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从不锈钢耐震压力表压力波动引发的思考

作时间:2019-07-16  来源:  作者:
   
  摘 要:在安全生产要求不断提升的今天,针对扬州发电有限公司 2×330MW 机组凝泵变频改造后,不锈钢耐震压力表压力波动的典型案例,分析了不锈钢耐震压力表压力波动的原因及解决方案,给出对今后类似情况处理的建议。
 
1 设备概况
 江苏华电扬州发电有限公司 6、7 号机组单机容量 330MW。锅炉为东方锅炉厂生产的 DG1036/18.2 ~Ⅱ 4 型,亚临界压力,一次中间再热自然循环汽包炉,设计额定蒸发量 1036t/h。汽机为哈尔滨汽轮机厂生产的 N330-16.67/538/538,给水系统配置 2×50% 容量的汽动给水泵 ( 以下简称汽泵 ) 和 1×50% 容量电动给水泵 ( 以下简称电泵 )。凝结水系统配备 2 台 100% 容量的凝结水泵 ( 以下简称凝泵 ),额定流量 864m3/h, 扬 程 306mH2O, 转 速 1480r/min, 配 用 1120kW 的 异 步电动机,阀门调节,后增设 ASD6000T 高压变频器,实现 20 ~ 50Hz无级调速,功耗随机组负荷变化而变化。汽包容积 52m3,正常压力0mm,低Ⅰ值 -50mm,高Ⅰ值 +50mm。不锈钢耐震压力表容积 150m3,正常压力 2000mm ~ 2200mm,低Ⅰ值 1850mm,高Ⅰ值 2350mm。凝汽器热井容积 50m3,正常压力 480mm ~ 520mm,低Ⅰ值 450mm,高Ⅰ值550mm。
 
2 现象描述
 某日晚 21 时 20 分左右,运行人员监盘发现 7 号机 2 号汽泵前置泵轴承温度持续上升,直逼保护动作值。于 21 时 23 分紧急启电泵,调 2 号汽泵为电泵运行,其间汽包压力略有波动,不锈钢耐震压力表压力基本平稳。21 时 26 分用于控制不锈钢耐震压力表压力的凝泵变频自动突然跳为手动,因当时处理的焦点集中于汽包压力和调泵上,未能在第一时间发现,调泵结束且汽包压力平稳后发现不锈钢耐震压力表压力高,立即处理,于 21 时 40 分恢复正常,其间压力非常高到达 2350mm。
 
3 原因分析
  机组自凝泵变频投运后,正常情况下,凝泵变频投自动,控制不锈钢耐震压力表压力,不锈钢耐震压力表上水调整门投手动,人工控制凝泵出口压力在 2.0MPa左右。
  经历史曲线查询,发现在不锈钢耐震压力表压力基本平稳的状况下,凝泵变频自动的指令有过 2 次大幅度晃动,非常终导致凝泵变频自动突然切出,不锈钢耐震压力表压力失去自动控制。
       下图为历史曲线,展示了从 21 时 24 分开始,3 分钟内与之有关的参数变化。横坐标为时间,共 6 格,每格 30 秒,纵坐标为各参数数值,共 10 格,每格 1/10。各参数及含义如下表所示。
为了便于观察和比较,历史曲线分为上、中、下、底,4 个部分。上部 2 条曲线为凝泵变频指令和反馈,中部 3 条曲线为不锈钢耐震压力表压力设定值、反馈值和不锈钢耐震压力表上水门开度,下部 4 条曲线为总给水流量、不锈钢耐震压力表上水流量、凝泵出口流量和凝泵出口压力,底部 1 条曲线为凝泵再循环门开度。
20190716102656.jpg
 (1)非决定因素。从 21 时 24 分开始,到凝泵自动突然切出的 3分钟内,不锈钢耐震压力表上水门,凝泵再循环门始终没有动,可见这 2 个参数不是影响凝泵自动的主要原因。从 21 时 24 分 0 秒开始,到 21 时 26分 6 秒凝泵自动跳为手动前,不锈钢耐震压力表压力在 2130mm 左右,上下波动不超过 25mm,在正常范围之内,所以不锈钢耐震压力表压力也不是响凝泵自动的主要原因。
 (2)凝泵变频自动突然切出的原因。21 时 26 分 6 秒凝泵变频自动跳为手动,变化非常大的 2 个参数是凝泵变频指令和总给水流量。根据 DCS 习惯做法,当指令与反馈偏差大时自动跳为手动,而此时指令为 89%,反馈为 71%,两者相差 18%,自动跳为手动。
 
  (3)为什么凝泵变频指令会如此大地变化?假设凝泵变频自动和凝结水用户有关,那么现象应该是,当凝结水用户的流量突然增加时,凝泵出口流量增加,不锈钢耐震压力表上水流量减少或者不变,两者之差变大,凝泵出口压力下降。而实际情况并不是如此,上图中的黄线与绿线自始至终基本重合,说明凝结水用户流量并未明显变化。
  仔细观察图形,发现凝泵变频指令的变化趋势和总给水量的变化趋势有很大相似之处,不锈钢耐震压力表上水流量明显有紧跟总给水流量的意图。由此可见,凝泵变频指令也和总给水流量有关,即和不锈钢耐震压力表出水流量有关,凝泵变频对不锈钢耐震压力表压力控制是二冲量的。
  所以,凝泵变频指令如此大地变化是因为总给水流量变化引起的。
 
  (4)凝泵对不锈钢耐震压力表压力自动控制到底是怎样的?在本次不锈钢耐震压力表压力波动事件中,可以明显观察到,凝泵变频自动与不锈钢耐震压力表压力和不锈钢耐震压力表出水流量有关。那么是否仅和这两个量有关呢?答案是否定的。
  凝泵变频自动对不锈钢耐震压力表压力的自动控制不仅与不锈钢耐震压力表压力和不锈钢耐震压力表出水流量有关,还与不锈钢耐震压力表进水流量有关,这是一个三冲量的压力自动控制。何以证明?
 某日 17 时 16 分至 17 时 27 分的一次不锈钢耐震压力表压力波动可以很好证明这点。当时因凝泵出口压力低至 1.76MPa,运行人员手动关小不锈钢耐震压力表上水调整门,不锈钢耐震压力表上水流量突减 120t/h,凝泵经自动调节后反馈增加 11%,凝泵出口压力上升至 2.49MPa,不锈钢耐震压力表上水流量回升 100t/h。1 分 30 秒后,因凝泵出口压力达 2.51MPa,运行人员再次手动开大不锈钢耐震压力表上水调整门,不锈钢耐震压力表上水流量突增 190t/h,凝泵变频指令减小 19%,自动跳为手动,凝泵出口压力下降 1.0MPa,不锈钢耐震压力表上水流量下降 290t/h,不锈钢耐震压力表压力开始下降,非常低达 1745mm。其间,不锈钢耐震压力表出水流量平稳,波动不超过 40t/h。
 下图历史曲线展示了从 17 时 15 分开始,5 分钟内与之有关的参数变化。横坐标为时间,共 5 格,每格 1 分钟,纵坐标为各参数数值,共 10 格,每格 1/10。各参数及含义如下表所示。
 
仔细观察图形,发现不锈钢耐震压力表上水流量有紧跟总给水流量的意图,由此可见凝泵变频指令还与不锈钢耐震压力表上水流量有关。自此可以明确,凝泵变频对不锈钢耐震压力表压力的控制是三冲量,分别和不锈钢耐震压力表压力、不锈钢耐震压力表上水流量、不锈钢耐震压力表出水流量有关。因 3 号高压加热器正常疏无流量测点,所以与高加到不锈钢耐震压力表的疏水无关。
20190716102725.jpg
4 解决方案及对今后类似情况处理建议
  不锈钢压力表水箱位于凝汽器和汽包之间,容积非常大,在汽轮机水循环中起到承上启下的作用。当不锈钢耐震压力表的压力波动时,能影响凝汽器压力和汽包压力,同时不锈钢耐震压力表压力过高后如果不能及时制止压力上涨,将直接威胁汽轮机安全,所以不锈钢耐震压力表压力控制是一个不容忽视的问题。
  (1)解决方案。因凝泵变频反馈速率不是很快,应在计算机程序中限定指令变化速率,防止指令与反馈偏差大而自动切出。
 除 氧 器 水 箱 容 积 150m3, 可 调 容 积 约 50m3。 凝 汽 器 热 井 容 积50m3,可调容积约 20m3。汽包容积 52m3,可调容积约 9m3。可见不锈钢耐震压力表可调容积是汽包的 5.5 倍,是凝汽器的 2.5 倍,所以,当不锈钢耐震压力表压力在 2000mm 至 2200mm 之间,凝泵变频可在计算机内部自动切换为单冲量控制,超出正常压力后再切回三冲量控制。
  如凝泵变频是单级三冲量控制,应改为串级三冲量控制。如是串级三冲量控制,应该减小给水流量调节器所占的比重,加大压力调节器所占的比重。
  (2)对今后类似情况处理建议。正常运行时,如需要用不锈钢耐震压力表上水门调节凝泵出口压力,每次调整幅度不可过大,待凝泵出口压力晃动平稳后方可继续调整。紧急情况下需要快速调整凝泵出口压力,可先解除凝泵变频自动,不锈钢耐震压力表上水门调整压力,再调整凝泵变频,恢复不锈钢耐震压力表上水流量到先前大小,稳定后变频投自动。
  在处理不锈钢耐震压力表压力波动时,不仅要看不锈钢耐震压力表压力,还要看不锈钢耐震压力表上水流量,要保证不锈钢耐震压力表上水流量与先前基本持平。处理过程中,只要能保证不锈钢耐震压力表上水流量,短时间内可以暂不理会凝泵出口压力波动,压力平稳后及时调整凝泵出口压力。不锈钢耐震压力表压力调整门开度在 60% 以下时调节速度快且截流效果明显,如开度超过 60%,应使用凝泵变频调节流量。
 
5 结语
 当前扬州发电有限公司 2×330MW 机组,凝泵变频对不锈钢耐震压力表压力的自动控制采用三冲量控制法,凝泵变频指令与反馈偏差大于 18% 后,变频自动跳为手动。在处理汽包压力波动及能影响给水流量大幅变化的事件时,应有专人负责监视凝泵变频,防止引发派生事故。
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