熱工系統(tǒng)安裝中的典型問題分析與處理

鄭鳳苓

（天津電力建設(shè)公司，天津市，300041）

0 引言

當(dāng)前，熱工控制系統(tǒng)已成為決定發(fā)電機組安全運行及經(jīng)濟指標(biāo)的主導(dǎo)系統(tǒng)之一，它以復(fù)雜多樣的軟硬件實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制、系統(tǒng)保護(hù)等功能。而信號測量與反饋的真實與準(zhǔn)確程度，是控制系統(tǒng)保證機組安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的開放與冗余特性，為完善控制系統(tǒng)或控制過程，更好地實現(xiàn)人—機（控制設(shè)備）、機（控制設(shè)備）—機（熱力機械）接口提供了便利平臺。

本文總結(jié)了對發(fā)電機組試運行影響較大的熱工控制系統(tǒng)安裝中的典型問題，從技術(shù)角度剖析引發(fā)問題或故障的關(guān)鍵因素，并提供了可行的應(yīng)對措施，以避免同類問題再度發(fā)生。

1 機械測量裝置與熱工檢測元件安裝的參數(shù)匹配

1.1 流量檢測

流量檢測裝置安裝反向，在機組試運過程中切割調(diào)整現(xiàn)象頻發(fā)，其主要是由于機務(wù)與熱工2個專業(yè)在安裝過程中配合不夠而致。一是機務(wù)與熱工2個專業(yè)未在安裝前核實孔板方向與介質(zhì)流向；二是在管道清洗或進(jìn)行嚴(yán)密性試驗前拆下流量計，在復(fù)裝時將其裝反。

當(dāng)前，檢測管道內(nèi)液體流量的取源部件主要為截流孔板。截流孔板在配置上應(yīng)與不同系統(tǒng)管道內(nèi)的不同介質(zhì)相匹配。在項目組織上，管道的安裝由機務(wù)專業(yè)完成，而流量計是熱工專業(yè)的檢測元件；熱工專業(yè)技術(shù)規(guī)范對流量計的安裝有個性化的要求：（1）不同結(jié)構(gòu)的流量計在管道內(nèi)的安裝位置不同。如均速管流量計，插入管內(nèi)的長度與管內(nèi)徑相同，與靶式流量計在管道內(nèi)的安裝位置不同；（2）靜壓引出管（或靜壓孔）安裝位置應(yīng)與管內(nèi)介質(zhì)流向同向；（3）安裝時需要依據(jù)系統(tǒng)管道內(nèi)徑及流量計算插入管內(nèi)的長度等。所以流量檢測裝置的安裝應(yīng)由機務(wù)與熱工專業(yè)合作完成。

1.2 溫度檢測

發(fā)電機組管道內(nèi)介質(zhì)的溫度檢測元件設(shè)計以熱電偶和熱電阻2種溫度計為主。關(guān)于熱電偶和熱電阻在設(shè)備與管道上的安裝環(huán)境、取點位置（不同的介質(zhì)位置不同）、冷端溫度補償，按照現(xiàn)有設(shè)計及規(guī)范安裝未發(fā)現(xiàn)不良影響。而在溫度計插入管道內(nèi)深度滿足規(guī)范要求時，仍發(fā)現(xiàn)測量誤差超過容許范圍，出現(xiàn)信號報警影響試運行的情況。

出現(xiàn)以上問題的主要原因為安裝過程中未分析公稱通徑與管道內(nèi)、外徑的區(qū)別及影響，未計算管道壁厚的影響，未考慮管內(nèi)介質(zhì)的最大熱影響區(qū)，未計算節(jié)流后速度梯度變化對溫度的影響等。

解決的方法為：通過公稱通徑與管道內(nèi)徑的比對，選擇具有代表性的管道測量部位，將熱電偶、熱電阻要求插入深度與管道壁厚之和作為安裝插入深度。從流體力學(xué)角度分析，管道斷面中心流速最大，其溫度最高，感溫元件處在被測介質(zhì)管道的中心部位，其測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。另外，由于水蒸氣及氣體的黏度與壓力、溫度相關(guān)，在熱電偶和熱電阻的冷端溫度補償及校驗時，應(yīng)綜合考慮各種影響因素。

2 熱工儀表管安裝中的問題及處理

2.1 取樣管的制造缺陷

由于相同規(guī)格、相同材質(zhì)的進(jìn)口儀表管價格較高，發(fā)電機組極少采用進(jìn)口產(chǎn)品，多采用國產(chǎn)儀表管材。

儀表管的設(shè)計材質(zhì)一般為1Cr18Ni9Ti、Z2CN18.10、12CrIM0V等，火電工程主要采用1Cr18Ni9Ti材質(zhì)的φ16×3、φ14×2管材，核電工程主要采用不銹鋼316L和304L的φ9.52×1.63、φ6.35×1.65等管材。施工現(xiàn)場儀表管的常規(guī)管理是使用前按照金屬技術(shù)規(guī)范的要求對儀表管進(jìn)行光譜復(fù)查，但這種檢驗方法只能判斷金屬材料所含有金屬元素的組分，并不能判斷材料的幾何尺寸偏差及管材的微觀缺陷。

儀表管安裝主要及常見的問題有：（1）某施工單位在對1Cr18Ni9Ti材質(zhì)φ16×3、φ14×2儀表管冷彎過程中發(fā)現(xiàn)70%管材有裂紋，且裂紋最深達(dá)1 mm。（2）儀表管彎制及安裝過程發(fā)現(xiàn)管口橢圓，在與二次門連接（卡套連接方式）后，40%接口滲漏的現(xiàn)象。

因此，采購方應(yīng)在采購過程中對生產(chǎn)線的生產(chǎn)穩(wěn)定狀態(tài)及廠內(nèi)抽檢進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督。另外，材料運抵現(xiàn)場庫后，物資管理人員應(yīng)依據(jù)管材采購標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計規(guī)格，采用測量精度滿足要求的計量器具實測管材幾何尺寸，并真實反映偏差是否在標(biāo)準(zhǔn)容許范圍；禁止不合格的管材出庫是防止管道與閥門連接滲漏的關(guān)鍵。

對管材隱性缺陷，如細(xì)小裂紋等，可在管材使用前采用著色和渦流2種檢驗法進(jìn)行一定比例抽檢，確定管材無質(zhì)量問題后投入使用。射線與渦流檢驗費用相對較高，施工單位可在投標(biāo)階段將其列入報價，也可根據(jù)施工過程中的實際情況，與業(yè)主溝通后再進(jìn)行檢驗。

2.2 儀表管安裝

在發(fā)電廠建設(shè)過程中，設(shè)計單位不提供用于儀表管安裝的設(shè)計圖紙，火電機組施工單位一般將其作為現(xiàn)場工藝設(shè)計項目。熱工專業(yè)技術(shù)規(guī)范也沒有明確的管線、支吊架（熱工驗收標(biāo)準(zhǔn)中只有支吊架制作的驗收標(biāo)準(zhǔn)）、膨脹、管間間隔等設(shè)計要求。出現(xiàn)的問題有：膨脹彎過大浪費材料或膨脹達(dá)不到管系膨脹需求而撕裂；不同坡度要求的儀表管走同一并行管路，部分轉(zhuǎn)彎處間隔小，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差；因儀表管堵塞，導(dǎo)致變送器誤發(fā)信號而使機組整套試運停機等。

按照現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范，儀表管安裝應(yīng)滿足《電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范（熱工儀表及控制裝置篇）》[1]的要求，流量與液位的取源部件與二次儀表間的儀表管坡度應(yīng)大于1∶12，而壓力引測儀表管安裝應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范中“其他管路應(yīng)大于1∶100”的坡度要求；儀表管的設(shè)計需要參考管道設(shè)計規(guī)范，結(jié)合熱工安裝技術(shù)規(guī)范綜合考慮，支吊架間距及型式（固定或可移動）應(yīng)按管道或相關(guān)行業(yè)的施工、設(shè)計規(guī)范設(shè)計后再安裝。發(fā)電機靜子冷卻水流量變送器因儀表管堵塞誤發(fā)信號這一案例，實際反映施工規(guī)范中提及的“管子安裝前應(yīng)進(jìn)行清理，達(dá)到清潔暢通。安裝前管端應(yīng)臨時封閉，避免臟物進(jìn)入”這一要求沒有得到落實。因此，應(yīng)在儀表管正式安裝前采用壓縮空氣吹掃等手段進(jìn)行內(nèi)壁清理，并在系統(tǒng)連通后、嚴(yán)密性試驗前進(jìn)行系統(tǒng)性吹掃或沖洗，確保清潔、嚴(yán)密性試驗合格后與二次儀表連接。

2.3 儀表管安裝與儀表檢驗

儀表經(jīng)校驗后安裝，現(xiàn)場實際檢測信號仍出現(xiàn)較大偏差。解決的方法是對于檢測、保護(hù)等儀表管路無法實現(xiàn)安裝坡度要求時，由施工技術(shù)負(fù)責(zé)人現(xiàn)場測量可達(dá)到的實際坡度，計算出與規(guī)范要求坡度的偏差值，將數(shù)據(jù)反饋給儀表校驗人員，通過儀表的整定，以使控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)即為被測介質(zhì)的實際物理數(shù)據(jù)。

2.4 系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗與二次儀表安裝

當(dāng)前儀表管的安裝嚴(yán)密性試驗普遍采用在系統(tǒng)完成嚴(yán)密性試驗后，關(guān)閉儀表管路的二次門進(jìn)行儀表管路的嚴(yán)密性試驗的工作順序。這種工序安排不合理，原因是當(dāng)取源部門與二次門間的儀表管路在嚴(yán)密性試驗中出現(xiàn)缺陷時，需在主系統(tǒng)安裝試驗結(jié)束后進(jìn)行處理，影響工程總體進(jìn)度；僅關(guān)閉二次門進(jìn)行系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗不妥，原因是二次儀表不承受超壓，另外二次門在安裝前不要求進(jìn)行100%的嚴(yán)密性試驗，不能保證二次門100%完好，可能損壞儀表。

防止以上問題出現(xiàn)的方法是：在主系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗前單獨進(jìn)行儀表管路的嚴(yán)密性試驗，可將儀表管路缺陷的處理與主系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗同步進(jìn)行，并利用主系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗的系統(tǒng)壓力進(jìn)行缺陷處理后的再次試驗；在一次門與二次門及儀表管嚴(yán)密性試驗合格后再與二次儀表連接，可降低儀表損壞的概率。

3 控制系統(tǒng)干擾及應(yīng)對措施

3.1 接地系統(tǒng)干擾

在分部試運過程中，多個工程出現(xiàn)過因控制系統(tǒng)接地問題，導(dǎo)致系統(tǒng)誤發(fā)信號、閥門開度晃動、DAS信號瞬時較大幅度變化而導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)誤動等問題。經(jīng)分析，未按設(shè)計或規(guī)范要求進(jìn)行接地線的連接導(dǎo)致故障的次數(shù)較多，主要原因是安裝時技術(shù)人員對規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)不熟悉，對安裝圖紙未進(jìn)行研究分析。

避免接地干擾的主要措施如下：施工前首先查看設(shè)備或儀表供貨廠家的技術(shù)說明書有無特殊接地要求，再與設(shè)計單位圖紙對應(yīng)部位的設(shè)計進(jìn)行比對，將廠家圖紙與設(shè)計單位圖紙進(jìn)行綜合圖紙會審，嚴(yán)格按設(shè)計要求施工。另外，在與調(diào)試單位進(jìn)行工程交接前，重點檢查電纜的屏蔽層接地、接地設(shè)備或接地網(wǎng)接入、信號輸入與輸出是否使用各自的線纜、地線連接是否牢固、同一信號回路或同一線路的屏蔽層是否只允許有1個接地點、屏蔽層的接地是否靠近信號源側(cè)、接地阻值是否滿足技術(shù)要求等。

3.2 動/控電纜混放

電力電纜干擾一般發(fā)生在近場，其干擾主要是動力設(shè)備啟動時，瞬間電流能夠達(dá)到額定電流的6～11倍而產(chǎn)生大電流沖擊的暫態(tài)干擾。其干擾以空間輻射的形式傳輸，在正常運行條件下，也可能對較近的信號或控制系統(tǒng)造成干擾，使系統(tǒng)無法正常工作。

所以在電纜敷設(shè)過程中，走同一電纜通道的電纜托架上下層間要保證足夠的距離；嚴(yán)格按照電纜敷設(shè)分層的要求，保證電力、控制、信號電纜在不同的電纜托架層上；按電力、控制、信號電纜從上至下布置，特別重視單根敷設(shè)的動力電纜與其附近的控制和信號電纜的屏蔽、走向布置、端頭制作及接線端子的連接等是否滿足要求。

4 影響調(diào)試的主要因素及解決方案

4.1 閥門執(zhí)行器調(diào)試

熱工安裝技術(shù)規(guī)范在閥門執(zhí)行器單體調(diào)試方面主要對零點誤差、行程/回程誤差、延時時間等作了較詳細(xì)的要求。閥門執(zhí)行器單體調(diào)試時，通過給定值與反饋信號偏差確定閥門的動作是否滿足要求，因未關(guān)注閥門機械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部動作狀態(tài)、閥門在冷態(tài)及熱態(tài)下的開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)致閥門實際關(guān)閉不嚴(yán)密或損壞現(xiàn)象時有發(fā)生。

基于以上幾點，在進(jìn)行閥門單體調(diào)試前，熱工專業(yè)應(yīng)和機務(wù)專業(yè)共同研究閥門機械部分的結(jié)構(gòu)及特性，在考慮金屬受熱膨脹等方面因素后，確定閥門整定行程及延時時間試驗參數(shù)。必要時，可在閥門安裝前進(jìn)行模擬試驗，將合理的試驗參數(shù)用于實際調(diào)試過程。

4.2 接線松動造成誤發(fā)信號

接線松動造成控制系統(tǒng)誤動、拒動現(xiàn)象也時有發(fā)生。電力電纜連接不實對控制系統(tǒng)的干擾現(xiàn)象之一是在設(shè)定閥門開度時，閥門反饋出現(xiàn)擺動；控制電纜及信號線連接松動主要體現(xiàn)在控制、保護(hù)系統(tǒng)誤動、拒動，事件順序記錄報告內(nèi)容凌亂等現(xiàn)象。此時，誤發(fā)的錯誤信號已被系統(tǒng)執(zhí)行，這是發(fā)電機組實現(xiàn)自動運行最大的危害。施工過程必須嚴(yán)格遵守規(guī)范、圖紙要求，將接地、電氣線路、電纜端接或接線作為最高級驗收項目，并進(jìn)行100%檢查。在施工前，應(yīng)對技術(shù)方案進(jìn)行審查。

4.3 熱控安裝工作的系統(tǒng)性

發(fā)電機組安裝工程的分部試運以熱工自動控制系統(tǒng)的投入為分系統(tǒng)調(diào)試完畢的標(biāo)志。單純以安裝驗收完成作為安裝工程具備分部試運條件的方法并不完善，原因是機務(wù)專業(yè)驗收標(biāo)準(zhǔn)是按系統(tǒng)及設(shè)備驗收，而熱工專業(yè)驗收標(biāo)準(zhǔn)是分塊按設(shè)備類別驗收。當(dāng)前的現(xiàn)實情況是對熱工安裝工程的驗收不以熱力系統(tǒng)或設(shè)備為依托，且將熱工安裝工程安排在后期，使其工期特別緊張，難以保證工藝質(zhì)量。

所以在進(jìn)行施工策劃時，在滿足熱工安裝需要的基礎(chǔ)上，應(yīng)以分部試運階段的系統(tǒng)投運順序組織施工；質(zhì)量專業(yè)進(jìn)行質(zhì)量檢驗計劃時，應(yīng)結(jié)合熱力系統(tǒng)、設(shè)備策劃熱工安裝工程驗收項目。通過技術(shù)策劃、施工組織實現(xiàn)在單體或分部試運時100%自動控制，不留系統(tǒng)尾工及缺陷，既可保證施工工藝，又可保證工期。

5 結(jié)論

本文所闡述的問題都是在發(fā)電機組試運行過程中發(fā)生的具有代表性的問題，其解決方案均已經(jīng)過實踐驗證。安裝過程中，綜合分析專業(yè)間的接口工作及技術(shù)要求，重視安裝過程的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，可大大降低因熱工安裝問題影響機組試運行工作的概率，從而保證工期，減少損失。

[1]SDJ 279—90電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范（熱工儀表及控制裝置篇）[S].