燃煤發(fā)電機(jī)組儀表伴熱系統(tǒng)改造及應(yīng)用

何俊松

（江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇 連云港 222012）

連云港地區(qū)冬季寒冷，有時(shí)氣溫低達(dá)-13℃，低溫嚴(yán)重影響燃煤機(jī)組室外儀表取樣測(cè)量裝置，特別是汽水自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表，如果環(huán)境溫度過(guò)低就會(huì)發(fā)生凍結(jié)、凝固、析出結(jié)晶等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)凍裂或擠破差壓變送器的膜盒或膜片等傳感元件，造成儀表?yè)p壞，進(jìn)而造成整個(gè)儀表系統(tǒng)不能正常工作。為此，必須對(duì)室外儀表和儀表測(cè)量管線進(jìn)行防凍處理，即采用儀表伴熱系統(tǒng)。江蘇新海發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱新海公司）2×1 000 MW機(jī)組和2×330 MW機(jī)組采用的都是取樣管道電伴熱系統(tǒng)，電伴熱原理是在絕熱層和被伴熱管道之間安裝發(fā)熱元件，在發(fā)出電熱補(bǔ)充管路輸儲(chǔ)過(guò)程中散失的熱量，以達(dá)到升溫、保溫或防凍的正常工作要求。

1 原伴熱系統(tǒng)存在問(wèn)題及原因分析

新海公司4臺(tái)機(jī)組儀表伴熱系統(tǒng)由于設(shè)備老化、安裝工藝不規(guī)范等原因，2016年故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響機(jī)組汽水系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)運(yùn)行，有時(shí)不得不退出部分汽水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，改為手動(dòng)控制，待檢修人員搶修結(jié)束后再投入自動(dòng)運(yùn)行，最嚴(yán)重的就是2016年1月23日，1臺(tái)330 MW機(jī)組汽包水位變送器兩點(diǎn)顯示故障，檢查發(fā)現(xiàn)伴熱系統(tǒng)運(yùn)行正常，主要原因就是氣溫太低導(dǎo)致北邊風(fēng)口處的汽包水位變送器測(cè)量系統(tǒng)冰凍，只能靠南面的汽包水位第三點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)，被迫退出汽包水位自動(dòng)控制，退出汽包水位高高保護(hù)及汽包水位低低保護(hù)，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，最后檢查確認(rèn)原因就是保溫棉厚度不夠。對(duì)2015年11月—2016年3月發(fā)生的儀表伴熱控制系統(tǒng)故障缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)故障的主要原因有伴熱電源不規(guī)范、保溫柜內(nèi)空開規(guī)格太小、伴熱帶損壞、保溫棉厚度不夠等。下文以1號(hào)機(jī)組（1 000 MW機(jī)組）為例進(jìn)行分析。

1.1 伴熱電源不夠規(guī)范

1號(hào)機(jī)組儀表伴熱電源大部分是從1號(hào)機(jī)組熱控電子間儀表伴熱總電源柜引出，但是有少數(shù)幾個(gè)就地儀表保溫柜的伴熱電源是從附近儀表保溫柜引出，就地儀表保溫柜內(nèi)只有1個(gè)伴熱電源空氣開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱空開），沒(méi)有獨(dú)立控制每根伴熱電纜的分空開，當(dāng)有1根伴熱電纜發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)造成柜內(nèi)總伴熱電源空開跳閘，進(jìn)而影響柜內(nèi)其他伴熱電纜正常使用。

1.2 電源空開和伴熱帶選型不合理

（1）就地儀表保溫柜內(nèi)電源空開選型不合理。一是電源空開規(guī)格偏小，二是有些空開帶的伴熱帶負(fù)載過(guò)多。

（2）伴熱帶選型不合理。原系統(tǒng)采用的是恒溫電伴熱帶結(jié)合溫控器控制，每個(gè)儀表保溫柜采用1個(gè)溫控器與柜內(nèi)恒溫伴熱帶串聯(lián)來(lái)進(jìn)行溫度控制，由于溫控器溫包線不長(zhǎng)，一般敷設(shè)到保溫柜旁邊的儀表取樣管處，即溫控器的監(jiān)測(cè)溫度就是儀表保溫柜附近儀表取樣管道約1 m處溫度，但伴熱帶短則20 m，長(zhǎng)則近60 m，且有些經(jīng)過(guò)風(fēng)口處，伴熱溫度往往遠(yuǎn)低于溫控器附近溫度，所以溫控器控溫不夠精確。另外，由于1個(gè)儀表保溫柜只有1個(gè)電源空開，如果溫控器發(fā)生短路等故障，此儀表保溫柜總空開跳閘將導(dǎo)致柜內(nèi)伴熱電纜全部失去作用，從安全角度來(lái)講，應(yīng)該采用1根伴熱電纜對(duì)應(yīng)1個(gè)溫控器，并且1個(gè)溫控器加1根伴熱電纜對(duì)應(yīng)1個(gè)空開配置。

1.3 安裝工藝不規(guī)范

儀表伴熱系統(tǒng)安裝工藝不規(guī)范對(duì)伴熱系統(tǒng)運(yùn)行的影響非常大，通過(guò)對(duì)1號(hào)機(jī)組部分伴熱系統(tǒng)的解體檢查發(fā)現(xiàn)，1號(hào)機(jī)組儀表伴熱系統(tǒng)安裝不規(guī)范主要有以下方面：

（1）伴熱帶直接與儀表取樣管道接觸。部分伴熱帶直接敷設(shè)在取樣儀表管道上，由于儀表管道基本為露天安裝，經(jīng)常受大風(fēng)大雨等侵蝕，時(shí)間久了，雨水也可能浸入到保溫層內(nèi)，這樣，儀表取樣管道和伴熱電纜受到潮氣甚至雨水的影響，也會(huì)腐蝕生銹，造成伴熱帶損壞。

（2）伴熱帶的綁扎使用鐵扎絲。伴熱帶與取樣管路和保溫棉采用鐵扎絲固定，沒(méi)有按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用鋁扎絲或者尼龍?jiān)鷰?，容易造成伴熱帶和儀表管道氧化腐蝕，而且容易生銹，進(jìn)而影響設(shè)備使用壽命。

（3）保溫層不完善。保溫棉厚度不夠、保溫棉填充不嚴(yán)實(shí)或者保溫?fù)p壞，都會(huì)造成儀表伴熱系統(tǒng)效果不好，遇到極寒天氣時(shí)，雖然伴熱系統(tǒng)運(yùn)行正常，但還是會(huì)出現(xiàn)儀表取樣管道凍堵，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)甚至壞點(diǎn)現(xiàn)象，進(jìn)而影響機(jī)組正常運(yùn)行。

（4）就地儀表保溫柜內(nèi)伴熱控制回路排布凌亂。保溫柜內(nèi)電源空開及溫控器的安裝位置不便于檢修。

2 儀表伴熱系統(tǒng)改造

隨著國(guó)家節(jié)能減排要求越來(lái)越嚴(yán)格，新海公司每年的機(jī)組小修、大修、冬季維護(hù)都會(huì)對(duì)儀表伴熱系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)整改，但是效果均不理想，冬季仍會(huì)發(fā)生多次伴熱系統(tǒng)故障，對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。針對(duì)伴熱系統(tǒng)曾出現(xiàn)的多種故障，決定先對(duì)1號(hào)機(jī)組儀表伴熱系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，進(jìn)一步完善儀表伴熱控制系統(tǒng)以及取樣管路系統(tǒng)外保溫，同時(shí)敷設(shè)儀表取樣管路備用伴熱帶，并對(duì)伴熱系統(tǒng)控制回路進(jìn)行優(yōu)化。方案實(shí)施后，將提高1號(hào)機(jī)組儀表測(cè)量回路伴熱系統(tǒng)的熱效率，提高重要檢測(cè)儀表工作的可靠性、準(zhǔn)確性，確保機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

2.1 伴熱電源改造

單元機(jī)組儀表伴熱電源設(shè)計(jì)為：在熱控電子間設(shè)立單元機(jī)組儀表伴熱總電源柜，進(jìn)線電源采用2路交流220 V，互為冗余設(shè)置。伴熱電源柜內(nèi)分設(shè)多個(gè)空開，每個(gè)空開分別控制1個(gè)就地儀表保溫柜，每個(gè)就地儀表保溫柜內(nèi)設(shè)計(jì)1個(gè)柜內(nèi)伴熱總電源空開，總空開出線再分出多個(gè)獨(dú)立分空開，每個(gè)分空開對(duì)應(yīng)1根伴熱電纜。改造的主要工作是：

（1）確保每個(gè)保溫柜伴熱電源直接從熱控電子間儀表伴熱總電源柜引出，取消原來(lái)部分保溫柜伴熱電源引自附近保溫柜，甚至是保溫柜電源取自附近檢修電源箱的不規(guī)范做法。

（2）重新計(jì)算和設(shè)計(jì)各個(gè)電源空開的規(guī)格，電子間儀表伴熱總電源柜內(nèi)空開規(guī)格統(tǒng)一為50 A，就地保溫柜總電源空開規(guī)格統(tǒng)一換型為40 A，柜內(nèi)分空開規(guī)格統(tǒng)一設(shè)計(jì)為30 A。就地儀表柜內(nèi)伴熱電源空開全部重新設(shè)計(jì)更換，解決以前空開過(guò)少、空開規(guī)格過(guò)小的不利影響。

2.2 伴熱帶換型改造

本次改造把溫控器控制的恒溫電伴熱帶和部分橡膠伴熱帶全部換型為自控溫電伴熱帶（中溫型65~115℃），自控溫電伴熱系統(tǒng)的工作主要通過(guò)自控溫電伴熱電纜來(lái)完成，這種電伴熱帶的發(fā)熱量與自身溫度成反比，可以使伴熱管線上的每一個(gè)點(diǎn)隨著周圍溫度變化而改變發(fā)熱量。溫度升高時(shí)，電伴熱可以自動(dòng)降低發(fā)熱量，溫度降低時(shí)電伴熱自動(dòng)提高發(fā)熱量。這種自控性可以隨時(shí)補(bǔ)償溫度變化，避免電伴熱帶過(guò)熱或發(fā)冷，而且發(fā)熱均勻，控溫準(zhǔn)確，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，效率高，能大大降低能耗，施工方便簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。

2.2.1 自控溫電伴熱帶工作原理

自控溫電伴熱線由導(dǎo)電塑料和2根平行母線加絕緣層、金屬屏蔽網(wǎng)、防腐外套構(gòu)成，其中由塑料加導(dǎo)電碳粒經(jīng)特殊加工而成的導(dǎo)電塑料是發(fā)熱主要部件。當(dāng)供電母線通電時(shí)，碳粒就在2條供電母線之間形成電路并產(chǎn)生熱量。對(duì)于每根電伴熱帶來(lái)說(shuō)，并行母線之間導(dǎo)電通路的數(shù)量隨溫度的變化而波動(dòng)。當(dāng)電伴熱帶周圍的溫度降低時(shí)，導(dǎo)電塑料產(chǎn)生微分子的收縮使電阻減小，從而使碳粒連接形成通電電路，使電伴熱帶發(fā)熱。當(dāng)溫度升高時(shí)，導(dǎo)電塑料發(fā)生微分子膨脹，碳粒逐漸分開，引起通電電路中斷，使電阻增大，電伴熱帶自動(dòng)減少功率輸出，發(fā)熱量降低。當(dāng)周圍的溫度降低時(shí)，導(dǎo)電塑料又恢復(fù)到微分子收縮狀態(tài)，碳料相應(yīng)連接成電路，電伴熱帶發(fā)熱功率又自動(dòng)上升。由于整個(gè)溫度控制過(guò)程是由材料本身自動(dòng)調(diào)節(jié)完成的，控制溫度不會(huì)過(guò)高也不會(huì)過(guò)低，因此具有其他伴熱電纜所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)引起溫度過(guò)高而損傷電伴熱帶和電纜本身。運(yùn)行成本降低，自限溫電伴熱帶接近所需達(dá)到的溫度時(shí)，功率會(huì)降低，管道無(wú)論何時(shí)何處需要熱量，電伴熱帶均可自動(dòng)提供。

2.2.2 自控溫電伴熱帶安裝工藝要求

在本次儀表伴熱系統(tǒng)改造中，伴熱帶更換嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的安裝工藝，具體如下：

（1）按照系統(tǒng)測(cè)量回路的要求合理配置不同規(guī)格長(zhǎng)度的伴熱帶，電伴熱帶的表面不能有劃傷、裂痕，并在安裝前后都要檢測(cè)伴熱電纜的電阻值，必須符合額定的電阻值范圍。安裝后必須通電檢查發(fā)熱情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換，確保沒(méi)有問(wèn)題才能進(jìn)行下一步的保溫敷設(shè)工作。

（2）伴熱電纜在安裝前，應(yīng)檢查管道是否有損壞或滴漏，另外發(fā)熱電纜在管道上的連接固定必須以不破壞纜線為前提，電伴熱帶應(yīng)緊貼被加熱體以提高熱效率，每個(gè)測(cè)量回路電伴熱帶的敷設(shè)必須延伸到一次門前測(cè)量管路。

（3）放置發(fā)熱電纜時(shí)不能有死結(jié)、死彎現(xiàn)象，穿洞、穿管時(shí)不能損傷電伴熱線的外皮。發(fā)熱電纜不能放置在管道較鋒利的邊緣，嚴(yán)禁踩踏發(fā)熱電纜，電伴熱電纜的彎曲半徑不得小于6倍的伴熱帶外徑，且不能出現(xiàn)交叉接觸和重疊現(xiàn)象。

（4）沿水平管道平行敷設(shè)的電伴熱帶一般安裝在管道下方，且與管道橫截面的水平軸線呈45°，用2根電伴熱帶要對(duì)稱敷設(shè)；對(duì)橫向管道進(jìn)行平行敷設(shè)時(shí)，應(yīng)保證電伴熱帶緊貼在管道的底部，這樣在工作時(shí)才能更有效地傳遞熱量，減少熱損失。

（5）所有電伴熱帶必須能夠直接貼在儀表管壁石棉布上敷設(shè)，并用綁扎帶固定在保溫網(wǎng)上，同時(shí)控制好電伴熱帶的鋪設(shè)間距。

2.3 儀表取樣管路保溫系統(tǒng)重新敷設(shè)

儀表取樣管路保溫是指將儀表取樣管路用保溫材料纏繞，以使介質(zhì)與大氣絕熱。儀表測(cè)量管路保溫要求：測(cè)量管路先包裹石棉布，石棉布上再敷設(shè)電伴熱帶（固定用鋁扎絲），然后再敷設(shè)一層保溫硅酸鋁棉被或保溫棉管，應(yīng)避免包纏不嚴(yán)，最后在外層采用厚度為0.5 mm的鋁合金皮進(jìn)行防護(hù)。

（1）所有使用的保溫材料必須干燥，質(zhì)量和厚度必須得到切實(shí)保障。保溫層應(yīng)做緊做實(shí)，嚴(yán)格杜絕保溫層中存在空洞現(xiàn)象，塊與塊之間相互連接緊密，無(wú)漏風(fēng)、漏管路現(xiàn)象，保溫層厚度不小于20 mm，北側(cè)和風(fēng)口處位置儀表管道保溫層厚度一般采用30 mm。各系統(tǒng)測(cè)量回路的一次門前及閥門的保溫必須嚴(yán)密，電伴熱帶也應(yīng)延伸到此，以確保電伴熱效率。

（2）保溫材料安裝后，須盡快包纏防水層，以防伴熱帶淋雨受潮，否則將大大影響保溫性能，也會(huì)影響到整個(gè)電伴熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。儀表管路外保溫恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)注意，使用電動(dòng)工具時(shí)防止電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭損壞伴熱帶。

（3）安裝外保護(hù)鋁合金皮時(shí)可以在無(wú)伴熱帶側(cè)固定，以防止固定螺絲破壞電伴熱帶的絕緣層，鋁合金皮的固定不宜過(guò)緊或過(guò)松，應(yīng)以緊貼主保溫層為度。儀表箱測(cè)量管路伴熱帶敷設(shè)及完成檢測(cè)試驗(yàn)工作后應(yīng)及時(shí)恢復(fù)外保溫，防止保溫棉淋雨受潮。

2.4 保溫柜伴熱控制回路改造

（1）取消溫控器并增設(shè)伴熱帶單獨(dú)控制空開。由于伴熱帶改為自限溫電伴熱帶，故取消溫控器回路，增加控制柜面板每根自限溫伴熱帶溫度實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。

取消原先1個(gè)空開下接入多根伴熱帶負(fù)載的控制方式，采用每根伴熱帶對(duì)應(yīng)1個(gè)空開，保證任何1個(gè)伴熱帶故障都不會(huì)影響其他伴熱帶的正常運(yùn)行。原理是：根據(jù)伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和伴熱帶的長(zhǎng)度計(jì)算出每個(gè)空開的大概功率，保證每個(gè)空開都能滿足每根伴熱帶的使用，當(dāng)發(fā)生伴熱帶短路等故障時(shí)相應(yīng)分空開直接保護(hù)跳閘，不會(huì)出現(xiàn)1根伴熱帶發(fā)生短路故障時(shí)引起就地儀表伴熱柜總空開或者電子間總伴熱柜相應(yīng)空開跳閘。

（2）增設(shè)備用伴熱帶，保證每根儀表取樣管路都有主備2路伴熱帶到達(dá)。備用伴熱帶同步施工、同步驗(yàn)收，同樣采用分空開控制，正常情況下投入主伴熱帶即可，當(dāng)主伴熱帶故障時(shí)直接投運(yùn)備用伴熱帶，方便快捷。在極寒天氣時(shí)可同時(shí)投用主備2路伴熱帶，以避免惡劣天氣影響機(jī)組重要參數(shù)的監(jiān)視和運(yùn)行。

（3）就地儀表保溫柜伴熱監(jiān)視模塊升級(jí)，并預(yù)留通信方式接入DCS（分散控制系統(tǒng)）功能。原就地儀表保溫柜柜液晶監(jiān)視面板只顯示柜內(nèi)溫度，不能顯示每個(gè)伴熱帶的溫度，本次改造升級(jí)監(jiān)視模塊，確保每根伴熱帶溫度實(shí)時(shí)循環(huán)顯示，從而方便伴熱巡查，減輕了巡查工作量，同時(shí)避免每次伴熱巡查時(shí)因需要用手觸摸伴熱帶，造成巡查人員燙傷，此次升級(jí)改造極大地改善了巡查人員的工作環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

本次儀表伴熱系統(tǒng)改造施工工期為2016年5月4日—2016年6月10日，改造結(jié)束后根據(jù)天氣變化，系統(tǒng)于2016年11月23日投入使用，安全度過(guò)了1個(gè)冬季，改造取得了預(yù)期效果。

設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)需要每日檢查伴熱總電源柜各開關(guān)是否正常，是否有跳閘現(xiàn)象，如出現(xiàn)回路故障，及時(shí)匯報(bào)并檢查處理，并做好完整的維修記錄。同時(shí)，定期對(duì)就地儀表保溫柜進(jìn)行巡查，看變送器接頭等是否有滴水現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，防止滴水造成伴熱系統(tǒng)短路等故障。

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