SE470068B - Styrsystem för avtappning/intappning av ånga vid en turbin - Google Patents

Description

068 2 öppnas och stängas för att styra eventuella àngflöden till de olika intappningshàlen. På motsvarande sätt styrs even- tuella ángflöden fràn turbinen genom avtappningshàl vid turbinen medelst separata ventiler i samband med avtappning av ånga från turbinen. Antalet avtappningsventiler är då lika med antalet avtappninghàl för ånga från turbinen.

Med den idag tillgängliga tekniken föreligger vid styrning av intappning och avtappning av ånga till eller från en ángturbin följaktligen ett behov av ett antal ventiler lika stort som summan av antalet intappnings- och avtappningshàl i turbinen. Detta medför en stor kostnad för ventilerna och en onödigt komplicerad ventilstyrning samt i vissa fall även prestandanackdelar.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN.

Föreliggande uppfinning avser ett styrsystem för styrning av intappning och avtappning av ånga vid en ángturbin, varvid samma ventiler används både vid intappning av ånga till turbinen och avtappning av ånga från turbinen. De för intappning och avtappning gemensamma ventilerna styrs att öppnas eller stängas tidsmässigt i beroende av tryckför- hállanden vid intappningspunkter respektive avtappnings~' punkter i turbinen samt av rådande tryck i till ventilerna anslutet processnät sá att intappad eller avtappad ànga utnyttjas på optimalt sätt.

Ledningar för avtappning är desamma som ledningar för intappning av ånga.

I följande beskrivning anses och benämns en ventil som lägre ventil om den stàr i förbindelse med och styr ångflödet fràn resp till ett avtappnings-/intappningshál som befinner sig vid en anslutningspunkt vid turbinen på en relativt övriga avtappnings-/intappningshál lägre trycknivá. Pà motsvarande sätt benämns en ventil som högre ventil, om den stàr i för- bindelse med och styr ångflödet från ett avtappnings-/ 3 473 Ü68 intappningshål som befinner sig vid en anslutningspunkt vid turbinen på en relativt övriga avtappnings/intappningshål högre trycknivå.

Uppfinningen arbetar enligt en princip att ventiler vid exempelvis avtappning av ånga öppnas i en viss ordning. I första hand öppnas då en lägsta ventil som avtappar ånga från den av de två avtappningsledningar som står i för- bindelse med det avtappningshàl med lägsta àngtryck vid turbinen, här kallat lägsta avtappningshàl. Om trycket vid lägsta avtappningshàl vid något tillfälle ej upprätthåller ett för anslutet processnät nödvändigt tryck, vilket avkännes av en differentialtrycksmätare över ventilen, stängs denna lägsta ventil, medan en högre ventil som ombesörjer avtappningen av ånga från ett högre avtappnings- hàl beläget vid en punkt i turbinen med rådande högre ång- tryck öppnas och avtappar ànga till processnätet. Skulle trycknivàn vid lägre avtappningshàl åter stiga öppnas ånyo den lägre ventilen, under det att den högre ventilen stängs, varvid är uppfyllt att ànga med lägsta tryck avtappas.

Om avtappning från fler än två avtappningshàl är styrda på motsvarande sätt enligt uppfinningen öppnas ventiler för avtappning av ånga i sekvens mot avtappningshàl med ökande ångtryck, medan en återgàng till mer optimal avtappning ständigt sker om trycket vid ett avtappningshàl med lägre àngtryck åter uppvisar ett tryck överstigande trycket i den anslutna processledningen, varvid i sekvens ventiler styr- ande ångflödet i avtappningsledningar med allt lägre tryck öppnas stegvis till dess att avtappningsledning med det lägsta àngtryck som överstiger processtrycket är öppen för avtappningsànga från turbinen.

Vid intappning av ånga'styrs samma ventiler som nyss nämnda att öppnas i en sekvens, som är den motsatta mot ordnings- följden vid avtappningsförfarandet. Detta innebär att vid tvàhálsintappning intappas ànga från processnätet, om tryc- ket hos denna ånga är tillräckligt, primärt via den öppnade 47Û Ü68 4 högsta ventilen till den av de två intappningsledningar som är förbunden med den högre trycksatta delen i turbinen, här kallat högsta intappningshàl. Om trycket hos ångan från processnätet vid något tillfälle understiger trycket vid detta högsta intappningshàl i turbinen stängs denna högsta ventil medan den lägre ventilen öppnas för att möjliggöra intappning av ånga från processnätet vid en punkt i turbinen med lägre tryck, vilket sker vid ett lägre intappningshàl i turbinen. Skulle återigen trycknivån hos ångan i process- nätet stiga sker en återgång av intappning vid det högre trycket vid det högsta intappningshålet i turbinen under förutsättning att ángtrycket i processnätet är minst lika stort som trycket vid turbinens högsta intappningshàl.

Om intappning av ånga till fler än två intappningshàl är styrd på motsvarande sätt enligt uppfinningen öppnas venti- ler för intappning av ånga till turbinen i sekvens mot intappningshàl med minskande ångtryck, medan en återgång till mer optimal intappning ständigt sker om trycket vid ett intappningshàl med högre ångtryck åter uppvisar ett tryck understigande trycket i den anslutna processledningen, 'varvid i sekvens ventiler styrande àngflödet i intappnings- ledningar med allt högre tryck öppnas stegvis till dess att intappningsledning med det högsta ångtryck som understiger processtrycket är öppen för intappning av ånga till turbinen.

En elektronisk styrutrustning ombesörjer öppning och stängning av servoventilerna för åstadkommande av intappning eller avtappning av ånga till de optimala intappnings- eller avtappningspunkterna i turbinen i beroende av tryckförhållanden i till turbinen anslutet processnät och i intappnings- eller avtappningspunkter. 5 470 Û68 F I GURBESKRIVNING Fig. åskådliggör ett schema över ett styrsystem för en tvàhàls avtappning respektive intappning av ånga vid en ångturbin ansluten till ett processnät.

UTFÖRINGSFORMR I det följande redogörs för en utföringsform av ett styrsys- tem enligt uppfinningen för avtappning och intappning av ånga vid en turbin, där avtappning av ånga från turbinen respektive intappning av ånga till turbinen utförs med i exemplet en beskrivning av funktionen hos styrsystemet vid en tvàhàls avtappning respektive intappning.

I figuren illustreras en ångturbin 1, vilken symboliserar två eller flera turbinsteg med ett lägsta tappningshál 2 och ett högsta tappningshál 3 för ånga från turbinen 1 respek- tive ånga till turbinen. Tappningshàlen 2,3 i turbinen ll tjänstgör följaktligen som både intappningshál och avtapp- ningshál och benämnes i det följande alltefter sin aktuella funktion.

Avtappning av ånga respektive intappning av ånga vid tapp- ningshàlet 2 ombesörjes av en lägsta servoventil 5 med till- hörande servo 5a. På motsvarande sätt utförs avtappning 'respektive intappning av ånga vid tappningshàlet 3 av en högsta servoventil 6 med tillhörande servo 6a. Turbinens 1 tappningshál 2,3 för intappning respektive avtappning av ånga är anslutna till ett processnät via ventilerna 5, 6 till en för båda ventilerna gemensam förbindelseledning, benämnd processledning 4, vilken tillför ånga till process- nätet vid avtappning eller bortför ånga från processnätet vid intappning. Ångtrvcket P3 i processnätet mäts vid processledningen 4 av en tryckmätare 7. 470 G68 6 Tryckskillnaden mellan àngtrycket P3 i processnätet och trycket Pl vid det lägsta tappningshålet 2, dvs trycket över den lägsta ventilen 5, mäts medelst en differentialtrycks- mätare 8, vilken lämnar en utsignal dPI, som anger om P3>P1.

På motsvarande sätt mäts tryckskillnaden mellan àngtrycket P3 i processnätet och trycket vid det högsta tappningshålet 3, dvs trycket över den högsta ventilen 6 med en differen- tialtrycksmätare 9, vilken i sin tur levererar en utsignal dPI1 , som anger om P1 Utsignalen från den tryckmätare 7 som mäter àngtrycket i processledningen 4 pàföres dels en första styrenhet 10, dels en andra styrenhet 11. Den första styrenheten 10 är aktiv under avtappning av ånga från turbinen 1, medan den andra styrenheten ll är aktiv under intappning av ånga till turbi- nen 1. De två styrenheterna 10, 11 har en gemensam börvär- desgenerator SVG, vilken ställer börvärdestrycknivá för styrenheterna 10, 11 genom en dödbandsenhet DB. Dödbands- enheten DB åstadkommer hos styrsystemet ett dödband som definierar ett visst litet tryckintervall inom vilket trycke intervall aktivering av annan styrenhet ej sker för att tillförsäkra styrsystemet en otvetydig växling mellan de två styrenheterna 10, 11 i beroende av förinställt börvärdes- tryck och aktuellt tryck P3 i processnätet för aktivering av rätt styrenhet 10, 11 beroende på om avtappning eller intappning av ånga är påkallat.

De två styrenheterna 10, ll verkar på ventilerna 5, 6 genom en maxvärdesväljare MAX, vilken tillåter den större av de två signalerna från de två styrenheterna 10, 11 att matas vidare till en seriestyrenhet 12. Seriestyrenheten 12 opererar enligt sekvensen a-b när avtappningstyrenheten 10 ; är aktiverad, dvs att avtappning av ånga från turbinen är för handen. Härvid styrs anordningar anslutna till utgången a, i detta fall en servopositionsstyrenhet 13 för ventil- 'servot 5a för den lägsta ventilen 5, innan anordningar kopp- lade till seriestyrenhetens 12 utgång b erhåller styrsigna- ler från seriestyrenheten 12. På motsvarande sätt opererar 470 068 seriestyrenheten 12 men i sekvensen b-a när intappnings- styrenheten 11 är aktiverad, vilket innebär att anordningar anslutna till utgången b, i föreliggande exempel en servo- positionsstyrenhet 14 för ventilservot 6a för den högsta ventilen 6, innan anordningar anslutna till utgången a erhåller styrsignaler från seriestyrenheten. Växling mellan de två sekvenserna hos seriestyrenheten 12 förrättas av ett växlingsorgan 15, som avkänner vilken av styrenheterna .10, 11, övervakande avtappning respektive intappning, som är verksam. Växlingsorganet 15 har en Set-Reset-funktion, vilken styrs av aktiv styrenhet 10, 11.

I-avtappningsmod arbetar den lägsta ventilen 5 och den högsta ventilen 6 i en seriestyrd sekvens där den lägsta ventilen 5 öppnas först under förutsättning att tryckvill- koren är uppfyllda, dvs att P3 öppnas endast om om àngflödet genom den lägsta ventilen 5 är otillräckligt för att upprätthålla det erfordrade process- trycket P3. Om processtrycket P3 är större än P1, förhindras öppning av den lägsta ventilen 5 genom ett organ för tvàngs- stängning innefattande switcharna S1, S2 samt OCH-grinden 20, vilka påverkar ventilservot 5a att stänga den lägsta ventilen via en MIN- värdesväljare MIN1. Hela avtappnings- àngflödet kommer då att genomströmma den högsta ventilen 6.

Den nämnda blockeringen eller tvàngsstängningen av den lägsta ventilen 5 kan endast aktiveras när styrenheten 10 för avtappning är aktiv. Om den lägsta ventilen är blockerad och tryckdifferensen över den lägsta ventilen skulle ändras, så att P3 ånyo blir mindre än Pl, t ex på grund av en förändring i avgiven effekt eller orsakad av ändrad processángförbrukning, dvs ändring av P3 sker en återgång till seriestyrning automatiskt, vilket innebär att den lägsta ventilen som ligger först i sekvensen åter öppnas.

I intappningsmod opererar den lägsta ventilen 5 och den högsta ventilen 6 i en seriestyrningssekvens där den högsta ventilen 6 först öppnas, medan den lägsta ventilen 5 öppnas endast om àngflödet genom den högsta ventilen 6 är otill- 4-70 068 s räckligt för att upprätthålla det erfordrade processtrycket, dvs om exempelvis den högsta ventilen ej förmår svälja erforderligt àngflöde. Om trycket på turbinsidan av den högsta ventilen 6 skulle bli för högt för att medge intappning överhuvudtaget, dvs om trycket P2 blir större än P3, blockeras eller tvàngsstängs den högsta ventilen 6 via ett blockeringsorgan innefattande switcharna S3, S4 samt OCH-grinden 25, vilka påverkar ventilservot 6a att stänga den högsta ventilen via en MIN-värdesväljare MIN2, varvid hela ångflödet-vid intappning styrs till turbinen l via ventilen 5. Tvàngsstängningen av den högsta ventilen 6 kan endast aktiveras när styrenheten 11 för intappning är aktiv.

Om den högsta ventilen 6 är blockerad och differential- trycket över den högsta ventilen skulle förändras, beroende på t ex en förändring i uteffekt sker en återgång till normal seriestyrning automatiskt, varvid den högsta ventilen 6 som ligger först i styrningssekvensen vid intappning åter öppnas.

Vid avtappning kan det första organet för tvàngsstängning vid behov blockera den lägsta ventilen S. Organet innefattar en switch S1, vilken styrs av signalen dP1 från differen- tialtrycksmätaren 8. Styrsignalen påverkar hos switchen Sl en kontakt på vars ingång ständigt ligger en logisk etta.

När signalen dP1 indikerar att trycket P3 är större än P1 sluts kontakten i switchen S1, varvid en logisk etta matas via dess utgång till en OCH-grind 20. På den andra ingången till OCH-grinden 20 ligger en logisk etta om avtappning är för handen. Härav följer att OCH-grinden matar en logisk etta vidare via sin utgång till en switch S2. Switchen S2 erhåller som styrsignal denna logisk etta från OCH-grinden 20, varvid kontakten i switchen S2 sluts, vilket innebär att en analog nollpotential via nämnda kontakt i switchen S2- förs vidare till MIN-värdesväljaren MINl. Eftersom MIN- värdesväljaren MINl avkänner denna nollpotential som lägsta påförda signalspänning kommer ventilservot 5a att stänga den lägsta ventilen 5 för avtappning. Om trycket P3 i process- nätet är mindre än avtappningstrycket P2 är switchen S1 ej 9 sluten, eller om avtappning ej är för handen,_sà att logisk etta ej matas frán styrenheten 10 till OCH-grinden 20 sker följaktligen i bàda fallen ingen tvángsstängning av den lägsta ventilen 5, eftersom nollpotential ej föreligger ut fràn switchen S2. I dessa fall bestäms den lägsta ventilens 5 läge av seriestyrenheten 12.

Pà motsvarande sätt som för den lägsta ventilen 5 styrs vid intappning den högsta ventilen 6 till tvángsstängning om intappningstrycket från processnätet P3 är lägre än trycket P2 vid den högsta ventilens turbinsida.

Styrsystemet enligt beskrivningen kan utvidgas till att styra av- respektive intappning av ànga vid tre eller fler gemensamma tappningshál vid en turbin. Vid ett sådant utökat styrsystem med exempelvis tre ventiler nyttjas i stället en seriestyrenhet med sekvensen a-b-c vid öppning av ventilerna vid avtappning respektive sekvensen c-b-a vid intappning.

Samtidigt införes ytterligare en tvàngstängningsanordning för den tredje ventilen enligt ovan redovisade lösning, där differentialtrycket över den tredje ventilen via den tredje tvàngstängningsanordningen avgör om denna tredje ventil måste stängas.

Claims (4)

F... i-7Û ÜÉS 10 PATENTKRAV

1. l. Styrsystem innefattande styrutrustning och ventiler (5,6) för styrning av avtappning och intappning av ånga vid en ångturbin (1) med två eller flera avtappnings- /intappningshål (2, 3) och turbinen (1) ansluten till ett processnät kännetecknat av att de ventiler (5, 6) som används för avtappning av ånga från turbinen till processnätet är desamma som de ventiler (5, 6) som används för intappning av ånga från processnätet till turbinen (1).

2. Styrsystem enligt patentkrav 1 kännetecknat av att vid avtappning av ånga från turbinen (1) är ventilerna (5, 6) anordnade att öppnas för avtappning av ånga i sekvensen lägre ventiler mot högre ventiler samt att vid intappning av ånga till turbinen (1) är ventilerna (5, 6) anordnade att öppnas för intappning av ånga i sekvensen högre ventiler mot lägre ventiler.

3. Styrsystem enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den ventil av i styrsystemet innefattade ventiler (5, 6) är anordnad att vara öppnad som medger avtappning av ånga från det avtappningshàl (2, 3) vid turbinen med det lägsta àngtryck (Pl, P2) som överstiger process- trycket P3 samt att den ventil av i styrsystemet inne- fattade ventiler (5, 6) är anordnad att vara öppnad som medger intappning av ånga till det intappningshàl (2, 3) vid turbinen med det högsta àngtryck (Pl, P2) som understiger trycket P3 i processnätet.

4. Styrsystem enligt patentkraven 2 och/eller 3 kännetecknat av att trycket P3 i processnätet, avkänt av en tryckmätare (7), bestämmer i beroende av ett förinställt börvärde vid en börvärdesgenerator (SVG) om avtappning eller intappning är aktuell, varvid vid avtappning en första styrenhet (10) aktiveras, medan vid intappning en andra styrenhet (ll) aktiveras. 11 fë70 068 Styrsystem enligt patentkrav 4 kännetecknat av att aktiv styrenhet (10, ll) matar en seriestyrenhet (12), vilken bestämmer sekvensen för öppning av ventilerna (5, 6)- Styrsystem enligt patentkrav 5 kännetecknat av att ett organ innefattande switchar (Sl, S2) och en OCH- grind (20), vilket vid samtidig aktiv avtappning och differentialtryckssignal dPI, fràn aktiv lägre ventil (5) för avtappning, visande ett avtappningstryck (P1) understigande trycket P3 i processnätet tvàngsstänger den lägre ventilen (5), varvid avtappning övergår till närmaste högre ventil (6). Styrsystem enligt patentkrav 5 kännetecknat av att ett organ innefattande switchar (S3, S4) och en OCH- grind (25), vilket vid samtidig aktiv intappning och differentialtryckssignal dPII, fràn aktiv högre ventil (6) för intappning, visande ett intappningstryck (P2) överstigande trycket P3 i processnätet tvàngsstänger den högre ventilen (6), varvid intappning övergår till närmaste lägre ventil (5).