三分倉空氣預(yù)熱器漏風控制裝置常見問題分析及改進

何俊松

(江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇連云港222012)

江蘇新海發(fā)電有限公司七期擴建工程1號機組為1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，鍋爐尾部布置2臺轉(zhuǎn)子直徑為D16 379mm的三分倉容克式空氣預(yù)熱器,空氣預(yù)熱器配有上海東方海事工程技術(shù)有限公司機械傳感器漏風控制系統(tǒng)（LCS）。它是結(jié)合溫度數(shù)據(jù)采集技術(shù)、可編程序控制器（PLC）和觸摸屏一體化的控制設(shè)備，采用人性化的人機控制界面。既可以提供詳細的報警信息，多重保護的自動控制模式，又可以提供具體到每塊扇形板的控制信息。從而保證相關(guān)設(shè)備的安全性，顯著降低空氣預(yù)熱器的漏風率。其設(shè)計原理是使扇形密封板與熱變形的轉(zhuǎn)子形狀緊密貼合，在各種工況下，控制扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片的間隙在規(guī)定范圍內(nèi)，從而使空預(yù)器漏風率控制在較小范圍內(nèi)。

1 系統(tǒng)設(shè)備簡介

機械傳感器漏風控制系統(tǒng)主要設(shè)備包括加載機構(gòu)、漏風系統(tǒng)控制柜、就地控制箱、機械傳感器、熱電偶溫度輔助控制裝置、轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置。其中每套LCS系統(tǒng)配有3套扇形板控制裝置，每套扇形板控制裝置配有獨立的加載機構(gòu)和機械傳感器。加載機構(gòu)配有力矩保護裝置；機械傳感器包括行程限位開關(guān)、初級限位開關(guān)、次級限位開關(guān)、傳感器探頭；熱電偶溫度輔助控制裝置主要包括2只熱電偶測量煙氣進口處溫度；轉(zhuǎn)子測速停轉(zhuǎn)報警裝置主要包括3個轉(zhuǎn)速監(jiān)測接近開關(guān)。

2 漏風控制裝置存在的問題

江蘇新海發(fā)電有限公司1號機組整套LCS漏風控制裝置自2012年12月投入運行以來，總體運行情況良好，節(jié)能效果明顯，但是運行幾個月以后設(shè)備故障明顯增多，且很多故障不好在線處理，導(dǎo)致一些扇形板控制裝置退出運行，嚴重影響漏風控制系統(tǒng)的投運率。經(jīng)過對2013年來出現(xiàn)的故障問題進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾個方面問題：機械傳感器故障，扇形板加載提升機構(gòu)密封不嚴，運行期間經(jīng)常發(fā)生現(xiàn)場標尺間隙數(shù)據(jù)與觸摸屏棒圖值不一致，控制系統(tǒng)保護邏輯不夠全面等。

2.1 機械傳感器故障

（1）機械傳感器探頭故障。機械傳感器的探頭安裝在空氣預(yù)熱器的內(nèi)部，由于空氣預(yù)熱器是高溫、高腐蝕和高粉塵的惡劣現(xiàn)場環(huán)境，一旦傳感器損壞，無法在線更換，從而造成此塊扇形版沒有調(diào)整依據(jù)，直接影響相應(yīng)扇形板漏風控制系統(tǒng)的自動運行。比如B2扇形板，熱態(tài)調(diào)試時就發(fā)現(xiàn)傳感器有問題，但是無法在線更換，只好投入溫控模式。

（2）機械傳感器限位開關(guān)故障。由于傳感器的限位開關(guān)離熱源比較近，環(huán)境溫度太高，使限位開關(guān)元器件的使用壽命很短，再加上現(xiàn)場位置狹小，檢修人員無法對損壞的傳感器開關(guān)進行及時更換，造成漏風控制系統(tǒng)無法正常運行。例如2012年6月21日A2扇形板傳感器初級限位開關(guān)故障，由于現(xiàn)場環(huán)境溫度太高及位置狹小，檢修人員無法對損壞的傳感器開關(guān)進行更換，只好把A2扇形板控制由間隙控制改為溫度控制，漏風控制效果大大降低。

（3）機械傳感器安裝位置受限。原有機械接觸式傳感器為當初空預(yù)器標配產(chǎn)品，但是受到空預(yù)器結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場管路布置的影響，安裝在空預(yù)器夾縫內(nèi)，環(huán)境溫度過高且散熱不好，在實際調(diào)試和維護中存在較多不合理，不方便的地方；特別是熱態(tài)調(diào)試時“傳感器支撐箱體”操作空間較??；現(xiàn)場的高溫和高空環(huán)境很大程度上制約了維護人員的正常修護工作。

2.2 扇形板加載提升機構(gòu)密封不嚴

漏風控制系統(tǒng)加載機構(gòu)提升桿密封性不好，漏風漏灰嚴重[1]。漏風漏灰把空預(yù)器內(nèi)部高溫空氣帶出也容易造成環(huán)境溫度升高，燒壞開關(guān)和信號電纜等。

2.3 現(xiàn)場標尺間隙數(shù)據(jù)與觸摸屏棒圖值不一致

運行人員巡回檢查時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，空氣預(yù)熱器漏風控制系統(tǒng)觸摸屏棒圖值和現(xiàn)場就地標尺顯示值不一致，隨著時間推移偏差值越來越大，需經(jīng)常人為進行位移標定。

2.4 控制系統(tǒng)保護邏輯不夠全面

現(xiàn)在只有空預(yù)器停轉(zhuǎn)保護沒有空預(yù)器電機過電流保護，而且DCS不能實時監(jiān)視扇形板狀態(tài)，也沒有遠控緊急提升等功能，不利于運行人員實時掌握調(diào)整漏風控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

3 漏風控制裝置改進方案

3.1 機械傳感器換型為激光傳感器

3.1.1傳感器換型原因

機械傳感器的探頭安裝在空預(yù)器的內(nèi)部，由于空預(yù)器惡劣、高溫、高腐蝕和高粉塵的現(xiàn)場環(huán)境，一旦傳感器損壞，無法在線更換，造成此塊扇形版沒有調(diào)整依據(jù)，直接影響系統(tǒng)運行；其二機械傳感器的初級“限位開關(guān)”和“次極限位開關(guān)”等元器件因安裝位置處環(huán)境溫度過高且散熱不好，容易出現(xiàn)故障，而且由于現(xiàn)場位置狹小且環(huán)境溫度過高，個別情況能出現(xiàn)100℃以上，檢修人員無法對出現(xiàn)故障的傳感器開關(guān)等元器件進行及時更換；其三每塊扇形板都需要安裝獨立的機械傳感器，造價高，安裝復(fù)雜，維修成本高。故將機械傳感器更換為激光傳感器，每臺空預(yù)器共用一套激光傳感器。

3.1.2激光傳感器簡介

（1）激光傳感器組成。激光傳感器采用的是上海東方海事工程技術(shù)有限公司研制的最新產(chǎn)品，主要由高頻激光器，激光檢測器、測量電路，傳感器氣動控制閥、傳感器氣源流量等設(shè)備組成。

（2）激光傳感器測距原理。激光傳感器采用紅外激光檢測轉(zhuǎn)子的變形量來控制扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片之間的距離。它采用激光測距的原理，采用相對比較方法進行測量，激光傳感器發(fā)出已調(diào)制的高頻率激光束，接受從被測物返回的有相對位移的光，與參考信號進行比較，根據(jù)相對差而得到測量結(jié)果，再把測量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成4～20mA電信號發(fā)出給PLC系統(tǒng)運算處理，通過計算得出轉(zhuǎn)子熱態(tài)過程中的形變量從而調(diào)節(jié)扇形板位置。使用激光測距傳感器測量到的結(jié)果可達到毫米級的測量精度。

3.1.3激光傳感器的優(yōu)點

改造后的激光傳感器，使LCS系統(tǒng)關(guān)鍵部件遠離了高溫區(qū)等惡劣工作環(huán)境，現(xiàn)場調(diào)試和日常維護變得相當方便，減少了維護人員的工作量，提高了工作效率。而且激光傳感器采用一主一備布置，保證了設(shè)備的可靠性和安全性，具有精度高，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可在線更換，造價低，壽命長等優(yōu)點。

（1）激光傳感器為非接觸式測距傳感器。激光傳感器無須和扇型板固定在一起，只需要使激光束正對轉(zhuǎn)子平面就可以。

（2）激光傳感器測量精度高。激光傳感器采用相對比較方法進行測量，發(fā)出一調(diào)制高頻率激光束，接受從被測物返回有相對位移的光，與參考信號進行比較，根據(jù)相對差而得到測量結(jié)果。測量精度可達到毫米級。

（3）激光傳感器安全性高。每臺空預(yù)器漏風控制LCS裝置采用兩套激光傳感器，2套激光傳感器為一主一備布置，保證了設(shè)備的可靠性和安全性。

（4）激光傳感器故障率低，幾乎不需要維護。

3.2 波紋管密封座

原有提升桿密封座漏灰積灰嚴重經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)及焊接方面存在弊端，所以易導(dǎo)致漏灰。決定改造為MFZ-B-I-100波紋管密封座。更換的新型波紋管密封座底部與底板焊接，上法蘭與提升桿焊接，這種安裝方式，直接保證了波紋管密封座具有良好的密封性。同時波紋管自身的補償作用可以很好地保證提升桿上下運行具有足夠的行程空間。改造后的波紋管密封座密封性能好；結(jié)構(gòu)簡單，無卡塞現(xiàn)象；無需維護，方便檢修。

3.3 傳動反饋裝置換型為電位器

觸摸屏上棒圖值與實際標尺正常情況下數(shù)值是一致的，觸摸屏上棒圖值是傳動反饋開關(guān)采用光電式信號采集，送到PLC中進行計算所得，原理就是PLC通過控制電機的運行時間來計算，而電機的運行時間又是通過光電式傳動反饋開關(guān)累積動作次數(shù)運算而來。當電機控制扇形板上、下行時，通過反饋信號得知扇形板在動作，程序通過光電開關(guān)動作次數(shù)來計算扇形板的位置。經(jīng)常發(fā)生偏差主要是由于光電式傳動反饋裝置信號采集不準確所致，本次改造取消原來的光電式傳動反饋裝置，改用準確度更高的電位器，電位器直接安裝于電機驅(qū)動軸上，采用電壓值變化來反映當前位置，此方式精度較高，不易產(chǎn)生偏差。

3.4 保護邏輯進一步優(yōu)化

3.4.1原有的保護邏輯

（1）電機過載保護。系統(tǒng)任何狀態(tài)下，出現(xiàn)電機過載，則停止動作。該過載信號與接觸器聯(lián)鎖，直接切斷電機的接觸器線圈電源。

（2）傳感器保護。當系統(tǒng)檢測到激光傳感器或電位器故障信號后時，如果此時系統(tǒng)在自動模式下，則系統(tǒng)會將自動模式切換為溫控模式，此時系統(tǒng)將以溫控模式來調(diào)整扇形板移動。當傳感器恢復(fù)正常時，系統(tǒng)不會回到自動模式，必須先將人機界面中“緊急停機”旋鈕置ON，讓系統(tǒng)先停止，再把 “緊急停機”旋鈕置OFF，然后再將“自動跟蹤”旋鈕置ON，重新投入使用即可。

（3）轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)保護。如果發(fā)生轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)報警，系統(tǒng)在聲光報警的同事中斷原來的工作模式，自動將扇形板提升至完全恢復(fù)，確保安全。

（4）電機力矩保護。力矩保護動作時，系統(tǒng)停止原來的工作模式，上行力矩保護時就地停機，下行力矩保護時先停機2 s，然后將扇形板提升至完全恢復(fù)位置處停機。

3.4.2增加保護邏輯

（1）空預(yù)器主輔電機電流過載保護[2]。當空預(yù)器主輔電機電流過載信號觸發(fā)時，如果系統(tǒng)在工作模式為就地模式，則在人機界面中會顯示響應(yīng)的報警狀態(tài)，需要通過就地柜面板上的提升按鈕來將扇形板進行提升。如果系統(tǒng)工作在PLC模式，分2種情況。第一種情況當系統(tǒng)控制模式為自動時，觸發(fā)電流過載，則先將電機停止，然后開始上行，直到電流過載信號消失為止，之后系統(tǒng)再重新進行自動檢測功能。第二種情況當系統(tǒng)控制模式為溫控時，觸發(fā)電流過載，則先將電機停止，然后開始上行直到電流過載信號消失為止，之后系統(tǒng)再重新進行溫控檢測功能。

（2）下行連鎖保護。當空預(yù)器主輔電機電流過載信號出發(fā)，DCS強提信號出發(fā)和人機界面上強制提升按鈕置ON時，下行聯(lián)鎖保護繼電器動作，切斷下行控制回路，防止下行誤動作。

（3）溫控運行模式邏輯優(yōu)化。機械傳感器漏風控制系統(tǒng)的溫控模式需要傳動反饋信號參與扇形板上、下行調(diào)節(jié)，而激光傳感器漏風控制系統(tǒng)溫控模式則不需要電位器信號來參與調(diào)節(jié)。激光傳感器漏風控制系統(tǒng)溫控模式是按照間隙控制熱態(tài)調(diào)試時保存的線性曲線來自行調(diào)整的，這樣減少了參與因數(shù)，提高了溫控模式的可靠性。

（4）在DCS增加空預(yù)器漏風控制系統(tǒng)狀態(tài)畫面。實現(xiàn)遠程監(jiān)視，并增加遠控緊急提升等功能，便于實時掌握和調(diào)整扇形板狀態(tài)。

4 漏風控制裝置改進后效果

空氣預(yù)熱器漏風控制裝置技術(shù)改造于2014年2月3日結(jié)束，整套機組于2014年2月9日啟動，2014年2月15日LCS廠家人員進行空氣預(yù)熱器漏風控制裝置熱態(tài)調(diào)試，整套LCS設(shè)備于2014年2月15日16∶32投入自動運行。運行3個月后通過對其故障缺陷進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障率明顯降低，期間只出現(xiàn)2次激光測量間隙數(shù)值波動，原因是由于激光傳感器測量裝置一顆螺絲松動造成。本次改進主要針對的是常見故障的徹底消除，它達到了以下效果：降低設(shè)備故障率，提高整套裝置的投運率；優(yōu)化傳感器的工作環(huán)境，降低故障率；減少加載機構(gòu)提升桿和中心筒密封座漏灰。雖然本次LCS技術(shù)改造后空氣預(yù)熱器的漏風率與改造前剛投運時降低不明顯，但是設(shè)備故障率大大降低，投運率明顯提高，所以相對來說空氣預(yù)熱器漏風率降低仍然明顯，節(jié)能效果非?？捎^?？諝忸A(yù)熱器漏風控制裝置改進前后的效果對比如表1所示。

表1 空氣預(yù)熱器漏風控制裝置改進前后效果對比表

5 結(jié)束語

空氣預(yù)熱器機械傳感器漏風控制裝置經(jīng)過此次技術(shù)改造，消除影響LCS系統(tǒng)正常運行的的諸多故障，特別是通過對傳感器的換型改造解決扇形板密封面到熱變形轉(zhuǎn)子外側(cè)端的間隙測量的準確性和穩(wěn)定性問題，在邏輯中完善LCS系統(tǒng)的多重保護，實現(xiàn)空預(yù)器漏風控制系統(tǒng)的自動密封跟蹤，形成間隙控制為主負荷溫度控制為輔的控制模式，保證漏風控制裝置在任何工況下投入自動運行的可靠性，而且降低故障率，降低維護成本。自2014年1月LCS裝置改造以來，設(shè)備故障率大大降低，再也沒有出現(xiàn)漏風控制裝置由于設(shè)備原因退出運行的現(xiàn)象，充分證明本次改造的成功性，達到預(yù)期的效果，同時也給同類型的空氣預(yù)熱器漏風控制裝置類似問題提供有益的參考和借鑒。

[1]劉冬炎，顧宏偉.空氣預(yù)熱器的漏風因素及密封改造[J].中國電力，2011，44(7)：53-56.

[2]舒茂龍，陳 欽，孫仁龍.百萬機組空預(yù)器漏風控制系統(tǒng)可靠性分析[J].電力科學(xué)與工程，2013，29(3)：69-73.