王國(guó)慶
(中核核電運(yùn)行管理有限公司運(yùn)行三處,浙江 海鹽 314300)
EH油系統(tǒng)是汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分,秦二廠1、2號(hào)機(jī)組是由一個(gè)EH郵箱,兩臺(tái)并列的EH調(diào)節(jié)油泵,兩個(gè)油泵出口過(guò)濾器,9個(gè)高壓蓄能器、一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及相應(yīng)的管道和閥門(mén)組成。當(dāng)EH油系統(tǒng)供油故障或非正常運(yùn)行時(shí)將嚴(yán)重危及汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。其中EH油溫是否正常將直接影響能否正常執(zhí)行其安全功能,油溫過(guò)高時(shí),氧化速度加快,酸值增加,油質(zhì)劣化;油溫過(guò)低,黏性增加,流動(dòng)性能較差;同時(shí)油溫波動(dòng),將影響油壓隨之波動(dòng),可能導(dǎo)致油壓不足備用泵自動(dòng)啟動(dòng)或油壓降低導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)。
對(duì)于秦二廠1、2號(hào)機(jī)組GFR油溫通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行控制:(1)通過(guò)控制位于回油管線上冷油器冷卻水流量控制回油溫度,從而保證油箱溫度保持在允許范圍內(nèi);(2)DEH改造后回油量增加,技改新增一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)對(duì)油箱進(jìn)行循環(huán)冷卻;(3)油溫過(guò)低時(shí)采用泵出口循環(huán)加熱或投入電加熱器的方式對(duì)其加熱。
對(duì)于GGR和GHE系統(tǒng),冷油器設(shè)置在泵的出口,控制用溫度探測(cè)器位于冷卻器下游,通過(guò)控制冷油器溫度保證供油溫度在正常范圍內(nèi)。而對(duì)于GFR系統(tǒng),冷油器布置在回油管線上(油箱上游),而其控制用溫度測(cè)量探測(cè)器設(shè)置在GFR001BA油箱處,基于這種控制方式,存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)由于回油流量(約為40 L/min)相對(duì)于油箱容量較小,自動(dòng)控制時(shí)通過(guò)控制冷油器冷卻水流量保證油箱溫度恒定,存在明顯滯后性和油溫波動(dòng)。
(2)由于油箱容積較大(1140 L),在油箱內(nèi)油未充分混合均勻的前提下,單側(cè)點(diǎn)油溫?zé)o法代表整體油溫,采用單側(cè)點(diǎn)溫度控制冷卻水閥門(mén)可能造成控制誤差。
(3)在1GFR外接濾油機(jī)進(jìn)行濾油時(shí),1GFR母管壓力較之前降低,1SRI119/180VD對(duì)油溫控制比較滯后,導(dǎo)致油壓波動(dòng)較大,濾油期間需將1SRI119/180VD置于手動(dòng)控制。
(4)針對(duì)上述情況目前機(jī)組通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水旁路閥門(mén)SRI117VD,使調(diào)節(jié)閥SRI119VD處于自動(dòng)全開(kāi)或全關(guān)狀態(tài)以達(dá)到控制油溫目的。具體見(jiàn)表1。
表1 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度
(1)控制冷油器和循環(huán)冷卻器冷卻水閥門(mén)的溫度信號(hào)來(lái)自油箱內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)GFR011KT和GFR012KT,冷油器的回油流量大約為40 L/min,油箱容積為1140 L,冷油器回油流量相對(duì)油箱容積較小,通過(guò)控制冷油器溫度維持油箱溫度存在較大的滯后性。
(2)由于油箱容積較大,在回油油流未與油箱內(nèi)油混合均勻的前提下,單個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度可能不能代表油箱整體溫度,由于測(cè)點(diǎn)溫度不具代表性導(dǎo)致控制精度不足。
(3)經(jīng)咨詢儀控人員SRI119VD和SRI180VD處均為PI調(diào)節(jié)器,相關(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)如下,考慮通過(guò)調(diào)節(jié)回油溫度保證油箱溫度穩(wěn)定的滯后性,相關(guān)PI參數(shù)是否設(shè)置合理。
(4)當(dāng)SRI119VD處于自動(dòng)控制時(shí),相關(guān)論證如下,假定SRI119VD在自動(dòng)情況下,由于SRI水溫變化引起油溫0.5℃偏離整定值49℃,通過(guò)仿真結(jié)果如下:當(dāng)GFR油箱處于一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí),如果油箱由于外界因素引起油溫變化,在PI的控制下油溫首先會(huì)有一個(gè)大的油溫波動(dòng),最終油溫會(huì)處于一個(gè)小波動(dòng)的一個(gè)震蕩,這就是機(jī)組目前的控制方式基本處于一個(gè)手動(dòng)控制狀態(tài)。
(1)油溫控制的目的是保證向汽機(jī)主汽門(mén)和主調(diào)門(mén)及再熱調(diào)門(mén)供應(yīng)EH油溫度在允許要求范圍內(nèi),可以考慮將回油管線上冷油器安裝至供油油泵下游,高壓蓄能器的上游,同時(shí)控制用油溫測(cè)點(diǎn)設(shè)置在冷油器下游,與GGR系統(tǒng)和GHE系統(tǒng)保持一致;對(duì)于油箱油溫采用現(xiàn)有循環(huán)冷卻系統(tǒng)保證油箱溫度在一定范圍內(nèi),具體分析見(jiàn)表2。
表2 工藝系統(tǒng)方面建議
采用以上控制方式,需改造的涉及內(nèi)容較多,但最終控制效果理論上可以得到改善,油溫控制穩(wěn)定,保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)目前GFR油箱設(shè)有5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn),其中GFR011KT用于控制閥門(mén)回油冷油器SRI119VD,GFR012KT用于控制循環(huán)冷卻水閥門(mén)SRI180VD,另外還有GFR001KT用于主控室KIT監(jiān)視,其余為ST和就地LT。采用單個(gè)溫度計(jì)控制冷卻水閥存在這樣兩個(gè)問(wèn)題,一是當(dāng)該溫度計(jì)故障時(shí)將導(dǎo)致油溫出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng);二是當(dāng)油箱內(nèi)油未混合均勻的前提下,單個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度無(wú)法代表油箱內(nèi)油溫。三個(gè)溫度計(jì)在正常運(yùn)行時(shí)其示數(shù)并不一致(每?jī)蓚€(gè)相差1℃左右,最高和最低相差2℃),這說(shuō)明油箱內(nèi)油存在分層現(xiàn)象,上部油溫較高,下部油溫較低。
為了減小單個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)造成的控制偏差,一方面可使回油油流與油箱內(nèi)油充分混合,可在回油管線上增設(shè)攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中;另一方面可加大油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量,以保證油流充分混合均勻;最后還可以采用多個(gè)測(cè)點(diǎn)取平均值來(lái)進(jìn)行油溫控制。
具體分析結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 工藝系統(tǒng)方面建議
目前SRI119VD和SRI180VD控制回路均采用PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器,具體參數(shù)見(jiàn)表4。
表4 調(diào)節(jié)器參數(shù)
由于液壓系統(tǒng)、冷卻器和油箱本質(zhì)上是一種大時(shí)滯、非線性、時(shí)變系統(tǒng),考慮到液壓油溫度還要受到環(huán)境溫度等其他因素的影響,采用常規(guī)的PI控制器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)溫度的控制。查詢資料可得,模糊控制較適用這種非線性時(shí)變系統(tǒng),可考慮將PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為模糊控制[1]。
基于以上分析過(guò)程,主要有以下幾種改造方案:
(1)將GFR冷油器改至油泵出口,控制用溫度探頭設(shè)置在冷油器下游,保證供油溫度在要求范圍內(nèi),同時(shí)加大現(xiàn)有油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量保證油箱溫度處于正常范圍內(nèi)。
(2)為了減小單個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)量造成的控制偏差,一方面可使回油油流與油箱內(nèi)油充分混合,可在回油管線上增設(shè)攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中,另一方面可加大油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量,以保證油流充分混合均勻;最后還可以增加溫度測(cè)點(diǎn),采用多個(gè)測(cè)點(diǎn)取平均值來(lái)進(jìn)行油溫控制。
(3)可采用模糊控制方法代替現(xiàn)有PI調(diào)節(jié)器,以克服由于PI調(diào)節(jié)器系統(tǒng)上的滯后性,減少自動(dòng)控制時(shí)的油溫波動(dòng),保持油溫穩(wěn)定。
結(jié)合改造成本及改造難度,筆者認(rèn)為增加一個(gè)或兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn),并且采用取平均值方式送往油溫控制回路(當(dāng)測(cè)點(diǎn)故障時(shí),自動(dòng)改為一取一),這種優(yōu)化方式最為簡(jiǎn)單有效,其他改造方式或多或少會(huì)引入其他問(wèn)題。增加控制回路油溫測(cè)點(diǎn),減少由于單側(cè)點(diǎn)測(cè)量問(wèn)題造成的控制偏差,且當(dāng)單一溫度探測(cè)器故障時(shí),可防止油溫大幅度波動(dòng),保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。