循環(huán)水泵出口蝶閥液壓裝置故障及防范

王小江

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 泉州 362251)

循環(huán)水泵出口蝶閥液壓裝置故障及防范

王小江

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 泉州 362251)

本文通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵出口液控蝶閥的關(guān)閉故障、邏輯控制進(jìn)行分析，提出解決啟閉故障的防范措施，同時(shí)采取一系列可靠性提升措施及進(jìn)行液壓裝置優(yōu)化及改造的可行性研究，對(duì)防范蝶閥故障具有一定的借鑒意義。

液控蝶閥；控制邏輯；優(yōu)化；改造

某燃?xì)怆姀S循環(huán)水泵出口蝶閥使用重錘式液控緩閉止回蝶閥，能按照預(yù)先的程序?qū)崿F(xiàn)水泵和閥門(mén)聯(lián)動(dòng)，遠(yuǎn)程控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，同時(shí)實(shí)現(xiàn)緩閉功能，有效防止水錘危害，保護(hù)水泵和開(kāi)式水管網(wǎng)系統(tǒng)的安全。

蝶閥配套使用液壓裝置作為閥門(mén)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，能使蝶閥按預(yù)置程序?qū)崿F(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉功能，特別是對(duì)電源失去或事故停泵時(shí)，能按照設(shè)定角度和時(shí)間分快關(guān)和慢關(guān)兩個(gè)階段關(guān)閉蝶閥，對(duì)水錘的產(chǎn)生有明顯的抑制和消除作用，并能有效地防止水泵倒轉(zhuǎn)。液壓裝置采用重錘的勢(shì)能作為關(guān)閥動(dòng)力源，當(dāng)?shù)y全開(kāi)后，液壓油路中的壓力油保持壓力在特定范圍，能使蝶閥長(zhǎng)時(shí)間保持在全開(kāi)位置而不出現(xiàn)掉錘。

1 液控裝置系統(tǒng)工作原理

液控裝置系統(tǒng)工作原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 液控裝置系統(tǒng)工作原理

1.1 蝶閥開(kāi)啟過(guò)程

當(dāng)液控裝置接受到閥門(mén)開(kāi)啟指令時(shí)，油泵電機(jī)啟動(dòng)，油泵排出壓力油，經(jīng)過(guò)單向閥、節(jié)流閥及高壓油管進(jìn)入液壓缸，重錘隨著液壓缸的動(dòng)作而緩慢升起，蝶閥隨之開(kāi)啟。當(dāng)?shù)y開(kāi)啟至全開(kāi)位置時(shí)，油泵電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中和全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，泄壓電磁閥1YV始終處于失電，液壓系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)。液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，由于油路中閥門(mén)會(huì)存在正常的內(nèi)漏導(dǎo)致油壓下降，當(dāng)油壓下降至壓力開(kāi)關(guān)下限值9MPa時(shí)，油泵電機(jī)啟動(dòng)對(duì)油路進(jìn)行充壓，當(dāng)油壓上升至壓力開(kāi)關(guān)上限值16MPa時(shí)，油泵電機(jī)停止運(yùn)行，這樣保證系統(tǒng)油壓處于設(shè)定范圍以保證閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)。

1.2 蝶閥關(guān)閉過(guò)程

當(dāng)液控裝置接受到閥門(mén)關(guān)閉指令時(shí)，電磁閥得電，液壓油壓力泄壓回流至油箱，重錘的重力勢(shì)能作用下，蝶閥關(guān)閉至全關(guān)位置。

1.3 手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)閥門(mén)

在自動(dòng)功能失效情況需要應(yīng)急操作時(shí)，可搖動(dòng)手動(dòng)油泵，對(duì)油路手動(dòng)充壓開(kāi)啟蝶閥。在就地控制柜上手動(dòng)按下電磁閥應(yīng)急按鈕，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉蝶閥功能。

2 蝶閥控制邏輯分析

2.1 蝶閥開(kāi)啟邏輯分析

在泵閥聯(lián)啟前，控制方式置自動(dòng)，而后在DCS控制畫(huà)面點(diǎn)擊循環(huán)水泵“開(kāi)啟”按鈕，循環(huán)水泵房液控蝶閥的油動(dòng)機(jī)立即運(yùn)行，開(kāi)始建立油壓，油壓約為4MPa至6MPa，液控蝶閥進(jìn)入慢開(kāi)。當(dāng)?shù)y開(kāi)至20%-35%觸動(dòng)15度限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)15度限位開(kāi)關(guān)信號(hào)與閥位模擬量反饋（20%-35%）在DCS邏輯形成“與”關(guān)系觸發(fā)“15度信號(hào)”，1秒后液控蝶閥進(jìn)入停閥模式；而后15度信號(hào)與循環(huán)水泵開(kāi)指令在DCS邏輯形成“與”關(guān)系觸發(fā)“合閘指令”，循環(huán)水泵合閘；循泵合閘后，邏輯自動(dòng)又再次對(duì)液控蝶閥發(fā)出“開(kāi)指令”，油動(dòng)機(jī)開(kāi)始升壓，液控蝶閥進(jìn)入快開(kāi)模式，直至全開(kāi)狀態(tài)。油動(dòng)機(jī)升壓至16MPa后，觸動(dòng)液控蝶閥控制柜PLC高限，PLC發(fā)出停油動(dòng)機(jī)指令，油動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，此時(shí)油壓應(yīng)保持在9～16MPa左右。

2.1 蝶閥關(guān)閉邏輯分析

在泵閥聯(lián)控停止前，控制方式置自動(dòng)，而后在DCS控制畫(huà)面點(diǎn)擊循環(huán)水泵“停止”按鈕，液控蝶閥電磁閥得電開(kāi)始卸油，在重錘的勢(shì)能作用下，蝶閥開(kāi)始關(guān)閉，進(jìn)入快關(guān)模式。當(dāng)液控蝶閥關(guān)至20%～35%，觸發(fā)“分閘指令”，循環(huán)水泵停止運(yùn)行，液控蝶閥慢關(guān)至全關(guān)狀態(tài)。

3 液控裝置可靠性提升措施

3.1 加強(qiáng)液控裝置就地設(shè)備的定期工作

加強(qiáng)就地設(shè)備的定期檢查工作，可以有效降低設(shè)備故障率，定期工作檢查內(nèi)容。

（1）全關(guān)、15度、全開(kāi)限位開(kāi)關(guān)固定牢固、動(dòng)作靈活、接點(diǎn)動(dòng)作靈敏。限位開(kāi)關(guān)出線處用耐候膠密封，以防進(jìn)水。

（2）壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥接線緊固。

（3）模擬量反饋電位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪固定牢固、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、間隙正常，與DCS顯示跟蹤良好。

3.2 油泵油壓開(kāi)關(guān)改造

問(wèn)題點(diǎn)：液控蝶閥的油壓值由壓力開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)視并將油壓的高低限值送入就地PLC控制柜參與油泵啟停。單一的油壓高低值判斷不利于觀察液控蝶閥的實(shí)際狀況及油泵的運(yùn)行情況；在DCS畫(huà)面，液控蝶閥油泵的油壓無(wú)顯示及無(wú)歷史趨勢(shì)查詢(xún)，不利于對(duì)當(dāng)前液控蝶閥油壓的監(jiān)視和故障分析。

解決措施：取消就地壓力開(kāi)關(guān)，改成壓力變送器信號(hào)送至DCS，實(shí)時(shí)顯示并進(jìn)入歷史趨勢(shì)，通過(guò)DCS邏輯判斷壓力高、壓力低，將信號(hào)送回就地PLC作為油泵聯(lián)鎖啟停的條件，同時(shí)聲光報(bào)警增加油泵電機(jī)運(yùn)行且壓力異常報(bào)警。

3.3 閥門(mén)位置開(kāi)關(guān)信號(hào)邏輯優(yōu)化

問(wèn)題點(diǎn)：液控蝶閥15度信號(hào)通過(guò)行程開(kāi)關(guān)與閥位共同判斷，行程開(kāi)關(guān)故障率高，且閥位在15%至35%的動(dòng)作點(diǎn)比較難調(diào)整。

優(yōu)化措施：取消就地行程開(kāi)關(guān)，改成閥位模擬量信號(hào)送至DCS作為DCS液控蝶閥15度信號(hào)判斷，通過(guò)DCS邏輯高、低判斷確定液控蝶閥15度信號(hào)動(dòng)作值的閥位區(qū)間。為防止關(guān)閥過(guò)程中出現(xiàn)中停情況，在液控蝶閥中停信號(hào)脈沖前加RS觸發(fā)器，由15度信號(hào)置1；自動(dòng)關(guān)置0。同時(shí)將全關(guān)、全開(kāi)、15度行程開(kāi)關(guān)換成感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)。

3.4 DCS控制邏輯優(yōu)化

（1）將液控蝶閥PLC中故障報(bào)警條件中的全關(guān)、開(kāi)15度、全開(kāi)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)，與DCS蝶閥模擬量開(kāi)度的對(duì)應(yīng)定值做邏輯與，可降低由于限位開(kāi)關(guān)信號(hào)異常導(dǎo)致蝶閥關(guān)閉事件。

（2）循泵順控啟動(dòng)，在出口液控蝶閥開(kāi)啟至15度，循泵啟動(dòng)正常后，在循泵跳閘后，液控蝶閥仍繼續(xù)開(kāi)啟至全開(kāi)位置后，再關(guān)閉。循泵跳閘后，可能因?yàn)橐嚎氐y關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成循環(huán)水母管失壓。邏輯修改為循泵跳閘后，液控蝶閥馬上關(guān)閉。

（3）液控蝶閥自動(dòng)關(guān)信號(hào)由循泵分閘信號(hào)加3S脈沖及循泵停止中間點(diǎn)信號(hào)“或”的關(guān)系組成。當(dāng)循泵非正常停運(yùn)（比如按下急停按鈕）時(shí)，僅靠循泵分閘信號(hào)觸發(fā)3S脈沖發(fā)自動(dòng)關(guān)信號(hào)，導(dǎo)致蝶閥關(guān)過(guò)程中，若觸發(fā)中停指令后，自動(dòng)關(guān)信號(hào)消失，閥門(mén)不能完全自動(dòng)關(guān)閉。循泵正常停運(yùn)時(shí)，液控蝶閥自動(dòng)關(guān)信號(hào)由兩者輪流觸發(fā)，信號(hào)保持時(shí)間較長(zhǎng)，足夠關(guān)閉蝶閥。邏輯優(yōu)化：循泵分閘信號(hào)由3S脈沖改為8S脈沖；循泵停止指令中間點(diǎn)信號(hào)“或”的關(guān)系組成液控蝶閥自動(dòng)關(guān)信號(hào)。

3.5 DCS畫(huà)面增加閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間

在DCS畫(huà)面顯示液控蝶閥開(kāi)啟時(shí)間,且進(jìn)入歷史趨勢(shì)。時(shí)間1：液控蝶閥開(kāi)指令至15度開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間；時(shí)間2：液控蝶閥開(kāi)指令至全開(kāi)時(shí)間減去中停時(shí)間。兩個(gè)時(shí)間結(jié)合油壓信號(hào)可判斷蝶閥是否卡澀。

4 液壓控制系統(tǒng)熱工設(shè)備及邏輯優(yōu)化可行性研究

經(jīng)過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)蝶閥控制邏輯研究，可采取以下優(yōu)化措施。

（1）全關(guān)、開(kāi)15度、全開(kāi)限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行冗余配置或三選二。或者再增加一個(gè)模擬量反饋，兩個(gè)模擬量反饋與限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行三選二。

（2）取消PLC，就地保留切換開(kāi)關(guān)、啟停按鈕、電氣主回路和接線端子，將液控蝶閥所有信號(hào)引入DCS，在DCS實(shí)現(xiàn)液控蝶閥的控制邏輯。此措施可方便進(jìn)行事故分析和在線邏輯查看，同時(shí)可取消就地控制箱PLC、控制電源、UPS電源、電源轉(zhuǎn)換模塊，就地箱只保留接線端子。

（3）單臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水泵和液控蝶閥由公用DCS控制改由單元機(jī)組DCS控制。此措施可實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分散，可避免公用DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或控制器故障時(shí)，無(wú)法對(duì)循環(huán)水泵和液控蝶閥進(jìn)行操作，同時(shí)方便對(duì)單臺(tái)機(jī)組的循泵和液控蝶閥進(jìn)行控制系統(tǒng)維護(hù)和檢修。

以上優(yōu)化措施較為可行，但實(shí)際工作量大，需結(jié)合機(jī)組C級(jí)及以上檢修進(jìn)行改造。

5 液壓裝置油路優(yōu)化可行性研究

5.1 系統(tǒng)增加備用油泵

圖1中配置有1臺(tái)油泵，當(dāng)油泵故障時(shí)，油壓無(wú)法保持在一定范圍，容易導(dǎo)致蝶閥關(guān)閉，可增加1臺(tái)油泵進(jìn)行備用。正常由1臺(tái)油泵運(yùn)行，故障時(shí)啟動(dòng)備用油泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保壓。

5.2 系統(tǒng)增加冗余泄壓電磁閥

圖1中電磁閥得電時(shí)，系統(tǒng)油路進(jìn)行泄壓，閥門(mén)由于重錘勢(shì)能進(jìn)行關(guān)閉。當(dāng)電磁閥線圈故障或閥體卡澀時(shí)，無(wú)法泄壓，蝶閥無(wú)法關(guān)閉?？稍黾?路并聯(lián)電磁閥，當(dāng)?shù)y得到遠(yuǎn)方關(guān)閉指令時(shí)，兩個(gè)泄壓電磁閥同時(shí)帶電，將油路泄壓。

6 液壓裝置改造電動(dòng)裝置可行性研究

由于液壓裝置設(shè)備多、油路復(fù)雜，同時(shí)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封件存在老化問(wèn)題，當(dāng)裝置出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，故障點(diǎn)較難定位，解決時(shí)間長(zhǎng)，增加檢修工作量，嚴(yán)重時(shí)影響發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)分析，可以采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替液壓裝置。相比液壓裝置而言，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)方便的特點(diǎn)，故障點(diǎn)定位也較為方便。

7 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)水泵作為電廠的重要輔機(jī)，其穩(wěn)定性決定著機(jī)組是否能安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)對(duì)出口液控蝶閥的可靠性分析并采取可靠性提升措施，大大提升循環(huán)水泵的可用系數(shù)，從而保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]章素華主編.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.4.

[2]國(guó)家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及編制釋義.北京：中國(guó)電力出版社，2014.5.

[3]中國(guó)華電集團(tuán)公司編.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].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

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