660MW機(jī)組高壓旁路控制系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化

1、660MW 機(jī)組高壓旁路控制系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化摘要:介紹了神華國(guó)能哈密電廠4 臺(tái)機(jī)組高壓旁路控制部分普遍存在的問(wèn)題，針 對(duì)這些普遍存在的問(wèn)題，提出了旁路控制系統(tǒng)優(yōu)化方案，優(yōu)化后顯著改善了哈密 電廠機(jī)組啟停中的安全性、可靠性，解決了困擾該廠長(zhǎng)久以來(lái)的難題，同時(shí)對(duì)發(fā) 生的高頻大幅度振蕩現(xiàn)象進(jìn)行了分析，制定解決方案。關(guān)鍵詞：高壓旁路控制;系統(tǒng)故障分析；閥位反饋引言神華國(guó)能哈密電廠為4X660MW超臨界燃煤機(jī)組，機(jī)組的基本情況如下：鍋 爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界、四角切圓燃燒、緊身封閉、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)塔式爐， 型號(hào)是SG-1913/25.4。汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)的一次中間再熱、三缸四排汽、 凝汽式直

2、接空冷機(jī)組，型號(hào)是NZK660-24.2/566/566，配置兩臺(tái)50%汽動(dòng)給水泵， 小機(jī)間接冷卻；配1套高壓旁路裝置， 2套低壓旁路裝置。汽機(jī)采用高、低壓二 級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)裝置，即主蒸汽通過(guò)高壓旁路，經(jīng)再熱蒸汽管道進(jìn)入鍋爐再熱器， 再熱器出口蒸汽通過(guò)低壓旁路而流入空冷凝汽器。高壓旁路系統(tǒng)裝置由 1 套 100% 容量的高壓旁路閥、噴水調(diào)節(jié)閥、噴水隔離閥等組成。旁路系統(tǒng)的容量為 40%BMCR。高旁閥是德國(guó)寶馬閥產(chǎn)品，型號(hào)是BMF-1，高旁閥的控制機(jī)構(gòu)為西門 子智能分體式定位器。旁路系統(tǒng)的作用 機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)起動(dòng)時(shí)，控制汽機(jī)主汽、再熱蒸汽進(jìn)汽壓力，以適應(yīng)汽機(jī)在各種工況下的啟動(dòng)要

3、求，實(shí)現(xiàn)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、帶初負(fù)荷、切缸直至 帶滿負(fù)荷，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和減少蒸汽介質(zhì)損失，減少汽機(jī)循環(huán)壽命損耗，實(shí) 現(xiàn)機(jī)組的最佳啟動(dòng)。停機(jī)時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽經(jīng)旁路減溫、減壓后進(jìn)入凝汽器， 回收工質(zhì)；另外，電網(wǎng)故障時(shí)，通過(guò)旁路系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)移，機(jī)組可帶廠用電甩負(fù) 荷運(yùn)行。事故概述 哈密電廠4臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，若干次因?yàn)楦吲蚤y突發(fā)的高頻振蕩，導(dǎo)致反饋連接部分變形、脫落，致使就地反饋故障，造成閥門不 可控，給機(jī)組的啟動(dòng)及安全帶來(lái)極大的安全隱患。電廠4臺(tái)機(jī)組168投運(yùn)以來(lái)， 高旁閥反饋器故障情況統(tǒng)計(jì)如下：2015年3月6日， 4號(hào)機(jī)組機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，反饋連桿脫落，高旁閥頻發(fā)振 動(dòng)，無(wú)法控

4、制，導(dǎo)致跳機(jī)；2015年4月17日， 3號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，反饋器故障，遠(yuǎn)方無(wú)法操作，伴著 強(qiáng)烈的噪音和極大的風(fēng)險(xiǎn)，就地控制，完成切缸操作，險(xiǎn)些跳機(jī)。2015年5月21日， 3號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，高旁閥故障，遠(yuǎn)方無(wú)法操作，機(jī)組 打閘。2015年6月3日， 1號(hào)機(jī)組跳機(jī)，高旁閥反饋連桿斷裂，高旁閥無(wú)法操作， 險(xiǎn)造成鍋爐超壓。例子：3月6號(hào)11： 04，高旁閥反饋60%，運(yùn)行正常，主給水流量659t/h, 閥前壓力6.78MPa，閥后壓力0.9MPa，閥前溫度465，閥后325，11： 15分，閥 位開(kāi)度到65%，主給水流量699t/h，閥前壓力6.66MPa，閥后壓力0.9MPa，此時(shí) 高旁閥出現(xiàn)反

5、饋異常。熱工人員就地檢查發(fā)現(xiàn)，高旁閥活塞桿上下抖動(dòng)，抖動(dòng)頻 率較高，幅度也較大，范圍大概在20%左右。 11:50，高旁閥反饋70%，主給水流 量637t/h，閥前壓力7.76MPa，閥后壓力0.9MPa，閥前溫度506，閥后381，高 旁閥的反饋單元承受不了突發(fā)的高頻大幅振蕩帶來(lái)的破壞力，致使反饋桿與閥門 連接處脫開(kāi)，DCS無(wú)法遠(yuǎn)方控制，機(jī)組跳閘。原因分析哈密電廠4 臺(tái)機(jī)組高旁閥都存在共性問(wèn)題，都是調(diào)節(jié)閥在操作時(shí)，管道的高 頻振動(dòng)和閥桿漏氣溫度過(guò)高等因素，引起了閥門反饋器故障，導(dǎo)致閥門無(wú)法遠(yuǎn)方 操作。通過(guò)多次高旁閥的異常情況分析，得出如下結(jié)論：一是高旁閥體的高頻振 動(dòng)，導(dǎo)致反饋接受器連接桿脫

6、落，造成指令、反饋偏差，無(wú)法遠(yuǎn)程操作；二是因 為環(huán)境溫度較高，對(duì)電子元件造成較大影響。反饋接受器的極限溫度時(shí)80 度， 但實(shí)測(cè)溫度都已經(jīng)超過(guò)90 度，長(zhǎng)時(shí)間高溫，電子元件承受不了高溫影響，導(dǎo)致 故障。由于蒸汽管道安裝時(shí)，在管道的布置上存在入口彎管，閥前 1.5 米和閥后2 米左右各有一個(gè)垂直彎管，在汽液混合后增加了對(duì)整個(gè)管道的沖擊，特別是閥 后短管道過(guò)短，造成水沖擊閥后管道彎管處，大大增強(qiáng)了管道的震動(dòng)。高旁蒸汽管道上沒(méi)有大的支撐，只有一組懸吊，在較多彎管存在的基礎(chǔ)上 一組懸吊顯然不足夠穩(wěn)定管道，管道也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)。從調(diào)節(jié)閥的使用和理論分析可以證明，誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)和噪聲的因素有很 多，這些因

7、素互相影響，很多又同時(shí)發(fā)生，這就使得高旁閥減震和降噪更為困難， 需要結(jié)合閥門的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工況不同等進(jìn)行綜合考慮。電廠4 臺(tái)機(jī)組高旁閥型號(hào)完全一樣，但在施工安裝時(shí)稍顯不同。 3、4 號(hào)機(jī)組 低壓旁路控制柜到閥門氣缸的連接管道，在安裝時(shí)被延長(zhǎng)到了大于7 米的距離且 管道尺寸由原來(lái)的 30mm 變徑為 24mm 的管道。由于控制柜到氣體壓縮性較強(qiáng)， 且延長(zhǎng)管道對(duì)定位器給予閥門的指令響應(yīng)時(shí)間也發(fā)生了變化，造成氣缸內(nèi)的壓力 波動(dòng)較大，而閥位的動(dòng)作皆由上下氣缸的氣壓控制，所以氣壓控制的不穩(wěn)定性也 導(dǎo)致了閥門的大幅振動(dòng)。電廠曾于 2015 年 4 月對(duì) 2 號(hào)機(jī)組的西門子反饋器進(jìn)行了改造。為減少因 為高頻

8、振蕩帶來(lái)的反饋大幅波動(dòng)，將與高旁閥相連管道固定的同時(shí)，把反饋器的 固定支架延長(zhǎng)15cm，避開(kāi)高溫區(qū)。為防止反饋桿與閥門連接桿脫開(kāi)，在反饋桿 尾部加了一個(gè)高溫淬火的銅墊片，保證連接處不脫開(kāi)的同時(shí)，又能有效無(wú)阻滯的 滑動(dòng)，通過(guò)這些改造方式，以期達(dá)到較好的控制效果，但實(shí)際上仍多次出現(xiàn)反饋 故障的情況。2015 年3 月， 4 號(hào)機(jī)組高壓旁路反饋連桿震落，從在發(fā)生管道劇烈震動(dòng)，調(diào) 取了反饋桿震脫落時(shí)的2組運(yùn)行參數(shù)：閥前壓力7.4、8.1MPa，閥后壓力為0.93、 0.92MPa，閥前溫度為503、508C，閥后溫度為374、382C，閥門開(kāi)度在70.2%、 70.15%。在此參數(shù)工況下運(yùn)行時(shí)，并未超

9、過(guò)技術(shù)協(xié)議規(guī)定的壓差范圍。按照原設(shè)計(jì)的 要求，閥門設(shè)計(jì)成 3 級(jí)減壓完全滿足運(yùn)行要求，但閥后壓力較低，造成蒸汽通過(guò) 閥門的流速將增加，導(dǎo)致閥門超標(biāo)準(zhǔn)的高頻震動(dòng)。綜合以上情況及理論分析，排除了閥門本身調(diào)節(jié)回路出現(xiàn)故障的可能性，那 么在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，多次發(fā)生反饋連接部分變形，脫落情況，就只能是多個(gè)因 素共同作用的結(jié)果。解決方法要避免閥門動(dòng)作引起的管道高頻振動(dòng)，從以下幾個(gè)部分進(jìn)行了改進(jìn)，來(lái)改善 高旁閥的控制：1）改變高旁閥氣源回路的布置。在3、 4號(hào)機(jī)組檢修期間，對(duì)高旁閥的氣源回路進(jìn)行了改造，恢復(fù)原設(shè)計(jì)，高低壓旁路控制柜到閥門氣缸的連接管道控制在6.6米，且管道尺寸由原來(lái)的24mm變徑為30mm，

10、這樣就排除了高旁閥氣動(dòng)控 制回路對(duì)閥門本身調(diào)節(jié)造成影響。2）加強(qiáng)管道的固定支撐。在高旁閥閥前閥后管道增加機(jī)械固定，以減少蒸汽 和汽液混合段對(duì)管道彎管的沖擊。3）重做高旁閥的保溫。在蒸汽通過(guò)高旁前做好保溫，防止閥門內(nèi)外溫差對(duì)閥 體材質(zhì)的損傷，同時(shí)減少閥門反饋器的電子元件，在較高溫度環(huán)境里運(yùn)行，導(dǎo)致 電子元件本身問(wèn)題造成的閥門無(wú)法操作。4）調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，改進(jìn)噴水減溫裝置。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)按要求參數(shù)運(yùn)行，通過(guò) 控制閥前后的壓差、溫差，增加減溫水的調(diào)節(jié)，以減少閥門因前后參數(shù)差異較大 而引發(fā)的高頻震動(dòng)。減溫水由下腔底部噴入，不與閥體直接接觸，噴在多孔籠罩 內(nèi)，保護(hù)閥體并減少交變應(yīng)力，使汽水混合降溫效果良好；

11、出口處設(shè)節(jié)流孔板， 將主蒸汽降至符合再熱冷段蒸汽設(shè)計(jì)要求，保持再熱蒸汽溫度和壓力穩(wěn)定；擴(kuò)大 高旁閥出口管徑，使蒸汽擴(kuò)容后與減溫水充分混合使閥后溫度能控制在260度左 右。5）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制部分進(jìn)行改造。實(shí)際運(yùn)行中，高旁閥本身也存在振動(dòng)，閥 門剛動(dòng)作，介質(zhì)流速急劇增加，調(diào)節(jié)閥前后壓差急劇變化，引起閥門帶動(dòng)管道的 振動(dòng)。原寶馬閥配套使用的定位器為分體式西門子定位器，反饋器與閥門桿連接 部分通過(guò)彈簧來(lái)壓緊，運(yùn)行時(shí)多次出現(xiàn)反饋部分脫開(kāi)的現(xiàn)象，從而間接引發(fā)系統(tǒng) 的振蕩。電廠將分體式控制器更換為了費(fèi)希爾分體式定位器，閥位反饋采用非接 觸式測(cè)量，避免了易松動(dòng)的硬性機(jī)械連接故障，適用行程加大，維護(hù)量降低，很 好的解決了現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了定位控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷的預(yù)測(cè)性維 護(hù)。效果檢驗(yàn)完成上述六個(gè)方面的改進(jìn)之后，在后續(xù)的機(jī)組啟停過(guò)程中，高旁閥的調(diào)節(jié)基 本穩(wěn)定，動(dòng)作及時(shí)，未再出現(xiàn)閥門帶動(dòng)管道的異常振蕩情況，同時(shí)寶馬閥廠家， 也吸取了此方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)控制器進(jìn)行了改進(jìn)，采用了新型的非接觸式的費(fèi) 希爾定位器，實(shí)現(xiàn)控制的穩(wěn)定性。7 結(jié)束語(yǔ)哈密電廠