程宇陽(yáng)

摘 要

本文介紹了秦山三廠(chǎng)除氧器液位控制的三沖量原理和實(shí)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(guò)程并對(duì)其原因進(jìn)行了分析?？偨Y(jié)出除當(dāng)氧器液位異常時(shí)的一般處理過(guò)程，并提出了自己的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞

除氧器液位; PID三沖量控制;原因分析;應(yīng)對(duì)措施

中圖分類(lèi)號(hào)： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jiǎn)介

除氧器是電廠(chǎng)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(shí)，除氧器本身又是給水加熱系統(tǒng)中的一個(gè)混合式加熱器，起到加熱給水，提高給水溫度的作用。

我廠(chǎng)除氧器為直接接觸水平盤(pán)型，帶一個(gè)獨(dú)立分離的水平儲(chǔ)水箱，位于汽輪機(jī)廠(chǎng)房第5層，在正常液位時(shí)，水箱的容量為338m3，可滿(mǎn)足電廠(chǎng)滿(mǎn)功率運(yùn)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(chǎng)除氧器液位控制采用的是三沖量、內(nèi)部串級(jí)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(jí)：每個(gè)控制器內(nèi)部設(shè)定有兩個(gè)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L(zhǎng)OOP1的設(shè)定點(diǎn)?？刂破?4321-LC4410A/B/C兩個(gè)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?cè)O(shè)定值只能改變液位的設(shè)定值，流量的設(shè)定值通過(guò)液位計(jì)算得出，無(wú)法手動(dòng)修改。該控制器只有兩個(gè)界面，一個(gè)是控制界面，一個(gè)是報(bào)警界面，通過(guò)翻頁(yè)鍵進(jìn)行切換。

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

所以系統(tǒng)有三個(gè)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(dāng)蒸發(fā)器上水流量發(fā)生變化時(shí)，對(duì)除氧器的液位提前調(diào)節(jié)的作用。

控制原理說(shuō)明：

●LOOP2主回路、 LOOP1副回路， LOOP2的輸出作為L(zhǎng)OOP1的RSP（遠(yuǎn)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(mén)控制信號(hào)）減小

（3）除氧器液位控制功能的實(shí)現(xiàn)

我廠(chǎng)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(dāng)主凝泵運(yùn)行時(shí)，主液位控制閥來(lái)進(jìn)行除氧器液位的控制。輔助液位控制是失去IV級(jí)電源時(shí)，輔助凝結(jié)水泵通過(guò)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(gè)液位變送器LT4410A﹑LT4410B和LT4410C分別將除氧器液位信號(hào)送至三個(gè)液位控制器LC4410A﹑LC4410B和LC4410C，每一個(gè)控制器可以調(diào)節(jié)兩個(gè)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(guò)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(gè)液位控制閥各自的手柄HS4207A﹑HS4207B和HS4207C來(lái)選擇閥的控制模式。

在主凝泵出口管道上安裝有三個(gè)控制閥64321-LCV4207A、B、C，用于接受控制器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)除氧水箱的液位控制。正常情況下，兩個(gè)控制閥（開(kāi)度相同）用于調(diào)節(jié)，一個(gè)控制閥用于熱備用; 三個(gè)控制閥在主控的PL10上都有相應(yīng)控制手柄，該手柄三個(gè)位置：CLOSE/STANDBY/AUTO。當(dāng)處在‘AUTO位時(shí)，控制閥的氣動(dòng)回路上的電磁閥將帶電，電磁閥處于打開(kāi)狀態(tài)，閥門(mén)供氣回路連通，閥門(mén)根據(jù)控制器的輸出信號(hào)進(jìn)行響應(yīng);當(dāng)處在‘STANDBY位時(shí)，電磁閥是否得電取決于除氧器的液位，當(dāng)除氧器液位低于3000mm時(shí)，控制閥的氣動(dòng)回路上的電磁閥將帶電并打開(kāi)，此時(shí)閥門(mén)的控制與在AUTO位置時(shí)相同，除氧器液位高于3900mm則該控制閥的氣動(dòng)回路上的電磁閥將失電，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門(mén)的供氣回路被切斷，閥門(mén)不響應(yīng)控制器的輸出。當(dāng)處在‘CLOSE位時(shí)，控制閥的氣動(dòng)回路上的電磁閥將失電，強(qiáng)制關(guān)閉對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)閥?？刂崎y的氣動(dòng)回路上的電磁閥帶電時(shí)，控制閥將接受控制器的信號(hào)做相應(yīng)動(dòng)作;控制閥的氣動(dòng)回路上的電磁閥失電時(shí)，控制閥將迅速關(guān)閉。

總的來(lái)說(shuō)，就是在正常運(yùn)行情況下，由三個(gè)液位控制器中的一個(gè)來(lái)控制兩個(gè)除氧器上水閥，自動(dòng)維持除氧器的液位在3380mm，另一控制器處于備用狀態(tài)，當(dāng)除氧器液位低于3000mm時(shí)，由備用控制器控制的第三個(gè)液位控制閥投入控制，三個(gè)液位控制閥共同來(lái)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(hào)機(jī)組處于OT206啟動(dòng)過(guò)程中，反應(yīng)堆功率15%FP，根據(jù)三滾計(jì)劃進(jìn)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(shí)，除氧器上水流量大幅上漲，先后出現(xiàn)D/A高液位報(bào)警CI1215和高高液位報(bào)警CI1222，除氧器高高液位邏輯動(dòng)作，上水電動(dòng)閥4321-MV4107/4108/4109自動(dòng)關(guān)閉，隨后執(zhí)行報(bào)警響應(yīng)，恢復(fù)除氧器液位正常。

1.2 事件過(guò)程經(jīng)過(guò)

事件中，在將64321-LC4410A的設(shè)定值（LOOP2）從3100mm向3380mm調(diào)節(jié)時(shí)，除氧器上水流量從114.78kg/s瞬間飆升到最高641.6kg/s（圖2藍(lán)色曲線(xiàn)），大量冷水（低加旁路）進(jìn)入除氧器導(dǎo)致除氧器的溫度（圖2粉紅色曲線(xiàn)）和壓力（圖2黃色曲線(xiàn)）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(xiàn)），上水閥開(kāi)度再次增加，而后伴隨水裝量的增加，除氧器液位開(kāi)始增加。

當(dāng)水位達(dá)到除氧水箱頂部后，會(huì)淹沒(méi)液位計(jì)參考水包溢流管，此時(shí)除氧器水位即使再上漲，液位也會(huì)始終指示在參考水包溢流管處的液位，從趨勢(shì)圖上表現(xiàn)為一直線(xiàn)（見(jiàn)圖3），直線(xiàn)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(kāi)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(gè)問(wèn)題，為什么調(diào)節(jié)處于STANDBY位置的控制器液位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致備用的除氧器液位控制閥開(kāi)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(shí)，由于電磁閥失電關(guān)閉，控制器的輸出不影響閥門(mén)的開(kāi)度。但是有沒(méi)有可能此時(shí)的電磁閥是帶電的呢？由圖4可知，如果當(dāng)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(méi)有將閥門(mén)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(huì)動(dòng)作。后由維修人員檢查確認(rèn)，確實(shí)是除氧器液位之前低于過(guò)3000mm，導(dǎo)致了電磁閥得電，備用液位控制閥開(kāi)啟。

這時(shí)，我們又提出第二個(gè)問(wèn)題：當(dāng)時(shí)除氧器液位在3380mmm附近，為何備用液位控制閥依然開(kāi)啟？

控制器切換前LT4410C是主控制器，LOOP1/LOOP2都在自動(dòng)，除氧器液位設(shè)定值3380mm，假設(shè)控制器要求控制閥開(kāi)度為X%。那么把將要投運(yùn)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(dòng)的，它的LOOP2回路的PI輸出從3100mm時(shí)的負(fù)值變成3380mm時(shí)的0，其要求開(kāi)度也變成和LT4410C一樣的X%。這個(gè)開(kāi)度要求本來(lái)是應(yīng)該切換控制器后發(fā)送給兩個(gè)運(yùn)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(kāi)了。

那么，最后一個(gè)問(wèn)題：這多出的X%流量只是原來(lái)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(dòng)？

其實(shí)，在機(jī)組啟動(dòng)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(shí)液位也從3380mm下降至3120mm，LOOP2測(cè)得除氧器實(shí)際液位又下降了260mm，三個(gè)上水閥同時(shí)開(kāi)大上水，更多的冷水進(jìn)入除氧器。這種情況下從頂部進(jìn)入到除氧器的凝結(jié)水無(wú)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(cè)量的液位比實(shí)際液位要低。而測(cè)得液位低又會(huì)導(dǎo)致除氧器上水閥進(jìn)一步開(kāi)大。當(dāng)實(shí)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(shí)液位測(cè)量開(kāi)始反映除氧器的真實(shí)液位，這時(shí)液位已經(jīng)超過(guò)4150mm，除氧器高高液位邏輯觸發(fā)，上水電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉。

2 應(yīng)對(duì)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(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，它的異常將直接導(dǎo)致除氧器液位的異常波動(dòng)，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(dòng)向下，并且上水流量明顯高于正常時(shí)（除氧器液位和上水流量在主控右邊的大屏幕中），這時(shí)如果確認(rèn)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(shí)偏小。另外凝泵總出口流量AI636=除氧器上水流量AI650，證明沒(méi)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?yàn)榇罅坷渌M(jìn)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(shí)不能按照除氧器的液位來(lái)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(yùn)，可以用手柄將其關(guān)閉。這時(shí)需注意的是在操作控制器時(shí)盡量不用加速功能，緩慢調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視上流流量和除氧器液位。

確認(rèn)除氧器壓力控制響應(yīng)正常，如異常則手動(dòng)進(jìn)行控制。

上水流量手動(dòng)降低后，除氧器壓力應(yīng)當(dāng)會(huì)開(kāi)始上升，當(dāng)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(guò)手動(dòng)控制緩慢將除氧器液位提高到3380mm左右后切換到自動(dòng)。

2.2 后續(xù)改進(jìn)措施及分析

針對(duì)反應(yīng)堆低功率階段，除氧器上水流量較小，波動(dòng)較大。建議可以向火電廠(chǎng)學(xué)習(xí)，變更為在機(jī)組低負(fù)荷下和高負(fù)荷下分別采用單沖量和三沖量串級(jí)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(shí)配有旁路閥供檢修時(shí)使用。兩者的切換由控制器通過(guò)給水流量來(lái)判斷，并將兩者的切換點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，避免在切換點(diǎn)換附近調(diào)節(jié)方式頻繁來(lái)回切換。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)副閥全開(kāi)主閥剛開(kāi)的瞬間，由于主閥管徑較大產(chǎn)生的對(duì)除氧器液位的擾動(dòng)，我們可以允許主閥、副閥在切換的瞬間開(kāi)度有一定的重疊，以保證切換過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)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(dòng)對(duì)除氧器液位的影響，具有一定的借鑒意義。

針對(duì)這次事件，變更邏輯，當(dāng)備用控制閥壓空電磁閥得電自保持后，無(wú)論閥門(mén)打開(kāi)與否，都將其手柄背燈點(diǎn)亮，提示操縱員備用閥已經(jīng)開(kāi)始參與水位控制。

3 結(jié)論

我廠(chǎng)在機(jī)組啟動(dòng)階段曾多次發(fā)生除氧器液位的異常波動(dòng)，由于除氧器液位的重要性，如果處理不及時(shí)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(lèi)瞬態(tài)時(shí)，需要反應(yīng)及時(shí)，處置迅速，并重點(diǎn)關(guān)注除氧器液位、上水流量和主凝泵出口壓力這幾個(gè)參數(shù)，同時(shí)根據(jù)具體情況對(duì)干預(yù)的措施進(jìn)行微調(diào)。

參考文獻(xiàn)

[1]凝結(jié)水及補(bǔ)排水系統(tǒng)高級(jí)課堂教材98-43210/43220-TMT-FB405.

[2]凝結(jié)水/凝結(jié)水補(bǔ)給和排放系統(tǒng)高級(jí)崗位培訓(xùn)教材98-43210/43220-TMT-FD206.

[3]凝結(jié)水系統(tǒng)流程圖，98-43210-1-1-OF-A1.

[4]凝結(jié)水及凝結(jié)水補(bǔ)排水系統(tǒng)，98-43210/43220-OM-001.

[5]中核運(yùn)行秦山三廠(chǎng)運(yùn)行處經(jīng)驗(yàn)反饋，OPEX-2013007.

[6]除氧器液位三沖量控制簡(jiǎn)圖，98-64321-4003-02-FD-B.

[7]綜合運(yùn)行規(guī)程，98-91110-GOP-003（11版）.