СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ pH ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ВОДЫ КОНТУРА ОХЛАЖДЕНИЯ СТАТОРА ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2016 года по МПК G05D21/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в оборотных системах водяного охлаждения статора электрогенератора с приводом от паровой турбины на энергоблоках ТЭС и АЭС.

Известен способ измерения рН среды путем измерения ЭДС пары электродов, контактирующих с контролируемым раствором, для автоматического определения значений рН в широких пределах (7,5-13,0) (авторское свидетельство СССР №123751, МПК G01N 27/416, 1959 г.).

Недостатком способа является невозможность его использования для предельноразбавленных растворов в слабощелочной и слабокислой среде при протоке пробы.

Известен «Способ и устройство для измерения рН слабощелочных растворов» (Патент на изобретение РФ №2456578, МПК G01N 21/27, 2012 г.) экстраполяцией спектрофотометрических измерений от многих чувствительных элементов - индикаторов рН, в котором сначала посредством индикаторов, контактирующих с раствором и имеющих известную величину рН, строят калибровочную кривую, а затем измеряют рН испытуемого раствора, используя калибровочную кривую.

Недостатком указанного способа является использование многочисленных колориметрических индикаторов рН и измерения рН - отклика колориметром или спектрофотометром, что в условиях оперативного химического контроля качества пара, конденсата пара и питательной воды энергоблока ТЭС и АЭС с протоком проб представляется малопригодным.

Известен «Способ автоматического регулирования величины рН водных растворов» (патент на изобретение РФ №2284048, МПК G05D 21/00, C02F 1/66, C02F 103/06, 2006 г.), принятый за прототип, путем изменения подачи кислоты или щелочи в реакторы - смесители включает использование в структуре автоматической системы регулирования в качестве регулируемой величины и величины задания - линеаризованной обратной функции нелинейной зависимости величины рН от концентрации кислоты или щелочи.

Недостатком указанного способа является невозможность обеспечить заданную точность поддержания рН в диапазоне 7,0-9,0 в предельно разбавленном малобуферном водном растворе, каким является циркуляционная вода контура охлаждения статора электрогенератора энергоблока ТЭС и АЭС.

Технический результат заключается в создании способа, позволяющего обеспечить высокую точность поддержания заданной величины рН циркуляционной воды контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического регулирования величины рН циркуляционной воды контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины путем изменения подачи щелочи в циркуляционную воду, включающем использование в структуре системы автоматического регулирования функциональной зависимости рН от концентрации дозируемой щелочи, организуют линию рециркуляции после фильтра через дозировочный бачек с регулировочным краном на всас циркуляционного насоса, измеряют удельную электропроводность в потоке пробы циркуляционной воды до входа в обмотку статора, имеющую функциональную зависимость с концентрацией дозируемой щелочи и с величиной рН циркуляционной воды, которую используют в структуре системы автоматического регулирования для расчетного определения нижнего и верхнего пределов значений электропроводности, по которым формируют команду на открытие или закрытие регулировочного крана на линии рециркуляции.

На чертеже представлена схема контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины, поясняющая сущность заявляемого способа.

Контур охлаждения статора электрогенератора паровой турбины содержит напорную линию, включающую циркуляционный бак 1, насос 2, теплообменник 3, фильтр 4, обмотки статора электрогенератора 5. Линия рециркуляции, расходом не более 0,005% от расхода циркуляционной воды, организована в контуре после фильтра 4 через запорный кран 6, дозировочный бачек 7 и регулировочный кран 8 на всас насоса 2. Поступающая в циркуляционную воду щелочь из дозировочного бачка 7 повышает величину рН и удельную электропроводность, которую измеряют датчиком 9, соединенным через систему автоматического регулирования 10, с регулировочным краном 8. Дозировочный бачек 7 снабжен кранами 11 и 12.

Способ реализуется следующим образом. Вода из циркуляционного бака 1 насосом 2 прокачивается через теплообменник 3, где охлаждается, и через фильтр 4 подается на охлаждение обмоток статора электрогенератора 5 и возвращается в циркуляционный бак 1. С напорной линии после фильтра 4 трубопроводом малого диаметра с запорным краном 6 вода подается на дозировочный бачок 7, объемом 0,1-0,2 м³, загруженный раствором щелочи 1-2%-ной концентрации. Откуда вытесняет малое количество щелочи через открытый регулировочный кран 8 на всас насоса 2. Запорный кран 6 открыт в рабочем режиме и закрыт в режиме перегрузки дозировочного бачка 7 щелочью. В режиме перезагрузки дозировочного бачка 7 через кран 11 отводят воздух, кран 12 используют для слива из дозировочного бачка 7 бачка воды и заполнения его раствором щелочи. Регулировочный кран 8 открывается и закрывается автоматически по команде системы автоматического регулирования 10. Поступающая в циркуляционную воду щелочь повышает величину рН и удельную электропроводность, которая измеряется датчиком 9, сигнал от которого с заданной дискретностью поступает в систему автоматического регулирования 10, где формируется сигнал на открытие или закрытие регулирующего крана 8.

Взаимосвязь величины рН и удельной электропроводности циркуляционной воды определяется из следующего:

, при или

Удельная электропроводность χ складывается из удельных электропроводностей конденсата χ_конд и щелочи χ_NaOH

Согласно уравнению электропроводности

или в нашем случае:

где λ_NaOH - эквивалентная электропроводность NaOH, при 25°С в предельно разбавленном водном растворе, равная 248,4 Ом^-1·см²·экв^-1.

Тогда при t=25°С, получим

Так как , моль/дм³, то получим

Тогда,

И, обратно,

Здесь, χ измерена в См/см, концентрация ионов водорода - в моль/дм³.

Согласно циркуляра Ц10/85(Э) (Об организации водно-химического режима системы охлаждения обмоток статоров турбо- и гидрогенераторов / М. СПО ОРГРЭС. 1985) величина рН циркуляционной воды системы охлаждения обмоток статора электрогенератора нормируется в пределах 8,0-9,0 (8,5±0,5). Тогда, нижний предел нормируемой величины рН определяется выражением

или при измерении удельной электропроводности в мкСм/см

Верхний предел нормируемой величины рН определяется выражением

При измеренных значениях удельной электропроводности χ циркуляционной воды ниже или равных χ_н система автоматического регулирования 10 дает команду на открытие регулировочного крана 8, при значениях χ равных или больших χ_в - на закрытие регулировочного крана 8. Частота открытия-закрытия регулировочного крана 8 зависит от концентраций NaOH в дозировочном бачке 7 и пропускной способности регулировочного крана 8. По мере вытеснения щелочи из дозировочного бачка 7 водой происходит разбавление щелочи, и периоды открытия регулировочного крана 8 увеличиваются, а отсутствие увеличения электропроводности циркуляционной воды при открытом регулировочном крана 8 свидетельствует об отсутствии щелочи и необходимости перезарядки дозировочного бачка 7 раствором щелочи, для чего используются краны 11 и 12 при закрытых запорном кране 6 и регулировочном кране 8.

Ниже приведены примеры осуществления способа.

Пример 1.

В табл. 1 приведены результаты анализа циркуляционной воды систем охлаждения обмоток статоров электрогенераторов (СОСГ) энергоблоков №№3, 4, 5 Конаковской ГРЭС.

Значения рН циркуляционной воды находятся на пределе нормы, временами выходят за нижний предел. Дозировка NaOH по предлагаемому способу обеспечит устойчивое регулирование рН при среднем значении χ_конд=0,55 мкСм/см в пределах удельной электропроводности (формулы 7 и 8), равных

χ_н=0,8 мкСм/см, χ_в=3,0 мкСм/см.

При измеренных значениях χ циркуляционной воды ниже или равных 0,8 мкСм/см система автоматического регулирования 10 дает команду на открытие регулировочного крана 8, при значениях χ равных или больших 3,0 - на закрытие регулировочного крана 8.

Текущие значения рН циркуляционной воды, вычисленные по формуле (5) на основании измеренных значений электропроводности, приведены в табл. 2.

Значения рН, измеренные промышленными автоматическими рН-метрами в водах типа конденсата и циркуляционной воды, характеризуются невысокой точностью и воспроизводимостью, особенно, при уменьшении рН от 8,5 до 7,5 единиц рН. Это подтверждается данными табл. 2. Приведенное обстоятельство не позволяет использовать промышленные рН-метры в системах автоматического регулирования рН малобуферных предельноразбавленных водных растворов, какими является и циркуляционная вода контура охлаждения статора электрогенератора.

Использование: для автоматического регулирования величины рН циркуляционной воды контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины. Сущность изобретения заключается в том, что изменяют подачу щелочи в циркуляционную воду, организуют линию рециркуляции после фильтра через дозировочный бачек с регулировочным краном на всас циркуляционного насоса, измеряют удельную электропроводность в потоке пробы циркуляционной воды до входа в обмотку статора, имеющую функциональную зависимость с концентрацией дозируемой щелочи и с величиной рН циркуляционной воды, которую используют в структуре системы автоматического регулирования для расчетного определения нижнего и верхнего пределов значений электропроводности, по которым формируют команду на открытие или закрытие регулировочного крана на линии рециркуляции. Технический результат: обеспечение возможности поддержания высокой точности заданной величины рН циркуляционной воды контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины. 1 ил., 2 табл.

Способ автоматического регулирования величины pH циркуляционной воды контура охлаждения статора электрогенератора паровой турбины путем изменения подачи щелочи в циркуляционную воду, включающий использование в структуре системы автоматического регулирования функциональной зависимости pH от концентрации дозируемой щелочи, отличающийся тем, что организуют линию рециркуляции после фильтра через дозировочный бачек с регулировочным краном на всас циркуляционного насоса, измеряют удельную электропроводность в потоке пробы циркуляционной воды до входа в обмотку статора, имеющую функциональную зависимость с концентрацией дозируемой щелочи с величиной pH циркуляционной воды, которую используют в структуре системы автоматического регулирования для расчетного определения нижнего и верхнего пределов значений электропроводности, по которым формируют команду на открытие или закрытие регулировочного крана на линии рециркуляции.