[发明专利]用于控制流动介质分配的管道系统及其操作方法

说明书

本发明涉及一种用于分配流动介质的管道系统，它包括一根主管，主管在某一分叉点上分叉为多根支管；在每一根支管中包括一个可变节流阀，可用以调节每一根支管中的介质流量；还包括用于每个节流阀的第一测压装置，可用于测量流动介质在各节流阀处的压力降。

本发明此外还涉及一种用于操作该管道系统的方法。

在发电站技术及至其他应用领域，经常存在下述要求，即用一种可压缩或不可压缩的介质(如冷却水、蒸气、油或同类物)物流供应许多用户。用于此种目的的供应系统典型地由一套管道网络组成，管道网络以分叉点(节点)为特色，在这里，一根主管(介质主流)分叉成为两根或更多的支管(支流)，它们通向单个用户或用户群。因此，在许多情况下，有必要根据用户们的要求，控制在每一单个的支管内的流量。为此，可以例如在支管中设置一个控制阀，控制它的行程，使所需流量流过阀门。

控制介质经过控制阀的流量的一个简单方法，就是计算阀门为实现规定流量所必需的行程。阀门行程的计算典型地以在控制阀处所测得的压力损失(即压降)、阀门的特征以及介质的性质为基础。最简单地得到一种如图1中所示的管道系统(例如用于工业燃气轮机的燃料供应系统)。在图1的管道系统10中，主管11在分叉点12(例如)分叉为三根支管13，14和15。在每根支管13，14，15中设置一个阀门V1或V2或V3，借助于这些阀门，流经各支管的流量得以调节(控制)。阀门V1、V2、V3各自同时配置测压装置PM1或PM2或PM3，用以测量阀门处的压降。

如果阀门V1，..，V3的阀门行程用h表示，那么h就是阀门特征Kv的一个函数，即：

(1)h＝h(Kv)

对于可压缩介质(如燃气轮机的燃气)来说，亚临界流体情况的Kv值为

(2)Kv＝α(dm/dt)[T_M/(p_M-Δp)]^1/2[1/Δp]^1/2，式中α为常数，dm/dt、p_M和T_M为在交叉点12或在主管内的流量、压力和温度以及Δp为在阀门处的压降。对于规定的流量dm/dt来说，Kv值可以根据实测值的TM，pM及ΔP按式(2)确定。阀门行程可以根据规定的阀门特征Kv(h)进行计算。对于不可压缩的介质来说，也可进行类似的确定。

计算阀门行程时最重要的值是在阀门V1，…V3处测得的压降。如果这一测量出现错误，将导致供应系统出现不能接受的故障(如果是燃气轮机，将导致阀门快速关闭或者甚至)，如发生在冷却水系统的情况下导致安全风险。因此，在许多情况下，值得对阀门V1，、、，V3的压力降进行重复测量，这样，在进行压力降ΔP的单个测量时的错误，就不会波及或影响到工厂连续可靠的运行(即可用性要求或利用率要求)。

重复测量方案有两重目的：(1)应该发觉测量错误的发生并鉴别有缺陷的测量装置及测量通道。(2)(不能)使用的测量值应该由冗余的测量值代替。

在这里应考虑到两种基本的错误类型：

被通知的错误(NF)：这种错误类型包括由传送器或其它输入/输出(I/O)装置通过一个“坏数据质量”(BDQ)信号通知给控制系统的所有错误。控制系统从BDQ信号中知道那一个ΔP信号是错误的。这种情况典型地是当测量管道被中断或者在测量链中的某一元件内出现错误的时候发生。

测量值漂移：这种错误类型描述了测量信号渐渐恶化，导致所传送的信息不再是对压力降的有效测量值。它无法探测，相应地也无法通知给控制系统。因而必须采用其他途径来处理这种错误类型。

压力降的重复测量可以根据图2采用双重重复信息进行。在双重重复信息的情形中，每个阀门除了已经存在的测压装置PM1、..、PM3以外，各自还同时配置了第二套测压装置PM4，..，PM6。如果(每一阀门)两个压力测量值过程中的一个发现错误，它可以转接到另一压力测量值。然而，这仅对于被通知的错误来说是可能的，这时值可以通过BDQ信号探测到错误的测量过程。与此相反，测量过程的漂移无法通过双重重复信息克服，因为对于每个阀门仅有的两个独立的测量过程来说，不可能确定其中哪一个受到破坏，准确地说漂移。

为了克服这个问题，压力降的重复测量可以根据图3采用三重重复信息进行。在三重重复信息的情况下，每个阀门除已有的测压装置PM1，..，PM9。发生漂移时，为了确定错误的测量过程，采用3中取2的选择原则。在3中取2的选择原则中采用：如果二条测量通道中的两条提供相同的测量值，那么这两条测量通道工作无缺陷，而第三条测量通道发生了则错误。