除氧器液位控制器切換異常原因分析及應(yīng)對措施

程宇陽

摘 要

本文介紹了秦山三廠除氧器液位控制的三沖量原理和實現(xiàn)方式，討論了由于控制器異常導(dǎo)致除氧器高液位隔離的過程并對其原因進行了分析?？偨Y(jié)出除當氧器液位異常時的一般處理過程，并提出了自己的改進措施。

關(guān)鍵詞

除氧器液位; PID三沖量控制;原因分析;應(yīng)對措施

中圖分類號： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 81

Abstract

This paper introduces the principle and the way to achieve of the three-impulse control of PID for the deaerator level control in the Third Qinshan plant. Its also discussed the process of the isolation for the high level of the deaerator. The reason which causes， meanwhile， is analyzed too. Finally， the article is to sum up the usual process when the deaertor level is abnormal and puts forward some measures to improve its own.

Key words

The deaerator level; Three-impulse control of PID; Reason analysis; Countermeasures

0 概述

（1）除氧器功能簡介

除氧器是電廠二回路連接凝結(jié)水系統(tǒng)和給水系統(tǒng)的重要設(shè)備，由除氧水箱和除氧頭組成。除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣及其他不凝結(jié)性氣體，保證給水的品質(zhì)，減少腐蝕，提高傳熱效率。同時，除氧器本身又是給水加熱系統(tǒng)中的一個混合式加熱器，起到加熱給水，提高給水溫度的作用。

我廠除氧器為直接接觸水平盤型，帶一個獨立分離的水平儲水箱，位于汽輪機廠房第5層，在正常液位時，水箱的容量為338m3，可滿足電廠滿功率運行5分鐘的需水量。

（2）除氧器液位控制器控制原理分析

我廠除氧器液位控制采用的是三沖量、內(nèi)部串級加前饋控制方式。

除氧器液位控制的三沖量分別是 ：輸入一（IN1）為凝結(jié)水流量，輸入三（IN3）為給水流量，輸入五（IN5）為除氧器液位。

內(nèi)部串級：每個控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個回路（LOOP1/LOOP2），LOOP2為主回路用于液位控制，LOOP1為副回路用于凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)，主、副回路是串聯(lián)作用的，LOOP2的輸出作為LOOP1的設(shè)定點?？刂破?4321-LC4410A/B/C兩個回路都在同一界面顯示，左邊的是液位回路，右邊的是流量回路，改變設(shè)定值只能改變液位的設(shè)定值，流量的設(shè)定值通過液位計算得出，無法手動修改。該控制器只有兩個界面，一個是控制界面，一個是報警界面，通過翻頁鍵進行切換。

給水流量信號作為前饋信號，與主回路輸出相加，共同作為副回路LOOP1的設(shè)定點。

所以系統(tǒng)有三個回路：主回路（除氧器液位）、副回路（凝泵出口流量）和前饋回路（給水流量）。主回路用于校正除氧器水位偏差，副回路快速消除內(nèi)擾，而前饋起到當蒸發(fā)器上水流量發(fā)生變化時，對除氧器的液位提前調(diào)節(jié)的作用。

控制原理說明：

●LOOP2主回路、 LOOP1副回路， LOOP2的輸出作為LOOP1的RSP（遠程設(shè)定值）

●IN5（除氧器液位）和SP（3380mm）比較

IN5

IN5>SP（3380mm）：O（Output）減小

RSP=A+O即IN3+Output

●IN1（ 凝結(jié)水上水流量）和RSP比較

IN1

IN1>RSP ：Current output（至閥門控制信號）減小

（3）除氧器液位控制功能的實現(xiàn)

我廠除氧器液位控制由主液位控制和輔助液位控制組成。主液位控制是當主凝泵運行時，主液位控制閥來進行除氧器液位的控制。輔助液位控制是失去IV級電源時，輔助凝結(jié)水泵通過輔助液位控制閥64321-LCV4224向除氧器供水，在排出反應(yīng)堆衰變熱期間維持除氧器水箱所要求的液位。

三個液位變送器LT4410A﹑LT4410B和LT4410C分別將除氧器液位信號送至三個液位控制器LC4410A﹑LC4410B和LC4410C，每一個控制器可以調(diào)節(jié)兩個50%容量的液位控制閥，以保持除氧器液位的穩(wěn)定。液位控制的過程為：首先由HS4410A選擇液位控制器，然后由HS4410C選擇液位控制閥，最后由每一個液位控制閥各自的手柄HS4207A﹑HS4207B和HS4207C來選擇閥的控制模式。

在主凝泵出口管道上安裝有三個控制閥64321-LCV4207A、B、C，用于接受控制器的信號，實現(xiàn)除氧水箱的液位控制。正常情況下，兩個控制閥（開度相同）用于調(diào)節(jié)，一個控制閥用于熱備用; 三個控制閥在主控的PL10上都有相應(yīng)控制手柄，該手柄三個位置：CLOSE/STANDBY/AUTO。當處在‘AUTO位時，控制閥的氣動回路上的電磁閥將帶電，電磁閥處于打開狀態(tài)，閥門供氣回路連通，閥門根據(jù)控制器的輸出信號進行響應(yīng);當處在‘STANDBY位時，電磁閥是否得電取決于除氧器的液位，當除氧器液位低于3000mm時，控制閥的氣動回路上的電磁閥將帶電并打開，此時閥門的控制與在AUTO位置時相同，除氧器液位高于3900mm則該控制閥的氣動回路上的電磁閥將失電，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門的供氣回路被切斷，閥門不響應(yīng)控制器的輸出。當處在‘CLOSE位時，控制閥的氣動回路上的電磁閥將失電，強制關(guān)閉對應(yīng)的氣動閥?？刂崎y的氣動回路上的電磁閥帶電時，控制閥將接受控制器的信號做相應(yīng)動作;控制閥的氣動回路上的電磁閥失電時，控制閥將迅速關(guān)閉。

總的來說，就是在正常運行情況下，由三個液位控制器中的一個來控制兩個除氧器上水閥，自動維持除氧器的液位在3380mm，另一控制器處于備用狀態(tài)，當除氧器液位低于3000mm時，由備用控制器控制的第三個液位控制閥投入控制，三個液位控制閥共同來確保除氧器的水位維持在3380mm。

1 事件原因分析

1.1 事件的提出

2012年12月30日，2號機組處于OT206啟動過程中，反應(yīng)堆功率15%FP，根據(jù)三滾計劃進行除氧器液位控制器切換。在將64321-LC4410A的設(shè)定值（LOOP2）從3100mm向3380mm調(diào)節(jié)時，除氧器上水流量大幅上漲，先后出現(xiàn)D/A高液位報警CI1215和高高液位報警CI1222，除氧器高高液位邏輯動作，上水電動閥4321-MV4107/4108/4109自動關(guān)閉，隨后執(zhí)行報警響應(yīng)，恢復(fù)除氧器液位正常。

1.2 事件過程經(jīng)過

事件中，在將64321-LC4410A的設(shè)定值（LOOP2）從3100mm向3380mm調(diào)節(jié)時，除氧器上水流量從114.78kg/s瞬間飆升到最高641.6kg/s（圖2藍色曲線），大量冷水（低加旁路）進入除氧器導(dǎo)致除氧器的溫度（圖2粉紅色曲線）和壓力（圖2黃色曲線）下降，溫度下降導(dǎo)致水中氣泡比例減少，除氧器液位下降（圖2綠色曲線），上水閥開度再次增加，而后伴隨水裝量的增加，除氧器液位開始增加。

當水位達到除氧水箱頂部后，會淹沒液位計參考水包溢流管，此時除氧器水位即使再上漲，液位也會始終指示在參考水包溢流管處的液位，從趨勢圖上表現(xiàn)為一直線（見圖3），直線前的水位尖峰是由于除氧器壓力降低后頂壓蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)瞬間引起的壓力沖擊，除氧器高液位后上水閥關(guān)閉，D/A水位開始下降，由于D/A參考水包和D/A上部空間較小，所以初期水位表現(xiàn)為快速下降，后期下降趨緩。

1.3 事件原因分析

首先我們提出第一個問題，為什么調(diào)節(jié)處于STANDBY位置的控制器液位時，會導(dǎo)致備用的除氧器液位控制閥開啟？

由第一部分的控制器原理分析我們知道，正常將處于STANDBY的控制器64321-LC4410A調(diào)節(jié)除氧器液位設(shè)定值時，由于電磁閥失電關(guān)閉，控制器的輸出不影響閥門的開度。但是有沒有可能此時的電磁閥是帶電的呢？由圖4可知，如果當除氧器液位低于3000mm，備用液位控制閥的壓空電磁閥得電，并由自保持回路閉鎖，如果之后沒有將閥門手柄至于CLOSE復(fù)位，只要控制器發(fā)出調(diào)節(jié)命令，備用控制閥就會動作。后由維修人員檢查確認，確實是除氧器液位之前低于過3000mm，導(dǎo)致了電磁閥得電，備用液位控制閥開啟。

這時，我們又提出第二個問題：當時除氧器液位在3380mmm附近，為何備用液位控制閥依然開啟？

控制器切換前LT4410C是主控制器，LOOP1/LOOP2都在自動，除氧器液位設(shè)定值3380mm，假設(shè)控制器要求控制閥開度為X%。那么把將要投運為主控制器的LT4410A的除氧器液位設(shè)定值從3100mm調(diào)整到3380mm后，其LOOP1/LOOP2也是在自動的，它的LOOP2回路的PI輸出從3100mm時的負值變成3380mm時的0，其要求開度也變成和LT4410C一樣的X%。這個開度要求本來是應(yīng)該切換控制器后發(fā)送給兩個運行控制閥的，但在切換前卻發(fā)送給了電磁閥正好得電的備用控制閥，所以備用控制閥打開了。

那么，最后一個問題：這多出的X%流量只是原來2X%的二分之一，為何導(dǎo)致除氧器上水流量從120kg/s上升到630kg/s如此大的波動？

其實，在機組啟動的低功率階段，除氧器的上水溫度較低，而突然多出X%的流量，導(dǎo)致除氧器溫度下降的同時液位也從3380mm下降至3120mm，LOOP2測得除氧器實際液位又下降了260mm，三個上水閥同時開大上水，更多的冷水進入除氧器。這種情況下從頂部進入到除氧器的凝結(jié)水無法被加熱到正常的飽和溫度，導(dǎo)致在除氧器水面附近還存在劇烈的熱交換，從而除氧器頂部的壓力要高于水面壓力，這導(dǎo)致了測量的液位比實際液位要低。而測得液位低又會導(dǎo)致除氧器上水閥進一步開大。當實際液位越接近頂部區(qū)域，除氧器水汽分界面越小，換熱越少，從而頂部和液面的壓差越小，這時液位測量開始反映除氧器的真實液位，這時液位已經(jīng)超過4150mm，除氧器高高液位邏輯觸發(fā)，上水電動閥自動關(guān)閉。

2 應(yīng)對措施

2.1 故障判斷及異常響應(yīng)措施

除氧器液位控制閥或控制器是除氧器液位控制系統(tǒng)的直接執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)，它的異常將直接導(dǎo)致除氧器液位的異常波動，操縱員應(yīng)及早干預(yù)，防止除氧器液位和壓力失去控制的工況發(fā)生。

在低功率下如果出現(xiàn)除氧器液位波動向下，并且上水流量明顯高于正常時（除氧器液位和上水流量在主控右邊的大屏幕中），這時如果確認除氧器壓力也比正常低并還在下降，那么可以判斷除氧器出現(xiàn)了汽水振蕩。檢查凝泵出口壓力AI647，如果發(fā)現(xiàn)較平時偏小。另外凝泵總出口流量AI636=除氧器上水流量AI650，證明沒有發(fā)生流量分流現(xiàn)象，則很有可能是除氧器液位控制閥或控制器異常。

除氧器出現(xiàn)汽水振蕩的初始原因為大量冷水進入，所以首先采取的措施將控制器切換到MANUAL控制上水流量，將上水流量控制在比正常值稍低的水平。這時不能按照除氧器的液位來控制上水流量，而是直接控制上水流量。如果備用液位控制閥投運，可以用手柄將其關(guān)閉。這時需注意的是在操作控制器時盡量不用加速功能，緩慢調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程中嚴密監(jiān)視上流流量和除氧器液位。

確認除氧器壓力控制響應(yīng)正常，如異常則手動進行控制。

上水流量手動降低后，除氧器壓力應(yīng)當會開始上升，當回升到接近正常壓力后，可以緩慢增加除氧器上水流量到正常上水流量，通過手動控制緩慢將除氧器液位提高到3380mm左右后切換到自動。

2.2 后續(xù)改進措施及分析

針對反應(yīng)堆低功率階段，除氧器上水流量較小，波動較大。建議可以向火電廠學習，變更為在機組低負荷下和高負荷下分別采用單沖量和三沖量串級控制系統(tǒng)。除氧器水位控制由高功率下的主閥和低功率下的副閥控制分別控制（主閥流量大于副閥流量，兩者流量之比約為7：3左右），并同時配有旁路閥供檢修時使用。兩者的切換由控制器通過給水流量來判斷，并將兩者的切換點錯開設(shè)置，避免在切換點換附近調(diào)節(jié)方式頻繁來回切換。對于實際運行中，當副閥全開主閥剛開的瞬間，由于主閥管徑較大產(chǎn)生的對除氧器液位的擾動，我們可以允許主閥、副閥在切換的瞬間開度有一定的重疊，以保證切換過程的平穩(wěn)過渡。這種調(diào)節(jié)方式有效地減小了低功率下上水流量的波動對除氧器液位的影響，具有一定的借鑒意義。

針對這次事件，變更邏輯，當備用控制閥壓空電磁閥得電自保持后，無論閥門打開與否，都將其手柄背燈點亮，提示操縱員備用閥已經(jīng)開始參與水位控制。

3 結(jié)論

我廠在機組啟動階段曾多次發(fā)生除氧器液位的異常波動，由于除氧器液位的重要性，如果處理不及時將導(dǎo)致除氧器高液位隔離等不良后果。而且除氧器液位異常往往發(fā)展較快，操縱員在處理這類瞬態(tài)時，需要反應(yīng)及時，處置迅速，并重點關(guān)注除氧器液位、上水流量和主凝泵出口壓力這幾個參數(shù)，同時根據(jù)具體情況對干預(yù)的措施進行微調(diào)。

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