張 磊,代曉光,韓 君,楊冬茂,葉振江,王文彬
(北京首鋼股份有限公司,河北遷安 064404)
某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱燃機(jī))于2011 年投產(chǎn),主體設(shè)備為日本三菱重工生產(chǎn)的M701S(DA)燃機(jī),機(jī)組額定負(fù)荷154 MW,主要燃料為高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合氣體,設(shè)計(jì)混合氣體燃料量約27 萬(wàn)m3/h。該機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái),因?yàn)槿紮C(jī)附近高溫影響造成的設(shè)備劣化停機(jī)事故較多,如熱電偶劣化造成溫度偏差停機(jī),氣動(dòng)閥減壓閥膜片劣化造成氣源泄露導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)異常動(dòng)作停機(jī),電磁閥線圈劣化導(dǎo)致的閥門(mén)異常動(dòng)作停機(jī)等,其中就電磁閥線圈劣化造成的停機(jī)事故分析可供同行借鑒。
2020 年11 月14 日,該燃機(jī)壓氣機(jī)低壓抽氣閥異常打開(kāi),觸發(fā)停機(jī)保護(hù)動(dòng)作,機(jī)組停機(jī)。停機(jī)時(shí)SOE記錄見(jiàn)表1。
針對(duì)表1 中SOE 首發(fā)報(bào)文“燃機(jī)壓縮機(jī)低壓抽氣閥異常開(kāi)跳閘”,對(duì)此閥門(mén)進(jìn)行故障排查。該閥的控制及氣路原理如圖1所列。
表1 停機(jī)時(shí)SOE記錄
由圖1可見(jiàn),該閥門(mén)控制部分有DO 模件、DO 輸出繼電器、聯(lián)鎖繼電器、指令用繼電器,執(zhí)行部分相對(duì)簡(jiǎn)單一些,只有有電磁閥、速度控制器和氣缸。
圖1 低壓抽氣閥控制及氣路原理簡(jiǎn)圖
氣路檢查無(wú)漏氣泄壓的明顯故障點(diǎn)。隨后對(duì)DCS 模件、DO 輸出繼電器、控制用繼電器、接線端子、閥門(mén)和各氣路元件進(jìn)行了逐一排查,均未發(fā)現(xiàn)異常。排除氣路泄漏原因和DCS 模件原因后,對(duì)電磁閥進(jìn)行了更換,機(jī)組正常開(kāi)機(jī)運(yùn)行。將換下的電磁閥設(shè)備進(jìn)行線下詳細(xì)檢查。
因該電磁閥在事故后仍然能夠正常動(dòng)作,為排除電磁閥閥芯泄漏,首先在線下進(jìn)行了密封性試驗(yàn)。將電磁閥連接到一個(gè)體積約為20 L 的儀表用壓縮風(fēng)緩沖罐上,封閉緩沖罐上其他接口,將緩沖罐視為閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸,電磁閥上電,通入壓力為0.6 MPa 的壓縮空氣,緩沖罐上壓力表顯示0.6 MPa,關(guān)閉電磁閥前氣源截門(mén),保持30 min 后,緩沖罐壓力表顯示無(wú)變化,排除電磁閥閥芯泄漏的可能性。
參照《工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)用電磁閥》(JB/T 7352-2010)6.9用電阻法進(jìn)行允許溫度測(cè)量,為便于比對(duì),同時(shí)測(cè)試的還有兩臺(tái)同型號(hào)電磁閥和一臺(tái)型號(hào)類似的電磁閥,并在線圈旁纏繞熱電阻進(jìn)行了間接溫度測(cè)量,測(cè)試時(shí)間120 min,測(cè)試環(huán)境溫度24 ℃,記錄的各階段溫度比對(duì)結(jié)果如表2所列。
表2 4臺(tái)電磁閥線圈120 min通電過(guò)程中溫度記錄表
由表2 可見(jiàn),故障電磁閥在剛上電的30 min 內(nèi)較其他3臺(tái)電磁閥的溫升較快,后期溫升趨勢(shì)類似;120 min 通電溫升穩(wěn)定后,溫度較其他電磁閥偏高6 ℃左右。
參照規(guī)范停電后立即測(cè)量電磁閥直阻,上電前后測(cè)得直阻結(jié)果如表3。
表3 4臺(tái)電磁閥通電120 min前后直阻記錄
由表3 可見(jiàn),其他3 臺(tái)電磁閥的前后差值在0.8 kΩ 左右,而故障電磁閥的前后差值為1.4 kΩ,超過(guò)近一倍。
參照《工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)用電磁閥》(JB/T 7352-2010)規(guī)范中提供的線圈溫升計(jì)算公式:
式中:
T——線圈溫升,℃;
R1——冷態(tài)電阻,Ω;
R2——熱態(tài)電阻,Ω;
t1——冷態(tài)電阻試驗(yàn)環(huán)境溫度,℃;
t2——熱態(tài)電阻試驗(yàn)環(huán)境溫度,℃。
規(guī)范原文描述是:由計(jì)算所得線圈溫升T加上所列組別工作環(huán)境溫度范圍上限值,即可算出線圈的最高溫度[1]。
故障電磁閥型號(hào)及參數(shù)如下。
型號(hào)NFHTXB316D024VMB;
制造商 阿斯卡(美國(guó)ASCO);
電磁鐵線圈型號(hào)NF-M12-Ⅱ(防爆);
介質(zhì)壓力范圍0.035~0.9 MPa(氣體);
設(shè)計(jì)工作環(huán)境溫度/線圈耐受溫度100/135 ℃。
由上述可知,該電磁閥工作環(huán)境溫度上限為100 ℃,設(shè)計(jì)線圈耐受溫度上限為135 ℃。
將表3測(cè)得的通電前后直阻值,代入公式(1)可計(jì)算出溫升T,加上工作環(huán)境溫度范圍上限值,4 臺(tái)被測(cè)試電磁閥線圈最高溫度如下:
故障電磁閥線圈最高溫度=T故+工作環(huán)境溫度上限
=[(1402/3037)×258.5]+100=219.3 ℃
A電磁閥線圈最高溫度=TA+工作環(huán)境溫度上限
=[(805/3073)×258.5]+100=167.7 ℃
B電磁閥線圈最高溫度=TB+工作環(huán)境溫度上限
=[(832/3044)×258.5]+100=170.6 ℃
C電磁閥線圈最高溫度=TC+工作環(huán)境溫度上限
=[(798/3127)×258.5]+100=166 ℃
由此可見(jiàn),前述的上電前后的電阻差值(即R2-R1)越小,線圈的溫升(T)越低,在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境允許的情況下越不會(huì)超過(guò)電磁閥本身的耐受溫度,而我們?cè)囼?yàn)測(cè)試的這個(gè)故障電磁閥,其計(jì)算的最高溫度已經(jīng)超過(guò)了銘牌上標(biāo)注的耐受溫度很多。
對(duì)換下的電磁閥線圈進(jìn)行檢查,線圈無(wú)變色,電磁閥上電后動(dòng)作良好,接線端子無(wú)過(guò)熱變色的現(xiàn)象。所以,單從外觀和簡(jiǎn)單的直阻檢查無(wú)法直接判斷出電磁閥的優(yōu)劣。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,即可斷定該燃機(jī)低壓抽氣閥異常打開(kāi)的主要原因是,電磁閥線圈性能劣化,導(dǎo)致閥門(mén)異常動(dòng)作,造成異常故障停機(jī)。
機(jī)組更換電磁閥前,需要參考參照《工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)用電磁閥》(JB/T 7352-2010)6.6 密封性試驗(yàn)和6.9 用電阻法進(jìn)行允許溫度測(cè)量,以檢測(cè)電磁閥的優(yōu)劣。
機(jī)組大修時(shí),對(duì)所有重要的電磁閥線圈常溫下測(cè)量比對(duì)電阻,常溫下線圈直阻超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值或低于標(biāo)準(zhǔn)值的,進(jìn)行2 h 上電的允許溫度測(cè)量,確定是否需要更換。一般低于標(biāo)準(zhǔn)值的都存在匝間短路,需要更換,高于標(biāo)準(zhǔn)直阻較多的有可能影響線圈的電磁吸合力,也需要更換。