三菱M701F4 燃機(jī)離線水洗自動(dòng)控制研究及應(yīng)用

孫長春

（國能國華北京燃?xì)鉄犭姺止卷?xiàng)目部，北京 100024）

0 引言

神華國華（北京）燃?xì)鉄犭娪邢薰静捎萌庵毓701F4型燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為二拖一運(yùn)行，2015 年8月投產(chǎn)。當(dāng)燃機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于壓氣機(jī)葉片附著有一定黏性的灰塵，進(jìn)而影響壓氣機(jī)效率。因此，按照規(guī)程要求在達(dá)到水洗時(shí)間后，會(huì)在機(jī)組停機(jī)期間對(duì)壓氣機(jī)葉片進(jìn)行離線水洗。目前，三菱重工所提供的壓氣機(jī)葉片水洗裝置為就地控制模式，這種控制模式給離線水洗工作帶來很大工作量。僅手動(dòng)操作步驟就有70 余步，需要2 名操作人員共同操作近6 h 才能夠完成。因此，為節(jié)省人力成本，提高工作效率，避免誤操作風(fēng)險(xiǎn)，需要研究一種基于現(xiàn)有離線水洗工藝的自動(dòng)控制模式并進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用。

1 離線水洗自動(dòng)控制模式研究

經(jīng)調(diào)研得知，目前國內(nèi)三菱重工M701F4 型燃機(jī)離線水洗控制方式為就地控制模式，而燃機(jī)設(shè)備的控制采用的是TCS（Turbine Control System，透平控制系統(tǒng)）。經(jīng)研究決定，對(duì)燃機(jī)離線水洗設(shè)備進(jìn)行控制也將采用TCS，以便操作。另外，離線水洗設(shè)備作為2 臺(tái)燃機(jī)的公用設(shè)備，僅在離線水洗管線上的出口門區(qū)分1#機(jī)和2#機(jī)且無閉鎖判斷。在機(jī)組一拖一模式下運(yùn)行時(shí)，若出現(xiàn)人為誤操作，將會(huì)對(duì)運(yùn)行燃機(jī)造成損壞。因此在自動(dòng)模式中，應(yīng)具備相應(yīng)的閉鎖設(shè)計(jì)。整個(gè)離線水洗就地控制過程可以分為3 個(gè)階段，分別為清洗階段（CLEANOUT）、加藥及浸泡階段（MEDICATE）和漂洗階段（RINSE），在自動(dòng)模式設(shè)計(jì)中以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)分階段的“一鍵”啟動(dòng)。

2 離線水洗控制設(shè)備優(yōu)化

經(jīng)研究決定，保留水洗設(shè)備的就地控制方式作為緊急備用。在燃機(jī)水洗控制箱設(shè)有“遠(yuǎn)方/就地”權(quán)限切換功能。在設(shè)備啟動(dòng)前，先選擇好控制方式，切換為“遠(yuǎn)方”位可在TCS 進(jìn)行水洗控制，切換為“就地”位可以在就地操作。當(dāng)“遠(yuǎn)方/就地”權(quán)限切換把手在“就地”位時(shí)，通過下一級(jí)切換至“手動(dòng)”位后，可通過各設(shè)備按鈕操作啟停設(shè)備；當(dāng)“遠(yuǎn)方/就地”權(quán)限切換把手在“遠(yuǎn)方”位，可通過TCS 進(jìn)行“遠(yuǎn)方”控制。

2.1 設(shè)備優(yōu)化方案

（1）改造水洗控制箱，增加控制設(shè)備分別至2 臺(tái)燃機(jī)的信號(hào)接口，如圖1 所示?？刂葡湓黾又? 臺(tái)燃機(jī)TCS 的信號(hào)接口，含水洗電動(dòng)門控制信號(hào)、水洗泵控制信號(hào)、補(bǔ)水閥控制信號(hào)、水洗箱液位模擬量信號(hào)、水洗箱液位高低開關(guān)量信號(hào)、電動(dòng)門故障信號(hào)、水洗泵故障信號(hào)等，以上控制信號(hào)分別引入2臺(tái)燃機(jī)TCS。

圖1 燃機(jī)壓氣機(jī)離線水洗控制設(shè)備

（2）在水洗系統(tǒng)離線水洗管路安裝壓力測(cè)量變送器、水泵出口母管壓力測(cè)量變送器，引入2 臺(tái)燃機(jī)TCS 實(shí)現(xiàn)水洗時(shí)壓力監(jiān)測(cè)。

（3）水洗設(shè)備控制信號(hào)、水洗控制邏輯在2 臺(tái)燃機(jī)TCS 分別進(jìn)行I/O 信號(hào)分配、邏輯組態(tài)。

3 離線水洗自動(dòng)控制邏輯設(shè)計(jì)

離線水洗自動(dòng)控制邏輯的設(shè)計(jì)是根據(jù)運(yùn)行部門燃機(jī)水洗操作的工序特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，燃機(jī)水洗分為清洗階段、加藥及浸泡階段和漂洗階段。

3.1 清洗階段控制邏輯設(shè)計(jì)

離線水洗需具備以下啟動(dòng)條件，如圖2 所示：①對(duì)應(yīng)燃機(jī)壓氣機(jī)入口溫度平均值高于5 ℃；②對(duì)應(yīng)燃機(jī)無跳閘信號(hào)（相應(yīng)燃機(jī)）；③沖洗水箱無水位低信號(hào)（無模擬量液位低于150 mm發(fā)液位低信號(hào)，無開關(guān)量液位低信號(hào)）；④運(yùn)行人員預(yù)先選擇對(duì)應(yīng)燃機(jī)高速盤車（SPIN）模式；⑤對(duì)應(yīng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速低于300 r/min；⑥對(duì)應(yīng)燃機(jī)輪盤腔室溫度（共7 個(gè)測(cè)點(diǎn)）最高值低于95 ℃。

圖2 燃機(jī)壓氣機(jī)離線水洗“投入/退出”邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)

步驟1：條件滿足后，選擇離線葉片清洗模式，點(diǎn)擊圖3 中“ON”按鈕。

圖3 燃機(jī)壓氣機(jī)離線水洗“投入/退出”操作按鈕

步驟2：選擇離線葉片清洗模式。點(diǎn)擊ON 后自動(dòng)指令燃?xì)鈬娮齑祾唛y開啟，排放閥關(guān)閉，各噴嘴吹掃閥開啟。

步驟3：點(diǎn)擊燃機(jī)“START”（啟動(dòng)）按鈕，轉(zhuǎn)速685 r/min，延時(shí)30 s。

步驟4：在水洗控制界面點(diǎn)擊“CLEANOUT”（清洗模式）按鈕，待出現(xiàn)操作框點(diǎn)擊“ON”，如圖4所示。

圖4 燃機(jī)壓氣機(jī)離線水洗操作按鈕

步驟5：自動(dòng)開啟相應(yīng)離線水洗閥，如圖5 所示。

圖5 “清洗”按鈕組態(tài)設(shè)計(jì)

步驟6：在相應(yīng)離線水洗閥已打開后，自動(dòng)啟動(dòng)清洗水泵（清洗水泵啟動(dòng)條件：無液位低開關(guān)量信號(hào)）運(yùn)行2 min，如圖6 所示。

圖6 “清洗階段”邏輯組態(tài)

步驟7：自動(dòng)停止清水泵運(yùn)行，5 min后，再次自動(dòng)啟動(dòng)清洗水泵（清洗水泵啟動(dòng)條件：無液位低開關(guān)量信號(hào)），運(yùn)行2 min 直至水位低開關(guān)量信號(hào)發(fā)出跳閘清洗水泵，如圖6 所示。

步驟8：水位高于500 mm，自動(dòng)關(guān)補(bǔ)水閥，如圖7 所示。

圖7 “等待加藥”組態(tài)

步驟9：自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)離線水洗閥，如圖7 所示。

在清洗階段控制邏輯設(shè)計(jì)中，燃機(jī)清洗階段無法利用水洗泵或者水洗電動(dòng)門的狀態(tài)進(jìn)行順控步驟遞進(jìn)設(shè)計(jì)，因此要巧妙設(shè)置中間點(diǎn)并利用好工藝流程時(shí)間。在這一階段的邏輯要驅(qū)動(dòng)泵的啟停管腳必須要使用具備“脈沖”功能的條件來作為“步驟7”的觸發(fā)條件，因?yàn)?，如果利用圖6 中①狀態(tài)變化使用“下降沿”塊，時(shí)間短暫無法直接觸發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)塊或脈沖塊。因此，在圖6 長方框的邏輯中巧妙設(shè)置了中間點(diǎn)①，并利用“正延時(shí)”與“反延時(shí)”“非”“脈沖”的組合來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)等待的“脈沖”條件，解決設(shè)備驅(qū)動(dòng)塊的指令管腳觸發(fā)問題。

3.2 加藥及浸泡階段控制邏輯設(shè)計(jì)

步驟10：相應(yīng)離線水洗閥已開，點(diǎn)擊“MEDICATE”（加藥）按鈕，待出現(xiàn)操作框點(diǎn)擊“ON”，啟動(dòng)清洗水泵5 min（不開出口門，預(yù)混加入的清洗劑），如圖8 所示。

圖8 “加藥浸泡”階段組態(tài)設(shè)計(jì)

步驟11：水泵啟動(dòng)5 min 后自動(dòng)開啟相應(yīng)離線水洗閥，如圖9 所示。

圖9 “噴藥”組態(tài)設(shè)計(jì)

步驟12：直至水位低開關(guān)量信號(hào)自動(dòng)發(fā)出跳閘清洗水泵指令，如圖8 所示。

步驟13：自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)離線水洗閥，如圖8 所示。

步驟14：手動(dòng)點(diǎn)擊“STOP”，停高盤“SPIN”，轉(zhuǎn)速小于5 r/min，計(jì)時(shí)30 min。

3.3 漂洗階段控制邏輯設(shè)計(jì)

離線水洗需具備以下啟動(dòng)條件：①對(duì)應(yīng)燃機(jī)壓氣機(jī)入口溫度平均值高于5 ℃；②對(duì)應(yīng)燃機(jī)無跳閘信號(hào)（相應(yīng)燃機(jī)）；③沖洗水箱無水位低信號(hào)（無模擬量液位低于150 mm 發(fā)液位低信號(hào)，無開關(guān)量液位低信號(hào)）；④預(yù)先選擇對(duì)應(yīng)燃機(jī)高盤（SPIN）模式；⑤對(duì)應(yīng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速低于300 r/min；⑥對(duì)應(yīng)燃機(jī)輪盤腔室溫度（共7 個(gè)測(cè)點(diǎn)）最高值低于95 ℃。

步驟15：重復(fù)“步驟1”。

步驟16：重復(fù)“步驟2”。

步驟17：重復(fù)“步驟3”。

步驟18：相應(yīng)離線水洗閥已打開，運(yùn)行人員點(diǎn)擊圖4 中“RINSE”（漂洗模式）按鈕，待出現(xiàn)操作框點(diǎn)擊“ON”，啟動(dòng)清洗水泵。

步驟19：在相應(yīng)離線水洗閥已打開后，自動(dòng)啟動(dòng)清洗水泵；延時(shí)120 s 或水位低開關(guān)量信號(hào)自動(dòng)發(fā)出跳閘，清洗水泵停泵300 s；如圖10 所示。

步驟20：重復(fù)“步驟19”25 次（次數(shù)可設(shè)定）。

步驟21：達(dá)到重復(fù)次數(shù)后，自動(dòng)停止水泵運(yùn)行。

步驟22：手動(dòng)點(diǎn)擊“STOP”，停高盤“SPIN”，轉(zhuǎn)速小于5 r/min。

圖10 長方框中邏輯設(shè)計(jì)為設(shè)備重復(fù)啟動(dòng)的計(jì)數(shù)功能。在這里主要利用“T”模擬轉(zhuǎn)換器、“RGA”模擬量暫存器、“Δ”減法器、“＋”加法器、“SG”賦值器、“L”低值比較器、“SR”觸發(fā)器、“OR”或運(yùn)算器、“NOT”非運(yùn)算器的組合來實(shí)現(xiàn)這一功能。每次使用時(shí)通過點(diǎn)擊漂洗（RINSE）操作窗“ON”按鈕來對(duì)“RGA”模擬量暫存器進(jìn)行復(fù)位并開始計(jì)數(shù)。水洗泵每循環(huán)啟動(dòng)一次進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)次數(shù)達(dá)到，則觸發(fā)圖10 紅圈內(nèi)邏輯停止水洗泵循環(huán)啟動(dòng)。

圖10 “漂洗”階段組態(tài)設(shè)計(jì)

3.4 離線水洗自動(dòng)控制界面設(shè)計(jì)

在TCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了離線水洗操作界面，如圖11 所示，依次進(jìn)行分為“CLEANOUT”（清洗階段）、“MEDICATE”（加藥階段）、“RINSE”（漂洗階段），每一鍵的操作就可自動(dòng)完成相應(yīng)階段的繁瑣操作任務(wù)，大大提高了工作效率。在操作界面設(shè)有專門漂洗計(jì)數(shù)顯示，運(yùn)行人員可由此安排水質(zhì)化驗(yàn)。

圖11 離線水洗操作界面

4 結(jié)論

此項(xiàng)目是國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)三菱MF701F4 燃機(jī)離線水洗遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。從根本上解決了執(zhí)行此任務(wù)人員就地操作量大的難題，并且分階段實(shí)現(xiàn)了“一鍵”啟動(dòng)，提高了我公司控制設(shè)備的自動(dòng)化水平。經(jīng)核算，全年燃機(jī)離線水洗節(jié)約的人工及用水費(fèi)用約6.8 萬元，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。