淺談電廠調(diào)節(jié)型執(zhí)行器選型要點(diǎn)

李永濤

(茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000)

淺談電廠調(diào)節(jié)型執(zhí)行器選型要點(diǎn)

李永濤

(茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000)

鑒于調(diào)節(jié)型執(zhí)行器性能對(duì)電廠的自動(dòng)控制有決定性作用，現(xiàn)分析了選擇調(diào)節(jié)型執(zhí)行器時(shí)應(yīng)考慮的各因素。

電廠；調(diào)節(jié)型執(zhí)行器；選型

1 調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電廠的重要性

現(xiàn)代電力發(fā)展對(duì)自動(dòng)化要求越來越高，要求調(diào)節(jié)型執(zhí)行器快速準(zhǔn)確地響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)調(diào)節(jié)好壞與調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)有最直接的關(guān)系，尤其是隨著近年來火力發(fā)電廠自動(dòng)啟/停機(jī)控制系統(tǒng)APS在我國(guó)新建機(jī)組的推廣，調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要性更加突出。調(diào)節(jié)型執(zhí)行器要求準(zhǔn)確、快速、可靠性高，要達(dá)到這樣的要求，在設(shè)計(jì)初期或者進(jìn)行選型時(shí)就應(yīng)該充分考慮各種因素，因?yàn)檎_選型將會(huì)減少機(jī)組在運(yùn)行中的故障次數(shù)，避免因?yàn)閳?zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)不到要求而進(jìn)行的技改。本文將以實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)探討如何幫助電廠正確選型。

2 常見的執(zhí)行器種類

(1) 按動(dòng)力源形式分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)；(2) 按位移方式分為多回轉(zhuǎn)、角行程、直行程；(3) 按防護(hù)等級(jí)分為普通型、防爆型、隔爆型；(4) 按防水等級(jí)分，主要標(biāo)準(zhǔn)參照IP××系列，目前最高的為IP68。

3 選型時(shí)應(yīng)考慮的因素

3.1 適用場(chǎng)合

電廠環(huán)境復(fù)雜，有些地方可能會(huì)被水浸，有些地方有粉塵或者油污、有的地方伴有劇烈振動(dòng)，有些地方有高溫，有些地方由于管道密集空間受限。在北方寒冷地區(qū)，需考慮寒冷的因素，執(zhí)行器應(yīng)自帶加熱器，南方相對(duì)潮濕，壓縮空氣需做好干燥措施，否則執(zhí)行器容易因壓縮空氣帶水而損壞。由于執(zhí)行器在電廠尤其是重要的系統(tǒng)中一般都處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，充分考慮環(huán)境因素對(duì)執(zhí)行器的影響，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定有很大幫助。

3.2 動(dòng)力源要求

電廠最常用的有電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器。液動(dòng)執(zhí)行器力矩輸出大、響應(yīng)速度最快、控制精確，但要配有專門的液壓裝置，體積較大，造價(jià)也較高。氣動(dòng)執(zhí)行器安全、操作維護(hù)便利、整體價(jià)格低、控制精度較高，性價(jià)比高，但大力矩的體積過大且成本高。相對(duì)液動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器體積較小，安裝簡(jiǎn)便(只需敷設(shè)電源電纜和信號(hào)電纜)，缺點(diǎn)是力矩較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作較慢，故障率一般較高。應(yīng)熟知液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行器的特性，根據(jù)使用的場(chǎng)合，選定具體的動(dòng)力源。

3.3 執(zhí)行器位移形式

執(zhí)行器的位移形式是根據(jù)閥門啟閉形式來選擇和決定的，通常閘閥和截止閥選多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行器，因?yàn)檫@類閥門需多圈旋轉(zhuǎn)才能完成啟閉過程；直行程的執(zhí)行器通常會(huì)用于匹配閥瓣升降進(jìn)行開關(guān)的閥門，常見的如單座調(diào)節(jié)閥和雙座調(diào)節(jié)閥；角行程的執(zhí)行器的扭矩是旋轉(zhuǎn)輸出，旋轉(zhuǎn)的角度小于360°，并且旋轉(zhuǎn)角度小于或等于90°才能完成啟閉過程，如蝶閥、球閥等，角行程執(zhí)行器通常應(yīng)用于調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)機(jī)擋板。

在不同場(chǎng)合會(huì)選用不同位移形式的執(zhí)行器，例如在給水系統(tǒng)中通常會(huì)選用直行程的執(zhí)行器。每個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)門都有自己的特性，會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的工質(zhì)來選用合適的閥門，就需要配合閥體選擇位移形式合適的執(zhí)行器。

3.4 輸出扭矩選擇

扭矩的選擇關(guān)系到調(diào)門投自動(dòng)的性能，正常來說，需要清楚閥門廠家提供的扭矩參數(shù)，根據(jù)廠家提供的最大扭矩值再乘以1.2～1.5來匹配調(diào)整門的扭矩。盡管這是理論值，但考慮到工況環(huán)境，應(yīng)該適當(dāng)?shù)靥岣唿c(diǎn)執(zhí)行器的上限值，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)會(huì)受熱脹冷縮、粉塵、生銹等影響，選擇過小的扭矩，執(zhí)行器在運(yùn)行中力矩保護(hù)動(dòng)作，將導(dǎo)致執(zhí)行器不能操作。茂名臻能熱電有限公司#7機(jī)組熱風(fēng)調(diào)整門，廠家提供的扭矩是800 N·m，設(shè)計(jì)時(shí)按1.2倍力矩冗余來確定執(zhí)行器扭矩，即960 N·m，匹配了羅托克IQT1000(扭矩為1 000 N·m)的執(zhí)行器，結(jié)果執(zhí)行器在閥門冷態(tài)無(wú)負(fù)荷時(shí)都很順暢，但一到閥門熱態(tài)(正常時(shí)，熱風(fēng)會(huì)達(dá)到300 ℃)運(yùn)行時(shí)，盡管力矩保護(hù)調(diào)到最大的1 000 N·m，但還是經(jīng)常力矩保護(hù)動(dòng)作，無(wú)法投自動(dòng)，影響運(yùn)行，后來經(jīng)過技改更換力矩為2 000 N·m的IQT2000才滿足投自動(dòng)要求。

3.5 防護(hù)等級(jí)選擇

電廠一些特殊的地方會(huì)有防爆或者防護(hù)要求，例如氫系統(tǒng)、氨區(qū)、油區(qū)、制粉系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等，對(duì)設(shè)備都有很高的防爆或者防腐蝕要求。因?yàn)閳?zhí)行器在動(dòng)作時(shí)一般都會(huì)有摩擦、電流火花甚至撞擊等，要根據(jù)電廠規(guī)程和實(shí)際應(yīng)用，選擇合適的防爆或防腐蝕執(zhí)行器，避免選型的低級(jí)錯(cuò)誤而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。

3.6 控制信號(hào)與反饋?zhàn)⒁馐马?xiàng)

現(xiàn)在電廠調(diào)節(jié)型執(zhí)行器最常用控制信號(hào)直接或間接使用4～20 mA模擬信號(hào)，反饋信號(hào)有些執(zhí)行器使用電流，有的使用電壓信號(hào)，有些需要DCS供電才會(huì)有正確的反饋，在選擇和設(shè)計(jì)初就考慮好這些問題，有助于減少安裝時(shí)的工作量?？偩€技術(shù)推出后，智能執(zhí)行器的控制和反饋方式能通過總線來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的4～20 mA模擬信號(hào)有可能會(huì)被取代，考慮到將來升級(jí)的可能，選擇一款能支持總線技術(shù)控制的執(zhí)行器，也是明智之舉。

3.7 經(jīng)濟(jì)性要求

調(diào)節(jié)型執(zhí)行器不能單一地根據(jù)某一因素而選，一臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，包含著執(zhí)行器設(shè)計(jì)、選型、安裝、維護(hù)、故障率、可靠性、使用成本等綜合因素，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，可靠性失效隨時(shí)都會(huì)直接危害機(jī)組的安全，所以筆者覺得應(yīng)該優(yōu)先考慮可靠性，畢竟一臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，可能引發(fā)的“蝴蝶效應(yīng)”遠(yuǎn)比投資初期的資金多得多。其他因素則需要根據(jù)具體廠的實(shí)際情況而定，例如有些發(fā)電廠維護(hù)人員較多，會(huì)關(guān)注價(jià)格因素；有些廠會(huì)考慮到批量維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，選擇同型號(hào)或者同品牌的執(zhí)行器。

3.8 智能定位要求

隨著現(xiàn)在調(diào)節(jié)型執(zhí)行器的發(fā)展，過去老式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于存在偏差大、控制精確度低、調(diào)試和維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，已經(jīng)大大制約自動(dòng)化的發(fā)展，智能調(diào)節(jié)執(zhí)行器應(yīng)運(yùn)而生，越來越多的高集成度、高智能化的執(zhí)行器涌入市場(chǎng)，現(xiàn)在控制系統(tǒng)向著總線的方向發(fā)展，相應(yīng)的系統(tǒng)也要求執(zhí)行器能適應(yīng)控制發(fā)展趨勢(shì)?？偟膩碚f，智能執(zhí)行器在通訊、自我診斷、集成度、控制精度、總線網(wǎng)絡(luò)化、小型化、機(jī)電一體化、變頻技術(shù)等方面有巨大的優(yōu)勢(shì)，所以選擇智能執(zhí)行器也是大趨勢(shì)。根據(jù)多年維護(hù)智能執(zhí)行器的經(jīng)驗(yàn)，好的智能執(zhí)行器應(yīng)具備下面特點(diǎn)：

(1) 穩(wěn)定性。對(duì)于電廠的執(zhí)行器來說，穩(wěn)定高于一切，話雖然有點(diǎn)過，但這正反映了穩(wěn)定對(duì)于電廠運(yùn)行的重要性，執(zhí)行器的穩(wěn)定與否直接影響著經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 精確度。熱控人員對(duì)精確度的追求永不止步，智能執(zhí)行器的精確度應(yīng)多加考慮。

(3) 總線技術(shù)?？偩€是將來控制系統(tǒng)的主流，不可忽略這部分的因素，或許在不久的將來其會(huì)取代DCS。目前主流總線有基金會(huì)總線FF、CAN總線、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線、Device Net，其中Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線是德國(guó)西門子子公司SIPOS主推的技術(shù)，是電廠最常用的。對(duì)電廠來說，選擇一款智能執(zhí)行器應(yīng)該具有大局觀和前瞻性，為將來控制系統(tǒng)換代做準(zhǔn)備。

(4) 總體經(jīng)濟(jì)性。選擇智能執(zhí)行器還應(yīng)該考慮下長(zhǎng)遠(yuǎn)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本，考慮到選擇智能執(zhí)行器的總體經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來，調(diào)節(jié)型執(zhí)行器的市場(chǎng)越來越成熟，相關(guān)法律法規(guī)也更加完善，國(guó)家也在引導(dǎo)市場(chǎng)走向節(jié)能、由單一品種向著多規(guī)格和多品種方向發(fā)展。我們選擇調(diào)節(jié)型執(zhí)行器也要順大方向而行，但不同的電廠由于自身?xiàng)l件不一樣，對(duì)執(zhí)行器的要求難免會(huì)有所區(qū)別，選擇結(jié)果會(huì)不一樣。選擇調(diào)節(jié)型執(zhí)行器的時(shí)候，我們要充分重視以上選型要點(diǎn)，充分考慮各因素，尤其是對(duì)于智能型執(zhí)行器而言，更應(yīng)該注重未來發(fā)展趨勢(shì)，把電廠的發(fā)展與其密切聯(lián)系起來，做一名有遠(yuǎn)見及大局觀的熱控工作人員。

[1]付敬奇.執(zhí)行器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[2]賀增耀，高文彥.電動(dòng)執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的發(fā)展及應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2007(1)

2014-05-30

李永濤(1983—)，男，廣東茂名人，助理工程師，研究方向：熱工自動(dòng)化。