汽机供热抽气系统的控制可靠性分析_胡军.pdf

Application 创新应用78 电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月行高压抽气，并设置有两个串接的高抽逆止阀，防止蒸汽倒流。在汽机九级动叶后，配置低压抽气调节阀，控制低压抽气流量，并在低压抽气管路上设有抽气逆止阀及低抽液控阀，系统简图见图1。2 现状问题因汽机供热抽气系统可靠性低，该电厂发生过因低抽液控阀控制故障导致跳机，以及抽气逆止阀故障无法开启影响机组调峰运行的事故，还存在因低压抽气阀小开度阀位控制失灵，导致机组长期无法实现最大供热抽气的问题，这些问题已经严重影0 引言浙江某电厂配置有两套9FA联合循环热电联产机组。因汽轮机为哈尔滨汽轮机厂首套自行设计的联合循环汽轮机组，供热抽气系统设计不合理，设备整体可靠性过低，极易造成抽气系统控制阀门失控，最终影响机组供热，甚至造成机组跳机。研究汽机供热抽气系统可靠性成为需要解决的问题。1 研究背景该电厂配置为一拖一的9F型燃气蒸汽联合循环机组。汽机设置有二级抽气。在汽机三级动叶后进作者简介：胡军，浙江浙能镇海发电有限责任公司，工程师；研究方向：电厂热控自动化专业管理。翁晓凯，浙江浙能镇海发电有限责任公司，工程师；研究方向：电厂热控专业管理。收稿日期：2022-07-19；修回日期：2023-04-12。摘要：阐述燃气蒸汽联合循环热电联产机组的特点，汽轮机轴位移受供热抽气流量或压力波动影响大，甚至会触发轴位移保护动作跳闸问题，探讨汽轮机抽气系统的可靠性优化策略，实现的效果评价。关键词：控制技术，轴位移保护，电磁阀，阀门控制，供热抽气，可靠性研究。中图分类号：TP214，TH134文章编号：1000-0755(2023)04-0078-03文献引用格式：胡军，翁晓凯.汽机供热抽气系统的控制可靠性分析J.电子技术,2023,52(04):78-80.汽机供热抽气系统的控制可靠性分析胡军，翁晓凯（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江 315200）Abstract This paper describes the characteristics of gas steam combined cycle cogeneration units.The displacement of the steam turbine shaft is greatly affected by fluctuations in heating extraction flow or pressure,and even triggers the tripping of the shaft displacement protection action.It explores the reliability optimization strategy of the steam turbine extraction system and evaluates the effectiveness achieved.Index Terms control technology,shaft displacement protection,solenoid valve,valve control,heating and steam extraction,reliability research.Analysis of Control Reliability of Steam Turbine Heating and Extraction SystemHU Jun,WENG Xiaokai(Zhejiang Zheneng Zhenhai Power Generation Co.,Ltd.,Zhejiang 315200,China.)图1 汽机供热抽气系统Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月 79响了机组的安全经济运行。低抽液控阀控制故障误关导致跳机。在机组正常运行时，该厂低抽液控阀在无关闭指令的情况下突然关闭，低压抽气供热中断，汽机轴位移增大，超过跳机值，触发汽轮机跳闸保护。造成此次事故的主要原因为就地PLC控制发生故障，低抽液控阀失控误关，造成低压供热抽气中断，抬升了汽轮机低压排汽背压，使轴向位移突变造成跳机。由此，暴露出低抽液控阀两个设备隐患：（1）低抽液控阀为就地PLC控制，单电源供电，可靠性低。当PLC故障、电源故障或电气回路故障时，低抽液控阀将失去控制，导致阀门误关。同时，PLC控制状态下，历史信号不可追溯，对问题的分析判断造成较大影响。（2）低抽液控阀快关电磁阀为单电磁阀和单电源供电。在正常运行中，低抽液控阀快关电磁阀故障，将导致低抽液控阀关闭，抽气量突变而造成机组跳机。抽气逆止阀故障无法开启影响机组调峰运行。该厂发生过因抽气逆止阀电磁阀故障，导致逆止阀无法开启，供热抽气无法通过供热管路向外供热，此时只能减少主蒸气流量，将汽轮机负荷维持在较低水平，导致机组未能正常参与电网调峰运行。造成这个事故的原因为抽气逆止阀为单电磁阀和单供电控制，单个电磁阀故障或供电失去，将导致阀门无法开启，可靠性低。如在机组正常运行时，电磁阀故障误关，将导致供热抽气中断，汽轮机轴位移也将发生突变，造成机组跳机，危害性极高。低压抽气阀小开度阀门控制调节性能差影响最大供热量。在汽机最大低压抽气量工况下，低压抽气阀控制在6%阀位以下时，阀门会出现失控全关且无法开启的问题，只能降低燃机和汽机负荷，4个抽气阀才能恢复正常。为保证低压抽气阀较好控制，避免阀门在小开度时突然关闭的问题发生，在日常运行时，只能将阀门控制限位在10%以上。阀门限位后，不能实现阀位的全行程控制，低压抽气流量始终无法达到设计的最大供热抽气量。这个问题从基建开始一直存在，且没有得到较好解决，长期运行下来造成较大的经济损失。经分析，造成低压抽气阀小开度时突关的原因为执行机构提升力不足，在最大低压抽气量时，阀门无法平衡阀碟前后的压力，阀碟前后的压差导致提升力增加，造成阀门失控。3 提高系统可靠性的优化措施针对汽机供热抽气系统设备可靠性低的问题，对供热抽气系统设备进行研究，分析现存问题以及控制隐患，提出并进行了相应的优化。低压抽气液控阀控制可靠性优化。（1）DCS控制改造及冗余供电改造。将低压抽气液控阀改由DCS系统控制，替代就地PLC控制。优化后，系统通过PID计算输出比例调节阀指令，实现阀位的闭环控制。同时，实现双电源冗余供电，避免单电源供电失电风险。两路220VAC供电电源分别通过独立的电源模块转换为24VDC后，供比例阀和阀位转换模块使用。（2）控制模块油回路改造。对低抽液控阀控制模块油回路改造，由AST控制电磁阀替代快关电磁阀，将控制油回路接入到AST油回路。通过AST电磁阀两并两串的控制方式，提高低抽液控阀控制油回路的可靠性，具体油路改造图见图2。图2 低压抽气液控阀控制模块油回路改造前后对比图Application 创新应用80 电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月抽气逆止阀双电磁阀冗余控制。抽气逆止阀为单电磁阀和单供电控制，可实现远方控制阀门开关和就地手动快关功能，具体控制气回路见图3。当控制电磁阀故障时，将使流量放大阀失去控制气源，执行机构气缸内压缩空气将快排，致使阀门全关。现将单电磁阀控制改为双电磁阀控制，且电磁阀均单独供电。通过控制电磁阀1出口端与控制电磁阀2排气端串联的方法，实现单电磁阀得电动作，阀门即得气开启。双电磁阀同时失电动作，阀门才失气关闭。具体控制气回路见图4。同时，控制电磁阀1和控制电磁阀2分别取自不同的电源回路，防止单路失电造成阀门误关。低压抽气阀平衡力提升优化。在最大低压抽气量的工况下，为保证低压抽气阀在较小开度下的控制稳定性，并考虑改造的经济性和可操作性，设计了低压抽气阀增加平衡孔的方案，平衡阀碟前后的压力，以此减少阀门提升力。在调阀全关状态下，有一定的蒸汽漏气产生。根据阀门几何数据，计算出阀门的漏气量及漏气面积。按照最大公差漏气面积4倍进行计算，在阀碟节圆上开10个8通孔，能够调节平衡阀碟前后的压力，开孔结构见图5。4 实现的效果评估经过对汽机供热抽气系统一系列的改造应用后，整体控制可靠性得到提升，主要成效如下。（1）低抽液控阀由DCS控制，并由双电源供电，减少了PLC故障、电源故障、电气回路故障可能性，整体可靠性得到提升。并可通过DCS调取历史记录，解决PLC控制状态不可追溯问题。低抽液控阀控制模块油回路改造后，AST电磁阀两并两串的控制方式，解决了快关电磁阀误动的风险。同时，AST电磁阀单个故障后，会通过压力报警提示故障的发生，有利于故障的解决。（2）抽气逆止阀实现双电磁阀、双电源冗余控制，保证单电磁阀故障或单电源失去时，阀门均能正常控制。通过阀门定期维护检查，及时发现消除电磁阀故障，提升阀门控制可靠性。（3）低压抽气阀增加平衡孔，平衡阀碟前后的压力，实现在最大低压抽气量，抽气阀开度较小的工况下，阀位也能准确控制，从而保证供热流量稳定。5 结语在汽轮机对外供热抽气过程中，不仅要考虑热用户的需求，更要兼顾汽轮机的安全运行要求。抽气逆止阀、液控阀和低压抽气阀的可靠控制，可避免出现阀门误动作造成汽轮机憋气，产生轴位移大、胀差大和凝汽器真空低等问题发生，有效保护汽轮机运行安全。同时，DCS控制取代PLC控制以及双电磁阀、双电源控制的方案可移植到其他生产场合中，以提高设备可靠性。参考文献1 翟培亮,皇甫迎波.电磁阀冗余配置在控制阀上的应用J.仪器仪表与分析监测,2015(04):8-12.2 李帮军.电磁阀冗余在控制阀上的应用J.化工自动化及仪表,2013,40(04):545-548.3 范咏峰.双电磁阀配置在石油化工装置中的应用J.石油化工自动化,2011,47(03):6-10.4 陈学敏.工程中电磁阀的应用探讨J.石油化工自动化,2009,45(04):58-61+70.5 周超群.电磁阀的原理及其在工程设计中的应用探讨J.石油化工自动化,2006(05):92-94.6 张志佳,尹秀萍,王婷婷等.比例电磁阀复合控制方法研究J.控制工程,2017,24(09):1763-1767.图3 汽机低抽和高抽逆止阀控制气回路图图4 改造后汽机抽气逆止阀控制气回路图5 低压抽气阀阀碟开孔结构图