雙路除氧器上水調(diào)門(mén)控制

王慶博

摘 要：大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司2*600MW機(jī)組主凝結(jié)水系統(tǒng)包括兩臺(tái)100%容量立式筒形凝結(jié)水泵、凝結(jié)水精處理裝置、一臺(tái)軸封加熱器、四臺(tái)低壓加熱器、一臺(tái)凝結(jié)水補(bǔ)水箱和兩臺(tái)100%容量凝結(jié)水補(bǔ)水泵。凝結(jié)水系統(tǒng)管道及閥門(mén)設(shè)計(jì)通徑為DN400，但除氧器上水調(diào)閥設(shè)計(jì)通徑只有DN200，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，即使閥門(mén)處于全開(kāi)位，節(jié)流損失依然較大，不僅增加了凝泵的消耗功率，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，而且閥門(mén)在水流的沖擊作用下，振動(dòng)較大，長(zhǎng)期運(yùn)行中容易引起閥桿金屬疲勞，導(dǎo)致閥桿斷裂，在斷裂事故發(fā)生時(shí)，又因?yàn)槌跗魃纤{(diào)閥旁路電動(dòng)閘閥在正常運(yùn)行時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，在前后差壓較大的情況下，閥門(mén)不易打開(kāi)，極易導(dǎo)致凝結(jié)水?dāng)嗔魈鴻C(jī)。為了降低節(jié)流損失并消除因閥桿斷裂而引起機(jī)組停運(yùn)的隱患，計(jì)劃對(duì)除氧器上水調(diào)閥進(jìn)行主動(dòng)改造。

關(guān)鍵詞：雙路；調(diào)門(mén)；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TM621.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0053-02

前言

大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司2*600MW機(jī)組主凝結(jié)水系統(tǒng)包括兩臺(tái)100%容量立式筒形凝結(jié)水泵、凝結(jié)水精處理裝置、一臺(tái)軸封加熱器、四臺(tái)低壓加熱器、一臺(tái)凝結(jié)水補(bǔ)水箱和兩臺(tái)100%容量凝結(jié)水補(bǔ)水泵。主凝結(jié)水的流程為：高背壓凝汽器熱井→凝結(jié)水泵→凝結(jié)水精處理裝置→軸封加熱器→除氧器上水調(diào)閥→7A低壓加熱器、7B低壓加熱器→#6低壓加熱器→#5低壓加熱器→除氧器。凝結(jié)水系統(tǒng)管道及閥門(mén)設(shè)計(jì)通徑為DN400，但除氧器上水調(diào)閥設(shè)計(jì)通徑只有DN200，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，即使閥門(mén)處于全開(kāi)位，節(jié)流損失依然較大，現(xiàn)除氧器上水調(diào)閥為美國(guó)C-V公司生產(chǎn)的籠式調(diào)閥。

1 改造前狀態(tài)

1.1 改造前除氧器上水調(diào)門(mén)布置

改造前，除氧器上水調(diào)門(mén)為單路設(shè)置，管道通徑DN400，調(diào)閥通徑DN200，同時(shí)設(shè)計(jì)有一路除氧器上水旁路關(guān)斷閥，這種布置方式存在以下一些問(wèn)題，凝結(jié)水系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)通徑為DN400，但除氧器上水調(diào)閥設(shè)計(jì)通徑只有DN200，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，即使閥門(mén)處于全開(kāi)位，節(jié)流損失依然較大，不僅增加了凝泵的消耗功率，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，而且閥門(mén)在水流的沖擊作用下，振動(dòng)較大，長(zhǎng)期運(yùn)行中容易引起閥桿金屬疲勞，導(dǎo)致閥桿斷裂，在斷裂事故發(fā)生時(shí)，又因?yàn)槌跗魃纤{(diào)閥旁路電動(dòng)閘閥在正常運(yùn)行時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，在前后差壓較大的情況下，閥門(mén)不易打開(kāi)，極易導(dǎo)致凝結(jié)水?dāng)嗔魈鴻C(jī)。為了降低節(jié)流損失并消除因閥桿斷裂而引起機(jī)組停運(yùn)的隱患，計(jì)劃對(duì)除氧器上水調(diào)閥進(jìn)行主動(dòng)改造。

1.2 改造前除氧器上水調(diào)門(mén)控制方式

本次技術(shù)改造前，我們已經(jīng)對(duì)機(jī)組凝泵進(jìn)行了變頻改造，機(jī)組在啟機(jī)過(guò)程中除氧器液位由除氧器上水調(diào)閥控制，機(jī)組正常運(yùn)行后由凝泵變頻控制除氧器水位，除氧器上水調(diào)閥則主要用來(lái)控制凝結(jié)水母管壓力。具體控制方法如下：凝泵變頻在手動(dòng)位時(shí)，運(yùn)行人員可以手動(dòng)調(diào)節(jié)凝泵轉(zhuǎn)速，通過(guò)除氧器上水調(diào)閥控制除氧器水位，投自動(dòng)時(shí)，自動(dòng)根據(jù)除氧器水位設(shè)定值調(diào)節(jié)凝泵轉(zhuǎn)速，維持除氧器水位，通過(guò)設(shè)定值塊設(shè)定凝結(jié)水母管的壓力，除氧器上水調(diào)閥根據(jù)凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值和實(shí)際值的偏差調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力。凝泵在變頻方式運(yùn)行，且無(wú)工頻運(yùn)行泵時(shí)，凝結(jié)水母管壓力會(huì)隨著負(fù)荷的降低而降低。在協(xié)調(diào)方式下，機(jī)組的運(yùn)行方式為定-滑-定，故凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中為在負(fù)荷變動(dòng)過(guò)程中除氧器壓力的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)值，同時(shí)為保證低壓旁路減溫、汽機(jī)低壓缸噴水減溫等用水，通過(guò)試驗(yàn)確定凝泵最低工作壓力，以保證除氧器的上水和其他輔助系統(tǒng)能夠正常工作。除氧器水位由凝泵變頻控制時(shí)，用除氧器上水調(diào)閥來(lái)控制凝結(jié)水母管壓力。這個(gè)回路的控制思想是PID接受凝結(jié)水母管壓力偏差及除氧器水位偏差的微分前饋信號(hào)，維持凝結(jié)水母管壓力相對(duì)穩(wěn)定，滿足除氧器上水能力，并保證凝泵在安全區(qū)內(nèi)工作的最小給水壓力（下限特性）。變頻泵故障跳閘時(shí)，工頻備用泵統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)啟，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為除氧器上水調(diào)閥維持除氧器水位。

2 除氧器上水調(diào)閥技改方案

本次技術(shù)改造的目的是將原來(lái)的單路調(diào)門(mén)方式改造為雙路調(diào)門(mén)，首先把除氧器上水主路調(diào)門(mén)由DN200的小容量調(diào)門(mén)改造為DN300的大容量調(diào)門(mén)，然后把DN200的調(diào)門(mén)作為除氧器上水旁路調(diào)門(mén)并在門(mén)前增加一個(gè)手動(dòng)閘閥。改造后的系統(tǒng)見(jiàn)圖1：

控制方案：改造前有兩種方案除氧器上水調(diào)門(mén)的控制方案作為備選，下面分別對(duì)其作出介紹。凝泵變頻的控制方式保持不變，大小除氧器上水調(diào)閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)對(duì)象保持不變。大小調(diào)門(mén)使用同一個(gè)PID控制器，該控制器根據(jù)設(shè)定值和當(dāng)前值的偏差，輸出總的閥門(mén)指令，該指令輸出在0%-60%的范圍內(nèi)，大調(diào)閥動(dòng)作范圍為0%-100%，總指令輸出在60%-100%的范圍內(nèi)，小調(diào)閥開(kāi)始由0%-100%動(dòng)作。該方案能最大限度的減弱閥門(mén)的節(jié)流，放大凝泵變頻的節(jié)能作用，同時(shí)對(duì)于事故情況的反應(yīng)也很迅速，但是調(diào)節(jié)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要注意大小閥投退自動(dòng)時(shí)的指令跟蹤問(wèn)題，避免造成閥門(mén)誤動(dòng)，導(dǎo)致除氧器液位或者凝結(jié)水壓力異常變化的情況發(fā)生。

改造后邏輯如下：（1）除氧器可以分別依靠大容量調(diào)閥和小容量調(diào)閥控制除氧器水位。正常運(yùn)行中，大、小容量調(diào)閥及調(diào)閥控制器都投入自動(dòng)，任一調(diào)閥故障跳出自動(dòng)后，調(diào)閥控制器可以控制另一個(gè)調(diào)閥調(diào)節(jié)除氧器水位或凝結(jié)水壓力。（2）啟動(dòng)及運(yùn)行中，大、小容量調(diào)閥都投入自動(dòng)，使用調(diào)閥控制器可以操作兩個(gè)調(diào)閥。隨著控制器指令逐漸增加，大容量調(diào)閥首先開(kāi)啟，當(dāng)總指令到達(dá)60%即大容量調(diào)閥開(kāi)至100%時(shí)，小容量調(diào)閥開(kāi)啟；控制器指令減小時(shí)先關(guān)閉小容量調(diào)閥，小容量調(diào)閥關(guān)至0%時(shí)，大容量調(diào)閥開(kāi)始關(guān)閉。（3）運(yùn)行中如果除氧器上水調(diào)閥切手動(dòng)后重新投入自動(dòng)，需要重新將凝結(jié)水壓力設(shè)定值改為1.4。（4）機(jī)組運(yùn)行中，大、小容量調(diào)閥檢修后如果投入自動(dòng)應(yīng)盡量選擇大容量調(diào)閥開(kāi)度100%，小容量調(diào)閥全關(guān)的狀態(tài)投入調(diào)閥自動(dòng)。投自動(dòng)前由儀控人員確認(rèn)調(diào)閥開(kāi)度與控制器輸出匹配。

3 方案優(yōu)化endprint

通過(guò)對(duì)試運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)小調(diào)閥的動(dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、過(guò)慢，而其在大、小開(kāi)度的情況下對(duì)凝結(jié)水流量以及壓力的調(diào)節(jié)能力又較弱，因此需要將小調(diào)閥的動(dòng)作過(guò)程縮短，讓大調(diào)閥更早的參與到除氧器液位或者凝結(jié)水壓力的調(diào)節(jié)過(guò)程中來(lái)。針對(duì)這種情況，作出了初步修改，將原來(lái)大小調(diào)門(mén)的在PID主控制器輸出的連接點(diǎn)由60%調(diào)整到70%，同時(shí)限制主控制器輸出在90%，這樣小調(diào)閥的開(kāi)度就被限制在在66.7%，即控制器輸出0%-70%時(shí)，大調(diào)閥由全關(guān)到全開(kāi)，主控制器輸出70%-90%時(shí)小調(diào)閥由全關(guān)開(kāi)至66.67%，同時(shí)考慮到大門(mén)的總行程過(guò)程變長(zhǎng)，行程斜率變小，所以將PID控制器的積分作用和比例作用適當(dāng)加強(qiáng)，從而保證基本不改變調(diào)門(mén)的調(diào)節(jié)性能。從圖中可以看出，小調(diào)閥動(dòng)作過(guò)程縮短，動(dòng)作速度加快，大調(diào)閥在有效調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)性能基本保持不變，希望通過(guò)這樣的調(diào)整能縮短小調(diào)閥的無(wú)效調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)作時(shí)間。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的控制邏輯經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)觀察，發(fā)現(xiàn)其對(duì)于除氧器液位和凝結(jié)水壓力的調(diào)節(jié)還是比較穩(wěn)定的，同時(shí)也很好的起到了降低凝泵電流的作用，但是仍然覺(jué)得小調(diào)閥在小開(kāi)度的動(dòng)作過(guò)程有點(diǎn)長(zhǎng)，如果在事故情況下會(huì)影響到系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能，經(jīng)過(guò)討論后，對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，這次優(yōu)化的方法是給大小閥設(shè)置一定的重疊度，即在主控制器輸出0%-75%，大閥從全關(guān)到全開(kāi)，同時(shí)，在控制器輸出65%-87%，小調(diào)閥從全關(guān)到60%，即隨著控制器指令逐漸增加，大容量調(diào)閥首先開(kāi)啟，大容量調(diào)閥開(kāi)至86%時(shí)，小容量調(diào)閥開(kāi)啟；控制器指令減小時(shí)先關(guān)閉小容量調(diào)閥，小容量調(diào)閥關(guān)至28%時(shí)，大容量調(diào)閥開(kāi)始關(guān)閉，由于小容量調(diào)閥開(kāi)度超過(guò)60%后沒(méi)有節(jié)流特性，所以將小容量調(diào)閥最大開(kāi)度限定為60%。這樣可以縮短調(diào)閥的關(guān)閉時(shí)間。

4 改造效果

除氧器雙路上水調(diào)閥技改完成后，我們對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的觀察，首先該套系統(tǒng)對(duì)于除氧器液位和凝結(jié)水壓力的控制能夠做到快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，其次，因?yàn)榧哟罅送髦睆?，降低了?jié)流損失，凝泵電流也有了一定程度的降低，進(jìn)一步發(fā)揮了凝泵變頻節(jié)能降耗的功效，最后，因?yàn)榕月废到y(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處在熱備用的狀態(tài)，不論是主路調(diào)門(mén)還是旁路調(diào)門(mén)在故障的情況下，另外一路都可以迅速起到通流的作用，消除了因?yàn)槌跗魃纤{(diào)門(mén)故障造成斷流跳機(jī)的隱患。

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