提高爐膛壓力保護裝置可靠性探析

摘 要：爐膛壓力保護是鍋爐爐膛安全監控系統的重要保護信號，是防止鍋爐滅火和爆炸的重要手段之一。某電廠爐膛壓力保護裝置在實際運行過程中，由于測量裝置的原因導致保護連續誤動，嚴重影響機組的安全穩定運行。文章通過對兩次壓力保護動作情況進行分析研究，查找存在的問題，提出改進完善的措施和建議，供同行在處理同類問題時參考。

關鍵詞：爐膛壓力；保護裝置；分析研究；改進完善

1 概述

某電廠一期工程為2×362MW燃煤機組，鍋爐為美國福斯特威勒能源公司與西班牙福斯特威勒分公司聯合設計、西班牙制造的平衡通風、固態排渣、自然循環汽包爐，采用前后墻對沖燃燒，可在不同壓力下運行。

鍋爐原設計爐膛壓力監測測點15個，其中3個為模擬量，12個為開關量（爐膛壓力高、高高、低、低低各3個）。由于在鍋爐前墻方向布滿屏式過熱器，受位置限制，爐膛負壓取樣點只能位于鍋爐左右墻兩側。現場鍋爐在左右墻側相應位置各三個取樣孔，左墻3根獨立取樣管分別送至3個獨立的緩沖罐，每個緩沖罐上安裝4個壓力開關（爐膛壓力高、高高、低、低低各1個）進行3取2保護（如圖1），右墻3根獨立取樣管分別送至3個獨立的變送器用于鍋爐負壓調節。

圖1 爐膛壓力開關安裝示意圖

某日7：40左右，#1機組負荷377MW，運行參數穩定，突然出現爐膛壓力低（通道3）報警，4分鐘后出現爐膛壓力低（通道2）報警，機組鍋爐跳閘，首出為爐膛壓力低。檢查確認機組跳閘前機組各有關參數平穩，風組及其擋板運行正常，爐膛壓力（爐膛壓力變送器的指示值）正常，判斷機組跳閘是爐膛壓力低保護誤動造成。檢查回路接線以及模件以及機柜電源工作情況進行，確認保護回路接線緊固，模件以及機柜電源工作正常。對3個爐膛壓力低壓力開關進行現場校驗（設定值為-8英寸水柱），開關A動作值為-7.8英寸水柱；開關B動作值為-3.8英寸水柱，開關C動作值為-4.4英寸水柱，有較大的漂移。綜合上述檢查結果，結合當天由于煤種變化爐膛壓力經常有較大幅度波動的情況，當時分析認為保護誤動是由于開關設定值漂移造成。對#1鍋爐全部12個爐膛壓力保護開關進行重新校驗，并從取樣一次閥處對爐膛壓力開關三個取樣口進行檢查和疏通，處理完成后于14：40左右機組重新并網運行。

次日1：45左右， #1機組再次出現爐膛壓力低（通道1）報警， 2分鐘后出現爐膛壓力低（通道3）報警，機組跳閘，首出為爐膛壓力低。機組跳閘后，已經動作的壓力開關A和C保持在觸發狀態，2：00左右爐膛壓力開關B也發出壓力低報警。在此狀態下對開關的接點進行短接，信號可以在DCS中翻轉，說明信號電纜無斷裂情況，DCS卡件及邏輯正常。而此時爐膛內的壓力持續維持在-10毫米水柱左右，打開壓力開關取樣緩沖罐的校驗口，將緩沖罐直通大氣后，三個壓力開關立即同時復位。上述現象表明：緩沖罐內確實存在負壓，三個壓力開關系正確動作；緩沖罐內壓力與爐膛壓力不一致，緩沖罐內與爐膛之間沒有順暢聯通，壓力開關取樣管已被堵塞。隨即用壓縮空氣對#1鍋爐爐膛壓力開關取樣管進行吹掃疏通，吹出粉狀雜質。

2 爐膛壓力保護誤動原因分析

從上述過程分析可以得出，#1鍋爐爐膛壓低保護的回路接線、電纜、卡件及邏輯方面均不存在問題，引起壓力低保護動作的原因是爐膛壓力保護測量取樣管“S”型緩沖結構處堵塞。

根據氣體等容變化的原理，對于一定質量的某種氣體，在體積不變的條件下，它的壓強和熱力學溫度成正比，即有公式：

（T1+273）/（T2+273）=P1/P2

其中：P1-形成封閉空間時的壓力，近似認為P1=10336mmH2O（大氣壓力）；T1為形成封閉空間時的溫度，取T1=23℃（校驗時的環境溫度，見表1）；P2為壓力開關動作時的壓力，P2=P1-203=10133mmH2O

代入上述公式，可得出T2約為17℃，比T1低6℃，即常溫常壓的密閉容器，溫度下降約6℃，可以形成-203mmH2O的負壓。從當時的溫度曲線表（表1）的數值來看，10日完成壓力表校驗的時間約為11時，當時的溫度為23℃左右，11日再次出現爐膛壓力低的時間為1：45，當時的溫度為19℃，雖然僅有4℃左右的溫差變化，但綜合考慮取樣管緊靠鍋爐，受鍋爐熱輻射的影響，在風的作用下其溫度變化比氣象上的區域溫度變化更為劇烈，是可以達到6℃的。

表1 溫度曲線表

鍋爐第一次跳閘后，僅打開取樣一次閥檢查取樣口（未發現堵塞），未能及時發現取樣管“S”型緩沖結構處堵塞，加上存在壓力開關設定值漂移且爐膛壓力波動的情況，未能準確查找判斷原因，導致同樣事件重復發生。

3 存在的問題與改進措施

湄洲灣電廠的爐膛壓力保護測量系統存在以下幾個問題：（1）取樣系統容易堵塞。（2）取樣系統堵塞后不易發現。（3）壓力開關設定值容易出現漂移現象。針對上述問題，采取的改進措施有：（1）擴大取樣管口徑，從原來的8mm增大為12mm。（2）將“S”形緩沖結構改成“U”形微開口緩沖結構。（3）在三個緩沖器上增設連通管。（4）加強對取樣系統的吹掃工作，由檢修時清理改為每月吹掃一次。（5）增加連通管后，減少了誤動，但增加了拒動的可能（只要有任何一個點出現泄漏，整個取樣系統即與大氣連通，保護拒動），再加上取樣管堵塞后不易發現的問題，因此在連通管上加裝監視變送器，一旦堵塞或泄漏，可通過查看變送器測量值曲線及時發現。（6）爐膛壓力開關屬于微壓開關，動作設定值易漂移。建議改用變送器取代壓力開關作為測量儀表。

圖2 爐膛壓力測量系統改造后安裝示意圖

4 結束語

電廠實施了上述（1）～（5）條改進措施，爐膛壓力保護裝置可靠性明顯提高，未再出現保護誤動的情況；第（6）條措施因受《DLT 1091-2008火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程》中4.3.2.2d）條款“爐膛壓力保護應采用過程壓力直接驅動的壓力開關”的限制未實施。實際上，目前各電廠的爐膛壓力保護都有設置3～5秒的延時，可以通過縮短延時的方式對變送器測量所帶來的信號遲延進行補償，使用變送器取代壓力開關作為測量儀表是完全可行的。變送器測量可以從根本上解決微壓開關易出現設定值漂移的問題，從而有效提高爐膛壓力保護的可靠性，在此作為一個建議提出，供有關專家在修訂標準時參考。

參考文獻

[1]DLT 1091-2008.火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程[Z].

[2]DLT 435-2004.電站煤粉鍋爐膛防爆規程[Z].

作者簡介：葉盛春，男，本科學歷，工程師，從事火電廠熱控專業管理工作。