膨脹機壓差發電系統及其控制方法
2023-05-01 05:23:16
膨脹機壓差發電系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了膨脹機壓差發電系統，包括進汽總管、排汽總管、設置在進、排汽總管之間的第一和第二支路、旁路、檢測裝置和控制器。第一、第二支路相互並聯。第一支路包括減溫減壓調節閥；第二支路包括依次相連的速關閥、膨脹機調節閥和膨脹機。旁路包括依次相連的速開閥和旁通調節閥。檢測裝置用於實時檢測膨脹機調節閥的進口壓力、出口壓力、進口溫度以及膨脹機的轉速。控制器用於使速開閥在膨脹機運行時處於關閉狀態，使旁通調節閥在膨脹機運行時其開度跟隨膨脹機的流量成正比例變化，使速開閥在膨脹機停機時打開。本發明還公開了膨脹機壓差發電系統的控制方法。本發明可在膨脹機停機時，減少後續管道的介質壓力和介質流量的波動。
【專利說明】膨脹機壓差發電系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及膨脹機壓差發電系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業的快速發展，節能問題越來越受到人們的關注。利用膨脹機回收化工、冶 金、建材和電力等行業工藝過程中的能量，不僅可以提高能源利用率，而且還對環境起到了 保護作用。膨脹機主要處理的介質為飽和蒸汽、汽水兩相、高壓介質氣以及一些有機介質， 其可應用在減溫減壓裝置中。在膨脹機回收餘壓餘熱的同時，當其出現問題需緊急停機時， 如何減少後續管道的介質壓力和介質流量的波動，一直是困擾本領域技術人員的難題。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題在於提供一種膨脹機壓差發電系統及其控制方法，其 可以在膨脹機停機時，減少後續管道的介質壓力和介質流量的波動。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明採取的技術方案是：
[0005] 膨脹機壓差發電系統，包括進汽總管、排汽總管、以及設置在所述進汽總管與排汽 總管之間的第一支路和第二支路，該第一支路與第二支路相互並聯；第一支路包括減溫減 壓調節閥，該減溫減壓調節閥的入口與進汽總管連通，減溫減壓調節閥的出口與排汽總管 連通；第二支路包括依次相連的速關閥、膨脹機調節閥和膨脹機；其特點在於，該膨脹機壓 差發電系統還包括：
[0006] 旁路，該旁路包括依次相連的速開閥和旁通調節閥，速開閥的入口與進汽總管連 通，旁通調節閥的出口與排汽總管連通；
[0007] 檢測裝置，用於實時檢測所述膨脹機調節閥的進口壓力、膨脹機調節閥的出口壓 力、膨脹機調節閥的進口溫度和膨脹機的轉速；
[0008] 控制器，用於接收速開閥、速關閥、膨脹機調節閥和旁通調節閥反饋的閥門狀態信 號以及所述檢測裝置發送的檢測結果，控制速開閥、速關閥、膨脹機調節閥和旁通調節閥的 工作，使速開閥在膨脹機運行時處於關閉狀態，使旁通調節閥在膨脹機運行時其開度跟隨 膨脹機的流量成正比例變化，使速開閥在膨脹機停機時打開。
[0009] 本發明還公開了一種上述的膨脹機壓差發電系統的控制方法，其特點在於，
[0010] 在運行膨脹機之前，控制器根據速開閥和旁通調節閥反饋的閥門狀態信號判斷速 開閥是否處於全關位置和旁通調節閥的開度是否為零；如果速開閥處於全關位置，則控制 器控制速關閥和膨脹機調節閥開啟；如果速開閥未處於全關位置，旁通調節閥的開度為零， 則控制器先控制速開閥全關，然後控制速關閥和膨脹機調節閥開啟，如果速開閥未處於全 關位置，旁通調節閥的開度不為零，則控制器先控制旁通調節閥的開度為零，之後控制速開 閥全關，然後再控制速關閥和膨脹機調節閥開啟；
[0011] 在膨脹機運行時，該控制器實時控制旁通調節閥的開度跟隨膨脹機的流量成正比 例變化；
[0012] 在膨脹機停機時，該控制器保持旁通調節閥的開度不變，同時控制速開閥打開，然 後以排汽總管壓力作為過程變量、通過背壓PID的方式控制旁通調節閥的開度。
[0013] 本發明至少具有以下優點：
[0014] 1、採用本發明的技術方案，一旦膨脹機停止工作，控制器將本應由膨脹機流向後 續管網的介質由該旁路通過；由於控制器在膨脹機運行時根據第二支路流過的流量實時 調節旁路的旁通調節閥閥門開度，介質通過旁路時，有預設開度的旁通調節閥可以減少後 續管道的介質壓力和介質流量的波動，且迅速恢復穩定，從而不會對後續工藝造成不良影 響；
[0015] 2、因旁路設有速開閥，當第二支路出現問題或進行檢修時，可以迅速將介質切換 到旁路上，通過旁路進行介質輸送；
[0016] 3、膨脹機可替代現有技術中的減溫減壓裝置，不僅可以達到原有的減溫減壓效 果，還能夠回收由原減溫減壓裝置浪費掉的壓力能與熱能，產生電能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是根據本發明螺杆膨脹機壓差發電系統的一個實施例的結構示意圖。
[0018] 圖2示出了根據本發明螺杆膨脹機壓差發電系統的一個實施例的控制器的控制 示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本發明做出進一步說明。
[0020] 請參考圖1。根據本發明一實施例的膨脹機壓差發電系統包括進汽總管100、排汽 總管200、設置在所述進汽總管與排汽總管之間的第一支路1和第二支路2、旁路3、檢測裝 置4和控制器5。第一支路1與第二支路2相互並聯。第一支路1包括減溫減壓調節閥11， 該減溫減壓調節閥11的入口與進汽總管連通，減溫減壓調節閥11的出口與排汽總管連通。 第二支路2包括通過管路依次相連的入口截止閥21、速關閥22、膨脹機調節閥23、螺杆膨脹 機24、單向閥25和出口截止閥26。旁路3包括依次相連的速開閥37和旁通調節閥38,速 開閥37的入口與入口截止閥21的出口連通，旁通調節閥38的出口與出口截止閥26的入 口連通。
[0021] 請結合圖2所示。檢測裝置4包括用於檢測膨脹機調節閥23的進口壓力的進汽 壓力傳感器41、用於檢測膨脹機調節閥23的出口壓力的第一排汽壓力傳感器42、用於檢測 排汽總管200的排汽壓力的第二排汽壓力傳感器43、用於檢測膨脹機調節閥23的進口溫 度的進口溫度傳感器44和用於檢測螺杆膨脹機的轉速的轉速傳感器45。控制器5用於接 收速開閥37、速關閥22、膨脹機調節閥23和旁通調節閥38反饋的閥門狀態信號以及檢測 裝置4發送的檢測結果，控制速開閥37、速關閥22、膨脹機調節閥23和旁通調節閥38的工 作；使速開閥37在螺杆膨脹機24運行時處於關閉狀態；使旁通調節閥38在螺杆膨脹機運 行時其開度跟隨螺杆膨脹機24的流量成正比例變化，在螺杆膨脹機24的流量增大時，旁通 調節閥38的開度也增大，在螺杆膨脹機24的流量減小時，旁通調節閥38的開度也減小；使 速開閥37在螺杆膨脹機停機時打開。在螺杆膨脹機24的整個運行過程中，旁通管線無介質 通過，但旁通調節閥38的開度一直隨著通過螺杆膨脹機的介質流量的變化而變化，一旦螺 杆膨脹機24發生故障停機，本應由螺杆膨脹機流向排汽總管的介質由旁路流向排汽總管。 這樣的話，有預設開度的旁通調節閥38可以減少後續管道的介質壓力和介質流量的波動， 較佳的是，控制器5採用PLC控制器。
[0022] 在一個優選的實施例中，控制器5在螺杆膨脹機24運行時根據進汽壓力傳感器 41、第一排汽壓力傳感器42和進口溫度傳感器44的檢測結果，按照以下公式計算出旁通調 節閥38的行程並控制控制旁通調節閥38的開度 ：
[0023]
【權利要求】
1. 膨脹機壓差發電系統，包括進汽總管、排汽總管、W及設置在所述進汽總管與排汽總 管之間的第一支路和第二支路，該第一支路與第二支路相互並聯；所述的第一支路包括減 溫減壓調節閥，該減溫減壓調節閥的入口與進汽總管連通，減溫減壓調節閥的出口與排汽 總管連通；所述的第二支路包括依次相連的速關閥、膨脹機調節閥和膨脹機；其特徵在於， 該膨脹機壓差發電系統還包括： 旁路，該旁路包括依次相連的速開閥和旁通調節閥，所述速開閥的入口與所述進汽總 管連通，所述旁通調節閥的出口與所述排汽總管連通； 檢測裝置，用於實時檢測所述膨脹機調節閥的進口壓力、所述膨脹機調節閥的出口壓 力、所述膨脹機調節閥的進口溫度和所述膨脹機的轉速； 控制器，用於接收所述速開閥、速關閥、膨脹機調節閥和旁通調節閥反饋的閥口狀態信 號W及所述檢測裝置發送的檢測結果，控制所述速開閥、速關閥、膨脹機調節閥和旁通調節 閥的工作，使速開閥在膨脹機運行時處於關閉狀態，使旁通調節閥在膨脹機運行時其開度 跟隨膨脹機的流量成正比例變化，使速開閥在膨脹機停機時打開。
2. 如權利要求1所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述控制器在膨脹機運行 時根據所述檢測裝置的檢測結果，按照W下公式計算出所述旁通調節閥的行程並控制控制 旁通調節閥的開度：
其中，1為旁通調節閥的行程， ，為所述旁通調節閥的流量參數額定值，Cy L 為所述旁通調節閥的流量參數實際計算值；R為所述旁通調節閥的可調比；
W為通過膨脹機的介質流量；k = 1+0. 0013 A t，A t為流過膨脹機調節閥的介質的過熱 度；Pi為膨脹機調節閥的進口壓力，P2為膨脹機調節閥的出口壓力，AP = Pi-Ps。
3. 如權利要求1或2所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述的控制器用於在螺 杆膨脹機停機時保持旁通調節閥的開度不變，並控制所述速開閥打開，W排汽總管壓力作 為過程變量、通過背壓PID的方式控制所述旁通調節閥的開度。
4. 如權利要求1所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述的檢測裝置還用於檢 測所述排汽總管的排汽壓力。
5. 如權利要求4所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述的檢測裝置包括用於 檢測所述膨脹機調節閥的進口壓力的進汽壓力傳感器、用於檢測所述膨脹機調節閥的出口 壓力的第一排汽壓力傳感器、用於檢測所述排汽總管的排汽壓力的第二排汽壓力傳感器、 用於檢測所述膨脹機調節閥的進口溫度的進口溫度傳感器和用於檢測所述膨脹機的轉速 的轉速傳感器。
6. 如權利要求1所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述的控制器為PLC控制
器。
7. 如權利要求I所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，在所述速關閥的入口與所 述的進汽總管之間串聯了一個入口截止閥，在所述螺杆膨脹機的出口與所述的排汽總管之 間串聯了一個出口截止閥，在所述螺杆膨脹機的出口與出口截止閥之間還串聯了一個單向 閥； 所述速開閥的入口與所述入口截止閥的出口連通，旁通調節閥的出口與所述出口截止 閥的入口連通。
8. 如權利要求7所述的膨脹機壓差發電系統，其特徵在於，所述的膨脹機為螺杆膨脹 機。
9. 一種如權利要求1所述的膨脹機壓差發電系統的控制方法，其特徵在於， 在運行膨脹機之前，控制器根據速開閥和旁通調節閥反饋的閥口狀態信號判斷速開閥 是否處於全關位置和旁通調節閥的開度是否為零；如果速開閥處於全關位置，則控制器控 制速關閥和膨脹機調節閥開啟；如果速開閥未處於全關位置，旁通調節閥的開度為零，則控 制器先控制速開閥全關，然後控制速關閥和膨脹機調節閥開啟，如果速開閥未處於全關位 置，旁通調節閥的開度不為零，則控制器先控制旁通調節閥的開度為零，之後控制速開閥全 關，然後再控制速關閥和膨脹機調節閥開啟； 在膨脹機運行時，該控制器實時控制所述旁通調節閥的開度跟隨膨脹機的流量成正比 例變化； 在膨脹機停機時，該控制器保持旁通調節閥的開度不變，同時控制所述速開閥打開，然 後W排汽總管壓力作為過程變量、通過背壓PID的方式控制所述旁通調節閥的開度。
10. 如權利要求9所述的膨脹機壓差發電系統的控制方法，其特徵在於， 所述控制器在膨脹機運行時根據所述檢測裝置的檢測結果，按照W下公式計算出所述 旁通調節閥的行程並控制控制旁通調節閥的開度：
其中，i為旁通調節閥的行程，M=~^，為所述旁通調節閥的流量參數額定值，Cy L ^ V 為所述旁通調節閥的流量參數實際計算值；R為所述旁通調節閥的可調比；
W為通過膨脹機的介質流量；k = 1+0. 0013 A t，A t為流過膨脹機調節閥的介質的過熱 度；Pi為膨脹機調節閥的進口壓力，P2為膨脹機調節閥的出口壓力，AP = Pi-Ps。
【文檔編號】F01C1/16GK104234752SQ201410456406
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】張泉明, 陳衛東, 王亞洲, 徐瓊琰, 刁安娜 申請人:上海齊耀膨脹機有限公司