M701F4型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組基建熱控可靠性優(yōu)化

江蘇國(guó)信淮安第二燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司 吉 杰

引言

某燃?xì)怆姀S建設(shè)有兩套M701F4型分軸燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，機(jī)組于2015年底開(kāi)工建設(shè)，在主輔設(shè)備招標(biāo)過(guò)程中吸收了燃煤機(jī)組及燃?xì)鈾C(jī)組的系統(tǒng)及設(shè)備優(yōu)化改造經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)技術(shù)人員多方調(diào)研同類機(jī)組在基建和運(yùn)行中發(fā)生的問(wèn)題并進(jìn)行了匯總，逐一對(duì)照進(jìn)行排查避免相似問(wèn)題重復(fù)發(fā)生。

在成套設(shè)備安裝的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)多處系統(tǒng)設(shè)備邏輯及控制回路的設(shè)計(jì)違反了“二十五項(xiàng)反措”及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，技術(shù)人員在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下提出了優(yōu)化方案。下面對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患進(jìn)行簡(jiǎn)述并提出優(yōu)化措施。

1 調(diào)壓站ESD緊急關(guān)斷閥電源回路優(yōu)化

1.1 調(diào)壓站系統(tǒng)概述及ESD緊急關(guān)斷閥的安全設(shè)置要求

燃?xì)怆姀S天然氣調(diào)壓站有入口單元、計(jì)量單元、分離單元、過(guò)濾單元、冷凝儲(chǔ)罐單元、加熱單元、調(diào)壓?jiǎn)卧炔糠纸M成，進(jìn)入電廠的管道天然氣進(jìn)行分離、過(guò)濾、加熱、調(diào)壓等處理。在廠外管道末站和入口單元之間配置有一只天然氣緊急關(guān)斷閥（Emergency Shutdown Device），簡(jiǎn)稱為ESD緊急關(guān)斷閥。

ESD緊急關(guān)斷閥在燃?xì)怆姀S發(fā)生天然氣大量泄漏、火災(zāi)或其他緊急事件時(shí)，可快速切斷末站對(duì)電廠的天然氣供應(yīng)，保證電廠的安全。由于ESD緊急關(guān)斷閥是隔絕末站與電廠的天然氣傳輸唯一遠(yuǎn)操關(guān)斷閥，如果ESD緊急關(guān)斷閥誤動(dòng)將引起全廠運(yùn)行機(jī)組的“非停”，因此該閥門(mén)設(shè)置的安全性應(yīng)該是全廠最高級(jí)別的。

總結(jié)已投運(yùn)機(jī)組ESD緊急關(guān)斷閥發(fā)生過(guò)的異常及行業(yè)規(guī)范的安全設(shè)置要求，在調(diào)壓站設(shè)備采購(gòu)中技術(shù)人員簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)嚴(yán)格設(shè)定ESD閥的規(guī)范要求。

a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)閉時(shí)間小于3秒。

c.為避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀用氣源失氣，導(dǎo)致ESD閥異常關(guān)閉，配置儀用氣儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐出口用雙路管道供氣。

d.儀用氣管路進(jìn)行伴熱和保溫，避免極寒天氣由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的儀用氣管路出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，導(dǎo)致ESD閥異常動(dòng)作。

e.ESD緊急關(guān)斷閥設(shè)置遠(yuǎn)傳信號(hào)，傳輸閥門(mén)的狀態(tài)信號(hào)至集控室DCS。當(dāng)出現(xiàn)重大事故時(shí)，由DCS系統(tǒng)發(fā)出緊急關(guān)閉指令或在控制室操作事故按鈕，立即關(guān)閉ESD緊急關(guān)斷閥。

1.2 ESD閥冗余電磁閥配置氣路控制原理分析

ESD緊急關(guān)斷閥具有遠(yuǎn)方開(kāi)啟、關(guān)閉功能，如圖1所示。當(dāng)遠(yuǎn)方開(kāi)啟指令發(fā)出時(shí)，主路電磁閥與旁路電磁閥同時(shí)帶電，儀用氣源通過(guò)減壓過(guò)濾閥后，通過(guò)兩位五通的電磁閥工作位置、切換閥的自動(dòng)工作位置進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟。

當(dāng)遠(yuǎn)方關(guān)閉指令發(fā)出時(shí)，主路電磁閥與旁路電磁閥同時(shí)失電，電磁閥處于非工作位置，將氣路中的儀用氣排出?？焖倥欧砰y由于氣路與氣缸存在的壓力差動(dòng)作，將氣缸氣體排出，活塞帶動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。

當(dāng)主路電磁閥故障時(shí)，故障狀態(tài)有可能電磁閥由于某種原因失電或者是帶電時(shí)無(wú)法切換工作狀態(tài)，此時(shí)旁路電磁閥起到備用作用，儀用氣通過(guò)旁路電磁閥和切換閥進(jìn)入氣缸。當(dāng)旁路電磁閥故障時(shí)，主路電磁閥起到同樣的備用作用。所以氣路中配置兩個(gè)電磁閥，起到冗余作用。

工科院?？茖W(xué)規(guī)范、周密細(xì)致、合理可行的培訓(xùn)方案是新教師培訓(xùn)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的直接誘因。工科院校的培訓(xùn)方案有必要向新教師廣泛宣傳，讓新教師理解、認(rèn)同、接納，以增強(qiáng)這一直接誘因的強(qiáng)度。

當(dāng)主路電磁閥與旁路電磁閥同時(shí)故障或失效時(shí)，可將切換閥切換至手動(dòng)位置，開(kāi)啟手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥，將儀用氣源通過(guò)旁路直接進(jìn)入氣缸，使得閥門(mén)開(kāi)啟。此種手段作為后備應(yīng)急手段，可緊急將閥門(mén)開(kāi)啟。

圖1 ESD緊急關(guān)斷閥冗余電磁閥配置氣路圖

1.3 ESD緊急關(guān)斷閥電源回路安全可靠性及優(yōu)化措施

調(diào)壓站廠家提供ESD緊急關(guān)斷閥的控制原理圖如圖2所示。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)：DCS系統(tǒng)發(fā)出“DCS打開(kāi)入口ESD閥”開(kāi)啟指令，繼電器9KA1、9KA2同時(shí)吸合，繼電器輔助接點(diǎn)9KA1-21、24和9KA2-21、24閉合，主路電磁閥和旁路電磁閥同時(shí)帶電，氣源進(jìn)入氣缸，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟，同時(shí)9KA1-11、14和9KA2-11、14將閥門(mén)開(kāi)啟指令保持。

閥門(mén)關(guān)閉時(shí)：DCS系統(tǒng)發(fā)出“DCS關(guān)閉入口ESD閥”指令，繼電器9KA1、9KA2同時(shí)失電，9KA1-21、24和9KA2-21、24斷開(kāi)，主路電磁閥和旁路電磁同時(shí)失電，氣缸氣源放氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。

閥門(mén)緊急關(guān)閉時(shí)：集控室操作臺(tái)設(shè)置急停雙跳閘按鈕9PB2，同時(shí)按下使9KA3繼電器得電，9KA3常閉輔助接點(diǎn)11、12斷開(kāi)，兩路電磁閥9KA1、9KA2同時(shí)失電，閥門(mén)關(guān)閉；就地控制盤(pán)急停按鈕9PB1，按下使電磁閥9KA1、9KA2同時(shí)失電，閥門(mén)關(guān)閉。

圖2 ESD緊急關(guān)斷閥控制原理圖

通過(guò)對(duì)電源回路圖的分析發(fā)現(xiàn)了多處設(shè)計(jì)隱患，針對(duì)這些隱患采取了優(yōu)化措施。

1.3.1 增加一路DC24V開(kāi)關(guān)電源

電磁閥控制電源回路內(nèi)，只有一個(gè)DC24V開(kāi)關(guān)電源，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源故障時(shí)，電磁閥會(huì)失電。

通過(guò)圖2分析，DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程開(kāi)啟指令通過(guò)繼電器9KA1、9KA2同時(shí)吸合，主路電磁閥和旁路電磁閥同時(shí)帶電，閥門(mén)打開(kāi)。由于DCS系統(tǒng)和閥門(mén)控制回路距離較遠(yuǎn)，該回路采用了多個(gè)繼電器、按鈕等電器元件的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)控制回路9-001到9-004中任何因斷線或繼電器故障都將導(dǎo)致開(kāi)啟指令失去時(shí)，兩路電磁閥雖然冗余配置但是由于控制回路只有一路易引起閥門(mén)誤動(dòng)。

1.3.2 修改控制回路

圖3 優(yōu)化后的ESD緊急關(guān)斷閥控制原理圖

在DCS系統(tǒng)中增加一路關(guān)閉指令，將原有的開(kāi)啟繼電器9KA1、9KA2回路分開(kāi)并聯(lián)，形成回路冗余配置，9KA1、9KA2只要有一路回路工作正常閥門(mén)可以正確動(dòng)作，見(jiàn)圖3。優(yōu)化后在控制回路電磁閥、電源、控制回路都實(shí)現(xiàn)了冗余，可以確保ESD緊急關(guān)斷閥的正確動(dòng)作。

2 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)差壓高快減負(fù)荷邏輯優(yōu)化

2.1 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)概述

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)是對(duì)進(jìn)入燃機(jī)的空氣進(jìn)行過(guò)濾，濾掉其中的雜質(zhì)，確保機(jī)組高效可靠地運(yùn)行。進(jìn)氣壓力損失對(duì)機(jī)組的效率及出力影響較大，粗略計(jì)算進(jìn)氣壓力損失（壓降）每增加1Kpa,燃機(jī)出力降下降1.54%，熱耗增加0.56%,排氣溫度增加1.7℃。因此進(jìn)氣壓力的測(cè)量是燃機(jī)性能的主要監(jiān)測(cè)和保護(hù)項(xiàng)目。

2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)壓差監(jiān)視及系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置分析

進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)置了多個(gè)壓力和壓差測(cè)量元件，包括初濾壓差（MBL01CP501），用于檢測(cè)進(jìn)氣過(guò)濾器初濾前后差壓，測(cè)量值超過(guò)設(shè)定值控制系統(tǒng)發(fā)出“初率濾壓差高報(bào)警”；精濾壓差（MBL01CP502），用于檢測(cè)進(jìn)氣過(guò)濾器精濾前后的差壓，測(cè)量值超過(guò)設(shè)定值燃機(jī)TCS控制系統(tǒng)發(fā)出“精率濾壓差高報(bào)警”；這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)都是用于運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)粗濾、精濾過(guò)濾器的性能做出運(yùn)行判斷。

系統(tǒng)還設(shè)置了進(jìn)氣道壓差變送器（MBL01CP 504），用于檢測(cè)進(jìn)氣過(guò)濾器精濾后壓力與大氣的差壓，當(dāng)測(cè)量值超過(guò)設(shè)定值(2.06KPA)，觸發(fā)控制邏輯信號(hào)快減負(fù)荷邏輯，機(jī)組快速減負(fù)荷來(lái)維持差壓。

進(jìn)氣系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置三只進(jìn)氣道壓差開(kāi)關(guān)（MBL 01CP601、602、603）,當(dāng)三個(gè)壓力開(kāi)關(guān)的測(cè)量值有兩個(gè)開(kāi)關(guān)的測(cè)量值大于開(kāi)關(guān)設(shè)點(diǎn)值＞2.25Kpa，則觸發(fā)控制邏輯燃機(jī)“進(jìn)氣濾腔室差壓高”保護(hù)，燃機(jī)跳閘。

2.3 進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)壓差系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置可靠性分析及優(yōu)化措施

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)分析，進(jìn)氣道壓差高保護(hù)跳閘通過(guò)三只差壓開(kāi)關(guān)采用了三取二的保護(hù)邏輯，該保護(hù)方案的設(shè)計(jì)從取樣點(diǎn)到保護(hù)元件的設(shè)計(jì)及保護(hù)邏輯都符合《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》的要求。而進(jìn)氣道壓差變送器測(cè)量值作為運(yùn)行值班人員監(jiān)控的主要參數(shù)，采用了差壓變送器測(cè)量并送監(jiān)控畫(huà)面顯示，但是該測(cè)量值同時(shí)還作為機(jī)組在并網(wǎng)后高負(fù)荷段進(jìn)氣系統(tǒng)差壓高快減負(fù)荷邏輯的觸發(fā)條件。這個(gè)測(cè)點(diǎn)的異常，運(yùn)行人員將失去對(duì)進(jìn)氣道壓差測(cè)量監(jiān)視參考。而快減負(fù)荷的邏輯觸發(fā)條件采用單點(diǎn)保護(hù)違反了“二十五項(xiàng)反措”關(guān)于“主要保護(hù)信號(hào)，應(yīng)滿足采用三個(gè)互相獨(dú)立的一次測(cè)量元件和輸出通道，并通過(guò)三選二邏輯實(shí)現(xiàn)”的要求。

2.3.1 優(yōu)化措施

MBL01CP504差壓變送器相同位置增加兩個(gè)變送器MBL01CP505、MBL01CP506，將其測(cè)量值全部在畫(huà)面顯示作為運(yùn)行人員監(jiān)控依據(jù)，同時(shí)加入SOE點(diǎn)作為歷史事故追憶，見(jiàn)圖4。

對(duì)進(jìn)氣道壓差測(cè)量變送器MBL01CP504、MBL01CP505、MBL01CP506模擬量與定值2.03Kpa比較后三選二作為快減負(fù)荷的邏輯判斷條件。

圖4 燃機(jī)進(jìn)氣壓差測(cè)量圖

3 燃機(jī)跳閘油電磁閥控制優(yōu)化

3.1 燃機(jī)跳閘油系統(tǒng)概述

圖5 燃機(jī)跳閘油電磁閥現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

M701F4分軸燃機(jī)的跳閘油與潤(rùn)滑油都取自燃機(jī)潤(rùn)滑油箱，伺服閥的控制油來(lái)自于燃機(jī)的EH油箱。為了防止機(jī)組運(yùn)行中因部分設(shè)備工作失常而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，在跳閘油回油管道安裝有跳閘油電磁閥，電磁閥接收控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的掛閘或者跳閘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)跳閘油的建立和釋放的功能，以達(dá)到機(jī)組的掛閘和停機(jī)的目的。在機(jī)組需要緊急停機(jī)時(shí)，電磁閥動(dòng)作泄掉跳閘油，所有的關(guān)斷閥、伺服閥、控制閥因?yàn)槭チ颂l油而關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

為了防止機(jī)組運(yùn)行中因部分設(shè)備工作失常而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，在跳閘油回油管道安裝有跳閘油電磁閥，電磁閥接收控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的掛閘或者跳閘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)跳閘油的建立和釋放的功能，以達(dá)到機(jī)組的掛閘和停機(jī)的目的。在機(jī)組需要緊急停機(jī)時(shí)，電磁閥動(dòng)作泄掉跳閘油，所有的關(guān)斷閥、伺服閥、控制閥因?yàn)槭チ颂l油而關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

3.2 燃機(jī)跳閘油保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

跳閘油回油管路配了一只常帶電電磁閥（MBV04AA011），從圖5可以看到，在燃機(jī)天燃?xì)釬G閥站間設(shè)置了跳閘油電磁閥，電磁閥采用美國(guó)ASCO110V直流電磁閥，從電磁閥本身及三菱廠商的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),該電磁閥自身的可靠性還是比較穩(wěn)定的。

但是從煤機(jī)同類系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，跳閘油回油管路配一只跳閘電磁閥還是出現(xiàn)了相當(dāng)多的誤動(dòng)事故，因此都進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。為了提高跳閘系統(tǒng)的可靠性，重新設(shè)置了跳閘模塊，跳閘模塊設(shè)置4個(gè)相同的電磁閥，采用串、并聯(lián)混合布置。分為兩個(gè)通道，在機(jī)組跳閘信號(hào)發(fā)出，每個(gè)通道至少有一個(gè)跳閘閥打開(kāi)，才能導(dǎo)致停機(jī)。這樣可以避免運(yùn)行中損壞或異常失電跳閘，同時(shí)還可以避免在閥門(mén)芯卡澀的拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 燃機(jī)安全油保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化措施

燃機(jī)安全油系統(tǒng)的優(yōu)化由于涉及到燃機(jī)控制系統(tǒng)的邏輯修改，在優(yōu)化溝通過(guò)程中雖然技術(shù)人員拿出了國(guó)家能源局的條文和行業(yè)規(guī)范要求廠家進(jìn)行修改，多次交涉但是外方始終堅(jiān)持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定沒(méi)有出現(xiàn)該電磁閥異常報(bào)告，不落實(shí)整改要求。主設(shè)備供貨廠家東方汽輪機(jī)公司由于沒(méi)有對(duì)控制邏輯修改的權(quán)限，技術(shù)人員只有根據(jù)現(xiàn)有的控制接線圖在不改變控制邏輯的情況下來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

3.3.1 優(yōu)化措施

從圖5可以看出，需定制四取二的跳閘油跳閘模塊，增加MBV04AA012、MBV04AA013、MBV0 4AA014三個(gè)電磁閥，從連接法蘭處直接更換跳閘模塊，可以保證硬件的冗余可靠。對(duì)于四取二的安全油跳閘電磁閥進(jìn)行分組控制，MBV04AA011、MBV04AA012為一組采用系統(tǒng)中原有TRP SVR QG G1繼電器控制，MBV04AA011、MBV04AA0 12為一組采用增加TRP SVRQG G2繼電器來(lái)控制，達(dá)到控制元件分散的功能，保證了控制回路的安全可靠。

采用邏輯系統(tǒng)中原有輸出繼電器的備用點(diǎn)輸出接點(diǎn)及系統(tǒng)TCS輸出分列增加一只繼電器輸出，達(dá)到在邏輯不修改的情況下增加了系統(tǒng)的冗余性。

該方案的提出，通過(guò)與東方汽輪機(jī)廠了解在國(guó)內(nèi)分軸燃機(jī)優(yōu)化尚屬首次，方案存在需要訂制專用跳閘油模塊及跳閘油保護(hù)回路接線修改，還有方案的完整性及可靠性還需要評(píng)審，現(xiàn)只是作為參考方案逐步整改完善。