660MW機組高壓旁路控制系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化

1、660MW 機組高壓旁路控制系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化摘要:介紹了神華國能哈密電廠4 臺機組高壓旁路控制部分普遍存在的問題，針 對這些普遍存在的問題，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 電廠機組啟停中的安全性、可靠性，解決了困擾該廠長久以來的難題，同時對發(fā) 生的高頻大幅度振蕩現(xiàn)象進行了分析，制定解決方案。關鍵詞：高壓旁路控制;系統(tǒng)故障分析；閥位反饋引言神華國能哈密電廠為4X660MW超臨界燃煤機組，機組的基本情況如下：鍋 爐為上海鍋爐廠生產的超臨界、四角切圓燃燒、緊身封閉、全懸吊鋼結構塔式爐， 型號是SG-1913/25.4。汽輪機是東方汽輪機廠設計的一次中間再熱、三缸四排汽、 凝汽式直

2、接空冷機組，型號是NZK660-24.2/566/566，配置兩臺50%汽動給水泵， 小機間接冷卻；配1套高壓旁路裝置， 2套低壓旁路裝置。汽機采用高、低壓二 級串聯(lián)旁路系統(tǒng)裝置，即主蒸汽通過高壓旁路，經再熱蒸汽管道進入鍋爐再熱器， 再熱器出口蒸汽通過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。高旁閥是德國寶馬閥產品，型號是BMF-1，高旁閥的控制機構為西門 子智能分體式定位器。旁路系統(tǒng)的作用 機組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)起動時，控制汽機主汽、再熱蒸汽進汽壓力，以適應汽機在各種工況下的啟動要

3、求，實現(xiàn)汽機沖轉、帶初負荷、切缸直至 帶滿負荷，縮短機組啟動時間和減少蒸汽介質損失，減少汽機循環(huán)壽命損耗，實 現(xiàn)機組的最佳啟動。停機時，鍋爐產生的新蒸汽經旁路減溫、減壓后進入凝汽器， 回收工質；另外，電網故障時，通過旁路系統(tǒng)的能量轉移，機組可帶廠用電甩負 荷運行。事故概述 哈密電廠4臺機組轉商業(yè)運營以來，機組啟動過程中，若干次因為高旁閥突發(fā)的高頻振蕩，導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，給機組的啟動及安全帶來極大的安全隱患。電廠4臺機組168投運以來， 高旁閥反饋器故障情況統(tǒng)計如下：2015年3月6日， 4號機組機組啟動過程中，反饋連桿脫落，高旁閥頻發(fā)振 動，無法控

4、制，導致跳機；2015年4月17日， 3號機組啟動過程中，反饋器故障，遠方無法操作，伴著 強烈的噪音和極大的風險，就地控制，完成切缸操作，險些跳機。2015年5月21日， 3號機組啟動過程中，高旁閥故障，遠方無法操作，機組 打閘。2015年6月3日， 1號機組跳機，高旁閥反饋連桿斷裂，高旁閥無法操作， 險造成鍋爐超壓。例子：3月6號11： 04，高旁閥反饋60%，運行正常，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 位開度到65%，主給水流量699t/h，閥前壓力6.66MPa，閥后壓力0.9MPa，此時 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，抖動頻 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的破壞力，致使反饋桿與閥門 連接處脫開，DCS無法遠方控制，機組跳閘。原因分析哈密電廠4 臺機組高旁閥都存在共性問題，都是調節(jié)閥在操作時，管道的高 頻振動和閥桿漏氣溫度過高等因素，引起了閥門反饋器故障，導致閥門無法遠方 操作。通過多次高旁閥的異常情況分析，得出如下結論：一是高旁閥體的高頻振 動，導致反饋接受器連接桿脫

6、落，造成指令、反饋偏差，無法遠程操作；二是因 為環(huán)境溫度較高，對電子元件造成較大影響。反饋接受器的極限溫度時80 度， 但實測溫度都已經超過90 度，長時間高溫，電子元件承受不了高溫影響，導致 故障。由于蒸汽管道安裝時，在管道的布置上存在入口彎管，閥前 1.5 米和閥后2 米左右各有一個垂直彎管，在汽液混合后增加了對整個管道的沖擊，特別是閥 后短管道過短，造成水沖擊閥后管道彎管處，大大增強了管道的震動。高旁蒸汽管道上沒有大的支撐，只有一組懸吊，在較多彎管存在的基礎上 一組懸吊顯然不足夠穩(wěn)定管道，管道也會產生強烈的震動。從調節(jié)閥的使用和理論分析可以證明，誘發(fā)調節(jié)閥振動和噪聲的因素有很 多，這些因

7、素互相影響，很多又同時發(fā)生，這就使得高旁閥減震和降噪更為困難， 需要結合閥門的材質、結構、工況不同等進行綜合考慮。電廠4 臺機組高旁閥型號完全一樣，但在施工安裝時稍顯不同。 3、4 號機組 低壓旁路控制柜到閥門氣缸的連接管道，在安裝時被延長到了大于7 米的距離且 管道尺寸由原來的 30mm 變徑為 24mm 的管道。由于控制柜到氣體壓縮性較強， 且延長管道對定位器給予閥門的指令響應時間也發(fā)生了變化，造成氣缸內的壓力 波動較大，而閥位的動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 導致了閥門的大幅振動。電廠曾于 2015 年 4 月對 2 號機組的西門子反饋器進行了改造。為減少因 為高頻

8、振蕩帶來的反饋大幅波動，將與高旁閥相連管道固定的同時，把反饋器的 固定支架延長15cm，避開高溫區(qū)。為防止反饋桿與閥門連接桿脫開，在反饋桿 尾部加了一個高溫淬火的銅墊片，保證連接處不脫開的同時，又能有效無阻滯的 滑動，通過這些改造方式，以期達到較好的控制效果，但實際上仍多次出現(xiàn)反饋 故障的情況。2015 年3 月， 4 號機組高壓旁路反饋連桿震落，從在發(fā)生管道劇烈震動，調 取了反饋桿震脫落時的2組運行參數(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，閥門開度在70.2%、 70.15%。在此參數(shù)工況下運行時，并未超

9、過技術協(xié)議規(guī)定的壓差范圍。按照原設計的 要求，閥門設計成 3 級減壓完全滿足運行要求，但閥后壓力較低，造成蒸汽通過 閥門的流速將增加，導致閥門超標準的高頻震動。綜合以上情況及理論分析，排除了閥門本身調節(jié)回路出現(xiàn)故障的可能性，那 么在機組啟動過程中，多次發(fā)生反饋連接部分變形，脫落情況，就只能是多個因 素共同作用的結果。解決方法要避免閥門動作引起的管道高頻振動，從以下幾個部分進行了改進，來改善 高旁閥的控制：1）改變高旁閥氣源回路的布置。在3、 4號機組檢修期間，對高旁閥的氣源回路進行了改造，恢復原設計，高低壓旁路控制柜到閥門氣缸的連接管道控制在6.6米，且管道尺寸由原來的24mm變徑為30mm，

10、這樣就排除了高旁閥氣動控 制回路對閥門本身調節(jié)造成影響。2）加強管道的固定支撐。在高旁閥閥前閥后管道增加機械固定，以減少蒸汽 和汽液混合段對管道彎管的沖擊。3）重做高旁閥的保溫。在蒸汽通過高旁前做好保溫，防止閥門內外溫差對閥 體材質的損傷，同時減少閥門反饋器的電子元件，在較高溫度環(huán)境里運行，導致 電子元件本身問題造成的閥門無法操作。4）調整運行參數(shù)，改進噴水減溫裝置。在機組啟動時按要求參數(shù)運行，通過 控制閥前后的壓差、溫差，增加減溫水的調節(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。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，保護閥體并減少交變應力，使汽水混合降溫效果良好；

11、出口處設節(jié)流孔板， 將主蒸汽降至符合再熱冷段蒸汽設計要求，保持再熱蒸汽溫度和壓力穩(wěn)定；擴大 高旁閥出口管徑，使蒸汽擴容后與減溫水充分混合使閥后溫度能控制在260度左 右。5）對執(zhí)行機構控制部分進行改造。實際運行中，高旁閥本身也存在振動，閥 門剛動作，介質流速急劇增加，調節(jié)閥前后壓差急劇變化，引起閥門帶動管道的 振動。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 部分通過彈簧來壓緊，運行時多次出現(xiàn)反饋部分脫開的現(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希爾分體式定位器，閥位反饋采用非接 觸式測量，避免了易松動的硬性機械連接故障，適用行程加大，維護量降低，很 好的解決了現(xiàn)場存在的問題，實現(xiàn)了定位控制和狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的預測性維 護。效果檢驗完成上述六個方面的改進之后，在后續(xù)的機組啟停過程中，高旁閥的調節(jié)基 本穩(wěn)定，動作及時，未再出現(xiàn)閥門帶動管道的異常振蕩情況，同時寶馬閥廠家， 也吸取了此方面的經驗教訓，對控制器進行了改進，采用了新型的非接觸式的費 希爾定位器，實現(xiàn)控制的穩(wěn)定性。7 結束語哈密電廠