從除氧器水位波動(dòng)引發(fā)的思考

楊偉俊

摘 要：在安全生產(chǎn)要求不斷提升的今天，針對(duì)揚(yáng)州發(fā)電有限公司2×330MW機(jī)組凝泵變頻改造后，除氧器水位波動(dòng)的典型案例，分析了除氧器水位波動(dòng)的原因及解決方案，給出對(duì)今后類似情況處理的建議。

關(guān)鍵詞：330MW機(jī)組;除氧器;水位波動(dòng);自動(dòng)控制;凝泵變頻

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.166

1 設(shè)備概況

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司6、7號(hào)機(jī)組單機(jī)容量330MW。鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1036/18.2～Ⅱ4型，亞臨界壓力，一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量1036t/h。汽機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N330-16.67/538/538，給水系統(tǒng)配置2×50%容量的汽動(dòng)給水泵（以下簡(jiǎn)稱汽泵）和1×50%容量電動(dòng)給水泵（以下簡(jiǎn)稱電泵）。凝結(jié)水系統(tǒng)配備2臺(tái)100%容量的凝結(jié)水泵（以下簡(jiǎn)稱凝泵），額定流量864m3/h，揚(yáng)程306mH2O，轉(zhuǎn)速1480r/min，配用1120kW的異步電動(dòng)機(jī)，閥門調(diào)節(jié)，后增設(shè)ASD6000T高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)20～50Hz無級(jí)調(diào)速，功耗隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化。汽包容積52m3，正常水位0mm，低Ⅰ值-50mm，高Ⅰ值+50mm。除氧器容積150m3，正常水位2000mm～2200mm，低Ⅰ值1850mm，高Ⅰ值2350mm。凝汽器熱井容積50m3，正常水位480mm～520mm，低Ⅰ值450mm，高Ⅰ值550mm。

2 現(xiàn)象描述

某日晚21時(shí)20分左右，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)2號(hào)汽泵前置泵軸承溫度持續(xù)上升，直逼保護(hù)動(dòng)作值。于21時(shí)23分緊急啟電泵，調(diào)2號(hào)汽泵為電泵運(yùn)行，其間汽包水位略有波動(dòng)，除氧器水位基本平穩(wěn)。21時(shí)26分用于控制除氧器水位的凝泵變頻自動(dòng)突然跳為手動(dòng)，因當(dāng)時(shí)處理的焦點(diǎn)集中于汽包水位和調(diào)泵上，未能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，調(diào)泵結(jié)束且汽包水位平穩(wěn)后發(fā)現(xiàn)除氧器水位高，立即處理，于21時(shí)40分恢復(fù)正常，其間水位最高到達(dá)2350mm。

3 原因分析

機(jī)組自凝泵變頻投運(yùn)后，正常情況下，凝泵變頻投自動(dòng)，控制除氧器水位，除氧器上水調(diào)整門投手動(dòng)，人工控制凝泵出口壓力在2.0MPa左右。

經(jīng)歷史曲線查詢，發(fā)現(xiàn)在除氧器水位基本平穩(wěn)的狀況下，凝泵變頻自動(dòng)的指令有過2次大幅度晃動(dòng)，最終導(dǎo)致凝泵變頻自動(dòng)突然切出，除氧器水位失去自動(dòng)控制。

下圖為歷史曲線，展示了從21時(shí)24分開始，3分鐘內(nèi)與之有關(guān)的參數(shù)變化。橫坐標(biāo)為時(shí)間，共6格，每格30秒，縱坐標(biāo)為各參數(shù)數(shù)值，共10格，每格1/10。各參數(shù)及含義如下表所示。

為了便于觀察和比較，歷史曲線分為上、中、下、底，4個(gè)部分。上部2條曲線為凝泵變頻指令和反饋，中部3條曲線為除氧器水位設(shè)定值、反饋值和除氧器上水門開度，下部4條曲線為總給水流量、除氧器上水流量、凝泵出口流量和凝泵出口壓力，底部1條曲線為凝泵再循環(huán)門開度。

（1）非決定因素。從21時(shí)24分開始，到凝泵自動(dòng)突然切出的3分鐘內(nèi)，除氧器上水門，凝泵再循環(huán)門始終沒有動(dòng)，可見這2個(gè)參數(shù)不是影響凝泵自動(dòng)的主要原因。從21時(shí)24分0秒開始，到21時(shí)26分6秒凝泵自動(dòng)跳為手動(dòng)前，除氧器水位在2130mm左右，上下波動(dòng)不超過25mm，在正常范圍之內(nèi)，所以除氧器水位也不是響凝泵自動(dòng)的主要原因。

（2）凝泵變頻自動(dòng)突然切出的原因。21時(shí)26分6秒凝泵變頻自動(dòng)跳為手動(dòng)，變化最大的2個(gè)參數(shù)是凝泵變頻指令和總給水流量。根據(jù)DCS習(xí)慣做法，當(dāng)指令與反饋偏差大時(shí)自動(dòng)跳為手動(dòng)，而此時(shí)指令為89%，反饋為71%，兩者相差18%，自動(dòng)跳為手動(dòng)。

（3）為什么凝泵變頻指令會(huì)如此大地變化？假設(shè)凝泵變頻自動(dòng)和凝結(jié)水用戶有關(guān)，那么現(xiàn)象應(yīng)該是，當(dāng)凝結(jié)水用戶的流量突然增加時(shí)，凝泵出口流量增加，除氧器上水流量減少或者不變，兩者之差變大，凝泵出口壓力下降。而實(shí)際情況并不是如此，上圖中的黃線與綠線自始至終基本重合，說明凝結(jié)水用戶流量并未明顯變化。

仔細(xì)觀察圖形，發(fā)現(xiàn)凝泵變頻指令的變化趨勢(shì)和總給水量的變化趨勢(shì)有很大相似之處，除氧器上水流量明顯有緊跟總給水流量的意圖。由此可見，凝泵變頻指令也和總給水流量有關(guān)，即和除氧器出水流量有關(guān)，凝泵變頻對(duì)除氧器水位控制是二沖量的。

所以，凝泵變頻指令如此大地變化是因?yàn)榭偨o水流量變化引起的。

（4）凝泵對(duì)除氧器水位自動(dòng)控制到底是怎樣的？在本次除氧器水位波動(dòng)事件中，可以明顯觀察到，凝泵變頻自動(dòng)與除氧器水位和除氧器出水流量有關(guān)。那么是否僅和這兩個(gè)量有關(guān)呢？答案是否定的。

凝泵變頻自動(dòng)對(duì)除氧器水位的自動(dòng)控制不僅與除氧器水位和除氧器出水流量有關(guān)，還與除氧器進(jìn)水流量有關(guān)，這是一個(gè)三沖量的水位自動(dòng)控制。何以證明？

某日17時(shí)16分至17時(shí)27分的一次除氧器水位波動(dòng)可以很好證明這點(diǎn)。當(dāng)時(shí)因凝泵出口壓力低至1.76MPa，運(yùn)行人員手動(dòng)關(guān)小除氧器上水調(diào)整門，除氧器上水流量突減120t/h，凝泵經(jīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)后反饋增加11%，凝泵出口壓力上升至2.49MPa，除氧器上水流量回升100t/h。1分30秒后，因凝泵出口壓力達(dá)2.51MPa，運(yùn)行人員再次手動(dòng)開大除氧器上水調(diào)整門，除氧器上水流量突增190t/h，凝泵變頻指令減小19%，自動(dòng)跳為手動(dòng)，凝泵出口壓力下降1.0MPa，除氧器上水流量下降290t/h，除氧器水位開始下降，最低達(dá)1745mm。其間，除氧器出水流量平穩(wěn)，波動(dòng)不超過40t/h。

下圖歷史曲線展示了從17時(shí)15分開始，5分鐘內(nèi)與之有關(guān)的參數(shù)變化。橫坐標(biāo)為時(shí)間，共5格，每格1分鐘，縱坐標(biāo)為各參數(shù)數(shù)值，共10格，每格1/10。各參數(shù)及含義如下表所示。

仔細(xì)觀察圖形，發(fā)現(xiàn)除氧器上水流量有緊跟總給水流量的意圖，由此可見凝泵變頻指令還與除氧器上水流量有關(guān)。

自此可以明確，凝泵變頻對(duì)除氧器水位的控制是三沖量，分別和除氧器水位、除氧器上水流量、除氧器出水流量有關(guān)。因3號(hào)高壓加熱器正常疏水無流量測(cè)點(diǎn)，所以與高加到除氧器的疏水無關(guān)。

4 解決方案及對(duì)今后類似情況處理建議

除氧器水箱位于凝汽器和汽包之間，容積最大，在汽輪機(jī)水循環(huán)中起到承上啟下的作用。當(dāng)除氧器的水位波動(dòng)時(shí)，能影響凝汽器水位和汽包水位，同時(shí)除氧器水位過高后如果不能及時(shí)制止水位上漲，將直接威脅汽輪機(jī)安全，所以除氧器水位控制是一個(gè)不容忽視的問題。

（1）解決方案。因凝泵變頻反饋速率不是很快，應(yīng)在計(jì)算機(jī)程序中限定指令變化速率，防止指令與反饋偏差大而自動(dòng)切出。

除氧器水箱容積150m3，可調(diào)容積約50m3。凝汽器熱井容積50m3，可調(diào)容積約20m3。汽包容積52m3，可調(diào)容積約9m3?？梢姵跗骺烧{(diào)容積是汽包的5.5倍，是凝汽器的2.5倍，所以，當(dāng)除氧器水位在2000mm至2200mm之間，凝泵變頻可在計(jì)算機(jī)內(nèi)部自動(dòng)切換為單沖量控制，超出正常水位后再切回三沖量控制。

如凝泵變頻是單級(jí)三沖量控制，應(yīng)改為串級(jí)三沖量控制。如是串級(jí)三沖量控制，應(yīng)該減小給水流量調(diào)節(jié)器所占的比重，加大水位調(diào)節(jié)器所占的比重。

（2）對(duì)今后類似情況處理建議。正常運(yùn)行時(shí)，如需要用除氧器上水門調(diào)節(jié)凝泵出口壓力，每次調(diào)整幅度不可過大，待凝泵出口壓力晃動(dòng)平穩(wěn)后方可繼續(xù)調(diào)整。緊急情況下需要快速調(diào)整凝泵出口壓力，可先解除凝泵變頻自動(dòng)，除氧器上水門調(diào)整壓力，再調(diào)整凝泵變頻，恢復(fù)除氧器上水流量到先前大小，穩(wěn)定后變頻投自動(dòng)。

在處理除氧器水位波動(dòng)時(shí)，不僅要看除氧器水位，還要看除氧器上水流量，要保證除氧器上水流量與先前基本持平。處理過程中，只要能保證除氧器上水流量，短時(shí)間內(nèi)可以暫不理會(huì)凝泵出口壓力波動(dòng)，水位平穩(wěn)后及時(shí)調(diào)整凝泵出口壓力。除氧器水位調(diào)整門開度在60%以下時(shí)調(diào)節(jié)速度快且截流效果明顯，如開度超過60%，應(yīng)使用凝泵變頻調(diào)節(jié)流量。

5 結(jié)語

當(dāng)前揚(yáng)州發(fā)電有限公司2×330MW機(jī)組，凝泵變頻對(duì)除氧器水位的自動(dòng)控制采用三沖量控制法，凝泵變頻指令與反饋偏差大于18%后，變頻自動(dòng)跳為手動(dòng)。在處理汽包水位波動(dòng)及能影響給水流量大幅變化的事件時(shí)，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)視凝泵變頻，防止引發(fā)派生事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司.330MW發(fā)電供熱機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]330MW火電機(jī)組集控運(yùn)行[M].中國電力出版社.