低壓軸封蒸汽溫度調(diào)節(jié)閥改DCS控制

曹華

摘 要：低壓軸封蒸汽溫度控制對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起著重要作用。公司#2機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)一直采用基地式調(diào)節(jié)儀構(gòu)成軸封蒸汽溫度控制回路。近年來(lái)發(fā)生了因低壓軸封蒸汽溫度大幅波動(dòng)造成低壓缸汽封體磨損變形的事件，并影響到機(jī)組凝汽器真空嚴(yán)密性?，F(xiàn)取消基地式調(diào)節(jié)儀，改為DCS控制，利用智能定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成閉環(huán)控制回路，顯著提高了低壓軸封蒸汽溫度的調(diào)節(jié)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：軸封蒸汽；溫度調(diào)節(jié)；DCS控制

前言

湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組汽輪機(jī)為亞臨界中間再熱兩缸兩排汽、高中壓合缸凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽系統(tǒng)向低壓缸軸封提供密封蒸汽，防止外部空氣進(jìn)入低壓缸，有利于維持凝汽器較高的真空度，保證機(jī)組具有較高的熱效率，并通過(guò)漏汽導(dǎo)向系統(tǒng)，將低壓軸封漏汽導(dǎo)入軸封冷卻器，回收工質(zhì)和熱量。軸封蒸汽溫度需要與低壓缸缸體接近，如果兩者溫差過(guò)大，低壓缸膨脹不均，低壓軸封結(jié)構(gòu)件發(fā)生熱變形，將降低密封效果或使軸封體發(fā)生磨損。軸封蒸汽溫度過(guò)低時(shí)，軸封蒸汽更容易凝結(jié)，凝結(jié)的水汽將加劇軸封體的腐蝕，并可能使汽水進(jìn)入汽輪機(jī)，導(dǎo)致發(fā)生水擊破壞事件。由此可見，低壓軸封蒸汽溫度的控制對(duì)于機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。

湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組采用噴水降溫的方式來(lái)調(diào)節(jié)低壓軸封蒸汽溫度。凝結(jié)水通過(guò)溫度調(diào)節(jié)閥，向噴水減溫器提供合適流量的凝結(jié)水，達(dá)到控制低壓軸封蒸汽溫度的目的。軸封蒸汽溫度調(diào)節(jié)閥采用基地式調(diào)節(jié)儀控制時(shí)，溫度控制效果不佳，尤其是低壓缸汽封進(jìn)行改造后，新的汽封體對(duì)軸封蒸汽溫度要求更加嚴(yán)格。因此，我們利用停機(jī)機(jī)會(huì)，取消基地調(diào)節(jié)儀，將低壓軸封蒸汽溫度調(diào)節(jié)閥改為DCS控制。

問(wèn)題及原因分析

公司#2機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，低壓軸封蒸汽溫度一直由基地式調(diào)節(jié)儀控制?；厥秸{(diào)節(jié)儀具有測(cè)量、顯示和調(diào)節(jié)功能，與軸封蒸汽溫度變送器、調(diào)節(jié)閥等構(gòu)成溫度控制的就地單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)用中主要出現(xiàn)了以下問(wèn)題：

1.隨著運(yùn)行年限的延長(zhǎng)，基地式調(diào)節(jié)儀的控制精度越來(lái)越低。表現(xiàn)為低壓軸封蒸汽溫度調(diào)節(jié)過(guò)程遲緩，溫度大范圍波動(dòng)。

2.對(duì)氣源質(zhì)量要求較高。氣源含油帶水，或含有其他雜質(zhì)時(shí)，直接影響調(diào)節(jié)儀氣動(dòng)單元的正常運(yùn)行。表現(xiàn)為調(diào)節(jié)儀無(wú)輸出或輸出不跟隨指令變化。

3.為改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，對(duì)調(diào)節(jié)儀比例帶、積分時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，整定過(guò)程復(fù)雜。

4.機(jī)組啟停期間，軸封母管蒸汽參數(shù)變動(dòng)較大，凝結(jié)水壓力也存在波動(dòng)，基地調(diào)節(jié)儀反應(yīng)速度慢，不能適應(yīng)工況變化，此時(shí)需要運(yùn)行人員到就地手動(dòng)操作，增加運(yùn)行人員工作量。

5.基地調(diào)節(jié)儀的測(cè)量、顯示和控制均在現(xiàn)場(chǎng)，缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，不利于運(yùn)行人員隨時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，以在異常情況下及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)。

由于上述問(wèn)題的存在，低壓軸封蒸汽溫度不能有效控制在規(guī)程所要求的121到177℃范圍內(nèi)，易引起低壓軸封體熱變形，超過(guò)一定變形范圍，軸封體發(fā)生機(jī)械磨損，造成設(shè)備經(jīng)濟(jì)損失，并影響凝汽器真空，降低機(jī)組熱效率。

解決方法

在DCS系統(tǒng)具備相應(yīng)擴(kuò)充容量的條件下，我們將低壓軸封蒸汽溫度改為DCS控制，取消基地式調(diào)節(jié)儀。如圖一所示，溫度調(diào)節(jié)回路采用單回路控制。低壓軸封蒸汽溫度進(jìn)入DCS，作為被調(diào)量，與溫度給定值求偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器，輸出4～20mADC的閥門開度指令。就地安裝的閥門智能定位器接受開度指令，與閥門實(shí)際開度求偏差，按PID運(yùn)算規(guī)律輸出控制閥位的氣源信號(hào)。智能定位器與閥門一體組成閉環(huán)控制回路，實(shí)現(xiàn)閥門精確定位。

本項(xiàng)目使用西門子智能電氣定位器。定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用，組成閉環(huán)回路，利用負(fù)反饋原理來(lái)改善調(diào)節(jié)精度、提高靈敏度和穩(wěn)定度性，從而使閥門能按輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)精確地確定自己的開度。智能定位器能消除執(zhí)行器薄膜和彈簧的不穩(wěn)定性及各可動(dòng)部分的干摩擦影響，提高了調(diào)節(jié)閥的精確度和可靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。同時(shí)智能定位器能增大執(zhí)行器的輸出功率，減小調(diào)節(jié)信號(hào)的傳遞滯后，加快閥桿移動(dòng)速度。

在設(shè)計(jì)DCS組態(tài)邏輯時(shí)，需考慮自動(dòng)控制邏輯應(yīng)具有以下功能：測(cè)量信號(hào)壞質(zhì)量或越限時(shí)發(fā)出光子牌報(bào)警；手動(dòng)、自動(dòng)雙向無(wú)擾切換的功能；閥位指令與反饋偏差超過(guò)定值時(shí)，自動(dòng)模式切為手動(dòng)模式。必要的邏輯報(bào)警條件包括：低壓軸封母管溫度測(cè)量值壞值量，氣動(dòng)門閥位反饋壞質(zhì)量，低壓軸封母管溫度越限。必要時(shí)將調(diào)節(jié)功能退出自動(dòng)的條件有：閥位指令與反饋偏差超過(guò)10%，溫度測(cè)量值故障。當(dāng)調(diào)節(jié)器處于手動(dòng)模式時(shí)，由操作員站手動(dòng)給定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度信號(hào)，PID調(diào)節(jié)器處于跟蹤方式，調(diào)節(jié)器輸出跟蹤實(shí)際閥門開度。

圖一 低壓軸封蒸汽溫度調(diào)節(jié)回路改造原理圖

1.施工方案

a）利用停機(jī)機(jī)會(huì)，做好氣源隔離措施，拆除基地式調(diào)節(jié)儀及其氣源管路。

b）在定位器進(jìn)氣管路上安裝壓縮空氣過(guò)濾減壓閥。以確保進(jìn)入定位器的壓縮空氣品質(zhì)，提高定位器和氣動(dòng)執(zhí)行器的使用壽命。

c）制作定位器安裝支架，將閥門定位器安裝就位，連接好壓縮空氣氣源管路和至閥門的控制氣源管路，并將調(diào)節(jié)閥反饋連桿與定位器相連。定位器應(yīng)安裝牢固無(wú)晃動(dòng)，反饋連桿兩頭連接牢固，鉸鏈部分靈活無(wú)卡澀。

d）在DCS端子柜至就地閥門定位器之間釋放一根4芯帶屏蔽阻燃控制電纜，用于閥門指令和閥位反饋信號(hào)的傳輸。指令和反饋線接入正確的端子，DCS的指令和反饋輸出通道進(jìn)行相應(yīng)正確，輸出設(shè)置為內(nèi)供電方式，輸出設(shè)置為外供電方式。

e）修改DCS控制器組態(tài)，以PID功能塊為中心，建立單回路控制邏輯?，F(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣方式為氣開式，即定位器接受的指令信號(hào)越高，輸出氣壓越高，閥門開度越大，噴水流量越大。因此需要將PID功能塊設(shè)置為正作用，否則調(diào)節(jié)器將無(wú)法正常工作。

2.投運(yùn)步驟

在所有氣源管路均已正確連接，DCS與就地端子接線正確，組態(tài)邏輯正確且已下裝到DCS控制器后，即按下列步驟進(jìn)行調(diào)試：

a）打開氣源閥門，檢查各氣動(dòng)管路連接緊密，無(wú)漏氣現(xiàn)象。檢查氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)銘牌參數(shù)，調(diào)整過(guò)濾減壓閥，合理設(shè)定氣源壓力使之與執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求匹配。氣壓設(shè)定偏高超過(guò)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片允許壓力，易造成膜片損壞。壓力設(shè)定過(guò)低，將使氣壓低閉鎖動(dòng)作，執(zhí)行器拒動(dòng)。

b）進(jìn)行就地調(diào)試，啟動(dòng)定位器自動(dòng)校驗(yàn)，西門子智能定位器自動(dòng)校驗(yàn)的操作流程為：長(zhǎng)按模式件5秒進(jìn)入設(shè)置模式，點(diǎn)按模式鍵至第4項(xiàng)，長(zhǎng)按向上鍵啟動(dòng)自動(dòng)校驗(yàn)，自動(dòng)校驗(yàn)完成顯示FINAL校驗(yàn)完成。檢查閥門全行程動(dòng)作正常，實(shí)際開度與DCS反饋一致。

c）投溫度控制手動(dòng)模式，在操作員站進(jìn)行手動(dòng)操作，檢查遠(yuǎn)程操作和監(jiān)視功能合格。

d）初步設(shè)定調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入自動(dòng)模式，改變?cè)O(shè)定值，檢查PID算法正確，閥門動(dòng)作方向正確。

e）在開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，投入自動(dòng)模式，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定和優(yōu)化。

改造后的效果

湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)低壓軸封蒸汽溫度改DCS控制后，指令、反饋、溫度測(cè)量值均進(jìn)入DCS，利用DCS的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分析功能，便于得到調(diào)節(jié)器的最優(yōu)整定參數(shù)，溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。由于具有完備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作手段，運(yùn)行人員足不出戶，即可完成對(duì)溫度調(diào)節(jié)閥的所有操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈或參數(shù)越限時(shí)，DCS能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)干預(yù)，有效避免異常工況下軸封蒸汽溫度的大起大落。由于采用了DCS的數(shù)字化控制技術(shù)，并應(yīng)用閥門定位器實(shí)現(xiàn)精確定位，溫度調(diào)節(jié)過(guò)程響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)精度大大提高。通過(guò)觀察機(jī)組啟停及運(yùn)行過(guò)程中低壓軸封蒸汽溫度的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)溫度較好的控制在正常范圍內(nèi)，改造達(dá)到了預(yù)期效果。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，#2機(jī)組低壓軸封蒸汽溫度控制方式改造是成功的，完全消除了應(yīng)用基地式調(diào)節(jié)儀存在的諸多缺陷。調(diào)節(jié)閥改DCS控制后，具備了完善的自動(dòng)控制和后備操作功能，保證低壓軸封蒸汽溫度維持在合理的范圍內(nèi)，保證了軸封系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保證機(jī)組具有較高的經(jīng)濟(jì)性。改造利用了當(dāng)今先進(jìn)的單元機(jī)組DCS控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低壓軸封蒸汽溫度的數(shù)字化、自動(dòng)化集中控制，提高了機(jī)組自動(dòng)化水平。