Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 12
1.1. Анализ повреждаемости конденсационных установок ПТУ 12
1.2. Основные факторы, определяющие эффективность работы конденсационной установки паровой турбины 19
1.3. Анализ методик теплового расчета с точки зрения их пригодности к диагностированию конденсаторов 25
1.4. Системы технической диагностики конденсационных установок паровых турбин 29
1.5. Экспертные системы для диагностики технического оборудования 32
1.6. Выводы 38
2. Разработка основных положений диагностики и мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины. Постановка задач исследования 40
3. Разработка концепции построения экспертной системы мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины 44
3.1. Методика структурного анализа, принятая для построения и реализации экспертной системы 44
3.2. Разработка алгоритма построения и реализации экспертной системы 47
3.3. Разработка структурных элементов экспертной системы мониторинга конденсационной установки паровой турбины 53
3.3.1. База знаний (гипотезы неисправностей) 53
3.3.2. База данных (свидетельства неисправностей) 56
3.3.3. Таблица вероятностей (диагностическая таблица) 58
3.4. Выводы 61
4. Разработка методики учета раздельного влияния присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена на величину давления пара в конденсаторе 62
5. Экспериментальное исследование термических методов очистки трубок конденсаторов паровых турбин, работающих в различных условиях эксплуатации 68
5.1. Выбор и обоснование методики проведения исследования 68
5.2. Описание экспериментальной установки 75
5.3. Методика проведения исследования. Оценка погрешности измерений 78
5.4. Результаты исследования термической очистки трубок конденсаторов паровых турбин 84
5.5. Выводы 102
6. Апробация и реализация диагностического модуля системы мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины 104
6.1. Уточнение и апробация методики учета раздельного влияния на давление пара в конденсаторе величин присосов воздуха и загрязнений трубок 104
6.2. Структура диагностического модуля конденсационной установки 106
6.3. Особенности работы турбин Ново-Свердловской ТЭЦ 112
6.4. Разработка нормативных характеристик для конденсаторов Ново-Свердловской ТЭЦ 113
6.5. Описание элементов диагностического модуля конденсационной установки паровой турбины Ново-Свердловской ТЭЦ 125
6.6. Выводы 132
Заключение 134
Список литературы 136
- Основные факторы, определяющие эффективность работы конденсационной установки паровой турбины
- Разработка основных положений диагностики и мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины. Постановка задач исследования
- Разработка алгоритма построения и реализации экспертной системы
- Разработка методики учета раздельного влияния присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена на величину давления пара в конденсаторе
Введение к работе
Актуальность темы. Оценка состояния оборудования паротурбинной установки (ПТУ) ТЭС является одной из актуальнейших эксплуатационных задач. Важность этой, задачи «определяется износом (физическим старением) значительной части (около 60 %) парка ПТУ, которые уже выработали свой расчетный ресурс. В этих условиях для обеспечения своевременного обслуживания и ремонта оборудования ПТУ необходимы системы мониторинга состояния и диагностики, что, вЛ конечном счете, позволит перейти к реализации стратегии ремонта оборудования «по состоянию».
Конденсационная установка (КУ) является важнейшим элементом ПТУ. Известно, что для большинства турбин средних параметров,изменение давления в конденсаторе на +1 кПа приводит к изменению мощности турбины примерно на 71 %. Нарушения в работе КУ могут приводить как к снижению экономичности, так и к внезапным (аварийным) остановам ПТУ в целом.
Обобщение данных литературных источников показало, что доля отказов конденсационной установки в общем > количестве отказов ПТУ составляет до 15 %. При этом потери топлива из-за ухудшенного вакуума достигают 28 % от общих потерь топлива из-за отклонения показателей ПТУ от нормативных.
Конденсационная установка включает в себя различное оборудование и системы (воздухоудаления, циркуляционного водоснабжения и т.д.), анализ совместной работы которых и поиск неисправностей представляет собой очень непростую задачу. Более того, сложность процессов, происходящих в конденсационной установке, обусловлена совокупным влиянием большого количества факторов, определяющих эффективность ее работы.
Среди наиболее часто встречающихся нарушений (неисправностей) в работе КУ можно назвать загрязнение поверхности теплообмена конденсатора, повреждения трубок, повышенные присосы воздуха, неполадки в работе систем воздухоудаления и циркуляционного водоснабжения и др. Как правило, проявления ряда неисправностей выражаются одними и теми же признаками: повышением давления пара в конденсаторе, увеличением недогрева воды до температуры насыщения пара, изменением гидравлического сопротивления конденсатора и др.
Для выявления конкретных причин отказов и последующей выдачи рекомендаций персоналу ТЭС необходима разработка специальных диагностических методов (процедур). Желательно, чтобы эти процедуры были достаточно универсальными, вследствие чего их можно было использовать при диагностике других элементов оборудования энергоблоков.
Универсальные диагностические процедуры могут быть разработаны в рамках систем мониторинга и диагностики оборудования. Комплексный подход при анализе работы конденсационной установки как органического элемента ПТУ позволит учесть сложную взаимосвязь между отдельными элементами конденсационной установки и ПТУ в целом.
Анализ литературных данных показал, что реализованных на практике систем мониторинга и диагностики КУ недогг»ЩЗЖХ1$фШй^кйОСгь ранее
О» юНю/Уь
*&№$
разработанных и частично реализованных проектов заключается в отсутствии комплексного подхода, предполагающего разработку единой, идеологии для реализации системы диагностики. Необходимо отметить, что развитие в настоящее время информационных технологий в энергетике сделало возможным и целесообразным реализацию систем диагностики и мониторинга состояния энергетического оборудования как на работающих объектах, так и при проектировании и изготовлении нового оборудования. Все вышесказанное определяет несомненную актуальность настоящей работы.
Целью настоящей работы является разработка и реализация элементов диагностического модуля для мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины. Реализация этих элементов позволит персоналу ТЭС на основе эксплуатационных показателей, разработанных моделей процессов, происходящих в конденсаторе, а также экспертной информации более эффективно и надежно эксплуатировать КУ. При этом диагностические процедуры, использованные для разработки элементов диагностического модуля, должны быть универсальными, что даст возможность применять их в диагностических модулях других элементов ПТУ.
Требование универсальности диагностических процедур вытекает из необходимости разработки единой комплексной системы мониторинга состояния (КСМ) энергоблока в целом. Целью КСМ является отображение наряду с эксплуатационными параметрами параметров состояния, характеризующих техническое состояние оборудования.
Задачами настоящей работы являются:
Разработка методами структурного анализа методики построения и реализации экспертной системы вероятностного типа. При этом экспертная система должна представлять собой универсальную диагностическую процедуру, предназначенную для поиска и оценки неисправностей (нарушений) в работе конденсационной установки паровой турбины.
Разработка методики учета раздельного влияния повышенных присосов воздуха и загрязнения трубок конденсатора на давление пара в конденсаторе.
Проведение экспериментального исследования и разработка практических рекомендаций для эксплуатационного персонала ТЭС по применению методов термической очистки трубок конденсаторов.
Апробация и реализация на ТЭС элементов диагностического модуля КУ паровой турбины.
Научная новизна работы. Впервые, используя методологию структурного анализа и проектирования (SADT - Structured Analysis and Design Technique), автором разработана методика построения экспертной системы вероятностного типа для КУ ПТУ. Показано, что методология структурного анализа может быть рекомендована для разработки элементов систем функциональной диагностики любого энергетического оборудования.
Разработана уточненная методика (модель) учета раздельного влияния на давление пара в конденсаторе присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена. Модель .является развитием ранее предложенной в работах Эфро-
саЕ.И. и Шемпелева А.Г.(Вятский ГТУ) методики оценки влияния повышенных присосов воздуха на давление пара в конденсаторе.
Впервые методами физического моделирования проведено экспериментальное исследование процесса термической очистки органических отложений на внутренней поверхности трубок ряда конденсаторов паровых турбин. Предложен универсальный комплекс, позволяющий оценивать эффективность термической очистки (сушки) трубок, учитывающий градиенты температур и влажности в слое отложений. Получена обобщенная зависимость, позволяющая оценивать эффективность проведения термической очистки конденсатора паровой турбины и выбирать оптимальные режимы и технологию процесса очистки.
Практическая значимость работы
Примененная в работе методология структурного анализа может быть использована для разработки и реализации элементов диагностических модулей различного оборудования, входящего в состав ПТУ. Данная методология может быть применена для разработки различных информационных систем как при проектировании КУ, так и при ее эксплуатации.
Для поиска неисправностей в работе КУ сформированы универсальные база знании (список гипотез неисправностей), база данных (список свидетельств неисправностей) и диагностическая таблица экспертной системы.
По результатам экспериментальных исследований сформированы рекомендации для эксплуатационного персонала ряда ТЭС по режимам и технологии термической очистки трубных пучков конденсаторов турбин от органических отложений.
На ряде ТЭС разработан и реализован программный комплекс (ПК) для обработки результатов регламентных испытаний КУ паровых турбин. В ПК включены элементы диагностического модуля: экспертная система, методика учета раздельного влияния на давление пара в конденсаторе присосов воздуха и загрязнения трубок, а также результаты экспериментальных исследований в части оценки степени изменения (улучшения) вакуума в конденсаторе за счет проведения термической очистки трубок.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается*
использованием стандартных диагностических процедур, апробированных и нашедших широкое применение в различных областях техники;
использованием методики анализа объектов предметной области, в частности методики структурного анализа (SADT);
использованием в экспериментальном исследовании метрологически обеспеченной измерительной аппаратуры;
использованием математических моделей, учитывающих современные физические представления о происходящих в конденсаторе паровой турбины процессах;
многократной повторяемостью экспериментальных данных;
положительными результатами реализации на ТЭС элементов диагностического модуля конденсационной установки, разработанных в данной диссертационной работе.
Реализация работы. Результаты работы успешно реализованы на ряде ТЭС: Ново-Свердловской ТЭЦ, Сургутской ГРЭС-1, Верхнетагильской ГРЭС.
На реализованную на ТЭС экспертную систему для диагностики оборудования ПТУ получено свидетельство РОСПАТЕНТА об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Отдельные результаты работы используются в учебном процессе при чтении лекций на кафедрах «Турбины и двигатели» и «Тепловые электрические станции» УГТУ-УПИ.
. Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и были представлены на П и Ш Всероссийских научно-практических конференциях «Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания и ремонта» (Екатеринбург, 1999, 2001); Международной научно-технической конференции «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования» (Харьков, 2000, 2003); VI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (М.: МЭИ, 2000); Второй международной научно -технической конференции Регионального Уральского отделения Академии инженерных наук РФ. (Екатеринбург, 2000); Всероссийской ежегодной научно -технической конференции «Наука - производство - технологии - экология» (Киров, 2001); Первой всербссийской школе-семинаре.молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (Москва, 2002); II отчетной конференции молодых ученых ГОУВПО УПУ-УПИ (Екатеринбург, 2002).
Публикации по работе. Основные положения и результаты работы опубликованы в 15 печатных работах.
На защиту выносятся:
методика построения и реализации экспертной системы для диагностики КУ паровой турбины с использованием методологии структурного анализа (SADT);
уточненная методика (модель) учета раздельного влияния на давление пара в конденсаторе паровой турбины присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена;
результаты экспериментального исследования процесса термической очистки отложений на внутренней поверхности трубок конденсаторов паровых турбин ТЭС;
реализованные на ряде ТЭС в рамках программно-технических комплексов элементы диагностического модуля конденсационной установки паровой турбины.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 103 наименования, и приложения. Она содержит 143 страницы, 57 рисунков, 30 таблиц.
Основные факторы, определяющие эффективность работы конденсационной установки паровой турбины
Основным назначением конденсационной установки в составе ПТУ является создание разрежения за последней ступенью паровой турбины. Создание разрежения в конденсаторе обусловлено тем, что в объеме аппарата устанавливается некоторое равновесное давление между паром и конденсатом, определяемое температурой в этом объеме. Температура пара в объеме конденсатора формируется рядом параметров, определяющих эффективность его работы: температурой циркуляционной воды на входе в аппарат, расходами циркуляционной воды и пара, количеством воздуха в аппарате, степенью чистоты поверхности теплообмена и др.
Анализ литературных данных [15,20,29] а также обобщение этих данных с результатами опроса эксплуатационного персонала ТЭС показали, что при диагностировании эффективности работы конденсационных установок паровых турбин особую сложность вызывает учет раздельного влияния на давление пара в конденсаторе таких факторов, как количество воздуха в паровом пространстве конденсатора и загрязнение поверхности теплообмена. Рассмотрим эти факторы более подробно. Влияние воздуха на эффективность работы конденсатора Присутствие в паровом пространстве конденсатора воздуха существенно ухудшает условия теплообмена между конденсирующимся паром и охлаждающей водой, приводит к росту парового сопротивления конденсатора, снижению температуры пара в конденсаторе и, как следствие, к переохлаждению конденсата. Значительные присосы воздуха в паровое пространство конденсатора, кроме того, приводят к снижению деаэрирующей способности конденсатора и повышению насыщения конденсата кислородом. Повышение содержания кислорода в основном конденсате, в свою очередь, увеличивает коррозию тракта основного конденсата от конденсатора до деаэратора. Давление в конденсаторе рк согласно закону Дальтона равняется сумме парциальных давлений пара р„ и воздуха рВОзд" рк = Ря + Рвозд (1-1) По мере движения паровоздушной смеси от входного патрубка конденсатора к патрубку отсоса паровоздушной смеси пар конденсируется, а относительное содержание воздуха в паре растет и на входе в эжектор может достигать 60...70%. Парциальное давление параря при этом падает.
При конденсации пара из паровоздушной смеси температура образовавшегося конденсата определяется не давлением смеси, а парциальным давлением конденсирующегося пара. Чем выше содержание воздуха в паровоздушной смеси, тем меньше парциальное давление пара рп, а, следовательно, и температура / образующегося конденсата.
Основным отрицательным последствием переохлаждения образовавшегося конденсата является его насыщение кислородом, который вызывает и активизирует коррозию тракта конденсата от конденсатора до деаэратора; продукты коррозии попадают также в паровой котел и в турбину, снижая их эффективность и надежность. Насыщение конденсата кислородом объясняется тем, что при охлаждении конденсата ниже температуры насыщения происходит интенсивное поглощение кислорода из парогазовой смеси. Процесс абсорбции кислорода в жидкую фазу начинается при конденсации пара на пленке конденсата, образующейся на охлаждаемых трубках.
Кроме того, следствием повышенных присосов воздуха в конденсатор, кроме вышеперечисленного, является повышение величины давления пара в конденсаторе — основного показателя эффективности работы конденсатора. Влияние загрязнения поверхности теплообмена на эффективность работы конденсатора Загрязнения трубок конденсаторов, особенно отложения на их внутренней поверхности, омываемой охлаждающей водой, а также забивание трубных досок и трубок со стороны входа воды более крупными предметами приводят к ухудшению показателей работы конденсаторов - коэффициента теплопередачи, недогрева воды до температуры насыщения пара и, как следствие, давления отработавшего пара - по сравнению с их значениями для соответствующих режимных условий по нормативным (заводским) характеристикам. Вызывается это малой теплопроводностью отложений на стенках трубок и увеличением гидравлического сопротивления конденсатора. Ухудшение этих показателей работы конденсатора вынуждает персонал станции проводить специальные мероприятия (очистку поверхности теплообмена), которые требуют частичного разгружения или полного останова всего турбоагрегата. Поэтому при выполнении процедуры диагностики конденсационной установки необходим всесторонний анализ причин.ухудшения показателей его работы. Это нужно для наиболее качественной эксплуатации конденсатора (в том числе выбора наиболее эффективного способа очистки трубок конденсатора). Ниже приводится классификация и анализ отложений на внутренней поверхности трубок конденсаторов. Вследствие существенного различия применяющихся для охлаждения конденсаторов вод по составу и количеству содержащихся в них примесей характер и интенсивность загрязнений конденсаторов с водяной стороны сильно зависят от условий охлаждения конденсаторов на конкретной ТЭС. При прямоточной системе водоснабжения характер отложений в конденсаторах определяется в основном взвешенными веществами, органическими и минеральными примесями, содержащимися в воде, поступающей из естественного источника (реки, озера, моря), а при оборотной системе - от качества подпиточной воды, поступающей из естественного источника, ее упаривания при испарительном охлаждении, загрязнения ее при контакте с содержащим агрессивные газы и летучую золу воздухом в водоохладителе и др. В самой системе водоснабжения в охлаждающую воду могут попадать продукты коррозии металлов или разрушения других материалов, окалина, грат, а также развившиеся в системе и отмершие биологические организмы.
По своему характеру загрязнения могут быть разделены на три группы: механические, биологические, солевые [29,45-47]. Обычно все эти типы загрязнений не встречаются в "чистом" виде, а загрязнение конденсатора носит комбинированный характер. Однако такое разделение видов загрязнений полезно с точки зрения изыскания способов их предупреждения и ликвидации, поскольку эти вопросы для каждого вида загрязнений весьма специфичны. При этом следует учитывать, что, несмотря на комбинированный характер загрязнений конденсатора, какой-то вид загрязнений, из перечисленных выше видов, обычно имеет превалирующее значение. В случае прямоточного или оборотного циркуляционного водоснабжения с прудом-охладителем в трубках конденсаторов образуются, в основном, органические отложения [15,20,29]
В зависимости от того, какой вид отложений присутствует на трубках конденсатора, станции используют тот или иной способ очистки. Причем, как правило, этот способ персонал станции определяет самостоятельно, опираясь на собственный опыт. При реализации системы диагностики КУ существует необходимость изучить и оптимизировать процессы очистки трубок конденсаторов от отложений.
Разработка основных положений диагностики и мониторинга состояния конденсационной установки паровой турбины. Постановка задач исследования
Анализ литературных данных, представленный в главе 1, показал, что системы диагностики конденсационных установок в настоящее время еще не нашли широкого применения на ТЭС. Это связано, по мнению автора, с отсутствием единых подходов к разработке задач диагностики различных элементов оборудования, сложностью реализации их на ТЭС, а имеющиеся наработки по комплексам диагностических задач не могут быть объединены в общую систему, так как не связаны общей идеологией.
Предлагаемые в данной работе элементы системы диагностики КУ, предполагаются к реализации в рамках разрабатываемой в настоящее время с участием автора комплексной системы мониторинга состояния (КСМ) оборудования энергоблока в целом [1,3,4,10,15,20,31,37,38,73,74]. В связи с этим для постановки задач исследования далее кратко изложены основные положения концепции КСМ оборудования энергоблока. Под мониторингом состояния понимается специализированная система отслеживания состояния оборудования на основе предварительно обработанной и соответствующим образом структурированной информации. Важным моментом мониторинга является режим отображения информации о значении параметров состояния - это должен быть режим реального времени или максимально приближенный к нему. Система, в которой оценка состояния проводится по накопленной и соответствующим образом структурированной информации спустя длительное время после смены состояния, является допустимой, а в настоящее время при недостаточной оснащенности энергетического оборудования контрольно-измерительными приборами предпочтительной с точки зрения затратной реализации. Вне зависимости от режимов оперативного или постоперативного отображения подход к построению системы мониторинга состояния должен быть унифицированным.
Мониторинг состояния является более общей задачей, чем диагностика, которую можно рассматривать лишь как процедуру идентификации фактического состояния объекта с некоторым модельным состоянием, т.е. лишь как одну из процедур мониторинга. На рис. 2.1 представлена укрупненная структурная блок-схема, на основании которой может быть реализована система мониторинга состояния конденсационной установки ПТУ. Блок-схема состоит из пяти функциональных уровней. Первый уровень - сбор исходных данных, определяет возможность и полноту реализации задач более высоких уровней. Особое значение имеют средства измерений, так как без исходных данных, получаемых с помощью датчиков, система неполноценна. На этом уровне может быть задействована система АСУ ТП с добавлением недостающих средств измерений. Второй уровень расчет параметров процесса и диагностических признаков формируют следующие программы: реконструкция параметров нагрузки, оценка значений диагностических признаков, оценка вычисляемых параметров диагностического процесса, таких как коэффициент теплопередачи, гидравлическое сопротивление и т.п. Третий уровень - оценка параметров состояния, которые могут быть непосредственно измерены или вычислены по диагностическим признакам или реконструированным параметрам нагрузки. Четвертый уровень - оценка комплексных показателей, таких как, например, показателей надежности. Пятый уровень пользовательский интерфейс. Такая концепция КСМ универсальна, что позволяет, используя принцип модульности, реализовать ее для любых групп оборудования и, в частности, для различных тешюобменных аппаратов турбоустановок.
Сформулируем ряд общих принципов, касающихся последовательности разработки КСМ, которые в рамках настоящей работы будут использованы при разработке элементов системы диагностики конденсационной установки: на первом этапе необходимо сформулировать условия работоспособности, то есть основной функции оборудования и параметров качества выполнения этой функции; опираясь на условие работоспособности, следует перечислить возможные отказы (гипотезы неисправностей), объединив их в группы по признаку общности характера отказа; для каждой группы отказов необходимо сформулировать условия наступления отказа и определить диагностические признаки; необходимо записать эти условия через параметры, обобщенно характеризующие состояние оборудования; для выработанных параметров состояния следует подобрать или разработать расчетные и диагностические процедуры, опираясь на статистические и эксплуатационные данные по надежности и эффективности аналогичного оборудования. На основании выводов по литературному обзору, а также приведенной концепции КСМ можно сформулировать основные задачи исследования: разработка методами структурного анализа методики построения и реализации экспертной системы вероятностного типа. При этом экспертная система должна представлять собой универсальную диагностическую процедуру, предназначенную для поиска и оценки неисправностей (нарушений) в работе конденсационной установки паровой турбины; разработка методики учета раздельного влияния повышенных присо-сов воздуха и загрязнения трубок конденсатора на давление пара в конденсаторе; проведение экспериментального исследования и разработка практических рекомендаций для эксплуатационного персонала ТЭС по применению методов термической очистки трубок конденсаторов; апробация и реализация на ТЭС элементов диагностического модуля КУ паровой турбины.
Разработка алгоритма построения и реализации экспертной системы
Под экспертной системой понимается система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предложить разумный совет по решению поставленной задачи [69].
Известны два принципиально различных подхода к построению экспертных систем, основанные либо на жесткой причинно-следственной связи между конкретным нарушением и вызвавшими его причинами с построением соответствующего «дерева решений», либо на использовании «нечеткой логики» (теорема Байеса.) [см. главу 1]. Последний подход обеспечивает большие возможности при анализе такой системы, как конденсационная ус 48 тановка, поскольку позволяет оперировать субъективными оценками эксперта или пользователя, работать с неполной или недостоверной информацией.
Программная оболочка экспертной системы вероятностного типа включает в себя базу знаний, которая содержит в формализованном виде экспертную информацию о возможных нарушениях в работе элементов КУ конкретного турбоагрегата в условиях конкретной ТЭС, и соответствующих этим нарушениям признаках - свидетельствах, а также универсальную программу обработки информации, основанную на формуле БаЙеса с учетом «цены» каждого свидетельства по методу К. Нейлора [10,69]. Конкретное наполнение базы знаний, то есть формирование ее содержания и установление априорных вероятностей гипотез и «цен» свидетельств производятся методом экспертных оценок, как правило, с привлечением специалистов, работающих с тепломеханическим оборудованием ТЭС; при этом учитывается специфика работы оборудования на конкретной станции.
Представляемая в рамках настоящей работы технология разработки экспертной системы является универсальной. Это позволит реализовывать ее для других подсистем ПТУ, что особенно важно в рамках разрабатываемой комплексной системы мониторинга оборудования ТЭС [см. главу 2]. Ниже подробно описаны процедуры разработки ЭС.
Для последовательной разработки этапов реализации ЭС использована методология SADT [77, см. раздел 3.1] и программный продукт All Fusion Process Modeler [77]. На рис 3.3 представлена диаграмма "А-0" (верхний уровень декомпозиции модели экспертной системы). На этой диаграмме в блоке сформулировано назначение (суть) разрабатываемой модели; представлена цель; точка зрения, с которой ведется разработка модели; обозначены потоки исходной информации и выходные данные, которые необходимо получить в результате реализации модели; определены также исполнители и управляющие механизмы. Цель разработки: используя методологию структурного анализа, определить этапы построения и реализации экспертной системы конденсационной установки паровой турбины. Исходной информацией являются литературные данные, знания экспертов в данной предметной области, режимные характеристики оборудования, результаты испытаний оборудования, подвергаемого функциональной диагностике. Управляющим механизмом для разработки являются методика проведения испытаний и описание структуры ЭС. Разработчиком в данном случае выступает автор.
На диаграмме "АО" (рис. 3.4) представлены структурные элементы ЭС и последовательность разработки этих элементов. Первый этап - это формирование "базы знаний". База знаний представляет собой список гипотез неисправностей конденсационной установки. Второй этап - это формирование «базы данных». База данных представляет собой список свидетельств неисправностей. После первого и второго этапов "строится таблица вероятностей" - третий этап.
Диаграмма А2 (рис. 3.6) описывает последовательность формирования базы данных (свидетельств неисправностей). Для этого анализируются имеющиеся схемы измерения параметров теплоносителей и показатели работы диагностируемого оборудования. Оцениваются фактические и нормативные показатели работы оборудования, на основании чего формулируется список свидетельств неисправностей. Декомпозиция. Адаптация ЭС к конкретным условиям эксплуатации На диаграмме A3 (рис. 3.7) представлен алгоритм построения таблицы вероятностей. Для этого нужно сначала оценить априорные вероятности гипотез неисправностей, затем - максимальную и минимальную вероятности гипотез, связи гипотез и свидетельств, после чего создать таблицу вероятностей .
На диаграмме А4 (рис. 3.8) представлен алгоритм адаптации ЭС в условиях реальной ТЭС. Разработчик должен проанализировать имеющуюся схему измерений, возможные режимы работы КУ. После такого анализа корректируются списки гипотез, свидетельств неисправностей, таблица вероятностей с учетом специфики данной ТЭС. Затем нужно обучить пользователей (руководящий персонал ТЭС) После этого экспертная система считается реализованной.
Разработка методики учета раздельного влияния присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена на величину давления пара в конденсаторе
При диагностике конденсационной установки паровой турбины эксплуатационному персоналу ТЭС требуется рассчитать показатели работы КУ в целом, а также технического состояния конденсатора, которое описывается совокупностью параметров состояния, например: «степенью чистоты поверхности теплообмена», «количеством отглушенных трубок», «остаточной толщиной стенки трубок конденсатора» и др.
Анализ факторов, влияющих на работу КУ, показал, что не всегда имеется возможность однозначно определить гипотезу неисправности, даже используя вероятностные методы, сформулированные в главе 3 данной работы. Это связано с тем, что эксперт не всегда может оценить и разделить, в частности два важнейших фактора, влияющие на работу КУ: величину присосов воздуха в конденсатор и величину загрязнения поверхности теплообмена. Обе эти гипотезы, как правило, оцениваются с помощью (на основе) одинаковых свидетельств.
Поэтому одной из основных задач диагностической оценки параметров состояния конденсационной установки является учет раздельного влияния на давление пара в конденсаторе присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена. Это особенно важно при малых расходах пара в конденсатор. Однако расчетных методик, учитывающих влияние воздуха и загрязнения на давление в конденсаторе, удобных для практического использования на ТЭС, в литературе практически нет (см. главу 1). Это тем более вызывает сожаление, так как в настоящее время практически на каждой ТЭС имеются персональные компьютеры, и квалифицированные пользователи могли бы самостоятельно реализовывать расчетные модели.
При эксплуатации КУ повышение давления пара в конденсаторе может произойти как по причине завоздушенности парового пространства конденсатора, так и по причине загрязнения поверхности теплообмена, причем свидетельство неисправности у этих двух гипотез одно - ухудшение вакуума. Для точной и полноценной диагностики конденсатора требуется при его анализе четко разделить влияние присосов воздуха и загрязнения поверхности теплообмена на величину давления пара в конденсаторе.
Для решения такой задачи была разработана и реализована математическая модель конденсационной установки. Математическая модель конденсационной установки [38] базируется на совместной характеристике конденсатора и эжектора, описанной в [51,86].
Совместная характеристика конденсатора и эжектора согласно [86] состоит из двух участков, рис. 4.1. Участок 1 определяет работу конденсатора при больших расходах пара в конденсатор от DKj до DKH0M, где DX"0M — номинальный расход пара, DKi=(0,4...0,6)D/M. В этом диапазоне изменения DK влияние эжектора при нормативных присосах воздуха на эффективность работы конденсатора не сказывается. Участок 2 представляет собой совместную характеристику системы конденсатор - эжектор и описывает эффективность работы конденсатора при малых расходах пара.
Анализ существующих методик теплового расчета конденсатора, приведенный автором в главе 1 данной работы, показал, что для расчета участка 1 целесообразно использовать методику, основанную на методике ОАО «ТМЗ». Прежде всего, эта методика удобна для практического применения. Эту методику использует завод-изготовитель (ОАО «ТМЗ») при расчете конденсатора КГ2-6200, на котором автор в дальнейшем и апробировал разрабатываемую модель (см. главу 6). Кроме того, по этой методике были рассчитаны нормативные характеристики вышеуказанного конденсатора.
При расходах пара в конденсатор, больших DKU эжектор не оказывает влияния на давление в конденсаторе (при нормируемых ПТЭ присосах воздуха). При меньших расходах такое влияние имеется; давление в конденсаторе Рко и температуру /к-о можно вычислить на основе характеристики эжектора Рж= f(GB0J ) при заданной температуре паровоздушной смеси и уравнения аэродинамических потерь
Величина ЛЯк-эж представляет собой разность давлений пара в горловине конденсатора и на входе в первую ступень эжектора и содержит две составляющие ЛРмме = ЛРК + АРтр, где ЛРК ,АРтр — паровое сопротивление конденсатора и сопротивление трубопроводов, определяемое опытным путем.4
Для расчета давления в эжекторе Рум при отсасывании паровоздушной смеси была использована методика, предложенная в [51]. Однако, как показал анализ, литературных данных, исследований, посвященных изучению процессов, происходящих при термической очистке отложений не много. На ряде ТЭС, где применяется этот метод, существуют внутренние "инструкции по проведению термической очистки конденсатора"; на некоторых ТЭС таких инструкций нет.
Метод термической очистки применяется для очистки трубок конденсатора от органических и илистых отложений. Он заключается в высушивании отложений продуваемым через трубки конденсатора воздухом. Отложения высушиваются, растрескиваются, отслаиваются от стенок трубки, и после подачи циркуляционной воды смываются.
В общем случае эффективность термической очистки зависит от продолжительности сушки, состава отложений, вакуума в конденсаторе, температуры и расхода воздуха, продуваемого через трубные пучки.
Для разработки общих рекомендаций эксплуатационному персоналу ТЭС по технологии проведения и режимам организации термической очистки трубок конденсаторов было проведено экспериментальное исследование на лабораторном стенде.
Целями экспериментального исследования являлись: изучение процесса термической очистки; исследование влияния различных факторов на эффективность проведения термической очистки (сушки) конденсаторов паровых турбин; разработка рекомендаций эксплуатационному персоналу ТЭС для оптимизации технологии проведения термической очистки.
Полное моделирование процесса термической очистки поверхности теплообмена конденсатора очень сложно. Поэтому экспериментальное исследование проводилось методом локального моделирования [87]. При этом было соблюдено геометрическое подобие и идентичность физических процессов термической очистки.
