一种燃机电厂循环水的精准控制方法及系统与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种燃机电厂循环水的精准控制方法及系统。

背景技术：

1、燃气轮机发电厂的循环冷却水系统负责导出机组废热，系统中的凝汽器通过大量薄壁不锈钢换热管实现热交换。为防止微生物滋生，电厂通常向循环水中持续投加含氯杀菌剂。现有技术中的基于多模块协同的火电厂循环水智能加药系统及方法，公开号为cn120447343a，公开了一种通过多维度传感网络实时监测循环水的ph值、电导率、温度、余氯、浊度、流量等关键参数，结合ai算法建立动态水质预测模型实现加药量精准闭环控制的技术，主要关注基于常规水质多参数在线监测的智能化加药决策与精准控制，未涉及海水混入导致溴离子污染时，常规加药逻辑在高余氯投加与溴酸盐致腐风险之间形成冲突的识别与规避问题。常规的自动加药系统通过在线监测酸碱度、氧化还原电位和余氯浓度等指标，依据预设逻辑调节加药量，当余氯浓度偏低时增加投药，当酸碱度偏离时通过调节剂或改变余氯投放来恢复平衡。然而，沿海电厂常以海水作为补充水源或冷却介质，海水中含有高浓度溴离子。当换热器泄漏、海水倒灌或补水管道密封失效等原因导致海水混入循环水系统时，溴离子随之进入水体。

2、在正常情况下，溴离子相对稳定，不会对金属产生明显腐蚀。但当循环水酸碱度升高且余氯浓度因补偿杀菌效果而大幅增加时，溴离子会被次氯酸根离子氧化生成强氧化性的次溴酸，次溴酸在碱性环境中进一步转化为溴酸根离子。溴酸根离子对不锈钢表面起保护作用的氧化铬钝化膜具有极强的破坏能力，能够穿透膜层形成活性溶解点，导致换热管壁快速发生点蚀穿孔，造成设备提前报废。一方面常规的水质监测指标和加药控制逻辑无法识别溴离子污染这一隐蔽风险，缺乏对溴离子存在条件下腐蚀风险评估的手段；另一方面，当溴离子污染存在时，常规加药系统基于单一水质指标做出的增加余氯投放量决策，会不可预知地触发溴离子向溴酸盐的转化反应，在抑制微生物和加剧管壁腐蚀之间形成危险的冲突，导致加药控制行为反而加速设备损坏。

3、因此，如何在复杂水质环境下准确识别溴离子等隐蔽腐蚀介质的存在及其浓度变化趋势，如何打破常规加药控制逻辑在特定工况下无意中构建的致腐循环，成为保障系统长期安全运行亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种燃机电厂循环水的精准控制方法及系统，解决了在现有技术中，无法在复杂水质环境下准确识别溴离子等隐蔽腐蚀介质的存在及其浓度变化趋势，不能打破常规加药控制逻辑在特定工况下无意中构建的致腐循环的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种燃机电厂循环水的精准控制方法，所述方法包括：

4、通过水质监测装置获取循环水体的ph值和溴离子浓度数据，利用预设腐蚀风险评估模型处理所述ph值和溴离子浓度数据得到腐蚀风险指标，所述腐蚀风险指标大于预设风险阈值时判定存在腐蚀威胁；

5、获取判定存在腐蚀威胁时所使用的所述溴离子浓度，通过余氯监测装置获取当前的余氯投放浓度，通过温度传感器获取水体温度，根据所述余氯投放浓度、所述溴离子浓度和水体温度确定溴酸盐生成速率；

6、通过数据处理单元对所述溴酸盐生成速率进行分析确定当前溴酸盐浓度，将所述当前溴酸盐浓度与预先构建的溴酸盐浓度与管壁腐蚀速率对照表匹配，得到当前管壁腐蚀速率；

7、通过腐蚀监控系统将所述当前管壁腐蚀速率与预设安全腐蚀限值比较，超出时获取历史ph值和溴离子浓度波动数据，根据历史ph值和溴离子浓度波动数据识别导致腐蚀加速的水质突变特征；

8、基于所述水质突变特征和所述当前管壁腐蚀速率确定目标余氯投放量，将所述目标余氯投放量发送至预设的分析决策模块，通过所述分析决策模块确定预测溴酸盐浓度和调整后的管壁腐蚀速率；

9、在所述预测溴酸盐浓度低于饮用水安全标准且所述调整后的管壁腐蚀速率低于所述预设安全腐蚀限值时，控制加药装置将所述目标余氯投放量作为目标加药控制指令执行。

10、进一步的，所述通过水质监测装置获取循环水体的ph值和溴离子浓度数据，包括：

11、在所述循环水体的补水入口、凝汽器进出水管段及回水母管处布置所述水质监测装置，通过所述水质监测装置中的玻璃电极探头采集所述ph值，通过离子选择性电极采集所述溴离子浓度，按设定采样频率向数据采集端持续输出读数，经异常值剔除后得到ph值序列和溴离子浓度序列。

12、进一步的，所述利用预设腐蚀风险评估模型处理所述ph值和溴离子浓度数据得到腐蚀风险指标，包括：

13、将所述ph值与所述溴离子浓度输入所述预设腐蚀风险评估模型，以ph值偏离中性区间的程度作为表征碱性氧化条件强弱的项，以所述溴离子浓度作为表征致腐介质丰度的项，对两项分别赋予权重后融合，得到表征所述循环水体当前致腐潜势的所述腐蚀风险指标。

14、进一步的，所述通过余氯监测装置获取当前的余氯投放浓度，通过温度传感器获取水体温度，根据所述余氯投放浓度、溴离子浓度和水体温度确定溴酸盐生成速率，包括：

15、通过设置于加药管路出口处的所述余氯监测装置基于余氯电极的氧化还原电流响应输出所述当前的余氯投放浓度数值，通过设置于凝汽器进水管段的所述温度传感器采集与所述余氯投放浓度时间同步的所述水体温度数值，将所述余氯投放浓度、溴离子浓度和水体温度按相同时间戳对齐封装为反应条件参数组；

16、将所述反应条件参数组输入预先建立的溴酸盐生成动力学方程，以所述余氯投放浓度作为氧化剂浓度项，以所述溴离子浓度作为还原剂浓度项，以所述水体温度通过阿伦尼乌斯关系折算为反应速率常数项，三项按基于二级反应动力学规律进行近似计算的方式相乘，得到所述溴酸盐生成速率。

17、进一步的，所述通过数据处理单元对所述溴酸盐生成速率进行分析确定当前溴酸盐浓度，包括：

18、通过所述数据处理单元按预设累积时段对所述溴酸盐生成速率进行时间积分，得到所述预设累积时段内由溴离子向溴酸盐转化的累积增量，获取所述预设累积时段起始时刻的溴酸盐浓度初始值，将所述累积增量与所述溴酸盐浓度初始值相加，得到所述当前溴酸盐浓度。

19、进一步的，所述将所述当前溴酸盐浓度与预先构建的溴酸盐浓度与管壁腐蚀速率对照表匹配，得到当前管壁腐蚀速率，包括：

20、所述溴酸盐浓度与管壁腐蚀速率对照表基于历史溴酸盐浓度数据与对应的历史管壁腐蚀速率数据按浓度区间划分构建，每个浓度区间映射至一个基础腐蚀速率，并在每条映射关系上挂接管壁材质的耐腐蚀系数，所述管壁材质的耐腐蚀系数预存于系统数据库中，与凝汽器各管段的管壁材质一一对应，将所述当前溴酸盐浓度代入所述对照表匹配查询得到所属浓度区间对应的所述基础腐蚀速率，以管段所属管壁材质的耐腐蚀系数的倒数对所述基础腐蚀速率加权，得到所述当前管壁腐蚀速率。

21、进一步的，所述通过腐蚀监控系统将所述当前管壁腐蚀速率与预设安全腐蚀限值比较，超出时获取历史ph值和溴离子浓度波动数据，根据历史ph值和溴离子浓度波动数据识别导致腐蚀加速的水质突变特征，包括：

22、根据所述当前管壁腐蚀速率超出所述预设安全腐蚀限值的越限时刻向前回溯预设长度的时间窗口，调取所述时间窗口范围内所述历史ph值波动数据与所述历史溴离子浓度波动数据，按统一时间戳对齐得到水质波动序列；

23、针对所述水质波动序列采用滑动窗口逐点扫描，将相邻窗口内ph值差分幅值与溴离子浓度差分幅值分别与预设突变阈值比对，筛选出ph值由中性向碱性跃升且溴离子浓度同步陡增的时间节点，所述时间节点对应的ph值跃升幅度与溴离子浓度陡增幅度构成所述水质突变特征。

24、进一步的，所述基于所述水质突变特征和所述当前管壁腐蚀速率确定目标余氯投放量，将所述目标余氯投放量发送至预设的分析决策模块，通过所述分析决策模块确定预测溴酸盐浓度和调整后的管壁腐蚀速率，包括：

25、获取所述水质突变特征中的ph值跃升幅度与溴离子浓度陡增幅度，按预设致腐权重加权求和得到致腐扰动强度，所述预设致腐权重通过统计循环水回路过往三至五年内发生的腐蚀加速事件，提取每次事件发生前七十二小时内的ph值跃升幅度归一化值和溴离子浓度陡增幅度归一化值，采用逻辑回归分析方法拟合两者对腐蚀加速事件发生概率的贡献度，拟合得到的回归系数经归一化处理后作为所述预设致腐权重，结合所述当前管壁腐蚀速率与所述预设安全腐蚀限值的差值得到管壁腐蚀速率缺口，根据所述致腐扰动强度与所述管壁腐蚀速率缺口确定致腐抑制所需的余氯削减量；

26、获取所述余氯监测装置上传的所述当前的余氯投放浓度对应的微生物杀菌余量，获取常规杀菌所需余氯下限值，所述常规杀菌所需余氯下限值为使循环水体内菌落数稳定控制在预设菌落数阈值以下的最低余氯浓度，将所述常规杀菌所需余氯下限值与所述余氯削减量作差，得到所述目标余氯投放量；

27、通过所述分析决策模块按次氯酸根氧化溴离子的反应动力关系将所述目标余氯投放量与所述溴离子浓度和所述水体温度代入，得到所述预测溴酸盐浓度，将所述预测溴酸盐浓度代入所述溴酸盐浓度与管壁腐蚀速率对照表匹配查询，以管壁材质耐腐蚀系数的倒数对查询结果加权，得到所述调整后的管壁腐蚀速率。

28、进一步的，所述控制加药装置将所述目标余氯投放量作为目标加药控制指令执行，包括：

29、将所述目标余氯投放量锁定为最优余氯投放量，将所述最优余氯投放量按预设通信报文格式封装为所述目标加药控制指令并下发至所述加药装置，所述预设通信报文格式为电厂集散控制系统与现场加药装置之间约定的工业通信报文结构，报文体内承载所述最优余氯投放量对应的数值字段、时间戳字段以及指令校验字段，所述加药装置依据所述目标加药控制指令调节计量泵的冲程频率执行余氯投放；

30、若所述预测溴酸盐浓度不低于所述饮用水安全标准或所述调整后的管壁腐蚀速率不低于所述预设安全腐蚀限值，则重新执行所述基于所述水质突变特征和所述当前管壁腐蚀速率确定目标余氯投放量的步骤，并再次通过所述分析决策模块确定预测溴酸盐浓度和调整后的管壁腐蚀速率，直至所述预测溴酸盐浓度低于所述饮用水安全标准且所述调整后的管壁腐蚀速率低于所述预设安全腐蚀限值；

31、若迭代次数达到预设最大迭代次数后仍未满足，则发出告警并维持当前加药指令。

32、本发明还提供一种燃机电厂循环水的精准控制系统，所述系统包括：

33、腐蚀风险评估模块，用于通过水质监测装置获取循环水体的ph值和溴离子浓度数据，利用预设腐蚀风险评估模型处理所述ph值和溴离子浓度数据得到腐蚀风险指标，所述腐蚀风险指标大于预设风险阈值时判定存在腐蚀威胁；

34、溴酸盐生成速率确定模块，用于获取所述腐蚀风险评估模块判定存在腐蚀威胁时所使用的所述溴离子浓度，通过余氯监测装置获取当前的余氯投放浓度，通过温度传感器获取水体温度，根据所述余氯投放浓度、所述溴离子浓度和水体温度确定溴酸盐生成速率；

35、管壁腐蚀速率获取模块，用于通过数据处理单元分析所述溴酸盐生成速率确定当前溴酸盐浓度，匹配预先构建的溴酸盐浓度与管壁腐蚀速率对照表得到当前管壁腐蚀速率；

36、腐蚀监控模块，用于在所述当前管壁腐蚀速率超出预设安全腐蚀限值时根据历史ph值和溴离子浓度波动数据识别水质突变特征；

37、目标余氯投放量确定模块，用于基于所述水质突变特征和所述当前管壁腐蚀速率确定目标余氯投放量，通过预设的分析决策模块确定预测溴酸盐浓度和调整后的管壁腐蚀速率；

38、加药控制执行模块，用于在所述预测溴酸盐浓度低于饮用水安全标准且所述调整后的管壁腐蚀速率低于安全限值时控制加药装置将所述目标余氯投放量作为目标加药控制指令执行；

39、以及在所述预测溴酸盐浓度不低于所述饮用水安全标准或所述调整后的管壁腐蚀速率不低于所述安全限值时，触发所述目标余氯投放量确定模块重新确定目标余氯投放量，并在迭代次数达到预设最大迭代次数后仍不满足时发出告警并维持当前加药指令。

40、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

41、本发明公开了一种燃机电厂循环水的精准控制方法，针对循环水系统中余氯投放与溴酸盐生成、管壁腐蚀之间的多重耦合矛盾，实现了腐蚀控制与水质安全的协同优化。本发明通过实时监测ph值和溴离子浓度评估腐蚀风险，当判定存在腐蚀威胁后，基于余氯浓度、溴离子浓度和水体温度动态计算溴酸盐生成速率，进而预测管壁腐蚀速率。针对腐蚀速率超标的情况，本发明通过分析历史水质波动数据识别导致腐蚀加速的突变特征，并以此为依据确定目标余氯投放量，同时预测调整后的溴酸盐浓度和管壁腐蚀速率，确保在满足饮用水安全标准的前提下将腐蚀速率控制在安全范围内。本发明解决了传统方法中余氯投放过量导致溴酸盐超标、投放不足导致腐蚀加剧的技术难题，实现了循环水系统的安全稳定运行。