基于DEH系統(tǒng)控制的汽輪機(jī)調(diào)門故障分析

摘 要：汽輪機(jī)調(diào)門控制不穩(wěn)定，給生產(chǎn)帶來巨大隱患，通過對其回路的詳細(xì)研究，分析其工作原理和故障原因，從軟件和硬件方面著手，逐個(gè)排除了故障，有利的保證了生產(chǎn)的安穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；調(diào)門；故障

1 概述

廣州石化自備熱電廠裝置建有2臺(tái)容量為100MW帶兩級工業(yè)抽汽的汽輪機(jī)，與2臺(tái)420t/h的循環(huán)流化床鍋爐配套，是與廣州石化千萬噸煉油改擴(kuò)建及后續(xù)工程相配套的資源綜合利用工程的重要組成部分，主要任務(wù)是就地處理公司的煉油副產(chǎn)品——高硫石油焦，通過發(fā)電和抽汽保證煉油、化工區(qū)對電力和蒸汽的需求。

2 存在問題

機(jī)組采用純電調(diào)控制，控制油采用抗燃油，簡稱“DEH”系統(tǒng)。DEH系統(tǒng)通過九臺(tái)電液轉(zhuǎn)換器分別控制高、中、低壓閥門，從而達(dá)到控制機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、抽汽的目的。每一臺(tái)汽機(jī)配置有高壓調(diào)門（GV）四個(gè)，中壓調(diào)汽（IV）四個(gè)，低壓調(diào)門（LV）。從2011年起兩套機(jī)組的調(diào)門出現(xiàn)不同情況的波動(dòng)，甚至有時(shí)幾乎造成停機(jī)，嚴(yán)重影響到安全生產(chǎn)。

3 控制原理

廣州石化汽機(jī)DEH采用美國TRICON數(shù)字控制系統(tǒng)組成的。DEH系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有解藕運(yùn)算邏輯，用于熱、電聯(lián)調(diào)時(shí)的靜態(tài)牽聯(lián)自整，其輸入為負(fù)荷調(diào)節(jié)信號(hào)、高低壓抽汽調(diào)節(jié)信號(hào)。高、低閥門的控制指令經(jīng)過三閥解藕算法后，再分配給高中低三個(gè)閥，使其達(dá)到熱電聯(lián)調(diào)及靜態(tài)自整。

DEH系統(tǒng)發(fā)出指令后，通過AO卡傳送到伺服卡，伺服卡發(fā)指令給伺服閥，伺服閥控制油動(dòng)機(jī)油路的大小，從而控制調(diào)門開度。調(diào)門有反饋桿，反饋桿上安裝有兩個(gè)LVDT油動(dòng)機(jī)傳感器，LVDT把調(diào)門的開度反饋給伺服模塊，伺服模塊再反饋給DEH系統(tǒng)AI卡，由此形成了一個(gè)閉環(huán)控制回路。

VC是專門為DEH系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能型伺服、功放卡，它接受控制器的控制指令經(jīng)功放后直接驅(qū)動(dòng)伺服閥，同時(shí)具有手操及故障診斷功能，并能夠?qū)敵鲞M(jìn)行偏置和增益調(diào)整。

MOOG電液伺服閥是實(shí)現(xiàn)電、液信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大并對液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的裝置，它是電液伺服控制中的關(guān)鍵元件，它接受模擬電信號(hào)相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥。

4 典型故障分析

4.1 VC內(nèi)部異常

2012年11月12， #2汽機(jī)的3#高調(diào)門出現(xiàn)波動(dòng)導(dǎo)致中抽流量出現(xiàn)50噸左右的波動(dòng)。先用RS232通訊電纜兩端分別與PC機(jī)和VC模塊接好，啟動(dòng)Windows XP系統(tǒng)的超級終端，D命令后，顯示原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及狀態(tài)。顯示發(fā)現(xiàn)，VC卡的內(nèi)部參數(shù)原本是固定的，但是每次運(yùn)行D命令都有所不同。同時(shí)比對DEH系統(tǒng)的歷史記錄的分析，VC卡存在誤動(dòng)、誤判的重大嫌疑。后經(jīng)過更換VC卡后恢復(fù)正常。

4.2 接線松動(dòng)

2013年7月20白天#1汽機(jī)#4中調(diào)在42%開度時(shí)，反饋出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，21點(diǎn)左右將開度強(qiáng)制到100%后，未出現(xiàn)波動(dòng)。初步檢查VC卡、線路沒有發(fā)現(xiàn)問題，由于當(dāng)時(shí)#2汽機(jī)正在檢修，工藝需要力保#1汽機(jī)的運(yùn)行，沒有徹查。第二天該調(diào)門突然間出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，幾乎導(dǎo)致停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)中抽流量曾波動(dòng)過多次（幅度≤20噸），幾乎每次中抽流量波動(dòng)時(shí)#4中調(diào)閥位都有與指令不對應(yīng)的波動(dòng)（最大偏差為-10%），而其他調(diào)門閥位正常。將中調(diào)強(qiáng)制到全關(guān)位置來檢查回路，發(fā)現(xiàn)伺服閥的控制回路一路電阻為8M歐左右，另一路為無窮大，正常情況下兩路電阻應(yīng)為83歐左右，到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)伺服閥的航空接頭爆裂，更換接頭后正常。

4.3 回路干擾

VC卡接線共有10根信號(hào)線，由于汽機(jī)平臺(tái)下面有從多機(jī)泵，前期施工線槽布置的不夠好，導(dǎo)致回路存在干擾。2012年4月23日，#2汽#2高調(diào)閥門給定為30%到33%之間波動(dòng)，反饋上下正負(fù)10%波動(dòng)。強(qiáng)制#2高調(diào)閥位至零，分別拆開兩組LVDT反饋檢查，發(fā)現(xiàn)第一組1，2，3號(hào)線的1號(hào)線干擾較大。一般的電壓干擾不超過100mVAC，1號(hào)線的電壓達(dá)到385mVAC，更換備用電纜后復(fù)位正常。對比#1和2#汽機(jī)發(fā)現(xiàn)，#2汽機(jī)所有回路的干擾電壓都偏高，最終解決辦法是將線槽和電纜全部更換。

4.4 人為因素

2013年4月13日#1汽機(jī)中抽流量出現(xiàn)波動(dòng)，儀表專業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)中抽流量在有三分鐘流量為0，汽機(jī)的高調(diào)門和中調(diào)門在同一時(shí)間出現(xiàn)波動(dòng)。經(jīng)過分析后認(rèn)為當(dāng)時(shí)工藝人員進(jìn)行了操作，增加了汽機(jī)功率，自動(dòng)調(diào)節(jié)引起中抽流量變化和汽機(jī)調(diào)門變化。

4.5 VC卡隱患

2013年5月5日，#2汽機(jī)#2高調(diào)門發(fā)生振蕩波動(dòng)，波動(dòng)幅度最大約15%，檢查發(fā)現(xiàn)#2LVDT回訊器回訊異常，判斷該回訊器故障，將調(diào)門強(qiáng)制為100%。強(qiáng)制后2個(gè)LVDT反饋到100%不變，拆檢#2LVDT發(fā)現(xiàn)TRICON系統(tǒng)內(nèi)顯示拆卸的是#1LVDT，此時(shí)VC卡高選輸出和#2LVDT仍指示100%。但工藝迅即反映#2高調(diào)門關(guān)閉，儀表專業(yè)恢復(fù)接線配合工藝（恢復(fù)時(shí)，高選閥位出現(xiàn)瞬間降到25%的現(xiàn)象）。聯(lián)系VC卡廠商，答復(fù)是拆1個(gè)LVDT不會(huì)導(dǎo)致調(diào)門關(guān)閉（與以往的調(diào)試記錄一致），需要將當(dāng)時(shí)的記錄曲線和VC卡設(shè)置參數(shù)發(fā)給他們分析原因。后按廠家建議增大修改VC卡內(nèi)部的VHO參數(shù)，在強(qiáng)制全開的狀態(tài)下，逐步地增加，將原值205修改到500。進(jìn)一步觀察并沒有好轉(zhuǎn)，廠家回復(fù)說VC卡是過渡性產(chǎn)品，有固有缺陷，已有DCS100卡可供升級替換。

4.6 機(jī)械本身問題

2013年5月23日，#2汽機(jī)#1高調(diào)波動(dòng)，實(shí)際檢查現(xiàn)場調(diào)門漏油，該調(diào)門是油壓驅(qū)動(dòng)的，漏油導(dǎo)致油壓波動(dòng)，造成調(diào)門波動(dòng)。DEH系統(tǒng)輸出值為40.22%，實(shí)際反饋來回波動(dòng)在39.2%到40.9%之間。將該調(diào)門強(qiáng)制到36%，強(qiáng)制后情況未見好轉(zhuǎn)。修改調(diào)門伺服卡VC卡參數(shù)，將積分R從35修改為80，修改之后波動(dòng)幅度減少，現(xiàn)場油煙減少。

2013年 6月28日，#2汽機(jī)檢修后運(yùn)行，#2高調(diào)進(jìn)氣壓力高且反饋有跳動(dòng)，強(qiáng)制#2高調(diào)到零位檢查，現(xiàn)場看閥芯位置是到零位，但閥后壓力有指示，跳動(dòng)量減小，說明調(diào)門實(shí)際關(guān)不死。分析是調(diào)門彈簧老化，調(diào)門開大，蒸汽量加大，產(chǎn)生沖擊力加大，就會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，造成壓力波動(dòng)加大。

5 結(jié)語與建議

由于汽機(jī)調(diào)門的控制回路涉及元器件多，若有一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在問題就會(huì)給生產(chǎn)帶來不穩(wěn)定因素。總結(jié)認(rèn)為預(yù)防是第一位的。汽機(jī)的LVDT桿及容易磨損，運(yùn)行時(shí)會(huì)造成虛位現(xiàn)象，因此每次檢修都要檢查是否有偏移，有必要時(shí)要校正機(jī)械位置。電液伺服閥是關(guān)鍵元件，宜經(jīng)常清洗，以保持其回路的暢通。VC伺服卡是康吉森過渡性產(chǎn)品，事實(shí)證明，回路干擾會(huì)使內(nèi)部電子元件易受干擾而失控，廠家已出新產(chǎn)品DSC100來替代，經(jīng)過試用效果不錯(cuò)。

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作者簡介：周俊（1984，12-），中國石油化工股份有限公司廣州分公司，儀表專業(yè)，助理工程師。