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        氣動閥異常導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)啟動故障分析

        2022-09-06 11:50:12張海忠曹美杰郭永鵬
        冶金動力 2022年4期
        關(guān)鍵詞:抽氣定位器氣閥

        張海忠,王 濤,曹美杰,郭永鵬

        (首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司,河北唐山 063200)

        引言

        某鋼鐵企業(yè)采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(CCPP)耦合低溫多效海水淡化裝置,形成了多介質(zhì)多梯級能源高效循環(huán)利用系統(tǒng),其CCPP 工藝流程如圖1 所示。燃?xì)廨啓C(jī)采用日本三菱公司的M701S系列,額定負(fù)荷118 MW,燃料以低熱值的高爐煤氣為主,同時(shí)能夠摻燒焦?fàn)t煤氣,該機(jī)組采用分軸布置,靜態(tài)變頻(SFC)啟動方式,聯(lián)合循環(huán)效率最高可達(dá)到47%。

        圖1 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組工藝流程

        1 煤壓機(jī)系統(tǒng)組成及閥門控制原理

        1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理

        燃機(jī)和煤壓機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下時(shí),因壓縮比在設(shè)計(jì)值以下,壓縮機(jī)內(nèi)的流量變少容易發(fā)生喘振[1-2],為增加壓縮機(jī)流量,該機(jī)組的煤壓機(jī)分別設(shè)置了高壓(HP)、中壓(MP)和低壓(LP)三級抽氣,回流的煤氣經(jīng)過煤氣冷卻器后返回電除塵入口混合煤氣管道,工藝流程如圖2所示。

        圖2 煤壓機(jī)三級抽氣回流工藝流程

        燃機(jī)啟動時(shí)三臺抽氣閥門保持常開,點(diǎn)火升速后至2 100 r/min 后開始關(guān)閉,到2 890 r/min 后完全關(guān)閉,低壓抽氣閥的閥位指令開度曲線見圖3(三臺抽氣閥開度曲線相同)。

        圖3 煤壓機(jī)低壓抽氣閥開度[%]設(shè)定曲線

        1.2 閥門控制原理

        低壓抽氣閥門由三菱整套提供,采用日本橫川成套的氣動蝶閥,煤壓機(jī)低壓抽氣閥控制原理如圖4 所示,執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了單作用氣缸,為氣關(guān)閥,可以實(shí)現(xiàn)快速打開和關(guān)閉的功能,同時(shí)利用電氣轉(zhuǎn)換器(E/P)和閥門定位器能夠?qū)崿F(xiàn)閥門行程連續(xù)控制。

        圖4 煤壓機(jī)低壓抽氣閥控制原理圖

        通過查閱運(yùn)行操作手冊及解讀控制程序邏輯說明書,燃機(jī)升速過程中閥門關(guān)閉的控制過程為:

        (1)燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 100 r/min 后,隨轉(zhuǎn)速上升,根據(jù)圖3 的開度指令曲線,氣轉(zhuǎn)換器E/P(801)通過閥門定位器(601)控制放大器(711)逐漸關(guān)閉。

        (2)燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 890 r/min 后,電磁閥B 勵(lì)磁,氣缸直接接入儀表氣源(0.5 MPa),確保閥門關(guān)閉并壓緊。

        2 故障經(jīng)過及分析

        在機(jī)組開機(jī)過程中,燃機(jī)點(diǎn)火后升速階段發(fā)生過兩次因煤壓機(jī)低壓抽氣閥異常關(guān)閉導(dǎo)致燃機(jī)啟動失敗的故障。煤壓機(jī)低壓抽氣閥異常關(guān)閉信號連鎖停機(jī)的觸發(fā)條件為:燃機(jī)升速過程中轉(zhuǎn)速小于2 100 r/min,且該閥門開到位的限位開關(guān)狀態(tài)由1到0(開到位信號消失)。兩次故障具體經(jīng)過和分析過程如下:

        2.1 第一次故障經(jīng)過

        某次機(jī)組檢修結(jié)束后,在燃機(jī)點(diǎn)火升速至1 630 r/min 左右時(shí),發(fā)生燃機(jī)跳閘故障,故障報(bào)警為煤壓機(jī)低壓抽氣閥門異常關(guān)閉(GC LP BLEED VAVLE ABNORMALY COLSED)。

        現(xiàn)場檢查該氣動閥無明顯異常,遠(yuǎn)方傳動該閥門開關(guān)動作正常。懷疑因?yàn)闅庠床桓蓛魧?dǎo)致閥門誤動作,隨即將該閥門及附近的2 臺高壓抽氣閥和中壓抽氣閥進(jìn)行多次開關(guān)操作以便沖刷氣路,最大程度消除氣源問題導(dǎo)致的閥門異常動作。

        措施執(zhí)行完畢后執(zhí)行開機(jī)操作,故障重復(fù)發(fā)生。懷疑故障原因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)虛接或靜電干擾導(dǎo)致閥門的電磁閥B 異常得電動作,采取措施從控制柜內(nèi)將控制電磁閥B 的繼電器拔出,徹底斷開其控制回路。

        措施執(zhí)行完畢后執(zhí)行再次開機(jī),故障再次重復(fù)發(fā)生。本次故障時(shí)現(xiàn)場觀察到煤壓機(jī)低壓抽氣閥門實(shí)際有關(guān)閥動作,開到位限位開關(guān)松開后,閥門又重新快速打開(燃機(jī)跳機(jī)后閥門快開)。

        為保障機(jī)組正常開機(jī)生產(chǎn),決定采取斷開該閥門所有控制回路的臨時(shí)措施,保證該閥門在2 100 r/min 之前不會異常關(guān)閉,燃機(jī)升速至2 000 r/min 左右,再恢復(fù)正??刂乒δ?,確保燃機(jī)能夠按照預(yù)設(shè)指令曲線關(guān)閉閥門。措施執(zhí)行完畢后開機(jī)正常,升速至3 000 r/min后順利并網(wǎng)。

        2.2 第一次故障分析

        機(jī)組啟動失敗直接原因都是煤壓機(jī)低壓閥異常關(guān)閉,故障查找過程中,對氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)附屬氣源控制回路及限位開關(guān)等進(jìn)行了詳細(xì)的檢查測試。

        重點(diǎn)檢查閥門的儀表氣源、限位開關(guān)、控制電磁閥和電氣轉(zhuǎn)換器及控制回路,檢查情況見表1所示。

        表1 閥門附件及控制回路檢查項(xiàng)目及結(jié)果

        從設(shè)備檢查和測試結(jié)果可以基本排除閥門本體存在實(shí)質(zhì)性硬件故障的可能。

        跳機(jī)時(shí)現(xiàn)場觀察到該閥門確實(shí)有關(guān)閥動作,氣缸必然有進(jìn)氣。導(dǎo)致閥門氣缸異常進(jìn)氣的回路有兩個(gè):

        (1)快關(guān)控制回路(電磁閥B)異常,比如B 電磁閥的閥芯不嚴(yán)導(dǎo)致串氣,對應(yīng)空氣閥(681)緩慢進(jìn)氣導(dǎo)致閥芯動作使閥門主氣路打開。(多次傳動測試正常,排除該原因)

        (2)閥位連續(xù)控制回路(E/P-定位器)異常,比如E/P 輸出氣壓信號異常升高,通過閥門定位器和放大器使進(jìn)入氣缸的儀表氣壓力升高,推動閥門動作。

        因當(dāng)時(shí)冬季溫較低,室外夜間最低溫度接近-20 ℃,懷疑當(dāng)時(shí)廠區(qū)內(nèi)的壓縮空氣管道內(nèi)、該閥門控制氣源管路和附屬設(shè)施中有結(jié)露或冰霜存在,造成電氣轉(zhuǎn)換器(E/P)氣路或定位器氣路堵塞。

        隨后某次檢修后機(jī)組再次開機(jī)時(shí),氣溫已經(jīng)回升,沒有對該閥門采取任何措施的情況下,其動作正常,增強(qiáng)了該判斷成立的可能性,再次誤導(dǎo)了對故障原因的認(rèn)定。

        2.3 第二次故障經(jīng)過及分析

        次年4 月機(jī)組大修結(jié)束后,在開機(jī)過程中再次發(fā)生低壓抽氣閥在燃機(jī)升速過程中異常關(guān)閉故障。本次故障發(fā)生時(shí),氣溫已經(jīng)回升到15 ℃,氣源不存在結(jié)露結(jié)霜的可能性,排除第一次懷疑的氣源露點(diǎn)不合格原因。

        本次啟動過程中,現(xiàn)場人員觀察到該氣動裝置及所在管道振動較大,而定位器位于最高點(diǎn),振動幅度最大,懷疑因閥門振動太大導(dǎo)致閥門定位器串氣,隨即對該氣動執(zhí)行器采取臨時(shí)加固措施,如圖5所示,加固后現(xiàn)場檢查氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)振動明顯減小,閥門定位器工作更穩(wěn)定,隨后開機(jī)時(shí)燃機(jī)順利啟動。

        圖5 現(xiàn)場氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)加固減振

        3 結(jié)論及措施

        3.1 結(jié)論

        在機(jī)組啟動升速過程中,隨著煤壓機(jī)轉(zhuǎn)速升高,低壓抽氣管道的煤氣回流量增大,導(dǎo)致管道振動變大,低壓抽氣閥配套的閥門定位器安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)頂部,振動幅度最大,強(qiáng)烈的振動導(dǎo)致閥門定位器內(nèi)部的平衡機(jī)構(gòu)共振失衡,閥門定位器輸出壓力瞬間失控突變,氣缸進(jìn)氣壓力增大導(dǎo)致氣缸向關(guān)閉方向移動,開到位信號由1 變0 從而連鎖燃機(jī)跳閘。

        3.2 改進(jìn)措施

        鑒于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)異常動作的直接原因是設(shè)備振動大,首先從減少設(shè)備振動方面著手,另外,可以通過優(yōu)化閥門控制方式,降低閥門氣路異常造成閥門誤動的概率。

        具體措施如下:(1)減少抽氣管道及閥門振動。采取措施將煤壓機(jī)低壓抽氣管道增加支撐和固定,減少管道振動。(2)優(yōu)化閥門控制程序。當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速小于2 100 r/min 時(shí),A 電磁閥不得電;允許煤壓機(jī)低壓抽氣閥關(guān)閉之前,保證儀表氣不會進(jìn)入氣缸,閥門處于開到位狀態(tài)。當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于等于2 100 r/min 時(shí),勵(lì)磁A 電磁閥;此后執(zhí)行正常的閥門控制程序,閥門通過E/P 接受閥門關(guān)閉指令控制,逐步關(guān)閉閥門,其開度曲線保持不變。通過延遲A 電磁閥動作時(shí)間,可以減少因氣路設(shè)備故障導(dǎo)致氣缸進(jìn)氣,有效降低誤動概率。

        大型燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜、現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)較多,在處理現(xiàn)場設(shè)備故障時(shí),經(jīng)常會碰到一些當(dāng)時(shí)無法立即確定具體原因的情況[3-5],技術(shù)人員需要保持耐心,結(jié)合現(xiàn)場使用環(huán)境和運(yùn)行工況進(jìn)行全方位的枚舉和排除,最終定能找到真正的故障原因。

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