高壓汽包水位調(diào)節(jié)邏輯優(yōu)化分析

中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司 馬增超 辛純君 王海光

1 背景介紹

珠海某天然氣發(fā)電有限公司一期項目為兩套M701F4型雙軸三壓一拖一聯(lián)合循環(huán)供熱機組，其單套機組額定裝機容量為460MW。余熱鍋爐的高壓給水系統(tǒng)水位調(diào)節(jié)采用兩臺高壓給水泵完成，并采用一拖二變頻控制和高壓給水管道的主路100%氣動調(diào)節(jié)門、旁路30%氣動調(diào)節(jié)門共同完成高壓汽包水位控制策略。

2 現(xiàn)狀分析

在本項目中，高壓給水主要有兩個功能：A、給高壓汽包提供給水，平衡汽包水位，防止高壓汽包水位水位異常導(dǎo)致整套機組跳閘；B、通過給水泵與調(diào)門之間的支路，向燃機“透平冷卻空氣（TCA）冷卻器”提供足量的冷卻水，進行燃機TCA調(diào)節(jié)，防止由于TCA溫度異常引起燃機跳閘，從而導(dǎo)致整套機組異常跳閘停機。

為防止高壓汽包水位調(diào)節(jié)出現(xiàn)大延遲、大慣性，該調(diào)節(jié)策略設(shè)計為變頻調(diào)節(jié)高壓給水母管壓力，同時，該壓力設(shè)定值由運行人員手動設(shè)定完成。除此之外，高壓給水主路100%氣動調(diào)節(jié)門、旁路30%氣動調(diào)節(jié)門依據(jù)單、三沖量兩種調(diào)節(jié)回路的PID調(diào)節(jié)器指令F（x）構(gòu)成的折算依據(jù)切換點來進行閥門控制。

在原始設(shè)計中，三沖量調(diào)節(jié)只考慮到了高壓給水泵的補水量，高壓汽包的蒸發(fā)量，高壓汽包的水位等因素，見圖1。因此在實際生產(chǎn)時出現(xiàn)高壓給水的100%調(diào)門及30%調(diào)門頻繁動作，高壓汽包水位頻繁波動，致使高壓系統(tǒng)三沖量頻繁投退，為安全生產(chǎn)留下了不容忽視的隱患。

經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，其主要表現(xiàn)出的問題為：（1）運行人員手動調(diào)節(jié)母管壓力過小造成 TCA 給水流量低觸發(fā)燃機跳閘；（2）設(shè)計的變頻節(jié)能降耗效果非常不理想；（3）在機組負(fù)荷變動時隨著汽包水位的波動30%和 100%調(diào)門頻繁切換動作，致使汽包水位頻繁波動，同時也使調(diào)門盤根過渡磨損引起內(nèi)漏；（4）100%調(diào)門閥芯吹蝕漏流加大啟、停機時汽包水位難以控制。

3 優(yōu)化思路及方法

3.1 調(diào)查分析故障根本性原因

針對（1）、（2）項問題合并分析認(rèn)為：變頻調(diào)節(jié)給水母管壓力設(shè)定值由運行人員手動設(shè)定為問題存在的根本所在。

高壓給水變頻調(diào)節(jié)母管壓力設(shè)定由運行人員手動設(shè)定（如圖1），存在因運行人員經(jīng)驗不足的情況，易造成運行人員誤操作嚴(yán)重威脅機組安全運行并且母管壓力設(shè)定因人而異存在著不確定性致使變頻節(jié)能目的無法保障。

經(jīng)過專業(yè)討論研究決定：高壓給水變頻調(diào)節(jié)母管壓力設(shè)定值在壓力調(diào)節(jié)回路投入自動時采用燃機負(fù)荷函數(shù) F（x）自動計算完成，即：隨著燃機功率變化母管壓力設(shè)定值也隨之變化， 運行人員只可以手動在安全范圍內(nèi)設(shè)置偏差做細(xì)微調(diào)節(jié)。這樣既能避免運行人員手動誤調(diào)整壓力帶來的機組運行風(fēng)險，又能保證變頻調(diào)節(jié)節(jié)能目標(biāo)。通過實驗獲得函數(shù)見表1。

圖1 優(yōu)化前邏輯

表1 實驗獲得函數(shù)

同時，在此項工作中新增了TCA冷卻器入口主路關(guān)斷門全開狀態(tài)，作為啟機前后母管壓力設(shè)定起始壓力轉(zhuǎn)換觸發(fā)條件，滿足燃機啟機時 TCA 進水主路閥開的壓力條件，優(yōu)化如圖2。

圖2 優(yōu)化后邏輯

針對（3）、（4）項問題，通過查看設(shè)備廠家原始控制策略說明資料并結(jié)合過去的工作經(jīng)驗和現(xiàn)在對系統(tǒng)設(shè)備特性認(rèn)識，發(fā)現(xiàn) 30%、100% 高壓給水調(diào)門調(diào)節(jié)水位的控制邏輯（圖3）不能正確滿足設(shè)備廠家對調(diào)門設(shè)計和選型的要求。

原控制邏輯策略即：當(dāng)水位調(diào)節(jié)PID輸出高于30為兩個閥門切換點，P ID調(diào)節(jié)器輸出小于30時30%調(diào)門調(diào)節(jié)水位，1 00%調(diào)門全關(guān)；大于30時30%調(diào)門關(guān)，100%調(diào)門開啟參與調(diào)節(jié)。此控制邏輯策略無法避免機組在啟、停及負(fù)荷波動期間，30%和100%調(diào)門頻繁切換動作的發(fā)生。

設(shè)備廠家對高壓給水采用30%、100%雙調(diào)門設(shè)計時是為了避免在機組啟、停及低負(fù)荷下，給水調(diào)門前后壓差過大造成閥門閥芯吹蝕，因此兩者選型耐壓差沖刷等級不同。設(shè)備廠家正確思想是當(dāng)汽機負(fù)荷小于30%情況下使用30%給水調(diào)門調(diào)節(jié)汽包水位，此時主蒸汽流量、給水流量測量還不穩(wěn)定不能投三沖量回路；汽機負(fù)荷大于30%時使用100%調(diào)門采用三沖量回路調(diào)節(jié)汽包水位。

針對以上問題，結(jié)合運行歷史數(shù)據(jù)分析研究，決定決定對高壓汽包水位30%、100%調(diào)門調(diào)節(jié)水位的控制邏輯進行修改：（1）取消30%給水調(diào)門三沖量調(diào)節(jié)功能回路，它只在機組啟、停及低負(fù)荷小于 30%期間（汽機負(fù)荷）進行單沖量調(diào)節(jié)汽包水位，此時100%給水調(diào)門全關(guān)；（2）取消100%給水調(diào)門單沖量調(diào)節(jié)功能回路，100%給水調(diào)門只在機組中高負(fù)荷下進行三沖量調(diào)節(jié)。邏輯優(yōu)化如圖4。

3.2 高壓給水變頻調(diào)節(jié)控制邏輯改造優(yōu)化特殊要求

鑒于三菱F4燃?xì)廨啓C組TCA采用高壓給水冷卻需要，且TCA對冷卻水壓力、流量不同時段的要求及給水調(diào)門在最佳開度下，在對高壓給水母管壓力函數(shù)設(shè)定過程中尤其要兼顧。應(yīng)采用不同負(fù)荷下試驗方式獲得,逐步優(yōu)化參數(shù)兼顧安全與節(jié)能。

3.3 運行測試

在隨后進行的運行測試過程中，觀察到汽包水位控制平穩(wěn)，調(diào)門調(diào)節(jié)、切換正常，達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖3 優(yōu)化前邏輯

圖4 優(yōu)化后邏輯

4 實際效果

控制邏輯改造優(yōu)化后，設(shè)備可靠連續(xù)運行，期間經(jīng)歷了：變頻器故障工頻泵聯(lián)啟給水泵工頻運行；主蒸汽流量測點異常品質(zhì)造成100%調(diào)門自動調(diào)節(jié)切至手動等設(shè)備異常的考驗。經(jīng)過三個多月機組啟、停和滿負(fù)荷運行觀察正式確認(rèn)高壓給水變頻調(diào)節(jié)控制邏輯改造優(yōu)化成功。

本項目高壓給水泵采用工頻泵運行時電機的電流為210A/6KV/h ，沒有優(yōu)化采用運行人員手動調(diào)節(jié)母管壓力設(shè)定平均也要160A/6KV/h，優(yōu)化后給水泵變頻運行時隨著負(fù)荷變化而變化在96—130A/6KV/h調(diào)節(jié)變化。節(jié)省電能損耗的同時也降低了設(shè)備磨損減少了維護成本，到了預(yù)期優(yōu)化效果。