李傳軍，王會(huì)華，蘇鵬，吳子永

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271100）

經(jīng)驗(yàn)交流

TSI安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在透平機(jī)中的應(yīng)用

李傳軍，王會(huì)華，蘇鵬，吳子永

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271100）

泰鋼熱電公司透平機(jī)組采用TSI汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)速、偏心、軸振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分散采集并進(jìn)行集中控制，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)測(cè)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)查看功能，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

透平機(jī)；安全監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)

1 前言

透平機(jī)組是發(fā)電單元能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障會(huì)直接導(dǎo)致鍋爐急停和發(fā)電機(jī)跳閘，進(jìn)而危及設(shè)備和人身安全。老式熱工繼電保護(hù)式控制回路較繁雜，中間環(huán)節(jié)多，而且繼電器和數(shù)顯表體積大，功耗大，動(dòng)作時(shí)有一定的延遲時(shí)間，經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)或誤報(bào)警現(xiàn)象，給透平機(jī)的安全運(yùn)行帶來了很多安全隱患。為保證透平機(jī)組的正常運(yùn)行，泰鋼熱電公司采用了TSI汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)組發(fā)生異常時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)將提示報(bào)警信號(hào)。當(dāng)機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重異常時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)將自動(dòng)使機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以免造成設(shè)備破壞性或?yàn)?zāi)難性的嚴(yán)重毀壞。

2 泰鋼熱電TSI系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

泰鋼熱電公司在線生產(chǎn)的透平機(jī)組共7臺(tái)，其中蒸汽透平機(jī)組N27/3.43兩臺(tái)、C30-8.83/0.981-1一臺(tái)、燒結(jié)余熱發(fā)電BN12-1.8/0.45和煉鋼余熱發(fā)電S3-0.7各一臺(tái)、煤氣透平機(jī)組MPG13.2－290.5/180兩臺(tái)，均為單元制機(jī)組，其特點(diǎn)是機(jī)、爐、電在生產(chǎn)過程中組成一個(gè)有機(jī)的整體，總功率達(dá)到125 MW。

泰鋼熱電公司TSI系統(tǒng)主要采用兩種，一種是美國(guó)本特利公司的3500控制系統(tǒng)，第二種是國(guó)產(chǎn)江陰電子的3800控制系統(tǒng)。兩種控制系統(tǒng)替代了老式的熱工繼電保護(hù)式控制。主要檢測(cè)項(xiàng)目包括：軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)，軸位移監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)，大軸偏心監(jiān)測(cè)，脹差監(jiān)測(cè)，熱膨脹監(jiān)測(cè)，主汽門行程監(jiān)測(cè)。

2.1 軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)

目前泰鋼熱電公司透平機(jī)采用的振動(dòng)監(jiān)測(cè)是由兩點(diǎn)來監(jiān)測(cè)，即X軸和Y軸，X、Y兩個(gè)方向的振動(dòng)合成可得到軸心軌跡。由于軸在垂直方向與水平方向并沒有必然的內(nèi)在聯(lián)系，亦即在垂直方向（Y方向）的振動(dòng)已經(jīng)很大，而在水平方向（X方向）的振動(dòng)卻可能是正常的，因此，在水平和垂直方向上各安裝一個(gè)探頭，能夠全方位的監(jiān)測(cè)軸的振動(dòng)。

軸振探頭實(shí)際是一種電渦流傳感器，它通過傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測(cè)量物體的振動(dòng)。在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率（1～2 MHz）較高的交變電壓。當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出渦流，而渦流所形成的磁通鏈又穿過原線圈，這樣原線圈與渦流線圈形成了有一定耦合的互感。耦合系數(shù)的大小與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)，當(dāng)材料給定時(shí)，耦合系數(shù)與距離有關(guān)。距離增加，耦合減弱，使等效電感增加。由于探頭輸出電壓是調(diào)幅信號(hào)，需檢波才能得到間隙隨時(shí)間變化的電壓波形，而且傳感器還需高頻振蕩源，因此渦流傳感器還需加測(cè)量線路（前置器），從前置器輸出電壓正比于間隙電壓，可分為兩部分：直流電壓對(duì)應(yīng)于平均間隙（或初始間隙）；交流電壓對(duì)應(yīng)于振動(dòng)間隙。

2.2 轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)

轉(zhuǎn)速值顯示是透平機(jī)啟停機(jī)以及穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，并且振動(dòng)值與機(jī)組轉(zhuǎn)速的相關(guān)性對(duì)最終分析機(jī)組性能十分重要。泰鋼熱電公司透平機(jī)采用的轉(zhuǎn)速傳感器是磁電式，原系統(tǒng)采用的是機(jī)械式轉(zhuǎn)速表，靠撞擊轉(zhuǎn)速表的凸球計(jì)數(shù)，受齒輪等機(jī)械影響誤差較大。

泰鋼熱電公司27 MW蒸汽透平鼓風(fēng)機(jī)的超速保護(hù)是由相互獨(dú)立的三通道電子超速保護(hù)系統(tǒng)WOODWARD PROTECH 203提供的。它能直接切斷從汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)到緊急停機(jī)閥上的一對(duì)電磁閥的控制電流。PROTECH 203帶有3路獨(dú)立的轉(zhuǎn)速傳感器和顯示器，當(dāng)任一路出現(xiàn)超速時(shí)都會(huì)觸發(fā)1個(gè)脫扣繼電器。PROTECH 203的脫扣繼電器是按3取2的表決原則來連接的。因此當(dāng)其中一個(gè)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，PROTECH 203仍可提供正確和有保障的輸出，因此系統(tǒng)具有高精度和高可靠性。

轉(zhuǎn)速測(cè)量由裝于機(jī)頭內(nèi)部正對(duì)60齒盤的渦流傳感器和前置器組成，而汽輪鼓風(fēng)機(jī)組的齒輪盤為100齒（汽輪鼓風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)速4 600 r/min）。當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒盤的齒頂和齒底經(jīng)過探頭，探頭將周期地改變輸出脈沖信號(hào)，模塊接收到此脈沖信號(hào)后進(jìn)行計(jì)數(shù)、顯示以及控制。

2.3 脹差監(jiān)測(cè)

透平機(jī)脹差是透平機(jī)轉(zhuǎn)子和缸體受熱膨脹時(shí)軸向伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度差，主要反映透平機(jī)動(dòng)靜間隙的變化情況。脹差大產(chǎn)生的主要原因有以下幾點(diǎn)：轉(zhuǎn)子和缸體材質(zhì)不同，受熱后膨脹系數(shù)也不同；膨脹時(shí)受到的阻力不同；在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，受熱面積及感受到蒸汽的溫度不同。

2.4 軸向位移監(jiān)測(cè)

透平機(jī)軸向位移是透平機(jī)轉(zhuǎn)子受熱膨脹時(shí)軸向伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，它主要反映透平機(jī)轉(zhuǎn)子膨脹量及推力瓦和推力盤間隙的變化情況。引起軸位移大的主要原因有：透平機(jī)進(jìn)汽量和進(jìn)汽壓力變化差值大；在機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)門故障等；凝汽器真空度高；負(fù)荷變化大或快速甩負(fù)荷。

測(cè)量方式：與脹差基本相同，使用渦流傳感器+前置器+模件，定位方法根據(jù)不同廠家設(shè)備要求不同而略有不同，一般是在設(shè)備冷卻到一定溫度時(shí)，將轉(zhuǎn)子推向工作面，調(diào)整探頭間隙，測(cè)量間隙電壓，定零位后緊固探頭。

2.5 熱膨脹監(jiān)測(cè)

透平機(jī)在開機(jī)過程中由于受熱使其汽缸膨脹，如果膨脹不均勻就會(huì)使汽缸變形，這種變形會(huì)使汽缸與基礎(chǔ)之間產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，由此帶來不對(duì)中現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常是因?yàn)榛N系統(tǒng)卡澀所引起的。測(cè)量出汽缸膨脹和脹差，就可以確定轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹率。把傳感器的鐵芯與汽缸連接，當(dāng)膨脹時(shí)鐵芯運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生成比例的電信號(hào)，輸入測(cè)量板件進(jìn)行線性處理，輸出一路4～20 mA信號(hào)送至透平機(jī)DEH系統(tǒng)，另一路信號(hào)送至DCS系統(tǒng)。

2.6 主汽門行程監(jiān)測(cè)

通過主汽門位置反饋?zhàn)兯推鲗?shí)現(xiàn)主汽門行程檢測(cè)，此變送器與熱膨脹工作原理相同，利用電磁原理將變送器的鐵芯與主汽門連桿相連，主汽門動(dòng)作帶動(dòng)鐵芯動(dòng)作，從而改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，繼而測(cè)量主汽門變化的物理量。

3 結(jié)語

泰鋼熱電公司目前采用的TSI控制系統(tǒng)，無論在硬件配置和功能使用上都遠(yuǎn)優(yōu)于老式繼電保護(hù)控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、偏心、軸振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分散采集并進(jìn)行集中控制，這種控制系統(tǒng)將老式的數(shù)顯表和繼電器以及聲光報(bào)警等各功能融合為一體，節(jié)省了繼電器和信號(hào)接線，只輸出一組開關(guān)量給系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)控制。同時(shí)TSI系統(tǒng)有實(shí)時(shí)的參數(shù)監(jiān)測(cè)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)查看功能，能夠幫助運(yùn)行人員判別機(jī)組故障，使機(jī)組能在不正常工作引起的嚴(yán)重?fù)p害前急停汽輪發(fā)電機(jī)組，保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行。減少了操作人員由誤判斷導(dǎo)致的誤操作，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖1 重新設(shè)計(jì)后的燒嘴外形

4）燒嘴前空煤氣支管對(duì)應(yīng)相應(yīng)的燒嘴，去掉多余的管道，換向閥與燃燒控制系統(tǒng)不做改動(dòng)。

5）與改造前相比，均熱段和二加熱段空煤氣燒嘴由原來的32減少到20個(gè)，空氣燒嘴蓄熱室的容積減少到原來的60%，蓄熱體總重量為原來的70%；煤氣燒嘴蓄熱室的容積減少到原來的44%，蓄熱體總重量為原來的95%。

4 改造效果

1）改造后基本杜絕了燒嘴冒火的現(xiàn)象，提高了加熱爐的熱轉(zhuǎn)換效率，加熱能力顯著提升。同時(shí)延長(zhǎng)了加熱爐使用壽命，該爐檢修周期相對(duì)改造前延長(zhǎng)了2個(gè)月以上。

2）燒嘴前火焰形態(tài)得到改善，空煤氣混合均勻，火焰改變了之前紊亂灼亮的現(xiàn)象，而又不失剛度，爐內(nèi)氣氛清晰，解決了火焰直接灼燒鋼坯表面的問題，坯料加熱更加均勻，坯料一次除鱗效果顯著提升。

3）燒嘴密閉變小，避免了管路密集排列布置，便于檢修維護(hù)。同時(shí)，減少了爐墻與燒嘴間的結(jié)合的薄弱部位，消除了此處煤氣泄露、冒火等問題。

TP277.2

B

1004-4620（2014）04-0075-02

2014-07-09

李傳軍，男，1964年生，1989年畢業(yè)于山東科技大學(xué)地下開采專業(yè)?，F(xiàn)為泰鋼生產(chǎn)安全部副部長(zhǎng)，工程師，從事安全管理工作。