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煤油氣相干燥設(shè)備冷凝回收系統(tǒng)控制方式研究

文檔作者：鄧乃夫文檔來(lái)源：中山凱旋真空技術(shù)工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年08月08日
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數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
19
自80年代我國(guó)從瑞士MICAFIL公司引進(jìn)第一套煤油氣相干燥
設(shè)備(Vapor Phase Drying Plant，下稱VPD)以來(lái)，已成為大型油
浸式變壓器在總裝前處理最為重要的設(shè)備之一。90年代至今，國(guó)內(nèi)
也相繼涌現(xiàn)出許多煤油氣相干燥設(shè)備的制造廠家，在國(guó)外技術(shù)基礎(chǔ)
上，無(wú)論是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還是在原理分析、運(yùn)行工藝上都在不斷完
善、不斷成熟，尤其是在響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策上作出很大貢獻(xiàn)。
1、冷凝回收系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)傳統(tǒng)VPD系統(tǒng)的特性，從功能和結(jié)構(gòu)上可以分為：真空系
統(tǒng)、煤油系統(tǒng)、冷凝回收系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動(dòng)
系統(tǒng)級(jí)通風(fēng)系統(tǒng)等。而按照運(yùn)行的過(guò)程可分為：準(zhǔn)備階段、加熱階段
（含子階段：中間蒸餾、中間降壓）、降壓階段、高真空階段、破空階
段。在整個(gè)龐大的VPD系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程中，加熱能力最強(qiáng)、出水
量最大的當(dāng)屬加熱階段，在加熱階段中運(yùn)轉(zhuǎn)十分活躍的為冷凝回收
系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的水分的收集，其主要構(gòu)成如圖1：
圖1 冷凝系統(tǒng)原理圖
冷凝回收系統(tǒng)主要包括主冷凝器(402)、中間冷凝器(208)、冷凝
收集罐(408)及相關(guān)閥門等，使用的傳感器包括音叉(404)、磁致伸縮
液位計(jì)、鉑電阻(711)、壓力傳感器等。
2、冷凝回收系統(tǒng)的工作原理
在加熱階段中，通過(guò)蒸發(fā)器對(duì)煤油進(jìn)行加熱，以器身加熱提取器
身水分。由于干燥罐混合蒸汽即水蒸氣與煤油蒸汽越來(lái)越多，壓力逐
漸增高。在收集罐和干燥罐的壓差作用下，混合蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥（221）
進(jìn)入主冷凝器冷凝，被冷凝成混合液體（水和煤油），經(jīng)集液閥（405）和
放液閥（407）后進(jìn)入收集罐，泄漏泵會(huì)將收集罐維持在一定真空度內(nèi)。
進(jìn)入收集罐的混合液體分離后，由于煤油密度比水小，煤油浮
在水的上部。出水量當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，廢水通過(guò)閥門（410）、排水泵
將水打到廢水罐中。收集罐的煤油達(dá)到一定值時(shí)，通過(guò)煤油泵打到
緩沖罐或儲(chǔ)油罐中。
在泄露泵對(duì)收集罐抽空的過(guò)程中，部分混合蒸汽在中間冷凝器
（208）冷凝成液體，這些液體達(dá)到一定后，通過(guò)中間冷凝器底部小桶
收集后，再經(jīng)過(guò)閥門（208.05）排到收集罐中，已充分收集系統(tǒng)煤油
和計(jì)算總的出水情況。
3、冷凝系統(tǒng)控制方式的分析
在電壓等級(jí)110KV以上的油浸式變壓器器身中，是由疊壓成鐵
芯的硅鋼片，卷繞成線圈的銅線和不同形狀的絕緣材料等組成。由
于材料的原因，硅鋼片與銅線中的水分較少，所以大分部的水分都
在絕緣材料之中。干燥設(shè)備的最終目的是盡可能的除去變壓器中所
含的水分。那么，我們將問(wèn)題具體化到了如何除去絕緣材料當(dāng)中的
水分。而對(duì)待絕緣件的出水問(wèn)題，通過(guò)研究分析，我們得知：
(1)絕緣材料在加熱階段出水最多。
(2)在出水量最多的加熱階段中，在第一次加熱、中間降壓時(shí)出
水最為明顯，在第二、三次加熱中成平穩(wěn)上升之勢(shì)，之后隨著加熱次
數(shù)的增加，出水量增加的速度越來(lái)越來(lái)，趨勢(shì)越來(lái)越平緩。
前面我也有提到，對(duì)于水分的回收主要依靠冷凝回收系統(tǒng)，冷
凝回收系統(tǒng)的作用一是冷卻煤油蒸汽與水蒸氣，并收集水分；二是
有效的降低干燥罐壓力（VPD干燥罐安全壓力＜260mbar），使之不
會(huì)無(wú)休止的增加。然而，煤油蒸汽與水蒸氣的混合氣體是通過(guò)真空
管路中的調(diào)節(jié)閥（221）至主冷凝器后成液到收集罐的，所以調(diào)節(jié)閥
的開(kāi)度大小直接影響到主冷凝器冷凝混合氣體的多少。所以說(shuō)對(duì)于
冷凝回收系統(tǒng)的控制主要就是針對(duì)調(diào)節(jié)閥（221）的控制。
方案1:在傳統(tǒng)的VPD控制系統(tǒng)中，對(duì)于冷凝回收系統(tǒng)的控制是
采用壓力判斷控制的方法，是根據(jù)干燥罐的真空度的變化來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)
節(jié)閥的開(kāi)度，主要目的是通過(guò)將干燥罐中的混合氣體抽至收集罐
中，從而降低干燥罐壓力，使之處于安全壓力以下。壓力判斷控制的
主要過(guò)程邏輯及對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1：
表1
表1所示數(shù)據(jù)，我們可以看出隨著干燥罐真空度P的增加，調(diào)節(jié)
閥（221）的開(kāi)度也隨之增加，反之減小。調(diào)節(jié)閥壓力控制的曲線如圖
2所示：
如圖2所示的圓圈位置為加熱階段變壓器開(kāi)始出水的時(shí)刻。該
時(shí)刻在干燥罐真空度數(shù)值上升平穩(wěn)后出現(xiàn)的，這個(gè)過(guò)程是個(gè)緩慢的
過(guò)程，每爐處理需要達(dá)到這個(gè)時(shí)刻至少需要7小時(shí)以上。這是因?yàn)樵?
煤油氣相干燥設(shè)備冷凝回收系統(tǒng)控制方式研究
鄧乃夫
(中山凱旋真空技術(shù)工程有限公司 廣東中山 528478)
摘要：簡(jiǎn)要對(duì)煤油氣相干燥設(shè)備在加熱階段中，對(duì)于冷凝回收系統(tǒng)中真空管路調(diào) 節(jié)閥控制方式的討論，以及對(duì)加熱階段及變壓器的影響。
關(guān)鍵詞：變壓器 煤油氣相 冷凝
中圖分類號(hào):TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)08-0019-02
數(shù)控技術(shù)數(shù)字技術(shù)
與應(yīng)用
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加熱階段前期，干燥罐打入煤油通過(guò)蒸發(fā)器加熱成煤油蒸汽對(duì)變壓
器身進(jìn)行加熱，由于熱量大多被變壓器本身所吸收，干燥罐壓力上
升較慢，另一方面受壓力判斷控制邏輯影響，所以調(diào)節(jié)閥（221）開(kāi)度
較小。這樣，直接導(dǎo)致干燥罐與收集罐之間唯一的通道變狹窄，即便
收集罐真空度再高，也無(wú)法充分的將煤油蒸汽與水蒸氣的混合氣體
抽至主冷凝器進(jìn)行冷凝交換。最后只有當(dāng)干燥罐中的混合氣體達(dá)到
一定濃度，其壓力上升一定值后，隨著調(diào)節(jié)閥（221）的開(kāi)度逐步增加
才能順利的將混合氣體抽至冷凝回收系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)量。
綜上所述，該控制方法的優(yōu)點(diǎn)：控制方法簡(jiǎn)單明確，充分保護(hù)干
燥罐壓力，使之不發(fā)生超壓的危險(xiǎn)。
缺點(diǎn)：在加熱階段初期水分不易充分回收至冷凝系統(tǒng)中，在進(jìn)
行大容量的變壓器產(chǎn)品處理時(shí)容易造成鐵芯生銹。
方案2:目前國(guó)際上對(duì)VPD冷凝回收系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥（221）較為流
行控制方式為冷凝回流量控制，即通過(guò)計(jì)算混合氣體被主冷凝器
（402）冷凝后，變成煤油和水液體的容積的多少來(lái)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度
的大小。其控制邏輯，如表2為：
表2
圖2
如表2所示，冷凝回流量較大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減??；同樣，回流量
較小時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大。將實(shí)際的冷凝回流量控制在無(wú)限趨近于
標(biāo)準(zhǔn)流量設(shè)定值。調(diào)節(jié)閥開(kāi)度上限將控制在一定范圍，以免影響收
集罐溫度或增加主冷凝器負(fù)荷。其流量F可以用音叉?zhèn)鞲衅鳎?04）及
相關(guān)閥門的控制完成計(jì)算。這種控制手段的運(yùn)行曲線如圖2。
如圖2所示的圓圈位置為加熱階段冷凝回流量控制的變壓器開(kāi)
始出水的時(shí)刻。從曲線中可以得出，出水量（曲線2）出現(xiàn)于加熱階段
前期干燥罐壓力還在上升的過(guò)程中，相當(dāng)于壓力控制的曲線3的出水
量的開(kāi)始出水時(shí)刻要提前很多，其原因在于，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行于加熱階
段時(shí)，干燥罐內(nèi)的煤油攝入量是一定的，因?yàn)檎舭l(fā)器的蒸發(fā)功率固定
的，故其煤油蒸汽的發(fā)生量也是一定的。但在加熱初期時(shí)，干燥罐本
身溫度較低以及變壓器器身溫度與煤油蒸汽的溫差較大，煤油蒸汽
大多數(shù)都用于與干燥罐罐壁以及變壓器絕緣、鐵芯等進(jìn)行熱交換，再
加上初期變壓器器身溫度較低，很難有水分蒸發(fā)出來(lái)，所以混合氣體
的濃度非常低，很少的混合氣體通過(guò)調(diào)節(jié)閥（221）被冷凝成液體回收
到收集罐中。通過(guò)表2的控制邏輯可以得出，在主冷凝器下方的冷凝
液越來(lái)越少的情況下，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度是逐漸增大的，也同時(shí)增加了干
燥罐與收集罐之間通道的大小，盡可能的將從變壓器蒸發(fā)出來(lái)的水
蒸氣抽至冷凝收集系統(tǒng)中。這樣一旦罐內(nèi)溫度和變壓器溫度上升至
有水蒸氣蒸發(fā)，就可以立即被冷凝系統(tǒng)計(jì)量出水量的多少。
冷凝回流量控制調(diào)節(jié)閥方式的優(yōu)點(diǎn)：控制邏輯易于實(shí)現(xiàn)，在加
熱初期盡可能的將水蒸氣抽出，防止變壓器鐵芯的生銹。并且蒸發(fā)
器與主冷凝器的功率成一定比例不變，所以只要冷凝回流量一定，
干燥罐的壓力是不會(huì)超出規(guī)定壓力的。
缺點(diǎn)：相關(guān)閥門（如閥門405）動(dòng)作較為頻繁，增加機(jī)械損耗，維
護(hù)周期需較短。所以現(xiàn)階段我們選用了方案2中的冷凝回流量的控
制方式對(duì)調(diào)節(jié)閥（221）進(jìn)行控制。
4 、展望
當(dāng)前我國(guó)電力行業(yè)處于一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，同時(shí)也是裝備制
造行業(yè)需求較大的階段，如果能夠使VPD設(shè)備更加完善、高效、穩(wěn)定
的運(yùn)行、生產(chǎn)，我們須面對(duì)以下問(wèn)題：一方面是提高主冷凝器冷凝效
率，可以考慮二級(jí)冷凝器輔助冷凝，這樣冷凝液的容量更加準(zhǔn)確。另
一方面考慮加熱階段中冷凝流量控制方式與壓力控制方式相結(jié)合，
既保證避免鐵芯生銹又可以將干燥罐壓力控制得準(zhǔn)確適當(dāng)。VPD的
冷凝回收系統(tǒng)的控制需要不斷去探索和創(chuàng)新，才能更好的為電力行
業(yè)、裝備制造業(yè)服務(wù)。
00 00 00 00，表示不隱藏任何驅(qū)動(dòng)器。鍵值由4個(gè)字節(jié)組成，每個(gè)
字節(jié)的每1位對(duì)應(yīng)A到Z的一個(gè)盤，當(dāng)相應(yīng)位為1時(shí)，表示該驅(qū)動(dòng)器就
被隱藏了。第1個(gè)字節(jié)代表A到H的8個(gè)盤，即01為A，02為B，04為C，
08為D……依次類推，如鍵值為80 ff ff ff表示要關(guān)閉H到Z之間
的所有盤。此外，如若再新建一個(gè)二進(jìn)制“NoViewOnDrive”,值也
和“NoDrives”一樣為“80 ff ff ff”，則在我的電腦里既看不到H后
的所有盤符，也無(wú)法訪問(wèn)了。
通過(guò)以上幾個(gè)步驟，可以杜絕考生使用U盤的現(xiàn)象，從而保證
了考試的公平性、公正性和權(quán)威性。
5 、結(jié)語(yǔ)
本文就無(wú)紙化考試過(guò)程中題庫(kù)的安全保障技術(shù)與防止考生作弊
技術(shù)進(jìn)行了研究與分析，針對(duì)可能出現(xiàn)的情況均給出了相應(yīng)的解決
方法，并對(duì)如何防止考生使用U盤等帶有記憶功能的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行作
弊的問(wèn)題提出了解決方案，有效地降低了考試過(guò)程中作弊的可能性。
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