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汽輪機水位優(yōu)化控制探討

2018-06-07 02:59:56洪麗格
關(guān)鍵詞:導波凝汽器變送器

洪麗格

(福建省三鋼(集團)有限責任公司, 福建 三明 365000)

引言

福建省三鋼(集團)有限責任公司(以下簡稱“三鋼”)是長流程生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè),其焦爐、高爐、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中均產(chǎn)生煤氣。在滿足各道生產(chǎn)工序正常運行的同時,三鋼煤氣大量富余。為了減少煤氣放散對大氣的污染,三鋼建設(shè)鍋爐和汽輪發(fā)電機組消耗煤氣,生產(chǎn)清潔的電力能源自用。目前三鋼集團本部自發(fā)電比例達50%以上。

三鋼2號發(fā)電機組是三鋼投產(chǎn)的第一批發(fā)電機組。這臺發(fā)電機組為凝汽式汽輪機與15 MW發(fā)電機聯(lián)機運行,采用歐姆龍控制系統(tǒng)。為確保機組安全運行,發(fā)電機組設(shè)有多項聯(lián)鎖停機參數(shù),如超速、推力瓦溫高、軸向位移大、排汽溫度排汽壓力異常等,如圖1。

圖1 2號發(fā)電機組連鎖系統(tǒng)

1 三鋼2號發(fā)電機組運行存在的問題

隨著三鋼產(chǎn)能的增加,生產(chǎn)節(jié)奏加快,各道工序煤氣產(chǎn)生和消耗變得不平衡,導致煤氣管網(wǎng)壓力變化大。為了平衡煤氣管網(wǎng)壓力,三鋼煤氣柜通過吞吐煤氣,可瞬時平衡煤氣管網(wǎng)壓力,但最主要的煤氣平衡“調(diào)節(jié)者”是自備電廠的鍋爐和發(fā)電機組。三鋼2號發(fā)電機組是煤氣調(diào)峰的主力,運行負荷通常在6~14 MW區(qū)間調(diào)整,波動大。負荷頻繁大幅度變化,2號發(fā)電機組汽輪機部分出現(xiàn)了軸振動變大、推力瓦溫升高、水位自動調(diào)節(jié)困難等問題。最為突出的是負荷調(diào)整時汽輪機的進汽短時間內(nèi)激增或驟降,凝結(jié)器熱水井水位波動異常,因熱水井水位自動控制跟蹤不及時,引起汽輪機排汽溫度和排汽壓力異常連鎖停機。每次停機到機組恢復(fù)正常運行都需要3~4 h,每年因此停機2~3次,經(jīng)濟損失大。

2 汽輪機排汽溫度和排汽壓力異常的原因分析

首先了解汽輪機凝汽器熱水井水位控制原理,見圖2。

圖2 熱水井水位控制示意圖

汽輪機凝汽器是為了冷卻做完功未液化的蒸汽,保持凝汽器內(nèi)一定的負壓(真空度),使進入汽輪機的蒸汽流動順暢,不易引起汽缸溫度升高,凝汽器運行正常既保證機組安全運行,又能保證蒸汽做功效率。

汽輪機做完功的乏汽經(jīng)凝汽器冷卻后液化進入熱水井。熱水井內(nèi)的水通過凝結(jié)水泵泵出,一部分水通過“排水閥”排出,另一部分水通過再循環(huán)管“水位調(diào)節(jié)閥”回到熱水井,調(diào)節(jié)熱水井水位。熱水井水位過高會影響乏汽的冷凝,而水位過低則容易使空氣進入凝汽器,都會造成汽輪機真空惡化,影響汽輪機運行效率和安全。生產(chǎn)運行過程中,為了控制熱水井水位平穩(wěn),應(yīng)將熱水井水位與排水閥和水位調(diào)節(jié)閥聯(lián)動,實現(xiàn)電腦自動控制:當汽輪機進汽量增大后,凝汽器熱水井水位開始上升,系統(tǒng)將實際水位與設(shè)定水位進行比較,發(fā)現(xiàn)水位升高,發(fā)送指令開大“排水閥”、關(guān)小“水位調(diào)節(jié)閥”,排出凝結(jié)水,使熱水井水位回到設(shè)定值,水位控制是一個不斷跟蹤、比對、反饋、調(diào)節(jié)的過程。

如果汽輪機發(fā)生排汽溫度和排汽壓力異常連鎖停機,主要由以下幾個原因造成:凝汽器密封裝置故障漏空氣,影響凝汽器真空,導致停機;中控系統(tǒng)自動控制異常,導致停機;熱水井水位測量不準、系統(tǒng)控制出現(xiàn)偏差,導致滿水停機;排水閥和水位控制閥(機械或電路板)故障,閥門無法正常動作,導致停機。

通過調(diào)閱2號發(fā)電機組熱水井水位歷史曲線,發(fā)現(xiàn)當汽輪機進汽量大增時,熱水井水位快速上升,水位自動控制系統(tǒng)也開始起作用,開大排水閥門,關(guān)小水位控制閥門進行排水,因為汽輪機凝結(jié)水瞬時增加量大,雖然系統(tǒng)持續(xù)跟蹤、調(diào)節(jié),但是熱水井內(nèi)進出水量還未達到平衡,此時熱水井水位繼續(xù)上升,當水位上升到900 mm(水位計滿量程)以后約1 min,中控系統(tǒng)接收到的水位計輸出信號突變?yōu)?(空水位),使得水位控制系統(tǒng)朝反方向調(diào)節(jié)——關(guān)閉排水閥門,打開水位調(diào)節(jié)閥,使得熱水井水位持續(xù)升高,最終導致汽輪機排汽溫度和排汽壓力異常停機。

2號發(fā)電機組熱水井水位測量儀表采用導波雷達。導波雷達輸出信號4~20 mA對應(yīng)熱水井水位高度為0~900 mm,測量輸出是整個水位邏輯控制第一步,所以故障排查從熱水井的水位測量儀表——導波雷達開始。監(jiān)盤操作人員先把熱水井水位控制調(diào)整至人工控制,隔離水位邏輯控制。儀控人員在導波雷達輸出回路串聯(lián)一個萬用表觀測導波雷達輸出信號與水位變化之間的關(guān)系。通過實際測量發(fā)現(xiàn)導波雷達在水位量程設(shè)定范圍內(nèi)其輸出信號正常,即輸出的電流信號與水位變化成對應(yīng)關(guān)系,但當熱水井水位超過導波雷達測量量程900 mm并持續(xù)升高后,其輸出電流信號突變?yōu)? mA,在電腦顯示熱水井水位為“0”空水位,但實際上這時的熱水井是滿水狀態(tài)。經(jīng)過反復(fù)確認,導致控制系統(tǒng)在滿水情況下顯示“0”水位的問題是當水位高于導波雷達量程后,導波雷達輸出信號異常。

導波雷達的測量原理:導波雷達是利用電磁波反射測量原理的智能測量儀表。導波雷達測量時,先發(fā)出電磁脈沖信號,當脈沖抵達所要測量的液體表面時,部分脈沖被反射并返回變送器,變送器接收脈沖后,將產(chǎn)生的脈沖和反射接收到的脈沖之間的時差換算成距離,從而來計算液面高度。但是導波雷達存在測量盲區(qū),當實際水位超過測量參考點就進入了導波雷達的頂部盲區(qū),就會出現(xiàn)脈沖信號反射異常,導致導波雷達測量誤差大,輸出信號與實際不符的情況。

通過分析導波雷達的測量原理及后期測試證實,當熱水井水位超出導波雷達的有效測量量程,導波雷達輸出信號與實際水位不符。

3 解決水位測量儀表輸出假信號的措施

3.1 方案一:增大導波雷達有效測量程

通過翻閱說明書,儀控人員可以通過修改導波雷達的參數(shù)設(shè)置,將其盲區(qū)改小,增大有效測量范圍。但是在熱水井水位超過導波雷達測量范圍,且水位持續(xù)上升的過程中還是容易到達測量盲區(qū),造成測量誤差,影響汽輪機正常運行,所以該方案不可行。

3.2 方案二:更換熱水井水位測量儀表

部分技術(shù)人員提出將水位測量儀表更換為差壓變送器。差壓變送器具有測量原理簡單、安裝方便、價格便宜等優(yōu)點,其在敞口容器的水位測量應(yīng)用較多。通過資料分析對比,用差壓變送器測量熱水井水位存在以下問題:第一,因為熱水井內(nèi)為負壓,差壓變送器測量不穩(wěn)定,且氣密性較差,真空容器對系統(tǒng)的氣密性要求很高,差壓變送器在以往電廠中的應(yīng)用效果并不理想。相對于差壓變送器、導波雷達在嚴密性要求比較高的真空容器——凝汽器內(nèi)應(yīng)用更好。第二,若更換熱水井水位測量儀表,需停機對熱水井測量點進行重新開口,連接導壓管,時間較長,在生產(chǎn)節(jié)奏快、整個廠煤氣壓力波動大的實際情況下,2號發(fā)電機組作為煤氣調(diào)峰“主力”不具備長時間停機的可能。綜合以上因素,方案二也不可行。

3.3 方案三:修改水位控制邏輯

針對三鋼生產(chǎn)實際,在2號發(fā)電機機組不停機的情況下,通過在上位機修改控制系統(tǒng)的熱水井水位控制邏輯,再從上位機下載至工況機。

2號發(fā)電機組水位控制程序增加以下邏輯(見下頁圖3):當水位顯示低于110 mm,且蒸汽流量大于8 t/h時,水位信號強制為滿水位(900 mm);當水位顯示低于850 mm時,顯示實際水位。為避免汽輪機啟動前,熱水井注水時實際低水位被強制為滿水位,增加一個蒸汽流量大于8 t/h的參數(shù)指標。

圖3 控制系統(tǒng)中增加的判斷邏輯

熱力2號發(fā)電機組水位控制程序修改后,在實際運行中避免了凝結(jié)器熱水井水位測量缺陷造成凝結(jié)器水位高時出現(xiàn)假水位的現(xiàn)象。同時通過崗位勞動競賽等方式,加強崗位操作人員績效考核和異常考核,提高崗位操作人員的積極性和主動性,利用能源管理系統(tǒng)提前預(yù)判管網(wǎng)壓力,及時調(diào)整發(fā)電機組負荷。通過技術(shù)和管理上的措施,三鋼2號發(fā)電機組因水位計輸出虛假信號引起停機的情況沒有再發(fā)生,大大提高設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

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