熱工系統安裝中的典型問題分析與處理

鄭鳳苓

（天津電力建設公司，天津市，300041）

0 引言

當前，熱工控制系統已成為決定發電機組安全運行及經濟指標的主導系統之一，它以復雜多樣的軟硬件實現協調控制、系統保護等功能。而信號測量與反饋的真實與準確程度，是控制系統保證機組安全、穩定運行的關鍵。控制系統的開放與冗余特性，為完善控制系統或控制過程，更好地實現人—機（控制設備）、機（控制設備）—機（熱力機械）接口提供了便利平臺。

本文總結了對發電機組試運行影響較大的熱工控制系統安裝中的典型問題，從技術角度剖析引發問題或故障的關鍵因素，并提供了可行的應對措施，以避免同類問題再度發生。

1 機械測量裝置與熱工檢測元件安裝的參數匹配

1.1 流量檢測

流量檢測裝置安裝反向，在機組試運過程中切割調整現象頻發，其主要是由于機務與熱工2個專業在安裝過程中配合不夠而致。一是機務與熱工2個專業未在安裝前核實孔板方向與介質流向；二是在管道清洗或進行嚴密性試驗前拆下流量計，在復裝時將其裝反。

當前，檢測管道內液體流量的取源部件主要為截流孔板。截流孔板在配置上應與不同系統管道內的不同介質相匹配。在項目組織上，管道的安裝由機務專業完成，而流量計是熱工專業的檢測元件；熱工專業技術規范對流量計的安裝有個性化的要求：（1）不同結構的流量計在管道內的安裝位置不同。如均速管流量計，插入管內的長度與管內徑相同，與靶式流量計在管道內的安裝位置不同；（2）靜壓引出管（或靜壓孔）安裝位置應與管內介質流向同向；（3）安裝時需要依據系統管道內徑及流量計算插入管內的長度等。所以流量檢測裝置的安裝應由機務與熱工專業合作完成。

1.2 溫度檢測

發電機組管道內介質的溫度檢測元件設計以熱電偶和熱電阻2種溫度計為主。關于熱電偶和熱電阻在設備與管道上的安裝環境、取點位置（不同的介質位置不同）、冷端溫度補償，按照現有設計及規范安裝未發現不良影響。而在溫度計插入管道內深度滿足規范要求時，仍發現測量誤差超過容許范圍，出現信號報警影響試運行的情況。

出現以上問題的主要原因為安裝過程中未分析公稱通徑與管道內、外徑的區別及影響，未計算管道壁厚的影響，未考慮管內介質的最大熱影響區，未計算節流后速度梯度變化對溫度的影響等。

解決的方法為：通過公稱通徑與管道內徑的比對，選擇具有代表性的管道測量部位，將熱電偶、熱電阻要求插入深度與管道壁厚之和作為安裝插入深度。從流體力學角度分析，管道斷面中心流速最大，其溫度最高，感溫元件處在被測介質管道的中心部位，其測量結果較為準確。另外，由于水蒸氣及氣體的黏度與壓力、溫度相關，在熱電偶和熱電阻的冷端溫度補償及校驗時，應綜合考慮各種影響因素。

2 熱工儀表管安裝中的問題及處理

2.1 取樣管的制造缺陷

由于相同規格、相同材質的進口儀表管價格較高，發電機組極少采用進口產品，多采用國產儀表管材。

儀表管的設計材質一般為1Cr18Ni9Ti、Z2CN18.10、12CrIM0V等，火電工程主要采用1Cr18Ni9Ti材質的φ16×3、φ14×2管材，核電工程主要采用不銹鋼316L和304L的φ9.52×1.63、φ6.35×1.65等管材。施工現場儀表管的常規管理是使用前按照金屬技術規范的要求對儀表管進行光譜復查，但這種檢驗方法只能判斷金屬材料所含有金屬元素的組分，并不能判斷材料的幾何尺寸偏差及管材的微觀缺陷。

儀表管安裝主要及常見的問題有：（1）某施工單位在對1Cr18Ni9Ti材質φ16×3、φ14×2儀表管冷彎過程中發現70%管材有裂紋，且裂紋最深達1 mm。（2）儀表管彎制及安裝過程發現管口橢圓，在與二次門連接（卡套連接方式）后，40%接口滲漏的現象。

因此，采購方應在采購過程中對生產線的生產穩定狀態及廠內抽檢進行現場監督。另外，材料運抵現場庫后，物資管理人員應依據管材采購標準及設計規格，采用測量精度滿足要求的計量器具實測管材幾何尺寸，并真實反映偏差是否在標準容許范圍；禁止不合格的管材出庫是防止管道與閥門連接滲漏的關鍵。

對管材隱性缺陷，如細小裂紋等，可在管材使用前采用著色和渦流2種檢驗法進行一定比例抽檢，確定管材無質量問題后投入使用。射線與渦流檢驗費用相對較高，施工單位可在投標階段將其列入報價，也可根據施工過程中的實際情況，與業主溝通后再進行檢驗。

2.2 儀表管安裝

在發電廠建設過程中，設計單位不提供用于儀表管安裝的設計圖紙，火電機組施工單位一般將其作為現場工藝設計項目。熱工專業技術規范也沒有明確的管線、支吊架（熱工驗收標準中只有支吊架制作的驗收標準）、膨脹、管間間隔等設計要求。出現的問題有：膨脹彎過大浪費材料或膨脹達不到管系膨脹需求而撕裂；不同坡度要求的儀表管走同一并行管路，部分轉彎處間隔小，導致檢測數據出現偏差；因儀表管堵塞，導致變送器誤發信號而使機組整套試運停機等。

按照現行施工技術規范，儀表管安裝應滿足《電力建設施工及驗收技術規范（熱工儀表及控制裝置篇）》[1]的要求，流量與液位的取源部件與二次儀表間的儀表管坡度應大于1∶12，而壓力引測儀表管安裝應滿足技術規范中“其他管路應大于1∶100”的坡度要求；儀表管的設計需要參考管道設計規范，結合熱工安裝技術規范綜合考慮，支吊架間距及型式（固定或可移動）應按管道或相關行業的施工、設計規范設計后再安裝。發電機靜子冷卻水流量變送器因儀表管堵塞誤發信號這一案例，實際反映施工規范中提及的“管子安裝前應進行清理，達到清潔暢通。安裝前管端應臨時封閉，避免臟物進入”這一要求沒有得到落實。因此，應在儀表管正式安裝前采用壓縮空氣吹掃等手段進行內壁清理，并在系統連通后、嚴密性試驗前進行系統性吹掃或沖洗，確保清潔、嚴密性試驗合格后與二次儀表連接。

2.3 儀表管安裝與儀表檢驗

儀表經校驗后安裝，現場實際檢測信號仍出現較大偏差。解決的方法是對于檢測、保護等儀表管路無法實現安裝坡度要求時，由施工技術負責人現場測量可達到的實際坡度，計算出與規范要求坡度的偏差值，將數據反饋給儀表校驗人員，通過儀表的整定，以使控制系統采集到的數據即為被測介質的實際物理數據。

2.4 系統嚴密性試驗與二次儀表安裝

當前儀表管的安裝嚴密性試驗普遍采用在系統完成嚴密性試驗后，關閉儀表管路的二次門進行儀表管路的嚴密性試驗的工作順序。這種工序安排不合理，原因是當取源部門與二次門間的儀表管路在嚴密性試驗中出現缺陷時，需在主系統安裝試驗結束后進行處理，影響工程總體進度；僅關閉二次門進行系統嚴密性試驗不妥，原因是二次儀表不承受超壓，另外二次門在安裝前不要求進行100%的嚴密性試驗，不能保證二次門100%完好，可能損壞儀表。

防止以上問題出現的方法是：在主系統嚴密性試驗前單獨進行儀表管路的嚴密性試驗，可將儀表管路缺陷的處理與主系統嚴密性試驗同步進行，并利用主系統嚴密性試驗的系統壓力進行缺陷處理后的再次試驗；在一次門與二次門及儀表管嚴密性試驗合格后再與二次儀表連接，可降低儀表損壞的概率。

3 控制系統干擾及應對措施

3.1 接地系統干擾

在分部試運過程中，多個工程出現過因控制系統接地問題，導致系統誤發信號、閥門開度晃動、DAS信號瞬時較大幅度變化而導致保護系統誤動等問題。經分析，未按設計或規范要求進行接地線的連接導致故障的次數較多，主要原因是安裝時技術人員對規范及標準不熟悉，對安裝圖紙未進行研究分析。

避免接地干擾的主要措施如下：施工前首先查看設備或儀表供貨廠家的技術說明書有無特殊接地要求，再與設計單位圖紙對應部位的設計進行比對，將廠家圖紙與設計單位圖紙進行綜合圖紙會審，嚴格按設計要求施工。另外，在與調試單位進行工程交接前，重點檢查電纜的屏蔽層接地、接地設備或接地網接入、信號輸入與輸出是否使用各自的線纜、地線連接是否牢固、同一信號回路或同一線路的屏蔽層是否只允許有1個接地點、屏蔽層的接地是否靠近信號源側、接地阻值是否滿足技術要求等。

3.2 動/控電纜混放

電力電纜干擾一般發生在近場，其干擾主要是動力設備啟動時，瞬間電流能夠達到額定電流的6～11倍而產生大電流沖擊的暫態干擾。其干擾以空間輻射的形式傳輸，在正常運行條件下，也可能對較近的信號或控制系統造成干擾，使系統無法正常工作。

所以在電纜敷設過程中，走同一電纜通道的電纜托架上下層間要保證足夠的距離；嚴格按照電纜敷設分層的要求，保證電力、控制、信號電纜在不同的電纜托架層上；按電力、控制、信號電纜從上至下布置，特別重視單根敷設的動力電纜與其附近的控制和信號電纜的屏蔽、走向布置、端頭制作及接線端子的連接等是否滿足要求。

4 影響調試的主要因素及解決方案

4.1 閥門執行器調試

熱工安裝技術規范在閥門執行器單體調試方面主要對零點誤差、行程/回程誤差、延時時間等作了較詳細的要求。閥門執行器單體調試時，通過給定值與反饋信號偏差確定閥門的動作是否滿足要求，因未關注閥門機械部分的結構設計、內部動作狀態、閥門在冷態及熱態下的開關狀態，導致閥門實際關閉不嚴密或損壞現象時有發生。

基于以上幾點，在進行閥門單體調試前，熱工專業應和機務專業共同研究閥門機械部分的結構及特性，在考慮金屬受熱膨脹等方面因素后，確定閥門整定行程及延時時間試驗參數。必要時，可在閥門安裝前進行模擬試驗，將合理的試驗參數用于實際調試過程。

4.2 接線松動造成誤發信號

接線松動造成控制系統誤動、拒動現象也時有發生。電力電纜連接不實對控制系統的干擾現象之一是在設定閥門開度時，閥門反饋出現擺動；控制電纜及信號線連接松動主要體現在控制、保護系統誤動、拒動，事件順序記錄報告內容凌亂等現象。此時，誤發的錯誤信號已被系統執行，這是發電機組實現自動運行最大的危害。施工過程必須嚴格遵守規范、圖紙要求，將接地、電氣線路、電纜端接或接線作為最高級驗收項目，并進行100%檢查。在施工前，應對技術方案進行審查。

4.3 熱控安裝工作的系統性

發電機組安裝工程的分部試運以熱工自動控制系統的投入為分系統調試完畢的標志。單純以安裝驗收完成作為安裝工程具備分部試運條件的方法并不完善，原因是機務專業驗收標準是按系統及設備驗收，而熱工專業驗收標準是分塊按設備類別驗收。當前的現實情況是對熱工安裝工程的驗收不以熱力系統或設備為依托，且將熱工安裝工程安排在后期，使其工期特別緊張，難以保證工藝質量。

所以在進行施工策劃時，在滿足熱工安裝需要的基礎上，應以分部試運階段的系統投運順序組織施工；質量專業進行質量檢驗計劃時，應結合熱力系統、設備策劃熱工安裝工程驗收項目。通過技術策劃、施工組織實現在單體或分部試運時100%自動控制，不留系統尾工及缺陷，既可保證施工工藝，又可保證工期。

5 結論

本文所闡述的問題都是在發電機組試運行過程中發生的具有代表性的問題，其解決方案均已經過實踐驗證。安裝過程中，綜合分析專業間的接口工作及技術要求，重視安裝過程的技術規范標準要求，可大大降低因熱工安裝問題影響機組試運行工作的概率，從而保證工期，減少損失。

[1]SDJ 279—90電力建設施工及驗收技術規范（熱工儀表及控制裝置篇）[S].