1、1热控专业与运行技术讲课2014.7主要内容 一、热控常用仪表及测量原理介绍二、自动控制基础系统三、分散控制系统（DCS）介绍四、运行中热控缺陷的辨识2一、热控常用仪表及测量原理介绍现场仪表测量参数的分类：现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。下面就介绍一下这四大参数的测量原理，以及测量这四大参数所运用的仪表。31、温度的测量与变送 温度是我们电力生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个生产过程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多热力反应的过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正
2、常进行与安全运行的重要环节；它对运行参数的监视和系统控制都有很大的影响。41、温度的测量与变送 温度测量仪麦种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温元件与被测介质直接接触，后者的感温元件却不与被测介质相接触。接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。而非接触式测温仪表不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的
3、温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量量精度较低。51、温度的测量与变送 下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这两种温度计。67 双金属温度计实例 工业用双金属温度计 双金属电接点温度计 给煤机超温报警给煤机超温报警压力式温度计压力式温度计根据封闭系
4、统的液体或气体受热后压力变化的原根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理而制成的测温仪表。理而制成的测温仪表。由由敏感元件温包敏感元件温包，传压毛细管传压毛细管和和弹簧管压力表弹簧管压力表组组成。成。应用实例：应用实例：#4炉送风机油站就地温度表炉送风机油站就地温度表1、温度的测量与变送1.1 热电偶温度计 1）热电偶是应用最普遍、最广泛的温度测量元件。2）既可用于流体温度测量也可用于固体温度测量，既可以检测静态温度也能测量动态温度。3）在火电厂中，主蒸汽、过热器管壁与高温烟气等的温度都是采用热电偶测量的。4）热电偶一般用于测量1001600范围内温度，用特殊材料制成的热电偶还可测更高或更
5、低的温度；5）热电偶将感受到的温度信号直接转换成电势信号输出，便于测量、信号传输、自动记录和控制等。101、温度的测量与变送11热电偶温度计由热电偶、电测部份(动圈仪表、电位差计或DCS)及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和多点集中测量，因而在电力生产中应用极为普遍。231热电偶温度计测量线路1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表t0t0tAB1、温度的测量与变送12热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和
6、导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被测温度t的大小。生产现场是元件所在一端为热端，电子间的温度作为冷端补偿，从电子生产现场是元件所在一端为热端，电子间的温度作为冷端补偿，从电子间测量出间测量出mV值得出的温度加上冷端补偿温度就得出该元件所测出的实值得出的温度加上冷
7、端补偿温度就得出该元件所测出的实际温度值，即际温度值，即DCS显示值。显示值。我们厂中主要使用的是我们厂中主要使用的是K分度分度(镍铬镍铬-镍硅镍硅)热电偶，还有如热电偶，还有如S分度分度(铂铑铂铑10-铂铂)；E分度号分度号(镍铬镍铬-康铜康铜)；T分度号分度号(铜铜-康铜康铜)；J分度号（铁分度号（铁-康铜）；康铜）；R分度号分度号(铂铑铂铑13-铂铂)等热电偶。等热电偶。热电偶主要测量是高温介质，现场的高温烟气、蒸汽。1、温度的测量与变送131、温度的测量与变送 1.2 热电阻温度计 热电阻温度计由热电阻、电测仪表(动圈仪表或平衡电桥)和连接导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半
8、导体两种。热电阻温度计广泛用来测量中、低温(一般为500以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、自动记录和多点测量。141、温度的测量与变送热电阻的测温原理 金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。温度的变化，导致了导体电阻的变化。实验证明，大多数金属导体在温度每升高1时，其电阻值要增加0.4一0.6%，热电阻温度计就是把温度变化所引起热电阻的变化值，通过测量电路(电桥)转换成电压(毫伏)信号，然后由显示仪表指示或记录被测温度。热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换为
9、热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来测量温度的。151、温度的测量与变送 对于制作热电阻丝的材料是有一定技术要求的，一般应具有下列特性；电阻温度系数要大，则测量灵敏度就高；热容量要小，则对温度变化的响应就快，即动态特性较好；电阻率要大，则相同的电阻值下电阻体体积就小，因而热容量也小；在整个测温范围内，具有稳定的物理和化学性质；要容易加工，有良好的复制性，电阻与温度的关系最好近于线性或为平滑的曲线，以便于分度和读数；价格便宜等。根据具体情况，目前应用最广泛的是铂和铜，分度号Pt50铂电阻、分度号分度号Pt100铂电阻铂电阻和分度号Cu50
10、铜电阻、分度号Cu100铜电阻。热电阻是由电阻体、保护套管以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。161、温度的测量与变送 在选用测温仪表解决现场测温问题时，首先要分析被测对象特点及状态，然后根据现有温度计的特点及其技术指标确定选用的类型。一般应考虑以下几个方面:1仪表的可能测温范围及常用测温范围，是否符合被测对象的温度变化范围的要求;2仪表的精度、稳定性、响应时间是否适应测温要求;3根据测量场所有无冲击、振动及电磁场，来考虑仪表的防震、防冲击、抗干扰性能是否良好;4仪表输出信号能否自动记录和远传;5仪表的防腐性、防爆性和连续使用期限，是否满足被测
11、对象的要求;6电源电压、频率变化及环境温度变化对仪表示值的影响程度;7测温元件的体积大小是否适当;8仪表使用是否方便、安装维护是否容易。172、压力的测量与变送在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压、或真空绝对压力，表压力、负压、或真空度度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。Pa表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，P即：P表=Pa-P大负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：P真=P大-P绝因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值
12、除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。182、压力的测量与变送 压力测量仪表的品种，规格甚多。常用的压力测量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹
13、性力平衡法量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。192、压力的测量与变送 目前，电力生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，通过转换，可
14、将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。202、压力的测量与变送 主要压力检测仪表：（1）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270度圆孤形的空心管子。212、压力的测量与变送 22 弹簧管压力表1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板7、游丝 8、调整螺
15、钉 9 接头ab 2、压力的测量与变送 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端，即位移输出端；而另一端A则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角要随即减小，也就是自由端将由B移到B，处，如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力
16、的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值/与被测压力P之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。232、压力的测量与变送 由上述可如，弹簧管真空表。弹簧管压力表除普通由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。还有一种是电接点压力 表，可以设备报警点，达到某一压力 点时开关接
17、点动作。242、压力的测量与变送 25压力变送器压力变送器差压变送器差压变送器2、压力的测量与变送压力变送器工作原理压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转变成4-20mADC信号输出。具体工作原理有：电阻式、电感式、电容式电容式、电涡流式、磁电式、压电式、光电式、磁弹性式、振频式等电力生产现场最常用的是电容式压力变送器。262、压力的测量与变送电容式当压力直接作用在测量膜片的表面，使膜片产生微小的形变，测量膜片上的高精度电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，然后采用专用芯片将这个电压信号转换为工业标准的4-20mA电流
18、信号或者1-5V电压信号。由于测量膜片采用标准化集成电路，内部包含线性及温度补偿电路，所以可以做到高精度和高稳定性，变送电路采用专用的两线制芯片，可以保证输出两线制4-20mA电流信号，方便现场接线。272、压力的测量与变送陶瓷式压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。283、流量的测量与变送 在电力生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质(如液体、气体和蒸汽等)的流量，以便为生产操作和控制提供依据
19、。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一段时间内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下:表示体积流量的单位常用立方米每小时(m3/h)、升每分(I/min)、升每秒(l/s)等；表示质量流量的单位常用吨每小时(t/h)、千克每小时(kg/h)、千克每秒(kg/s)等。若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是:M=Q 或 Q=M/293、流量的测量与变送 应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一
20、般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化10时，液体的密度变化约在1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10，密度变化约为3%。在常压附近，压力每变10kPa，密度也约变化3%。因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量标准体积流量，在工业上是指20、0.10133MPa(称标定状态)或0、0.10133MPa(称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下
21、的体积流量为标准体积流量。流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对电力生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。下表中列出了几种主要类型流量表(或称流量计)的性能及适用场合。303、流量的测量与变送313、流量的测量与变送3.1 差压式流量计 差压式(也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置(包括节流元件和取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显示
22、仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。323、流量的测量与变送节流现象及其原理 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图3-1所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。334、液位的测量与变送 4 差压式液位计差压式液位计 差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，是目前应用得最广泛的一种液
23、位测量仪表。差压式液位汁是利用容器是目前应用得最广泛的一种液位测量仪表。差压式液位汁是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图所示。所示。34+-HP气气 P液液 Q入入 P出出排污排污当差压变送器的一端接液相，另当差压变送器的一端接液相，另一端接气相时根据流体静力学原理，一端接气相时根据流体静力学原理，我们知道，变送器正压室受到的压力我们知道，变送器正压室受到的压力为：为：Pl=P气气十十Hg式中式中 H 液位高度液位高度;介质密度介质密度;g 重力加速度重力加速度;P气气 气相压力。气相压力。图图4-3
24、 差压变送器测量液位示意图差压变送器测量液位示意图二、自动控制系统基础35二、自动控制系统基础36二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识)()(teKtup二、自动控制基础知识 二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识 二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识热控控制系统方式热控控制系统方式44二、自动控制基础知识 45二、自动控制基础知识 46二、自动控制基础知识47二、自动控制基础知识48三、分散控制系统介绍1.分散控制系统的特点 DCS系统也称分布式控制系统，指控制功能分散、风险分散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网络控制系统。其实质是计算机技术对生产过程进行集
25、中监视、操作、管理和分散控制的一捉新型控制技术。其功能特点是：通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。49三、分散控制系统介绍包含工程师站、操作员站、现场控制站 A.工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监视。B.操作员站提供技术人员与系统数据库的人机交互界面，用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。C、现场控制站用于现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠的冗余保
26、证、网络通信功能。50三、分散控制系统介绍 分散控制系统在结构上采用模块化设计方法，通过灵活组态，合理的配置，可以实现火电机组的模似量控制系统（MCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）等功能。DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检测，对检测结果进行处理、记录、显示和报警，对机组的运行情况进行运算分析，并提出运行指导的监视系统。51三、分散控制系统介绍MCS模拟量控制系统指通过控制变量自动完成被控制变量调节的回路。CCS协调控制系统指将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉汽轮
27、机在自动状态下运行给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机组的调频、调峰的能力，它直接作用的执行级是锅炉燃料控制系统和汽轮机控制系统。52三、分散控制系统介绍SCSSCS顺序控制系统顺序控制系统指对火电机组的辅机及辅助系统，按照运行规律规定的顺序（输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺序）实现启动或停止过程的自动控制系统。FSSSFSSS炉膛安全监控系统炉膛安全监控系统指对锅炉点火和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸（内爆或外爆）而采取的监视和控制措施的自动系统。其包括燃烧器控制系统BCS和炉膛安全系统FSS。MFTMFT总燃
28、料跳闸指保护总燃料跳闸指保护信号指令动作或由人工操作后，快速切断进入炉膛的所有燃料而采取的措施 DEHDEH汽轮机数字式电液控制系统汽轮机数字式电液控制系统，是按电气原理设计的敏感元件、数字电路以及按液压原理设计的放大元件和液压伺服机构构成的汽轮机控制系统。还有ATC或ATSC汽轮机自启动、OPC超速保护控制功能、ETS汽轮机的紧急跳闸系统、BPC 53四、运行中热控缺陷的辨识1、热控专业区域范围：DCS计算机分散控制系统（含MCS、SCS、FSSS、DAS、DEH、MEH脱硫DCS），包括全部软件硬件（控制柜、工作站、控制用网络）。热工测量装置及系统（包括温度、压力、流量、转速、行程、氧量、
29、液位、料位、振动等测量系统）。热工控制设备及系统，包括控制用电动执行器、阀门气动装置，5千瓦以下变频调速器（不包括5千瓦）及控制回路。调整型气动执行机构、气动仪表及相应的仪用干燥压缩空气系统中分支管路、及分配箱（包括过滤器）。锅炉点火枪、油枪、主油阀、各角油阀的电气控制回路及控制用气源（支管）54四、运行中热控缺陷的辨识2、热控与其他专业的分工分界、热控与其他专业的分工分界 1)角行程电动执行机构和调整型气动阀门执行机构以伺服机构输出的曲柄的连接销或第一个连接件为界：伺服机构的输出曲柄及执行器的输出轴由热控专业负责；连接销子或连接件及之后的设备，由机械设备所属专业负责。2)汽机抽汽逆止门、高排
30、逆止门、疏水门的气动执行机构的机械部分（气缸等）由汽机专业负责，压缩空气管路、控制用电磁阀线圈、行程开关（包括磁性行程开关）等由热控专业负责。3)开关型气动门除控制用电磁阀、行程开关（接近开关）、控制气源管（支管）、过滤减压器等以外的机械部分（包括气缸）属机务专业。55四、运行中热控缺陷的辨识 4)微油点火系统以下设备属热控专业：点火控制柜（电气负责将电源送至点火控制柜下端子）、稳压罐液位开关（锅炉负责拆装）、压缩空气过滤调节器。5)压力测量的取样管以一次门或主设备至测量仪表的第一只阀门为界，一次门后部阀兰(或第一道焊口)及后面的管道、二次门等由热控专业负责，一次门及门前的管道或第一只阀门归主设备所属专业，没有一次门的以管道上的最靠近设备的第一道焊口为界。6)限位、行程开关属热控专业，使开关、限位动作的机械部件由机务负责就位，调整及行程接点信号的调试由热控负责，机械设备所属专业配合完成并确认机械设备位置的正确性。56谢谢！57
