電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位反饋信號(hào)劇烈波動(dòng)分析及處理

劉安林，王登輝，何振林，彭 軍，李文鈺，李 奕

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，成都 610213）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽水分離器已在化工、石油、電廠等行業(yè)中廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽水混合物中的汽液分離，提高進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽品質(zhì)，保證進(jìn)入汽輪機(jī)的工作蒸汽里不夾帶水分。在蒸汽發(fā)生器中，從冷水過渡到蒸汽，汽水混合物的干度、流速均有較大幅度的變化，這給分離器的分離效率帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。通常情況下，汽水分離器在較小干度范圍內(nèi)可保證較高的分離效率，而在大干度范圍，如何使汽水分離器仍舊能保持較高分離效率是汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)重要的任務(wù)之一。汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)就是通過開關(guān)疏水閥來控制水位，通過操作調(diào)壓閥來控制壓力，進(jìn)而對(duì)蒸汽發(fā)生器出口的汽水混合物進(jìn)行分離，保證系統(tǒng)用汽設(shè)備的安全。在進(jìn)行汽水分離器壓力水位控制時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員發(fā)現(xiàn)在不對(duì)疏水閥和調(diào)壓閥進(jìn)行任何手動(dòng)干預(yù)的情況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋回來的兩個(gè)閥位信號(hào)均同時(shí)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，這導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)操作人員無法準(zhǔn)確判斷兩個(gè)閥門的實(shí)際閥位，不能對(duì)汽水分離器壓力水位進(jìn)行控制。因此，有必要針對(duì)疏水閥和調(diào)壓閥閥位的異常波動(dòng)進(jìn)行科學(xué)的診斷，找出劇烈波動(dòng)的原因，以便采取切實(shí)有效的處理措施，保證汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，實(shí)現(xiàn)汽水混合物的汽液分離。本文通過對(duì)疏水閥和調(diào)壓閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電電源、閥位反饋信號(hào)、監(jiān)控臺(tái)、過程控制柜進(jìn)行逐一排查，停運(yùn)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，定位異常波動(dòng)信號(hào)的起始位置，并利用示波表采集異常信號(hào)，通過MATLAB 分析異常信號(hào)時(shí)頻特性，找出干擾信號(hào)源，通過一系列處理措施，使得兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的閥位指示重新恢復(fù)正常。

1 汽水分離器壓力水位控制原理簡(jiǎn)介

濕蒸汽就是指含有水分的蒸汽，又叫汽水混合物，是蒸汽系統(tǒng)中最需要關(guān)注的問題之一。汽水混合物會(huì)降低設(shè)備的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，也會(huì)導(dǎo)致用汽設(shè)備損壞。雖然疏水閥可以去除大部分水分，但并不能處理掉懸浮在蒸汽中的液滴。為分離掉這些懸浮液滴，需要在蒸汽管道上安裝汽水分離器。某汽水分離器采用旋流式粗分離器，結(jié)合擋板板式精分離器二級(jí)分離結(jié)構(gòu)型式，汽水混合物在分離器內(nèi)多次改變流動(dòng)方向，由于懸浮的水滴有較大的質(zhì)量和慣性，當(dāng)遇到擋板流動(dòng)方向改變時(shí)，干蒸汽可以繞過擋板繼續(xù)向前，通過1#調(diào)壓閥排出，而水滴就會(huì)積聚在擋板上，汽水分離器有很大的通流面積，減少了水滴的動(dòng)能，大部分都會(huì)凝聚，最后落到分離器的底部，通過2#疏水閥排出。由圖1 可以看出，主要通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)汽水分離器壓力，而疏水閥則用來調(diào)節(jié)汽水分離器水位。為了精確控制汽水分離器壓力和水位，汽水分離器蒸汽和凝水出口分別設(shè)置了調(diào)壓閥和疏水閥，通過控制這兩個(gè)閥門可以實(shí)現(xiàn)壓力水位控制。汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)主要分為兩個(gè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、監(jiān)控臺(tái)、過程控制柜及數(shù)據(jù)采集柜4 個(gè)部分。遠(yuǎn)程操作時(shí)，運(yùn)行人員在監(jiān)控臺(tái)操作調(diào)節(jié)閥開關(guān)，將開關(guān)量信號(hào)進(jìn)入手操器，在手操器中經(jīng)過一系列處理后，產(chǎn)生4mA ～20mA 的控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而改變閥門閥位。自動(dòng)控制時(shí)，過程控制柜接收監(jiān)控臺(tái)送來的自動(dòng)信號(hào)，根據(jù)當(dāng)前的閥位及壓力水位信號(hào)，輸出4mA ～20mA 的控制信號(hào)，自動(dòng)關(guān)小或開大疏水閥和調(diào)壓閥。當(dāng)手操器接收監(jiān)控臺(tái)送來的就地信號(hào)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)調(diào)壓閥和疏水閥的自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場(chǎng)操作人員只能就地手動(dòng)開關(guān)閥門。圖1 為汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)框圖。

圖1 汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of the steam water separator pressure level control system

圖2 調(diào)壓閥閥位反饋信號(hào)波形圖Fig.2 Pressure regulator valve position feedback signal waveform diagram

2 閥位反饋信號(hào)異常波動(dòng)分析與定位

在某系統(tǒng)運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥無就地操作，且監(jiān)控臺(tái)不操作電動(dòng)調(diào)節(jié)閥操作開關(guān)時(shí)，監(jiān)控臺(tái)上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位指示表出現(xiàn)異常波動(dòng)，波動(dòng)范圍在10%左右，導(dǎo)致操作人員無法判斷調(diào)壓閥和疏水閥的真實(shí)閥位。經(jīng)儀控檢修人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，在波動(dòng)過程中，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥未動(dòng)作，初步判斷控制信號(hào)輸入正常，閥位反饋信號(hào)受到了干擾。為定位干擾源，有必要對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位反饋信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)分析。具體方法如下：分別在調(diào)壓閥和疏水閥的監(jiān)控臺(tái)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間串入240Ω 的電阻，利用示波表AC 耦合檔去除信號(hào)的直流分量，觀察電阻兩端的電壓信號(hào)波形，圖2為調(diào)壓閥閥位反饋信號(hào)波形圖，圖3 為疏水閥閥位反饋信號(hào)波形圖，從圖中可以看出，調(diào)壓閥和疏水閥閥位反饋信號(hào)均存在周期性干擾信號(hào)。

圖3 疏水閥閥位反饋信號(hào)波形圖Fig.3 Steam trap position feedback signal waveform

表1 電源分析結(jié)果Table 1 Power analysis results

圖4 更換屏蔽電纜后調(diào)壓閥閥位反饋信號(hào)時(shí)頻圖Fig.4 Time-frequency diagram of the pressure feedback valve position feedback signal after replacing the shielded cable

為定位干擾源，儀控檢修人員首先從電源著手，排查是否由于電源品質(zhì)不佳導(dǎo)致，排查對(duì)象依次為兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、過程控制柜、監(jiān)控臺(tái)的電源信號(hào)，使用示波器采集各電源信號(hào)波形，并利用信號(hào)處理軟件進(jìn)行時(shí)頻分析，分析結(jié)果見表1。從表1 中可以看出，各模塊電源供電穩(wěn)定，無諧波或雜波干擾，品質(zhì)良好。

其次，運(yùn)行人員依次停止系統(tǒng)各模塊設(shè)備。首先，停運(yùn)兩臺(tái)功率為80kW 的電動(dòng)屏蔽泵，然后，依次停運(yùn)3 臺(tái)功率為6kW 的電動(dòng)離心泵，兩臺(tái)功率為18kW 電動(dòng)往復(fù)泵，一臺(tái)功率為14kW 電動(dòng)柱塞泵，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的觀察與測(cè)試，閥位反饋信號(hào)劇烈波動(dòng)現(xiàn)象依然存在。最后，運(yùn)行人員調(diào)節(jié)電動(dòng)變頻泵轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至某一固定值時(shí)，兩個(gè)電動(dòng)閥的閥位指示表出現(xiàn)異常波動(dòng)，越過該固定值異常波動(dòng)則消失，反復(fù)試驗(yàn)現(xiàn)象不變。由此可以確定該異常波動(dòng)是由電動(dòng)變頻泵變頻器工作引起的電磁干擾造成。

3 處理措施與成效

由于變頻泵為汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，汽水分離器運(yùn)行時(shí)，變頻泵也必須同時(shí)運(yùn)行，且該電磁干擾是由變頻泵正常工作造成，即使更換變頻泵也無法消除問題。運(yùn)行人員本著既然無法從源頭上消除電磁干擾，那就從路徑上屏蔽和濾除電磁干擾，為此運(yùn)行人員采取了如下措施：

1）通過更換兩個(gè)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)至監(jiān)控臺(tái)的線纜，由原來的非屏蔽線纜改為雙屏蔽線纜。

2）在兩個(gè)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位反饋回路增加濾波。

通過采取以上兩條處理措施，再次測(cè)量閥位反饋信號(hào)波形，利用示波表AC 耦合檔去除信號(hào)的直流分量，觀察電阻兩端的電壓信號(hào)波形，圖4、圖5 分別為疏水閥和調(diào)壓閥閥位反饋信號(hào)時(shí)頻圖，從圖中可以看出，40Hz 的電磁干擾均已經(jīng)被屏蔽和濾除，閥位指示未出現(xiàn)異常波動(dòng)情況，問題得到圓滿解決。

圖5 更換屏蔽電纜后疏水閥閥位反饋信號(hào)時(shí)頻圖Fig.5 Time-frequency diagram of the trap position feedback signal after replacing the shielded cable

4 結(jié)束語

針對(duì)某型汽水分離器調(diào)壓閥和疏水閥閥位指示表異常波動(dòng)問題，運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)象推測(cè)問題所在，并開展了一系列排除工作，最終確認(rèn)閥位反饋信號(hào)受到電磁干擾。為定位干擾源，運(yùn)行人員操作系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行分時(shí)工作，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間地觀察和測(cè)試，最終確定干擾源為系統(tǒng)中的變頻泵，并通過更換屏蔽電纜及引入濾波電路的方式消除了變頻泵對(duì)閥位反饋信號(hào)的電磁干擾，調(diào)壓閥和疏水閥閥位指示表恢復(fù)正常。本文所述問題及解決措施雖是針對(duì)汽水分離器壓力水位控制系統(tǒng)，但其他類似系統(tǒng)可能也會(huì)出現(xiàn)類似問題，本文所述內(nèi)容對(duì)解決其他類似設(shè)備的電磁干擾問題具有重要的引導(dǎo)作用。