Екатеринбург: УГТУ, 1999. 138 с.

15. Теплообменные аппараты в системах регенеративного подогрева питательной воды паротрубных установок /Бродов Ю.М., Ниренштейн М.А., Аронсон К.Э., Рябчиков А.Ю. Екатеринбург: УГТУ. 1998. 192 с.

16. Трухний А. Д., Зройчиков H.A., Ломакин Б.В., Седов И.В. Информационно-диагностическая система контроля подогревателей сетевой воды турбоустановки Т-250/300-240 // Теплоэнергетика, 1998. № 1. С.30-34.

17. Диагностика топочного процесса котла ТГМП-204 /Журавель A.M., Блох А.Г., Горб Э.И. и др. //Труды ЦКТИ, 1994. Вып. 279.

18. Опыт создания и освоения автоматизированных систем и подсистем диагностического контроля энергоблоков ТЭС /Лейзерович А.Ш., Сафонов Л.П., Гординский A.A. и др. //Труды ЦКТИ, 1994. Вып. 279. С.3-9

19. Разработка и внедрение системы функционирования АСТД в составе АСУТП энергоблока 800 МВт Запорожской ГРЭС /Сафонов Л.П., Журавель A.M., Литвинов В.К. и др. //Труды ЦКТИ, 1994. Вып. 279. С.10-15.

20. Гординский A.A., Попов Е.Г., Журавель A.M. Функционально-алгоритмическая структура автоматизированной системы техническогодиагностирования оборудования энергоблоков ТЭС //Труды ЦКТИ, 1994. Вып. 279. С.20-23.

21. Лейзерович А.Ш. Первый опыт создания экспертных систем для тепловых электростанций //Электрические станции, 1990. №5. С. 1-7.

22. Вибрация в технике: Справочник, М.: Машиностроение, 1981.

23. Мироновский Л.А. "Функциональное диагностирование динамических систем", Москва С.-Петербург, Изд-во МГУ - ГРИФ, 1998

24. Смирнов В.И., Жарков В.В., Ильин М.Г. Автоматизированный комплекс для диагностики функционального состояния электрических машин, Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2000, №7, с. 81-83.

25. ГОСТ 20911-76 Техническая диагностика. Основные термины и определения. -М.: Издательство стандартов, 1976.

26. Гроп Д., Методы идентификации систем, Москва, Мир, 1979.

27. Ванник В. Н., Червоненкис А. Я. Теория распознавания образов. -М.: Наука, 1974. 278 с.

28. Гольбин Д.А. Вероятностная методика оценки остаточного ресурса элементов тепломеханического оборудования ТЭС и АЭС. // Известия ВУЗов. Энергетика №7, 1994.

29. ГОСТ 26656-85 Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. Взамен ГОСТ 23563-79, ГОСТ 24029-80, РД 50498-84. -М.: Издательство стандартов, 1985. 15 с.

30. Ковалев И.А. Цели и задачи технической диагностики //Труды ЦКТИ. -1992. -Вып. 273.-С. 3-8.

31. Макарчьян В.А, Попов А.Б. Алгоритм оценки выработки ресурса пароперегревателя высокого давления котла ТГМП 204 ХЛ в реальных условиях эксплуатации.- // Сб. науч. трудов № 214 , М.: Моск. энерг.ин-т, 1989 г.,с. 53-57.

32. Макарчьян В.А, Попов А.Б. Диагностический алгоритм контроля выработки ресурса металла пароперегревателя в процессеэксплуатации.-//Электрические станции, № 4,1991г. с. 20-23.

33. Макарчьян В.А,. Панов А.В, Донг Це. Экспертно-диагностическая система оценки состояния металла пароперегревателя котла. //Теплоэнергетика, № 10, 2001 г, с. 25-28.

34. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС/ Под ред. Андрющенко.- М.: ВШ, 1991. 303 с.

35. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник В. В. Клюев и др. -М.: Машиностроение, 1995. -487 с.

36. Новые подходы к оценке ресурса стареющего оборудования электростанций и модульные принципы создания диагностической аппаратуры (Эл. станции, 2002, № 4).

37. Основы технической диагностики, 4.1, под. редакцией Пархоменко П.П., Энергия, 1976.

38. Паровые и газовые турбины. Под ред. Костюка А.Г. Фролова B.B. М. Энергоатомиздат. 1985 г.

39. Паровые турбины сверхкритических параметров JIM3. Под ред. Огурцова А.П., Рыжкова B.K. М. Энергоатомиздат. 1991.

40. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. , Основы технической диагностики, Москва, Энергия, 1981.

41. Скляров В.Ф., Гуляев В. А. Диагностическое обеспечение энергетического производства. К.: Техшка, 1985.

42. Смирнов А.Н., Герике Б.Л., Муравьев В.В. Диагностирование технических устройств опасных производственных объектов. Новосибирск. Наука., 2003.

43. Балансировка роторов турбоагрегатов на разгонно-балансировочном стенде / Урьев Е. В., Урьев А. В., Львов М. И., Власов В. И. -Энергомашиностроение, 1976, № 4.

44. Гольдин А. С. Вибрация роторных машин. М.: Машиностроение, 2000.

45. Бишоп Р., Паркинсон А. Применение балансировочных машин для уравновешивания гибких роторов. Конструирование и технологиямашиностроения, 1972, № 2.

46. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. РД 34.20.501-95. -15-е изд. Перераб. И доп.-М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.- 296с.

47. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). Под ред. Н.В.Кузнецова и др.- М.: Энергия, 1773.- 295с.

48. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. И доп.-М.: Издательство МЭИ, 2004.- 400с.,ил

49. Аронсон К.Э. Разработка и реализация системы мониторинга состояния теплообменных аппаратов паротурбинных установок в составе информационных комплексов ТЭС. Дисс. докт. Техн. наук. Екатеринбург.: 2008. 410 с.8.