700 MW汽輪機(jī)低旁系統(tǒng)存在的問(wèn)題及優(yōu)化

吳彥龍

(珠海發(fā)電廠(chǎng)，廣東 珠海 519050)

珠海發(fā)電廠(chǎng)1號(hào)汽輪機(jī)組系日本三菱公司制造，額定輸出功率700 MW，為T(mén)C4F-40型、單軸高中壓合缸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，容量為40 %鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量。旁路的主要作用有：改善機(jī)組啟動(dòng)條件，加快啟動(dòng)速度；回收工質(zhì)、保護(hù)再熱器；參與蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)，保證鍋爐、汽機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；在機(jī)組發(fā)生FCB或RB等突變工況時(shí)，旁路系統(tǒng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)不停爐。

1 事故過(guò)程

2011-03-03T15:15:24，電廠(chǎng)1號(hào)發(fā)電機(jī)冷氫溫度測(cè)點(diǎn)異常，聯(lián)動(dòng)1號(hào)汽輪機(jī)跳閘，1號(hào)主變出口開(kāi)關(guān)2201跳開(kāi)，廠(chǎng)用電切換正常，高、低旁路系統(tǒng)動(dòng)作快開(kāi)，減溫水調(diào)節(jié)閥正常開(kāi)啟，過(guò)熱器電磁泄壓閥動(dòng)作，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，AOP，TOP自啟，疏水組閥門(mén)全開(kāi)。鍋爐FCB成功，保留C，D磨運(yùn)行。15:16:31，低旁A側(cè)閥后溫度超過(guò)200 ℃，低旁閥快關(guān)，10 s后聯(lián)鎖再熱器保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT。

2 低壓旁路系統(tǒng)和低旁減溫水的控制邏輯

1號(hào)機(jī)組低壓旁路系統(tǒng)設(shè)備由瑞典BTG公司生產(chǎn)，主要包括2個(gè)低壓旁路閥、2個(gè)低旁減溫水閥、減溫水隔離閥和低旁油站。低旁油站采用獨(dú)立的高壓油抗燃油，配有2臺(tái)高壓油泵，自動(dòng)定期切換且互為備用，驅(qū)動(dòng)油壓為150～160 bar，通過(guò)電液伺服閥控制，以液壓方式驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)低旁閥及低旁減溫水閥的行程。低旁閥全行程正常動(dòng)作時(shí)間為20～30 s，全行程快速動(dòng)作時(shí)間為3 s。當(dāng)機(jī)組FCB時(shí)，只要低旁無(wú)保護(hù)關(guān)信號(hào)存在，就會(huì)發(fā)生1 s的脈沖令低旁快開(kāi)；1 s后如果再熱汽壓與設(shè)定值偏差小于0.2 MPa，快開(kāi)信號(hào)復(fù)歸。在低旁閥動(dòng)作之后，再熱蒸汽經(jīng)低旁減溫水降溫后疏水排向凝汽器。熱工設(shè)置低旁閥后疏水溫度為150 ℃，當(dāng)溫度超過(guò)200 ℃時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉低壓旁路控制閥，并延時(shí)觸發(fā)再熱器保護(hù)動(dòng)作。機(jī)組總?cè)剂狭看笥?0 %MCR時(shí)延時(shí)20 s，大于20 %MCR則延時(shí)10 s。

低旁閥動(dòng)作后的蒸汽溫度主要是通過(guò)調(diào)整低旁減溫水閥開(kāi)度來(lái)控制的。低旁減溫水閥的開(kāi)度是綜合低旁閥開(kāi)度，并結(jié)合熱蒸汽壓力、低旁閥后溫度以及低旁減溫水反饋的PID調(diào)節(jié)函數(shù)，由控制模塊綜合計(jì)算控制減溫水閥的開(kāi)度指令，從而決定低旁減溫水閥的實(shí)際開(kāi)度，其控制邏輯如圖1所示。

低旁減溫水閥A，B側(cè)的閥位指令取自同一個(gè)信號(hào)，SUM162上疊加了旁路指令反饋和再熱器出口壓力。從FX165和FX167的參數(shù)可看出，此前饋?zhàn)饔孟喈?dāng)強(qiáng)烈，在低旁閥動(dòng)作和再熱汽壓波動(dòng)時(shí)直接聯(lián)動(dòng)噴水閥。在與閥位指令(反饋)的關(guān)系上，直觀(guān)地表現(xiàn)為低旁閥打開(kāi)，減溫水閥聯(lián)動(dòng)開(kāi)；低旁閥關(guān)小，減溫水閥也跟著關(guān)小。從圖1可以看出，在低旁閥后溫度低于150℃時(shí)，減溫水開(kāi)度主要受控于熱再壓力和低旁開(kāi)度指令的函數(shù)積的變化值。

3 低旁系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1號(hào)機(jī)組能夠在工況突變后FCB成功，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒，反映了機(jī)組優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能。但1 min后低旁A側(cè)減溫水閥后溫度超限，說(shuō)明低旁系統(tǒng)控制上存在一定的問(wèn)題。通過(guò)回放軟件和分析數(shù)據(jù)采集，低旁系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題。

3.1 A側(cè)低旁閥動(dòng)作存在卡澀、過(guò)調(diào)

低旁閥在機(jī)組FCB動(dòng)作后接受1 s脈沖的快開(kāi)指令，參與了再熱器壓力的偏差調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)全過(guò)程中，2個(gè)低旁閥動(dòng)作的閥位反饋是不一致的，A側(cè)動(dòng)作的波幅明顯大于B側(cè)。15:16:31，即再熱器保護(hù)動(dòng)作的前1 s，A側(cè)開(kāi)度為34.61 %，B側(cè)開(kāi)度為18.39 %，差值達(dá)16.2 %，A側(cè)蒸汽流量明顯大于B側(cè)。而實(shí)際上低旁減溫水閥A，B側(cè)的閥位指令取自同一信號(hào)，兩側(cè)開(kāi)度指令是一致的，但低旁閥動(dòng)作后溫度A側(cè)卻明顯大于B側(cè)。

2010-04-01，1號(hào)機(jī)組停運(yùn)臨修。通過(guò)校驗(yàn)低旁閥行程發(fā)現(xiàn)，A側(cè)低旁閥在開(kāi)關(guān)過(guò)程中有時(shí)緩時(shí)快的現(xiàn)象。經(jīng)分析認(rèn)為，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于閥門(mén)長(zhǎng)期不活動(dòng)且無(wú)法進(jìn)行定期校驗(yàn)，閥門(mén)不可預(yù)知地發(fā)生了動(dòng)作偏慢、卡澀、指令偏移的情況。在這次機(jī)組FCB過(guò)程中，A側(cè)低旁閥存在動(dòng)作不暢、調(diào)節(jié)過(guò)度、實(shí)際開(kāi)度與指令偏差較大的情況，導(dǎo)致減溫水流量不足以維持低旁閥動(dòng)作后溫度穩(wěn)定，這是導(dǎo)致A側(cè)低旁閥動(dòng)作后溫度超限的直接原因。

3.2 低旁減溫水控制邏輯存在問(wèn)題

根據(jù)參數(shù)的變化趨勢(shì)可以得出，低旁減溫水閥整個(gè)動(dòng)作過(guò)程一直跟隨再熱壓力的波動(dòng)而變化，這是不合理的現(xiàn)象。從控制回路的邏輯來(lái)看，再熱壓力在2.4～4.5 MPa波動(dòng)，對(duì)應(yīng)FX167的函數(shù)輸出為1.25～1.63，對(duì)低旁減溫水閥的影響總趨勢(shì)應(yīng)該不太大。合理的控制趨勢(shì)應(yīng)該是低旁減溫水隨著低旁閥的波動(dòng)而調(diào)整，而且有相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，這樣才不致使低旁閥后溫度波動(dòng)過(guò)大。而實(shí)際上卻出現(xiàn)了低旁閥在開(kāi)大而減溫水閥關(guān)小，當(dāng)?shù)团蚤y開(kāi)到最大，減溫水閥已經(jīng)關(guān)到接近最小的不合理狀況。這是低旁閥后溫度失控的一個(gè)主要原因。

3.3 PID調(diào)節(jié)回路對(duì)溫度不敏感

在低旁減溫水閥后溫度上漲至150 ℃后，減溫水閥并沒(méi)有明顯地增大開(kāi)度，甚至開(kāi)度在減小，說(shuō)明PID調(diào)節(jié)回路對(duì)低旁閥動(dòng)作后溫度控制不夠敏感，沒(méi)有起到應(yīng)有的調(diào)節(jié)作用，以致A側(cè)低旁閥后溫度以4 ℃/s的速率突升，很快超過(guò)200 ℃保護(hù)動(dòng)作值，并延時(shí)10 s使再熱器保護(hù)動(dòng)作。這是因?yàn)樵摰团詼p溫水控制PID調(diào)節(jié)回路函數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致溫度突升而減溫水控制反應(yīng)滯后。

3.4 熱工設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裕量偏小

熱工設(shè)置低旁閥動(dòng)作后溫度達(dá)到200 ℃就保護(hù)快關(guān)低旁閥，調(diào)節(jié)幅度只有50 ℃，存在調(diào)節(jié)裕量偏小的問(wèn)題。低旁閥對(duì)再熱器壓力為偏差控制，沒(méi)有加入再熱器壓力的前饋信號(hào)。由于再熱器壓力的波峰值和低旁閥調(diào)節(jié)的波峰值間存在9 s的時(shí)間差，低旁減溫水閥開(kāi)度很明顯跟隨再熱汽壓的變化而調(diào)整，這就出現(xiàn)了低旁閥還在開(kāi)大而減溫水閥開(kāi)始關(guān)小的情況。這種調(diào)節(jié)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致減溫水量無(wú)法滿(mǎn)足降低低旁疏水溫度的需求，也會(huì)導(dǎo)致低旁閥后溫度出現(xiàn)大幅上升。由于低旁閥后溫度調(diào)節(jié)裕量較小，同時(shí)由于PID調(diào)節(jié)回路在溫度控制中沒(méi)有發(fā)揮作用，大大增加了機(jī)組再熱器保護(hù)動(dòng)作的概率。

4 低旁系統(tǒng)的優(yōu)化

機(jī)組正常運(yùn)行中，旁路系統(tǒng)各閥門(mén)沒(méi)有定期活動(dòng)校驗(yàn)是國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)組普遍存在的情況。在發(fā)生機(jī)組異常情況下保證旁路系統(tǒng)可靠動(dòng)作并參與調(diào)整是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。綜合1號(hào)機(jī)組低旁調(diào)節(jié)的特點(diǎn)以及低旁系統(tǒng)存在的問(wèn)題，該機(jī)組低旁系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的優(yōu)化。

4.1 校驗(yàn)、調(diào)整低旁減溫水閥控制邏輯函數(shù)定值

(1) 查找出減溫水閥主要受控于再熱壓力的原因，校驗(yàn)低旁減溫水的控制邏輯函數(shù)定值。在低旁閥動(dòng)作后溫度低于150 ℃時(shí)，減溫水閥主要受控于再熱蒸汽壓力和低旁閥反饋，校驗(yàn)FX165和FX167函數(shù)是否出現(xiàn)定值漂移或錯(cuò)置情況，靜態(tài)測(cè)量其輸出對(duì)低旁減溫水影響的實(shí)際數(shù)據(jù)。

(2) 修正、提高PID調(diào)節(jié)回路對(duì)溫度的反應(yīng)系數(shù)，當(dāng)?shù)团蚤y后溫度上漲時(shí)及時(shí)加大減溫水閥的調(diào)整開(kāi)度。

4.2 更改低旁減溫水閥的前饋信號(hào)

在低旁系統(tǒng)控制邏輯中，把低旁閥指令反饋疊加到低旁噴水減溫閥指令上。這種做法可保證減溫水閥的快速隨動(dòng)，但也有其不合理的地方，如果低旁閥實(shí)際開(kāi)度與指令偏差較大，則減溫水流量可能不足以維持閥后溫度，會(huì)導(dǎo)致溫度失控。因此，建議把疊加在低旁減溫水閥指令上的低旁閥指令前饋信號(hào)改為低旁閥實(shí)際閥位信號(hào)，并且通過(guò)比較取高值，這樣可以解決減溫水閥隨低旁閥實(shí)際開(kāi)度而動(dòng)的問(wèn)題，從而能更有效地避免閥后溫度超限情況。

4.3 重置正常調(diào)節(jié)溫度值和保護(hù)動(dòng)作值

國(guó)內(nèi)大多數(shù)同等級(jí)機(jī)組低旁閥動(dòng)作后溫度一般設(shè)定為150 ℃，低旁閥保護(hù)關(guān)的設(shè)定值為250 ℃，該溫度保護(hù)值的設(shè)定主要考慮因素為：

(1) 該壓力下的再熱的蒸汽飽和溫度問(wèn)題，高于該溫度值時(shí)會(huì)造成汽水混合物引起管路振動(dòng)；

(2) 對(duì)凝汽器鈦管的沖擊；

(3) 對(duì)真空的影響；

(4) 產(chǎn)生熱應(yīng)力對(duì)設(shè)備的影響。

1號(hào)機(jī)組FCB動(dòng)作，其凝汽器真空從-95.8 kPa下降到-93.6 kPa，其他方面與其他機(jī)組無(wú)差異。經(jīng)比較分析后認(rèn)為，低旁閥動(dòng)作后溫度保護(hù)設(shè)定值為200 ℃偏低，溫度調(diào)節(jié)裕量偏小，應(yīng)適當(dāng)調(diào)高保護(hù)設(shè)定值。綜合往年啟停機(jī)低旁動(dòng)作記錄數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，低旁減溫水閥動(dòng)作后溫度控制并不在150℃，而是在120 ℃左右波動(dòng)，這和本機(jī)組低旁減溫水控制邏輯加入了低旁閥和再熱壓力的前饋控制特點(diǎn)有很大關(guān)系。因此，可以考慮將低旁閥動(dòng)作后溫度正常值設(shè)置為130 ℃；當(dāng)閥后溫度高于130 ℃后，PID調(diào)節(jié)也參與溫度控制，從而減小低旁閥動(dòng)作后溫度超限的概率。

4.4 強(qiáng)化系統(tǒng)的維護(hù)管理和運(yùn)行管理

低旁系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間備用會(huì)影響其實(shí)際運(yùn)行，如閥門(mén)卡澀、蒸汽積垢、閥門(mén)積污、液壓系統(tǒng)失常、設(shè)備老化、熱工信號(hào)異常等，都會(huì)造成低旁系統(tǒng)啟動(dòng)不正常。強(qiáng)化低旁系統(tǒng)的維護(hù)管理是消除設(shè)備隱患的最佳方法。在機(jī)組停運(yùn)時(shí)要將低旁系統(tǒng)列入檢修維護(hù)項(xiàng)目，對(duì)老化設(shè)備及時(shí)更換，日常運(yùn)行時(shí)要加強(qiáng)巡視檢查和清掃，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和改善設(shè)備運(yùn)行的條件。同時(shí)要加強(qiáng)運(yùn)行管理，建議在負(fù)荷允許的情況下，對(duì)高低壓旁路閥以及減溫水閥進(jìn)行定期的開(kāi)、關(guān)試驗(yàn)。