GE 9FA余熱鍋爐汽包水位測(cè)量改進(jìn)

樊斌

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司福建晉江　362251）

GE 9FA余熱鍋爐汽包水位測(cè)量改進(jìn)

樊斌

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司福建晉江362251）

針對(duì)某廠S109FA單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，余熱鍋爐汽包水位測(cè)量出現(xiàn)波動(dòng)大的現(xiàn)象，分析其發(fā)生原因及運(yùn)行操作對(duì)其產(chǎn)生的影響，簡(jiǎn)述了所采取的處理措施，并在此基礎(chǔ)上對(duì)控制系統(tǒng)邏輯提出優(yōu)化的建議，為關(guān)心同類(lèi)故障現(xiàn)象的讀者提供借鑒。

余熱鍋爐；汽包水位；取樣管；水位保護(hù)；邏輯優(yōu)化

引言

某電廠四臺(tái)機(jī)組為S109FA行燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。該機(jī)島設(shè)備采用GE-哈汽公司生產(chǎn)的MS9001FA型燃?xì)廨啓C(jī)，配置D10型汽輪機(jī)和390H型發(fā)電機(jī)，單軸室內(nèi)布置。余熱鍋爐選用杭州鍋爐廠生產(chǎn)的三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)型余熱鍋爐。從進(jìn)口煙道法蘭面至尾部出口煙囪平臺(tái)外側(cè)總長(zhǎng)約37.6m，寬度約20.2m，高壓汽包中心標(biāo)高為30m，中壓汽包中心標(biāo)高為29.6m，低壓汽包中心標(biāo)高為30.2m，煙囪頂部標(biāo)高為60.264m。高、中、低壓汽包容積分別為41m3、15.1m3、60.2m3。與常規(guī)電廠鍋爐相比，余熱鍋爐沒(méi)有除氧器，依靠凝汽器除氧。

由于燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)峰特性，經(jīng)常啟停，機(jī)組停用后余熱鍋爐通常采取保溫保壓方式，這時(shí)煙道中還有大量的熱煙氣，以及鍋爐本身的蓄熱，汽包中的水仍在變成飽和蒸汽。該機(jī)組在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期間曾發(fā)生因汽包水位波動(dòng)大跳閘的故障?，F(xiàn)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行原因分析。

1　汽包水位控制系統(tǒng)介紹

高壓汽包內(nèi)徑為1900m，直段長(zhǎng)度為13.106m中壓汽包內(nèi)徑為1250m，直段長(zhǎng)度為11.887m。低壓汽包內(nèi)徑為2400m，直段長(zhǎng)度為12.497m。高壓汽包兩端配半球形封頭，中壓和低壓汽包兩端配半橢圓形封頭，封頭均設(shè)有人孔裝置。在汽包內(nèi)部還設(shè)置了給水分配管、緊急放水管和排污管等。低壓汽包上還設(shè)有供水至高、中壓給水泵。在汽包上還設(shè)有水位計(jì)、平衡容器、電接點(diǎn)液位計(jì)、壓力表和安全閥等必要的附件和儀表配置，以供鍋爐運(yùn)行時(shí)監(jiān)督、控制用。在鍋爐最大連續(xù)出力下，汽包水位從正常水位到低低水位所能維持的時(shí)間：高壓為2.12min，中壓為5.21min，低壓為5.21min。

余熱鍋爐汽包水位控制通常采用三沖量控制系統(tǒng)，給水流量、蒸汽流量和汽包水位綜合成為一個(gè)水位設(shè)定信號(hào)，用來(lái)控制給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。與常規(guī)鍋爐不同的是，為了適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的快速啟動(dòng)，在蒸發(fā)量小的部分負(fù)荷運(yùn)行是，汽包水位控制采用單沖量控制，在啟動(dòng)時(shí)，將水位控制的設(shè)定值切換為低的設(shè)定值，達(dá)到某蒸汽流量以上時(shí)，再切換到正常設(shè)定值。另外啟動(dòng)水位也不是常數(shù)，而是汽包壓力的函數(shù)。在達(dá)到特高水位是，通過(guò)排污調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)整水位，作為水位控制的輔助手段。

汽包水位的異常將影響到設(shè)備的安全性和蒸汽的品質(zhì)，為了在運(yùn)行中控制好汽包水位，每個(gè)汽包有7套水位計(jì)，其中4套差壓變送器水位計(jì)用于水位控制和保護(hù)，1套磁翻板水位計(jì)、1套雙色水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)用于監(jiān)視。

2　水位測(cè)量波動(dòng)偏差分析

2.1#4機(jī)組中壓汽包水位運(yùn)行時(shí)波動(dòng)偏差大分析

從DCS趨勢(shì)圖可看出，測(cè)點(diǎn)A、B、C在機(jī)組停機(jī)時(shí)偏差小于15mm，機(jī)組運(yùn)行時(shí)超過(guò)50mm。分析：進(jìn)一步觀察測(cè)點(diǎn)變化情況，可見(jiàn)在爐水循環(huán)開(kāi)始后開(kāi)始出現(xiàn)偏差，在循環(huán)加劇時(shí)進(jìn)一步突變，直至機(jī)組穩(wěn)定帶負(fù)荷時(shí)處于最大偏差狀態(tài)。因而，該偏差應(yīng)屬不同測(cè)點(diǎn)因取壓點(diǎn)工況不同造成的偏差。

圖1　#4機(jī)中壓汽包水側(cè)裝置結(jié)構(gòu)平面分布圖

由圖1可見(jiàn)，水位測(cè)量1、3取樣口位置在汽包兩側(cè)半橢圓形封頭處，相對(duì)其它取樣口，此處汽水工況更不平穩(wěn)，導(dǎo)致差壓變送器測(cè)量出來(lái)的差壓變化大。如果一段時(shí)期觀察情況接近，且汽包內(nèi)部取壓口暫時(shí)無(wú)法優(yōu)化，可采取如下三種方案之一：①檢查水位測(cè)量取樣口至變送器的取樣管的整體坡度，避免由于取樣管坡度相反導(dǎo)致取樣管內(nèi)積存空氣；②以運(yùn)行中穩(wěn)態(tài)工況值為基準(zhǔn)，在機(jī)組停機(jī)時(shí)，適當(dāng)下移C點(diǎn)測(cè)量值，使之接近A、B點(diǎn)；③考慮適當(dāng)優(yōu)化更改控制邏輯、定值，使控制系統(tǒng)適應(yīng)設(shè)備系統(tǒng)的這種固有偏差。

2.2#4機(jī)組高壓汽包水位計(jì)偏差大分析

查趨勢(shì)如圖分析，測(cè)點(diǎn)C無(wú)論在機(jī)組停運(yùn)或者運(yùn)行時(shí)均比其它兩點(diǎn)低200mm左右，這表明水位測(cè)量存在穩(wěn)態(tài)偏差，通過(guò)在機(jī)組停機(jī)時(shí)加校準(zhǔn)、以遷移偏差，使之與另兩點(diǎn)一致，問(wèn)題將得到解決（另，如果是B、C偏差，則遷B、C點(diǎn)——需要進(jìn)一步分析比較）。

2.3#3機(jī)中壓汽包水位高跳機(jī)分析

2012年8月5日，#3機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)后帶負(fù)荷52MW，中壓汽包水位、壓力及壁溫變化參數(shù)如表1。

此前6月6日與8月5日這兩起中壓汽包水位異常波動(dòng)情況非常相似，都在中壓汽包溫度緩慢升至140～150℃，汽包壓力緩慢升至0.4～0.5MPa時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)打開(kāi)中壓蒸發(fā)器排污電動(dòng)門(mén)，汽包水位變送器1，2，4均下降后，再上升至跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作值，而在排污電動(dòng)門(mén)打開(kāi)的過(guò)程中，汽包水位變器3和電接點(diǎn)水位計(jì)有稍微下降（如圖2）。

表1　

圖2　#3機(jī)汽包內(nèi)水位計(jì)取樣口位置圖

分析認(rèn)為可能導(dǎo)致汽包水位異常的原因：汽包水位變送器1，2，4取樣位置在中壓汽包下降管側(cè)，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)后，中壓汽包溫度和壓力緩慢上升，爐水剛形成自然循環(huán)，汽包下降管口水汽工況不穩(wěn)定，而此時(shí)開(kāi)啟蒸發(fā)器排污門(mén)，下降管側(cè)爐水下降速度更快，差壓變送器取樣管口水汽工況穩(wěn)定性更差，有可能導(dǎo)致紊流的產(chǎn)生，額外的壓力作用在差壓變送器的正壓側(cè)（即汽包水側(cè)），導(dǎo)致差壓變送器測(cè)量出來(lái)的差壓變大，汽包水位測(cè)量信號(hào)上漲。而汽包水位3和電接點(diǎn)水位計(jì)取樣口處于汽包的另外一側(cè)，由于汽包容積大的關(guān)系，排污門(mén)的開(kāi)啟對(duì)這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)影響較小。

3　改進(jìn)措施

3.1對(duì)汽包外部取樣管坡度進(jìn)行整改

利用水平儀等工具對(duì)對(duì)汽包外部取樣管坡度進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)多處取樣管坡度相反即朝取樣口方向傾斜，而不是朝差壓變送器方向傾斜，且部分取樣管存在彎曲變形的現(xiàn)象，這樣取樣管內(nèi)部就存在著累積空氣的可能。通過(guò)校對(duì)取樣管安裝方向以及更換新的取樣管，確保取樣管坡度方向的一致性，消除了取樣管內(nèi)積留空氣對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。

3.2規(guī)范啟動(dòng)過(guò)程汽包水位控制操作

在機(jī)組啟動(dòng)初期，如需降低中壓汽包水位，可打開(kāi)啟動(dòng)排污門(mén)、連續(xù)排污門(mén)、緊急疏水門(mén)等，應(yīng)避免開(kāi)啟中壓蒸發(fā)器排污電動(dòng)門(mén)。完善啟動(dòng)過(guò)程汽包水位設(shè)置、操作與監(jiān)視等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。

3.3對(duì)汽包內(nèi)部取樣口進(jìn)行整改

利用機(jī)組大修期間，對(duì)汽包內(nèi)部取樣口進(jìn)行優(yōu)化整改：把水位測(cè)量1取樣口延長(zhǎng)至雙色水位計(jì)取樣管處，并將兩管焊接聯(lián)通起來(lái)；把水位測(cè)量3取樣口延長(zhǎng)至電接點(diǎn)水位計(jì)測(cè)量取樣口處。通過(guò)改變?nèi)涌谖恢?，避開(kāi)了汽水工況不穩(wěn)定區(qū)域，降低了對(duì)水位測(cè)量干擾的影響，提高水位測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖3　#4機(jī)汽包內(nèi)水位計(jì)內(nèi)部取樣口改造前后對(duì)比圖

3.4在DCS畫(huà)面增加汽包水位保護(hù)投退按鈕

由于機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，各汽包水位測(cè)量存在壞點(diǎn)現(xiàn)象、個(gè)別機(jī)組三個(gè)平衡容器之間的測(cè)量值存在明顯偏差，因此，在在DCS畫(huà)面增加汽包水位保護(hù)投退按鈕進(jìn)行人為干預(yù)，可避免不必要的跳機(jī)。

不同于常規(guī)煤電，S109FA單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配套的余熱鍋爐使用燃機(jī)排氣進(jìn)行換熱，采用自然循環(huán)，沒(méi)有爐膛及水冷壁，不容易出現(xiàn)過(guò)熱爆管的現(xiàn)象。對(duì)于汽包缺水情況，三個(gè)汽包的蒸發(fā)器管子材料為SA-210-A-1，螺旋鰭片材料為碳鋼，工作溫度在450～650℃。實(shí)際運(yùn)行中，燃?xì)馀艧煖囟茸罡邽?49℃。額定工況下，高壓蒸發(fā)器入口處的煙氣溫度約在470℃，中壓蒸發(fā)器為260℃，低壓蒸發(fā)器為190℃。即使出現(xiàn)干鍋等最?lèi)毫忧闆r下，高壓蒸發(fā)器管束也可承受高溫，而中壓及低壓蒸發(fā)器則相當(dāng)安全的。

同時(shí)，通過(guò)以下幾個(gè)措施，確保水位保護(hù)的正常投入以及運(yùn)行操作的規(guī)范性：①水位正常情況下，負(fù)荷達(dá)到280MW后，應(yīng)投入水位保護(hù)；②根據(jù)試劑水位測(cè)量偏差不大于80mm時(shí)，應(yīng)投入所以汽包水位保護(hù)；③在啟停操作票中，對(duì)汽包水位的保護(hù)投入與退出的按鈕操作進(jìn)行規(guī)范；④在緊急情況下，由運(yùn)行人員進(jìn)行人為干預(yù)，避免不必要的跳機(jī)。

3.5在DCS畫(huà)面增加汽包水位零水位賦值按鈕

機(jī)組冷態(tài)和溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，余熱鍋爐汽包出現(xiàn)虛假水位，汽包排污閥和緊急放水閥保護(hù)開(kāi)導(dǎo)致汽包水位無(wú)法維持，需由熱控人員強(qiáng)制汽包水位選擇后信號(hào)為零水位。在DCS畫(huà)面增加汽包零水位賦值按鈕，由運(yùn)行人員直接操作，有利于汽包水位穩(wěn)定運(yùn)行，避免因強(qiáng)制不及時(shí)影響機(jī)組啟動(dòng)。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)汽包內(nèi)部取樣口、汽包外部取樣管改造以及邏輯修改等措施，解決了余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)偏差大對(duì)水位測(cè)量的影響，提高了水位測(cè)量的準(zhǔn)確性，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

[1]中國(guó)華電集團(tuán)公司.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書(shū)（設(shè)備及系統(tǒng)分冊(cè)）[M].中國(guó)電力出版社，2009.

TK229.9

A

1673-0038（2015）26-0262-02

2015-6-10

樊斌（1969-），男，工程師，大專(zhuān)，主要從事電廠熱控專(zhuān)業(yè)工作。