某電廠高加水位波動(dòng)大的分析與處理

李 堅(jiān)

(廣東粵電集團(tuán)靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

某電廠高加水位波動(dòng)大的分析與處理

李 堅(jiān)

(廣東粵電集團(tuán)靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

惠來(lái)廠2#機(jī)組3#高加水位波動(dòng)大，造成3#高加疏水調(diào)節(jié)門(mén)無(wú)法投入自動(dòng)。高加在低水位運(yùn)行，端差偏大，熱交換效率降低，對(duì)相關(guān)設(shè)備的沖蝕嚴(yán)重，威脅著3#高加及除氧器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。該文就可能引起高加水位波動(dòng)的原因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了處理水位波動(dòng)的方法。

水位；波動(dòng)；原因；處理

惠來(lái)電廠2#汽輪發(fā)電機(jī)組是東方鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)廠提供的600 MW超臨界燃煤機(jī)組，采取單抽三缸四排汽再熱凝汽式汽輪機(jī)。

高壓加熱器是汽輪發(fā)電機(jī)組的主要輔助設(shè)備，它利用汽輪機(jī)抽汽以提高鍋爐給水溫度和回收熱量及工質(zhì)，從而提高機(jī)組的熱效率，對(duì)于提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義?；輥?lái)電廠高加采用臥式U行管結(jié)構(gòu)，分水側(cè)和汽側(cè)，汽側(cè)由過(guò)熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段3個(gè)段組成。在高加中的蒸汽流程為：蒸汽進(jìn)口→蒸汽進(jìn)口擋板→進(jìn)過(guò)熱段→出過(guò)熱段→進(jìn)入凝結(jié)段凝結(jié)成水聚集在加熱器底部→進(jìn)入疏水冷卻段疏水出口管疏水調(diào)節(jié)閥→進(jìn)下一級(jí)加熱器。3#高加的疏水最終進(jìn)入除氧器。由于3#高加接受來(lái)自1#高加和2#高加的疏水，所以其疏水量很大，水位容易波動(dòng)，特別是在變負(fù)荷的時(shí)候。

正常運(yùn)行時(shí)，3#高加水位要求在-38～38 mm之間。如果水位過(guò)低，蒸汽經(jīng)疏水管進(jìn)入除氧器，雖然蒸汽和熱量沒(méi)有流出系統(tǒng)，也沒(méi)有發(fā)生明顯的熱量和工質(zhì)損失，但是蒸汽的品位能級(jí)卻由高變低，能量發(fā)生了貶值，因而熱經(jīng)濟(jì)性降低。而且，加熱器水位偏低，水封喪失，疏水段水中帶汽，管子受高速汽流沖刷，易引起管子振動(dòng)和疲勞破壞，損害嚴(yán)重處多集中在水封進(jìn)口底層的管排上，并可能使除氧器超壓。同時(shí)，水位過(guò)低造成的汽水共流使疏水容積流量增大，有效疏水流量減少，有可能出現(xiàn)疏水流動(dòng)不暢現(xiàn)象，易造成水位波動(dòng)，工況變化時(shí)，疏水閥可能會(huì)頻繁動(dòng)作。

2010年年初2#機(jī)3#高加水位出現(xiàn)大幅波動(dòng)，造成3#高加正常疏水調(diào)節(jié)門(mén)無(wú)法投入自動(dòng)，只能通過(guò)運(yùn)行人員手動(dòng)操作，手動(dòng)操作時(shí)無(wú)法將水位穩(wěn)定，只能通過(guò)把調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度增大來(lái)維持運(yùn)行。因此，3#高加水位一直處于-100 mm左右的低水位運(yùn)行，導(dǎo)致部分汽水混合物進(jìn)入除氧器，對(duì)管道系統(tǒng)及其附件造成嚴(yán)重沖刷損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 水位波動(dòng)的原因分析

水位波動(dòng)的影響因素很多，除了高加自身的因素，外在因素的影響也很大，使得3#高加的水位控制更加復(fù)雜，成為所有加熱器中最難控制的一個(gè)加熱器。在2#機(jī)組3#高加出現(xiàn)水位波動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察研究，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)水位測(cè)量裝置的測(cè)量值接近，但測(cè)點(diǎn)2會(huì)不定時(shí)地出現(xiàn)擾動(dòng)。通過(guò)對(duì)高加的結(jié)構(gòu)及熱工儀表的分析，初步認(rèn)為造成水位波動(dòng)的原因有如下幾個(gè)方面。

1)水位測(cè)量的表計(jì)問(wèn)題

在高加DCS中出現(xiàn)水位波動(dòng)時(shí)，立即與就地表計(jì)進(jìn)行對(duì)比工作，發(fā)現(xiàn)DCS中水位波動(dòng)與就地水位同時(shí)波動(dòng)，就地磁翻板波動(dòng)幅度小一點(diǎn)，但趨勢(shì)接近?？紤]到兩者的不同工作方式，加上DCS中有雙表計(jì)測(cè)量，而且變化趨勢(shì)也相近，故排除水位波動(dòng)是表計(jì)引起的。

2)高加疏水至除氧器調(diào)節(jié)閥損壞

經(jīng)過(guò)與機(jī)務(wù)專(zhuān)業(yè)的交流，得知他們?cè)谕C(jī)時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)閥已經(jīng)進(jìn)行解體檢查，閥芯套筒及閥座完好，定好行程與開(kāi)關(guān)動(dòng)作試驗(yàn)都正常。

3)取樣管道有空氣

3#高加水位的測(cè)量是利用差壓原理，兩個(gè)取樣口獨(dú)立取樣，水位取樣口在26 m除氧器平臺(tái)，但變送器安裝在13 m平臺(tái)，中間有多個(gè)彎頭，所以很容易形成空氣柱。如果取樣管道中有空氣柱，那么測(cè)量值會(huì)有波動(dòng)，而且在變工況時(shí)變化更明顯。在對(duì)水位歷史趨勢(shì)研究之后發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定工況時(shí)，水位測(cè)點(diǎn)2也有擾動(dòng)，如圖1所示。

圖1 測(cè)點(diǎn)2水位控制圖

當(dāng)然，水位測(cè)點(diǎn)2的擾動(dòng)除了取樣管道有空氣柱外，如果低壓側(cè)取樣管有漏點(diǎn)，或者高壓側(cè)取樣口處有壓力擾動(dòng)，也會(huì)出現(xiàn)同樣的水位趨勢(shì)。由于高壓側(cè)取樣口離3#高加進(jìn)汽口很近，抽汽壓力的變化對(duì)水位測(cè)量影響很大，也有可能引起水位波動(dòng)。

4)高加疏水至除氧器調(diào)節(jié)閥定位器調(diào)節(jié)性能差

圖1所示的“3#高壓加熱器水位1”曲線(xiàn)即為定位器反饋。3#高加正常疏水調(diào)節(jié)門(mén)采用的是西門(mén)子PS2型單控電氣定位器。從反饋趨勢(shì)圖上可以看出，在指令96%不變時(shí)，反饋會(huì)有向上的突起。在幾次試投入自動(dòng)時(shí)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)延遲太多，達(dá)10 s以上，導(dǎo)致水位無(wú)法控制，波動(dòng)很大。

從圖中還可以看出，在高負(fù)荷時(shí)，水位測(cè)點(diǎn)2的擾動(dòng)更大更頻繁，而在低負(fù)荷時(shí)，兩個(gè)水位測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值比較接近。

5)高加內(nèi)漏

如果高加內(nèi)的管子有破損，會(huì)出現(xiàn)疏水量變大，水位也會(huì)有波動(dòng)，在高負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)得更加明顯。但與機(jī)務(wù)專(zhuān)業(yè)交流后得知，他們檢修時(shí)已經(jīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，查漏結(jié)果是沒(méi)有漏點(diǎn)。

2 處理措施

2.1 對(duì)水位測(cè)量取樣裝置進(jìn)行檢查

取樣裝置包含取樣管和幾個(gè)針型閥。經(jīng)過(guò)幾次排污，發(fā)現(xiàn)水位波動(dòng)情況沒(méi)有任何的好轉(zhuǎn)。因此，否定了取樣管道中有空氣柱的可能。

在排污后對(duì)取樣管道進(jìn)行了檢查，在20 m左右高處發(fā)現(xiàn)有蒸汽從測(cè)點(diǎn)2的高壓側(cè)取樣管中溢出。在對(duì)漏點(diǎn)處理后，測(cè)點(diǎn)2的趨勢(shì)與測(cè)點(diǎn)1的趨勢(shì)接近，而且沒(méi)有擾動(dòng)出現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 查漏堵漏后效果

2.2 對(duì)取樣裝置進(jìn)行改造

在查出漏點(diǎn)后雖然兩個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)一致，但水位仍然有大幅波動(dòng)，于是決定對(duì)取樣裝置進(jìn)行改造。改造前的水位取樣裝置采用的是單室平衡容器，容易受外界的干擾，而且兩側(cè)受壓不一致，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)波動(dòng)，特別是瞬間波動(dòng)。差壓變送器的高壓側(cè)取自高加中的汽側(cè)(在高加上部)，低壓側(cè)取自高加中的水側(cè)(在高加下部)，兩個(gè)取樣口位置相距較遠(yuǎn)，呈U型，正常情況下容器內(nèi)的壓力分布是均勻的，但如果高加內(nèi)部存在干擾，容器內(nèi)的壓力分布就會(huì)不均勻，汽側(cè)或者是水側(cè)發(fā)生的單側(cè)壓力波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量出的差壓波動(dòng)。

經(jīng)過(guò)討論，決定在取樣裝置中串一個(gè)壓力緩沖罐，如圖3所示。

圖3 水位測(cè)量取樣裝置的改造

改造后的取樣裝置增加了一個(gè)中間容器，壓力變送器的高低壓側(cè)取樣都取自此容器，相對(duì)于原先的取樣距離已經(jīng)很小，而且不管是汽側(cè)還是水側(cè)發(fā)生的單側(cè)壓力波動(dòng)，經(jīng)過(guò)中間容器后，會(huì)同時(shí)作用在差壓變送器的兩側(cè)取樣管內(nèi)，以克服壓力波動(dòng)帶來(lái)的干擾。

改造后的水位測(cè)量效果明顯有所改善。對(duì)邏輯中的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，在400 MW負(fù)荷以下，可以投入自動(dòng)，而且效果很好。在400～550 MW負(fù)荷之間，水位波動(dòng)又開(kāi)始變大，而且在變負(fù)荷時(shí)，即使水位設(shè)定值為-20 mm，也會(huì)出現(xiàn)38 mm的高水位報(bào)警。超過(guò)550 MW負(fù)荷時(shí)，自動(dòng)無(wú)法投入，水位有時(shí)候會(huì)呈現(xiàn)擴(kuò)散。在邏輯中對(duì)參數(shù)優(yōu)化也無(wú)法達(dá)到理想效果。所以，在高負(fù)荷時(shí)，只能退出自動(dòng)，開(kāi)大3#高加正常疏水門(mén)，使3#高加的水位維持在很低水位運(yùn)行。此時(shí)下部端差也高達(dá)20 ℃(即是由汽動(dòng)給水泵過(guò)來(lái)到3#高加的進(jìn)水溫度與3#高加的正常疏水溫度之差的絕對(duì)值)，比設(shè)計(jì)值高出很多。安全性、經(jīng)濟(jì)性都很差。

改造后的水位控制效果如圖4所示。

圖4 對(duì)測(cè)量取樣裝置改造后的效果

2.3 更換定位器

在對(duì)測(cè)量裝置檢查改造后發(fā)現(xiàn)，即使優(yōu)化了控制系統(tǒng)也無(wú)法達(dá)到令人滿(mǎn)意的效果。經(jīng)過(guò)對(duì)過(guò)程曲線(xiàn)的詳細(xì)分析，認(rèn)為定位器的調(diào)節(jié)性能可能也是一個(gè)很重要的因素。雖然之前已對(duì)定位器進(jìn)行了檢查，在靜態(tài)時(shí)操作沒(méi)有任何問(wèn)題，但是在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行的條件下，定位器的反應(yīng)速度和控制精度都有所欠缺。特別是在65%～75%之間，閥門(mén)1%的開(kāi)度變化都會(huì)對(duì)水位造成很大的影響，水位會(huì)突然上升或者突然下降。而在小于65%開(kāi)度范圍內(nèi)，閥門(mén)控制水位比較理想，不會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)。機(jī)組在500 MW負(fù)荷以下，閥門(mén)開(kāi)度開(kāi)始通常不會(huì)超過(guò)60%，所以水位控制比較理想。但在600 MW時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度在68%左右波動(dòng)。通過(guò)分析認(rèn)為，定位器的控制達(dá)不到要求是在高負(fù)荷時(shí)引起水位波動(dòng)的重要因素。

更換定位器后，經(jīng)過(guò)對(duì)PID參數(shù)的重新整定，其控制效果比較理想。投入自動(dòng)后，即使在600 MW負(fù)荷時(shí)，水位波動(dòng)也維持在25 mm左右的水平。變負(fù)荷時(shí)，水位波動(dòng)也不會(huì)太大。更換定位器后的效果如圖5所示。

圖5 更換定位器后的控制效果

3 結(jié)束語(yǔ)

3#高加水位是所有高加、低加中最難控制的，一方面測(cè)量影響因素比較多，另外對(duì)水位的控制也比較復(fù)雜。這次解決問(wèn)題主要也是從這兩方面著手。首先是要解決測(cè)量問(wèn)題，測(cè)量準(zhǔn)確了，才可以進(jìn)行下一步的控制工作。改造成功后，自動(dòng)投入率提高了，運(yùn)行人員的操作難度降低了，機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行也得到了保證。

[1] 郭紹霞.熱工測(cè)量技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[2] 吳永生，方可人.熱工測(cè)量及儀表[M].北京：中國(guó)電力出版社，1995.

AnalysisoftheSharpFluctuationoftheWaterLeveloftheHighPressureHeaterinaPowerPlant

LI Jian

(Jinghai Power Generation Co.,Ltd. of Guangdong Yudean Group Co.,Ltd.，Jieyang Guangdong 515223，P.R.China)

The water level of the 3#high pressure heater of the 2#unit in Huilai Power Plant fluctuated sharply，which stopped the automatic operation of the steam trap of the heater．The big terminal temperature difference and the lowered heat exchange efficiency due to the operation of the heater at a low water level caused serious erosion to related equipment and threatened the secure and economical operation of the heater and the deaerator．Based on possible causes of the fluctuation of the water level，in combination with the actual on-the-spot situation，this paper puts forward relevant solutions．

water level；fluctuation；causes；solutions

TM621

A

1008- 8032(2017)05- 0035- 04

2017-09-02

李 堅(jiān)(1982-)，工程師，研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程。