發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中虛擬樣機的使用

隨著全球能源消耗的顯著提升，公眾對于我們 電網(wǎng)的性質(zhì)和范圍也越發(fā)關(guān)注。對燃料供給安全、工廠安全和排放以及氣候變化等問題的關(guān)注意味著能源政策已經(jīng)成為公眾熱議的主題。在這種環(huán)境下，當(dāng)代電廠以及下一代電廠的設(shè)計、建造和運作人員手頭擁有一切必要的工具， 用以展示他們已經(jīng)使電廠達(dá)到和超過預(yù)期的效率、安全和排放目標(biāo) 。

一個新系統(tǒng)或重新設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容來自多個方面：以往的經(jīng)歷和工程經(jīng)驗將有助于開始流程，不變的計算規(guī)則將帶來更詳細(xì)的設(shè)備規(guī)模信息。但為了高效地設(shè)計 電廠，使之在正常運作或出現(xiàn)計劃中或意外關(guān)機時都能安全工作，清楚地了解系統(tǒng)瞬態(tài)反應(yīng)特性是很有必要的。

明導(dǎo)的Flowmaster以能夠模擬穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)下的液體和氣體系統(tǒng)而享譽全球；它利用了詳細(xì)的元件模型和強大的解決方案 。在Flowmaster中建立系統(tǒng)的虛擬樣機使用戶能夠確定最佳的運行點，并在設(shè)計流程中盡早運行可能出現(xiàn)的狀況。支持Flowmaster元件模型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)使用戶能夠在設(shè)計階段初期運行模擬狀況，并確信產(chǎn)生的結(jié)果是正確且有用的。

本文將論述這種方法如何在行業(yè)中應(yīng)用，從而設(shè)計出最佳的發(fā)電系統(tǒng)。文章的重點是典型的冷卻水回路，尤其是容抗。這只是Flowmaster元件庫中與發(fā)電系統(tǒng)緊密相關(guān)的眾多元件之一。其它應(yīng)用包括但不限于： 阻尼、熱交換器、疏水器和渦輪機。

示例：冷卻水冷凝回路

冷卻水網(wǎng)對于所有熱電廠的運作而言都十分重要。所有 化學(xué)燃料和核電廠中經(jīng)常會用到蘭金循環(huán)，其要求充滿整個渦輪機的蒸汽在回到熔爐之前重新液化成水。這就需要大量的水在回到源點前經(jīng)過大型熱交換器 的蒸汽側(cè)；這些水通常來自海里或者較大的內(nèi)河，這樣才能有足夠的生產(chǎn)能力。

這些冷凝器是價格昂貴的重要元件，因此了解它們在所處環(huán)境中的性能十分重要。優(yōu)化冷卻水系統(tǒng)很重要，設(shè)計師有必要了解系統(tǒng)如何響應(yīng)水泵跳閘或安全閥關(guān)閉導(dǎo)致的意外關(guān)機。

圖1：冷卻水網(wǎng)的Flowmaster原理圖

在圖1所示網(wǎng)絡(luò)中，兩個冷凝器分別由兩 臺離心泵驅(qū)動。一旦兩個泵跳閘，一個中間控制閥將開啟，從而讓其余的泵來驅(qū)動這一對冷凝器。 Flowmaster的仿真分析性能讓用戶：

●證實設(shè)計程序足以保證安全運行

●判斷該程序?qū)﹄娐沸阅艿挠绊?/P>

●確立非托管型關(guān)閉的后果

●判斷需要采取哪些措施來確保即使是在這種極端條件下設(shè)備完整性和工廠安全也不會處于風(fēng)險中

為了能夠?qū)⒋祟惽闆r考慮在內(nèi)，F(xiàn)lowmaster 包含詳細(xì)的冷卻水冷凝器模型，從而能夠了解水箱幾何尺寸、注氣閥門安裝和水箱中夾帶的氣孔等因素。為了檢查受控關(guān)閉程序設(shè)計的有效性，可以評審電路中關(guān)鍵點壓力的時間歷史記錄和水箱液體水平。對系統(tǒng)的干擾如下：

●為最上面的冷凝器提供動力的兩個泵跳閘。注意泵的速度變化率（圖2藍(lán)色線）與葉輪施加給傳動軸的扭矩之間的關(guān)系，與泵和電機慣性成反比

●泵跳閘兩秒后，泵正下游的閥門開始關(guān)閉，以防止回流帶來的任何損害

●與此同時，連接兩個電路的閥門開始打開，讓其余兩個正在運行的泵來驅(qū)動兩個網(wǎng)絡(luò)

圖2：意外關(guān)閉情況

為了判斷這個程序是否足以保證受控關(guān)閉，我們可以觀察管網(wǎng)中是否有壓力峰值或蒸汽空泡形成。此外，我們可以判定水箱水平是否受到影響。最方便的方法就是用模擬過程中任何指定點獲得的最大值或最小值注釋Flowmaster原理圖。輸出結(jié)果（圖3）表明設(shè)計程序不會導(dǎo)致壓力達(dá)到令人擔(dān)憂的過高水平。

圖3：有節(jié)點壓力偏離額定值的Flowmaster模擬結(jié)果

考慮了整個電路的壓力后，就可以更詳細(xì)地檢查冷凝器本身了。