王小江

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 泉州 362251)

循環(huán)水泵出口蝶閥液壓裝置故障及防范

王小江

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 泉州 362251)

本文通過對循環(huán)水泵出口液控蝶閥的關(guān)閉故障、邏輯控制進行分析，提出解決啟閉故障的防范措施，同時采取一系列可靠性提升措施及進行液壓裝置優(yōu)化及改造的可行性研究，對防范蝶閥故障具有一定的借鑒意義。

液控蝶閥；控制邏輯；優(yōu)化；改造

某燃氣電廠循環(huán)水泵出口蝶閥使用重錘式液控緩閉止回蝶閥，能按照預先的程序?qū)崿F(xiàn)水泵和閥門聯(lián)動，遠程控制閥門的開啟和關(guān)閉，同時實現(xiàn)緩閉功能，有效防止水錘危害，保護水泵和開式水管網(wǎng)系統(tǒng)的安全。

蝶閥配套使用液壓裝置作為閥門驅(qū)動的動力來源，能使蝶閥按預置程序?qū)崿F(xiàn)開啟和關(guān)閉功能，特別是對電源失去或事故停泵時，能按照設(shè)定角度和時間分快關(guān)和慢關(guān)兩個階段關(guān)閉蝶閥，對水錘的產(chǎn)生有明顯的抑制和消除作用，并能有效地防止水泵倒轉(zhuǎn)。液壓裝置采用重錘的勢能作為關(guān)閥動力源，當?shù)y全開后，液壓油路中的壓力油保持壓力在特定范圍，能使蝶閥長時間保持在全開位置而不出現(xiàn)掉錘。

1 液控裝置系統(tǒng)工作原理

液控裝置系統(tǒng)工作原理圖見圖1。

圖1 液控裝置系統(tǒng)工作原理

1.1 蝶閥開啟過程

當液控裝置接受到閥門開啟指令時，油泵電機啟動，油泵排出壓力油，經(jīng)過單向閥、節(jié)流閥及高壓油管進入液壓缸，重錘隨著液壓缸的動作而緩慢升起，蝶閥隨之開啟。當?shù)y開啟至全開位置時，油泵電機停止運轉(zhuǎn)。閥門開啟過程中和全開狀態(tài)時，泄壓電磁閥1YV始終處于失電，液壓系統(tǒng)進入保壓狀態(tài)。液壓系統(tǒng)長時間工作時，由于油路中閥門會存在正常的內(nèi)漏導致油壓下降，當油壓下降至壓力開關(guān)下限值9MPa時，油泵電機啟動對油路進行充壓，當油壓上升至壓力開關(guān)上限值16MPa時，油泵電機停止運行，這樣保證系統(tǒng)油壓處于設(shè)定范圍以保證閥門處于全開狀態(tài)。

1.2 蝶閥關(guān)閉過程

當液控裝置接受到閥門關(guān)閉指令時，電磁閥得電，液壓油壓力泄壓回流至油箱，重錘的重力勢能作用下，蝶閥關(guān)閉至全關(guān)位置。

1.3 手動操作開關(guān)閥門

在自動功能失效情況需要應急操作時，可搖動手動油泵，對油路手動充壓開啟蝶閥。在就地控制柜上手動按下電磁閥應急按鈕，實現(xiàn)關(guān)閉蝶閥功能。

2 蝶閥控制邏輯分析

2.1 蝶閥開啟邏輯分析

在泵閥聯(lián)啟前，控制方式置自動，而后在DCS控制畫面點擊循環(huán)水泵“開啟”按鈕，循環(huán)水泵房液控蝶閥的油動機立即運行，開始建立油壓，油壓約為4MPa至6MPa，液控蝶閥進入慢開。當?shù)y開至20%-35%觸動15度限位開關(guān)，當開15度限位開關(guān)信號與閥位模擬量反饋（20%-35%）在DCS邏輯形成“與”關(guān)系觸發(fā)“15度信號”，1秒后液控蝶閥進入停閥模式；而后15度信號與循環(huán)水泵開指令在DCS邏輯形成“與”關(guān)系觸發(fā)“合閘指令”，循環(huán)水泵合閘；循泵合閘后，邏輯自動又再次對液控蝶閥發(fā)出“開指令”，油動機開始升壓，液控蝶閥進入快開模式，直至全開狀態(tài)。油動機升壓至16MPa后，觸動液控蝶閥控制柜PLC高限，PLC發(fā)出停油動機指令，油動機停止運行，此時油壓應保持在9～16MPa左右。

2.1 蝶閥關(guān)閉邏輯分析

在泵閥聯(lián)控停止前，控制方式置自動，而后在DCS控制畫面點擊循環(huán)水泵“停止”按鈕，液控蝶閥電磁閥得電開始卸油，在重錘的勢能作用下，蝶閥開始關(guān)閉，進入快關(guān)模式。當液控蝶閥關(guān)至20%～35%，觸發(fā)“分閘指令”，循環(huán)水泵停止運行，液控蝶閥慢關(guān)至全關(guān)狀態(tài)。

3 液控裝置可靠性提升措施

3.1 加強液控裝置就地設(shè)備的定期工作

加強就地設(shè)備的定期檢查工作，可以有效降低設(shè)備故障率，定期工作檢查內(nèi)容。

（1）全關(guān)、15度、全開限位開關(guān)固定牢固、動作靈活、接點動作靈敏。限位開關(guān)出線處用耐候膠密封，以防進水。

（2）壓力開關(guān)、電磁閥接線緊固。

（3）模擬量反饋電位計轉(zhuǎn)動齒輪固定牢固、轉(zhuǎn)動靈活、間隙正常，與DCS顯示跟蹤良好。

3.2 油泵油壓開關(guān)改造

問題點：液控蝶閥的油壓值由壓力開關(guān)來監(jiān)視并將油壓的高低限值送入就地PLC控制柜參與油泵啟停。單一的油壓高低值判斷不利于觀察液控蝶閥的實際狀況及油泵的運行情況；在DCS畫面，液控蝶閥油泵的油壓無顯示及無歷史趨勢查詢，不利于對當前液控蝶閥油壓的監(jiān)視和故障分析。

解決措施：取消就地壓力開關(guān)，改成壓力變送器信號送至DCS，實時顯示并進入歷史趨勢，通過DCS邏輯判斷壓力高、壓力低，將信號送回就地PLC作為油泵聯(lián)鎖啟停的條件，同時聲光報警增加油泵電機運行且壓力異常報警。

3.3 閥門位置開關(guān)信號邏輯優(yōu)化

問題點：液控蝶閥15度信號通過行程開關(guān)與閥位共同判斷，行程開關(guān)故障率高，且閥位在15%至35%的動作點比較難調(diào)整。

優(yōu)化措施：取消就地行程開關(guān)，改成閥位模擬量信號送至DCS作為DCS液控蝶閥15度信號判斷，通過DCS邏輯高、低判斷確定液控蝶閥15度信號動作值的閥位區(qū)間。為防止關(guān)閥過程中出現(xiàn)中停情況，在液控蝶閥中停信號脈沖前加RS觸發(fā)器，由15度信號置1；自動關(guān)置0。同時將全關(guān)、全開、15度行程開關(guān)換成感應式接近開關(guān)。

3.4 DCS控制邏輯優(yōu)化

（1）將液控蝶閥PLC中故障報警條件中的全關(guān)、開15度、全開限位開關(guān)信號，與DCS蝶閥模擬量開度的對應定值做邏輯與，可降低由于限位開關(guān)信號異常導致蝶閥關(guān)閉事件。

（2）循泵順控啟動，在出口液控蝶閥開啟至15度，循泵啟動正常后，在循泵跳閘后，液控蝶閥仍繼續(xù)開啟至全開位置后，再關(guān)閉。循泵跳閘后，可能因為液控蝶閥關(guān)閉時間過長造成循環(huán)水母管失壓。邏輯修改為循泵跳閘后，液控蝶閥馬上關(guān)閉。

（3）液控蝶閥自動關(guān)信號由循泵分閘信號加3S脈沖及循泵停止中間點信號“或”的關(guān)系組成。當循泵非正常停運（比如按下急停按鈕）時，僅靠循泵分閘信號觸發(fā)3S脈沖發(fā)自動關(guān)信號，導致蝶閥關(guān)過程中，若觸發(fā)中停指令后，自動關(guān)信號消失，閥門不能完全自動關(guān)閉。循泵正常停運時，液控蝶閥自動關(guān)信號由兩者輪流觸發(fā)，信號保持時間較長，足夠關(guān)閉蝶閥。邏輯優(yōu)化：循泵分閘信號由3S脈沖改為8S脈沖；循泵停止指令中間點信號“或”的關(guān)系組成液控蝶閥自動關(guān)信號。

3.5 DCS畫面增加閥門開啟時間

在DCS畫面顯示液控蝶閥開啟時間,且進入歷史趨勢。時間1：液控蝶閥開指令至15度開關(guān)動作時間；時間2：液控蝶閥開指令至全開時間減去中停時間。兩個時間結(jié)合油壓信號可判斷蝶閥是否卡澀。

4 液壓控制系統(tǒng)熱工設(shè)備及邏輯優(yōu)化可行性研究

經(jīng)過對DCS系統(tǒng)蝶閥控制邏輯研究，可采取以下優(yōu)化措施。

（1）全關(guān)、開15度、全開限位開關(guān)進行冗余配置或三選二?；蛘咴僭黾右粋€模擬量反饋，兩個模擬量反饋與限位開關(guān)進行三選二。

（2）取消PLC，就地保留切換開關(guān)、啟停按鈕、電氣主回路和接線端子，將液控蝶閥所有信號引入DCS，在DCS實現(xiàn)液控蝶閥的控制邏輯。此措施可方便進行事故分析和在線邏輯查看，同時可取消就地控制箱PLC、控制電源、UPS電源、電源轉(zhuǎn)換模塊，就地箱只保留接線端子。

（3）單臺機組的循環(huán)水泵和液控蝶閥由公用DCS控制改由單元機組DCS控制。此措施可實現(xiàn)風險分散，可避免公用DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或控制器故障時，無法對循環(huán)水泵和液控蝶閥進行操作，同時方便對單臺機組的循泵和液控蝶閥進行控制系統(tǒng)維護和檢修。

以上優(yōu)化措施較為可行，但實際工作量大，需結(jié)合機組C級及以上檢修進行改造。

5 液壓裝置油路優(yōu)化可行性研究

5.1 系統(tǒng)增加備用油泵

圖1中配置有1臺油泵，當油泵故障時，油壓無法保持在一定范圍，容易導致蝶閥關(guān)閉，可增加1臺油泵進行備用。正常由1臺油泵運行，故障時啟動備用油泵對系統(tǒng)進行保壓。

5.2 系統(tǒng)增加冗余泄壓電磁閥

圖1中電磁閥得電時，系統(tǒng)油路進行泄壓，閥門由于重錘勢能進行關(guān)閉。當電磁閥線圈故障或閥體卡澀時，無法泄壓，蝶閥無法關(guān)閉?？稍黾?路并聯(lián)電磁閥，當?shù)y得到遠方關(guān)閉指令時，兩個泄壓電磁閥同時帶電，將油路泄壓。

6 液壓裝置改造電動裝置可行性研究

由于液壓裝置設(shè)備多、油路復雜，同時液壓執(zhí)行機構(gòu)密封件存在老化問題，當裝置出現(xiàn)問題時，故障點較難定位，解決時間長，增加檢修工作量，嚴重時影響發(fā)電機組正常運行。經(jīng)過分析，可以采用電動執(zhí)行機構(gòu)代替液壓裝置。相比液壓裝置而言，電動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，維修保養(yǎng)方便的特點，故障點定位也較為方便。

7 結(jié)語

循環(huán)水泵作為電廠的重要輔機，其穩(wěn)定性決定著機組是否能安全穩(wěn)定運行，通過對出口液控蝶閥的可靠性分析并采取可靠性提升措施，大大提升循環(huán)水泵的可用系數(shù)，從而保障機組安全穩(wěn)定運行。

[1]章素華主編.燃氣輪機發(fā)電機組控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2012.4.

[2]國家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義.北京：中國電力出版社，2014.5.

[3]中國華電集團公司編.大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書.設(shè)備及系統(tǒng)分冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

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