東汽大型汽輪機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥供熱
——DEH控制方案

彭敏

（東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司， 四川 德陽， 618000）

東汽大型汽輪機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥供熱
——DEH控制方案

彭敏

（東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司， 四川 德陽， 618000）

文章詳細(xì)論述了在東汽大型汽輪機(jī)組上使用中壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行抽汽供熱調(diào)節(jié)的全電調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括基本的功能設(shè)置、硬件配置、軟件設(shè)計(jì)以及在出現(xiàn)事故停機(jī)后的解決方法。

大型汽輪機(jī)組； 中壓調(diào)節(jié)閥； 抽汽供熱； DEH控制

1 概述

根據(jù)國家能源、環(huán)保政策，加上電廠為追求經(jīng)濟(jì)性， 300MW及以上容量熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的需求量大幅增加。 大型300MW及600MW供熱機(jī)組今后將逐步取代小型供熱機(jī)組，這對于節(jié)能增效，改善城市環(huán)境有非常重要的意義。而根據(jù)熱用戶要求 ， 出 現(xiàn) 了 新 的 大 流 量 、 高 參 數(shù) 的3.0 ～4.5MPa等級(jí)，可調(diào)整工業(yè)抽汽需求。為滿足此工業(yè)抽汽需求，經(jīng)東方汽輪機(jī)有限公司研究，工業(yè)抽汽可由再熱熱段抽出，由中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)供熱。本文主要對中壓調(diào)節(jié)閥的參調(diào)運(yùn)行方式、參調(diào)過程中出現(xiàn)的問題及解決措施、 汽輪機(jī)DEH控制邏輯方案及改造后的實(shí)施情況進(jìn)行說明和分析，為今后公司中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)供熱提供依據(jù)和參考。

2 大型供熱機(jī)組中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)DEH系統(tǒng)原設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)組及中調(diào)門參與供熱簡介

東方汽輪機(jī)有限公司第一個(gè)中調(diào)門參與供熱的項(xiàng)目是某電廠兩臺(tái)超臨界600MW供熱機(jī)組， 機(jī)組型式為：超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、雙抽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，可調(diào)整雙抽壓力分別為4.2MPa和1.0MPa， 其中4.2MPa為中調(diào)門參調(diào)供熱抽汽。 雙抽機(jī)組供熱系統(tǒng)如圖1所示。

由圖1可見， 雙抽機(jī)組有兩個(gè)抽汽口， 一個(gè)在中壓缸下部排汽口處，靠聯(lián)通管碟閥控制低壓抽汽壓力；一個(gè)在再熱器和中壓調(diào)節(jié)閥之間，靠中壓調(diào)節(jié)閥來控制中壓抽汽壓力。

在常規(guī)的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中，中壓調(diào)節(jié)閥從不參與供熱抽汽調(diào)節(jié)，僅在較小的開度范圍內(nèi)參與調(diào)節(jié)；在負(fù)荷達(dá)到較高狀態(tài)下，中調(diào)門開度的增加將對流量不再產(chǎn)生影響，即基本已無調(diào)節(jié)作用，而主要起整流作用，同時(shí)達(dá)到盡量減小閥門節(jié)流損失，提高經(jīng)濟(jì)性的目的。因此，用中壓調(diào)節(jié)閥參與供熱控制在國內(nèi)尚屬首次，無成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

圖1 雙抽機(jī)組供熱系統(tǒng)圖

2.2 中壓調(diào)節(jié)閥供熱DEH系統(tǒng)原設(shè)計(jì)

與常規(guī)純凝機(jī)組比較，中壓調(diào)節(jié)閥參與供熱控制的DEH控制系統(tǒng)原理如圖2所示。 相應(yīng)的DEH邏輯原設(shè)計(jì)方案如下：

（1）在DEH系統(tǒng)設(shè)計(jì)有中壓抽汽壓力兩個(gè)測點(diǎn)，要求這兩個(gè)測點(diǎn)最好是由汽輪機(jī)本體上不同的測點(diǎn)位置引出，再送至兩個(gè)壓力變送器，并將兩個(gè)測點(diǎn)分配到不同的卡件上去； 在DEH控制邏輯中對兩個(gè)壓力測點(diǎn)分別進(jìn)行二取一處理。

（2）機(jī)組在啟動(dòng)、 帶負(fù)荷和純冷凝工況下，左、 右中壓調(diào)節(jié)閥的開度指令由轉(zhuǎn)速PID、 功率PID、 CCS指令等的綜合指令 （GOV SET）來決定，兩個(gè)中調(diào)門的閥門流量曲線相同。

（3）當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于一定值時(shí)， DEH接收到DCS系統(tǒng)發(fā)過來的 “中壓抽汽供熱請求” 信號(hào)， 并判斷供熱投入的允許條件，由運(yùn)行人員通過操作員站的操作按鈕投入 “中壓抽汽控制”。 此時(shí)可手動(dòng)開啟供熱管道上的中壓抽汽快關(guān)調(diào)節(jié)閥和中壓抽汽逆止閥； 也可操作 “中壓抽汽增” 按鈕， 使兩個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥開度同時(shí)減小，使中壓調(diào)節(jié)閥前壓力逐漸升高，當(dāng)中壓調(diào)節(jié)閥前壓力到達(dá)抽汽止回閥打開壓力時(shí)，抽汽止回閥開啟，對外抽汽。當(dāng)中壓抽汽管道上所有的閥門打開后才算真正的供熱投入。

（4）投入中壓抽汽控制后， 中壓抽汽處于手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，并且此時(shí)不對負(fù)荷控制方式進(jìn)行任何投切處理。 中壓供熱指令開度指令 （HEAT DEMAND）初始值為100% ， 兩個(gè)中壓調(diào)門處于全開位置。此后可手動(dòng)操作中壓抽汽增、減按鈕，兩個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥同時(shí)受HEAT DEMAND指令的控制，從而控制抽汽量。如需投入中壓抽汽壓力反饋，則點(diǎn)擊 “中壓抽汽自動(dòng)” 按鈕， 投入抽汽壓力反饋， 此時(shí)， 按 “中壓目標(biāo)壓力”， 可輸入預(yù)定的抽汽壓力值 （注:鍵入值必須在規(guī)定范圍以內(nèi)， 否則無效）。 設(shè)定好升壓率， 再按中壓抽汽控制下的“進(jìn)行” 按鈕， 中壓調(diào)節(jié)閥將緩慢關(guān)小或開啟，實(shí)際抽汽壓力漸漸升高或降低，逐漸向目標(biāo)抽汽壓力靠近。

（5）在中壓調(diào)門上作用有2個(gè)控制指令， 一個(gè)是控制負(fù)荷大小的GOV SET， 另一個(gè)是控制抽汽量 多少 的HEAT DEMAND， 對GOV SET與HEAT DEMAND進(jìn)行處理后最終作為控制中壓調(diào)門開的指令， 即ICV REF， 再通過ICV1、 ICV2 供熱流量曲線來控制兩個(gè)中壓調(diào)門的開度 （兩個(gè)中調(diào)門的閥門流量曲線是相同的）。

（6）根據(jù)主機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行說明書的要求， 在DEH中設(shè)計(jì)有中壓抽汽壓力高、 低的報(bào)警和停機(jī)邏輯，并在操作員站上進(jìn)行報(bào)警監(jiān)視。

3 中壓調(diào)節(jié)閥首次參與供熱的事故及分析

3.1 首次投中壓供熱時(shí)出現(xiàn)中調(diào)門關(guān)閉現(xiàn)象

東汽首臺(tái)中調(diào)門參與供熱的機(jī)組于2010年7月23日由中調(diào)門對外抽汽， 中壓調(diào)節(jié)門采用兩個(gè)閥門同時(shí)開關(guān)的運(yùn)行方式。 23點(diǎn)17分， 機(jī)組負(fù)荷為446MW， 再熱壓力為4.2MPa， 當(dāng)2個(gè)中調(diào)門開度減小至21%時(shí)， 閥門出現(xiàn)明顯的波動(dòng)情況， 閥門開度波動(dòng)范圍為20%～21%。 23點(diǎn)45分， 中調(diào)門開度突然降至10%左右， 隨后運(yùn)行人員強(qiáng)制打開低壓旁路閥，后因中調(diào)門無法開啟機(jī)組被迫停機(jī)。

3.2 分析問題

機(jī)組停機(jī)后，電廠立即組織東汽廠等相關(guān)人員開會(huì)分析、討論造成中調(diào)門關(guān)閉的原因可能為：

（1）EH油清潔度不符合要求導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)提升力不足。

（2）中調(diào)門油動(dòng)機(jī)出力不足。

經(jīng)電廠確認(rèn)， #1機(jī)組EH油清潔度滿足系統(tǒng)要求的NAS6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 排除了EH油清潔度不符合要求導(dǎo)致油動(dòng)機(jī)提升力不足的原因。針對第二個(gè)原因，即中調(diào)門油動(dòng)機(jī)出力不足。東汽熱力室建議進(jìn)行中調(diào)門參調(diào)試驗(yàn)，關(guān)小中調(diào)門直至機(jī)組停機(jī)，從而確定中調(diào)門油動(dòng)機(jī)的最大提升力。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

2010年8月28日， 電廠#1機(jī)組有停機(jī)計(jì)劃， 根據(jù)電廠及東汽廠雙方討論的試驗(yàn)大綱， #1機(jī)組分別在450MW、 360MW負(fù)荷進(jìn)行中調(diào)門參調(diào)試驗(yàn)。由熱工人員在工程師站上使用強(qiáng)制置數(shù)功能，將#2中壓調(diào)節(jié)閥以5%的速率遞減直到完全關(guān)閉， 在關(guān)閉過程中運(yùn)行人員注意觀察機(jī)組振動(dòng)、負(fù)荷、再熱壓力、中調(diào)門壓差等的變化，穩(wěn)定一段時(shí)間后再操作下一步。 等#2中壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)后， 再以1%的速率遞減將#1中壓調(diào)節(jié)閥逐步關(guān)小， 在關(guān)閉過程中運(yùn)行人員注意觀察機(jī)組振動(dòng)、負(fù)荷、再熱壓力、中調(diào)門壓差等的變化，穩(wěn)定一段時(shí)間后再操作下一步。 特別是360MW負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)， 21點(diǎn)59分， #1汽輪機(jī)在#2中調(diào)門開度為0%， #1中調(diào)門開度為35.4%時(shí)， #1中調(diào)門突然關(guān)閉至10%， 由于再熱壓力超限機(jī)組打閘停機(jī)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)論

結(jié)合多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，得出中調(diào)門關(guān)閉的主要原因應(yīng)該是油動(dòng)機(jī)出力不足。另外，現(xiàn)有的機(jī)組實(shí)際閥桿調(diào)節(jié)范圍只有14mm， 可調(diào)整范圍較窄， 在機(jī)組中調(diào)門20%開度供熱期間， 閥門開度較小范圍內(nèi)的波動(dòng)也容易造成中壓調(diào)門前后壓差發(fā)生突變，從而造成中調(diào)門關(guān)閉。

因此，根據(jù)電廠電負(fù)荷的實(shí)際情況，中調(diào)門現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方式已不能滿足中壓抽汽調(diào)節(jié)的需求。

4 解決方案

針對中調(diào)門油動(dòng)機(jī)出力不足問題，東汽有限公司集合相關(guān)各專業(yè)室意見，形成一系列解決措施。

4.1 提高中調(diào)門油動(dòng)機(jī)油壓

將中調(diào)門油動(dòng)機(jī)油壓由11.2MPa提高至14MPa，油壓提高后其提升力比原來增大1.25倍。

4.2 更換油動(dòng)機(jī)油缸

為改善油動(dòng)機(jī)出力不足，同時(shí)也更換了油動(dòng)機(jī)油缸，將油動(dòng)機(jī)油缸直徑增大，油動(dòng)機(jī)與操縱座連接接口基本一致。增大油缸直徑后，油動(dòng)機(jī)出力增大1.23倍。

4.3 縮小中調(diào)門尺寸

縮小中調(diào)門尺寸可以增大中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)范圍，改善中壓調(diào)節(jié)閥流量特性，提高中壓調(diào)節(jié)閥的參調(diào)性能。在相同負(fù)荷的情況下，中調(diào)門參調(diào)供熱時(shí)，提高中調(diào)門開度，從而提高中調(diào)門參調(diào)穩(wěn)定性。同時(shí)，縮小中調(diào)門尺寸也可以增大中調(diào)門壓損。

改造前后中調(diào)門單閥運(yùn)行閥門流量特性比較如圖3所示。 由圖中曲線可知， 改造后閥門流量特性較改造前有所改善。

圖3 改造前后中調(diào)門單閥運(yùn)行閥門流量特性比較

4.4 優(yōu)化中調(diào)門參調(diào)運(yùn)行方式

將中調(diào)門供熱參調(diào)運(yùn)行方式由單閥運(yùn)行優(yōu)化為順序閥運(yùn)行，進(jìn)一步提高中調(diào)門參調(diào)時(shí)的閥門開度，減小閥門蒸汽力，提高閥門參調(diào)穩(wěn)定性。改造后中壓調(diào)節(jié)閥采用順序閥運(yùn)行時(shí)的閥門流量特性如圖4所示。

圖4 改造后順序閥運(yùn)行閥門流量特性曲線

4.5 DEH控制系統(tǒng)方案優(yōu)化

（1）在DEH系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一抽壓力、 高排壓力、 中壓調(diào)節(jié)閥前壓力 （即中壓抽汽壓力）、 中壓調(diào)節(jié)閥后壓力各三點(diǎn)。要求一抽壓力、高排壓力、中壓調(diào)節(jié)閥前壓力、中壓調(diào)節(jié)閥后壓力測點(diǎn)最好由汽輪機(jī)本體上各部位不同的測點(diǎn)位置引出，再送至3個(gè)壓力變送器， 并將3個(gè)測點(diǎn)分配到不同的卡件上去； 在DEH控制邏輯中對3個(gè)壓力測點(diǎn)分別進(jìn)行三取二處理。

（2）機(jī)組在啟動(dòng)、 帶負(fù)荷和純冷凝工況下，左、 右中壓調(diào)節(jié)閥的開度指令仍由GOV SET來決定，兩個(gè)中調(diào)門同時(shí)開關(guān)，但閥門流量曲線按改造后熱力提供的新的特性曲線重新設(shè)定。

（3）當(dāng)投入中壓抽汽控制后， 中壓抽汽處于手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，中壓供熱指令開度指令（HEATDEMAND）初始值為100% ， 兩個(gè)中壓調(diào)門處于全開位置。 點(diǎn)擊 “中壓抽汽增” 按鈕， 使HEAT DEMAND減小， 此時(shí)ICV2 以一定的速率緩慢關(guān)閉到全關(guān)位， ICV1也逐漸關(guān)小， 進(jìn)入順序閥控制方式 （供熱期間基本都由ICV1來控制抽汽量的大?。?。

（4）在中壓調(diào)門上仍作用有2個(gè)控制指令，與優(yōu)化前一樣， 一個(gè)是控制負(fù)荷大小的GOV SET，另一個(gè)是控制抽汽量多少的HEAT DEMAND， 兩者之間處理后最終作為控制中壓調(diào)門開的指令，即ICV REF， 再通過ICV1、 ICV2 新設(shè)的順序閥供熱流量曲線來控制兩個(gè)中壓調(diào)門的開度，兩個(gè)閥門的流量曲線不同， 如圖4所示。

（5）對ICV1調(diào)門， 除了上述處理外， 為了保證不會(huì)出現(xiàn)由于閥門關(guān)的過小造成前后壓差大使閥門全關(guān)的事故， 對ICV1 的閥門開度指令作了一定處理，同時(shí)運(yùn)行人員在出現(xiàn)異常情況下可以手動(dòng)操作使ICV1開啟。

（6）除了供熱控制邏輯之外， 針對報(bào)警和保護(hù)的方案在DEH中也得到了一一實(shí)現(xiàn)， 所有檢測的壓差值在操作員站上都進(jìn)行了監(jiān)視，處理邏輯如圖5和圖6所示。 機(jī)組供熱控制畫面如圖7所示。

圖5 中壓調(diào)節(jié)閥前后壓差處理邏輯

圖6 一抽至高排壓差處理邏輯

圖7 機(jī)組供熱控制畫面

（7）中壓調(diào)節(jié)閥參調(diào)供熱相關(guān)的報(bào)警和保護(hù)值如下：

（a）中調(diào)門前后壓差≥高一值： 則操作員站發(fā)出紅色報(bào)警信號(hào)并退出中壓供熱自動(dòng)。

（b）中調(diào)門前后壓差≥高二值： 由DEH發(fā)指令信號(hào)至DCS切除AGC。

（c）中調(diào)門前后壓差≥高三值： 時(shí)聯(lián)開右中調(diào)門至一定閥位。

（d）一抽至高排壓差≥高一值： 報(bào)警， 并通過DEH發(fā)指令信號(hào)至DCS切除AGC。

（e）一抽至高排壓差≥高二值： 退出中壓供熱，關(guān)閉中壓供熱快關(guān)閥。

（f）一抽至高排壓差≥高三值： 停機(jī)。

5 結(jié)束語

綜上所述，中壓調(diào)節(jié)閥用于參調(diào)供熱在理論上不僅是可行的，也在具體機(jī)組運(yùn)行中得到了驗(yàn)證，中壓調(diào)節(jié)閥可以做為一種新的供熱調(diào)節(jié)手段。

600MW機(jī)組上中壓調(diào)節(jié)閥順序閥方式參與供熱是東方汽輪機(jī)有限公司首創(chuàng)，其控制、保護(hù)邏輯也數(shù)首創(chuàng)，通過現(xiàn)場多次試驗(yàn)、調(diào)試、投運(yùn)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，又創(chuàng)造出了自己的特色，同時(shí)也為后續(xù)的其他同類型機(jī)組的中壓調(diào)節(jié)閥及相關(guān)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考，具有較大的推廣意義和價(jià)值。 目前， 東方汽輪機(jī)有限公司的300MW及以上容量的大型汽輪機(jī)組若采用中壓調(diào)節(jié)閥參與供熱基本都是順序閥調(diào)節(jié)方式，并已在多個(gè)電廠實(shí)施。

［1］ 張華.600MW超臨界供熱機(jī)組可靠性分析 [C].2009年清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì),2009

［2］ 李飛.東方1000MW 超超臨界等大型供熱機(jī)組DEH控制機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì) [J].東方電氣評論,2009,23（1）:40-43

［3］ 李秉正,賈勤勞,寧哲,朱保田.超臨界600MW抽汽供熱汽輪機(jī)組在工業(yè)供熱中的應(yīng)用分析 [J].熱力發(fā)電, 2008， 37（11）：20-22

IP Control Valve for Steam Extraction Heating on DEC Largescale Steam Turbine Units— —DEH Control Scheme

Peng Min
（Dongfang Electric Auto Control Engineering Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The article describes the DEH technical design of IP control valve for steam extraction heating in detail,including the basic control function,hardware configuration,software design and resolventmethods for accident trip.

large-scale steam turbine units， IP control valve， extraction heating， DEH control

彭敏 （1971-）， 女， 高級(jí)工程師， 大學(xué)本科， 畢業(yè)于重慶大學(xué)自動(dòng)化系自動(dòng)控制專業(yè)， 長期從事電站汽輪機(jī) DEH/MEH 控制的設(shè)計(jì)工作。