低壓軸封蒸汽溫度調節閥改DCS控制

曹華

摘 要：低壓軸封蒸汽溫度控制對機組的安全運行起著重要作用。公司#2機組投產以來一直采用基地式調節儀構成軸封蒸汽溫度控制回路。近年來發生了因低壓軸封蒸汽溫度大幅波動造成低壓缸汽封體磨損變形的事件，并影響到機組凝汽器真空嚴密性。現取消基地式調節儀，改為DCS控制，利用智能定位器與氣動執行機構組成閉環控制回路，顯著提高了低壓軸封蒸汽溫度的調節質量。

關鍵詞：軸封蒸汽；溫度調節；DCS控制

前言

湘潭發電有限責任公司#2機組汽輪機為亞臨界中間再熱兩缸兩排汽、高中壓合缸凝汽式汽輪機。汽輪機低壓軸封蒸汽系統向低壓缸軸封提供密封蒸汽，防止外部空氣進入低壓缸，有利于維持凝汽器較高的真空度，保證機組具有較高的熱效率，并通過漏汽導向系統，將低壓軸封漏汽導入軸封冷卻器，回收工質和熱量。軸封蒸汽溫度需要與低壓缸缸體接近，如果兩者溫差過大，低壓缸膨脹不均，低壓軸封結構件發生熱變形，將降低密封效果或使軸封體發生磨損。軸封蒸汽溫度過低時，軸封蒸汽更容易凝結，凝結的水汽將加劇軸封體的腐蝕，并可能使汽水進入汽輪機，導致發生水擊破壞事件。由此可見，低壓軸封蒸汽溫度的控制對于機組安全和經濟運行起著重要作用。

湘潭發電有限責任公司#2機組采用噴水降溫的方式來調節低壓軸封蒸汽溫度。凝結水通過溫度調節閥，向噴水減溫器提供合適流量的凝結水，達到控制低壓軸封蒸汽溫度的目的。軸封蒸汽溫度調節閥采用基地式調節儀控制時，溫度控制效果不佳，尤其是低壓缸汽封進行改造后，新的汽封體對軸封蒸汽溫度要求更加嚴格。因此，我們利用停機機會，取消基地調節儀，將低壓軸封蒸汽溫度調節閥改為DCS控制。

問題及原因分析

公司#2機組自投產以來，低壓軸封蒸汽溫度一直由基地式調節儀控制。基地式調節儀具有測量、顯示和調節功能，與軸封蒸汽溫度變送器、調節閥等構成溫度控制的就地單回路調節系統。該調節系統在運用中主要出現了以下問題：

1.隨著運行年限的延長，基地式調節儀的控制精度越來越低。表現為低壓軸封蒸汽溫度調節過程遲緩，溫度大范圍波動。

2.對氣源質量要求較高。氣源含油帶水，或含有其他雜質時，直接影響調節儀氣動單元的正常運行。表現為調節儀無輸出或輸出不跟隨指令變化。

3.為改善調節質量，對調節儀比例帶、積分時間等參數進行調整時，整定過程復雜。

4.機組啟停期間，軸封母管蒸汽參數變動較大，凝結水壓力也存在波動，基地調節儀反應速度慢，不能適應工況變化，此時需要運行人員到就地手動操作，增加運行人員工作量。

5.基地調節儀的測量、顯示和控制均在現場，缺乏遠程監控和報警，不利于運行人員隨時掌握設備狀態，以在異常情況下及時進行手動干預。

由于上述問題的存在，低壓軸封蒸汽溫度不能有效控制在規程所要求的121到177℃范圍內，易引起低壓軸封體熱變形，超過一定變形范圍，軸封體發生機械磨損，造成設備經濟損失，并影響凝汽器真空，降低機組熱效率。

解決方法

在DCS系統具備相應擴充容量的條件下，我們將低壓軸封蒸汽溫度改為DCS控制，取消基地式調節儀。如圖一所示，溫度調節回路采用單回路控制。低壓軸封蒸汽溫度進入DCS，作為被調量，與溫度給定值求偏差，經PID調節器，輸出4～20mADC的閥門開度指令。就地安裝的閥門智能定位器接受開度指令，與閥門實際開度求偏差，按PID運算規律輸出控制閥位的氣源信號。智能定位器與閥門一體組成閉環控制回路，實現閥門精確定位。

本項目使用西門子智能電氣定位器。定位器與氣動執行機構配套使用，組成閉環回路，利用負反饋原理來改善調節精度、提高靈敏度和穩定度性，從而使閥門能按輸入的調節信號精確地確定自己的開度。智能定位器能消除執行器薄膜和彈簧的不穩定性及各可動部分的干摩擦影響，提高了調節閥的精確度和可靠性，實現準確定位。同時智能定位器能增大執行器的輸出功率，減小調節信號的傳遞滯后，加快閥桿移動速度。

在設計DCS組態邏輯時，需考慮自動控制邏輯應具有以下功能：測量信號壞質量或越限時發出光子牌報警；手動、自動雙向無擾切換的功能；閥位指令與反饋偏差超過定值時，自動模式切為手動模式。必要的邏輯報警條件包括：低壓軸封母管溫度測量值壞值量，氣動門閥位反饋壞質量，低壓軸封母管溫度越限。必要時將調節功能退出自動的條件有：閥位指令與反饋偏差超過10%，溫度測量值故障。當調節器處于手動模式時，由操作員站手動給定執行機構的開度信號，PID調節器處于跟蹤方式，調節器輸出跟蹤實際閥門開度。

圖一 低壓軸封蒸汽溫度調節回路改造原理圖

1.施工方案

a）利用停機機會，做好氣源隔離措施，拆除基地式調節儀及其氣源管路。

b）在定位器進氣管路上安裝壓縮空氣過濾減壓閥。以確保進入定位器的壓縮空氣品質，提高定位器和氣動執行器的使用壽命。

c）制作定位器安裝支架，將閥門定位器安裝就位，連接好壓縮空氣氣源管路和至閥門的控制氣源管路，并將調節閥反饋連桿與定位器相連。定位器應安裝牢固無晃動，反饋連桿兩頭連接牢固，鉸鏈部分靈活無卡澀。

d）在DCS端子柜至就地閥門定位器之間釋放一根4芯帶屏蔽阻燃控制電纜，用于閥門指令和閥位反饋信號的傳輸。指令和反饋線接入正確的端子，DCS的指令和反饋輸出通道進行相應正確，輸出設置為內供電方式，輸出設置為外供電方式。

e）修改DCS控制器組態，以PID功能塊為中心，建立單回路控制邏輯。現場氣動執行機構的進氣方式為氣開式，即定位器接受的指令信號越高，輸出氣壓越高，閥門開度越大，噴水流量越大。因此需要將PID功能塊設置為正作用，否則調節器將無法正常工作。

2.投運步驟

在所有氣源管路均已正確連接，DCS與就地端子接線正確，組態邏輯正確且已下裝到DCS控制器后，即按下列步驟進行調試：

a）打開氣源閥門，檢查各氣動管路連接緊密，無漏氣現象。檢查氣動執行機構銘牌參數，調整過濾減壓閥，合理設定氣源壓力使之與執行機構要求匹配。氣壓設定偏高超過氣動執行機構膜片允許壓力，易造成膜片損壞。壓力設定過低，將使氣壓低閉鎖動作，執行器拒動。

b）進行就地調試，啟動定位器自動校驗，西門子智能定位器自動校驗的操作流程為：長按模式件5秒進入設置模式，點按模式鍵至第4項，長按向上鍵啟動自動校驗，自動校驗完成顯示FINAL校驗完成。檢查閥門全行程動作正常，實際開度與DCS反饋一致。

c）投溫度控制手動模式，在操作員站進行手動操作，檢查遠程操作和監視功能合格。

d）初步設定調節器參數，投入自動模式，改變設定值，檢查PID算法正確，閥門動作方向正確。

e）在開機啟動時，投入自動模式，運用經驗法對調節器參數進行整定和優化。

改造后的效果

湘潭發電有限責任公司#2機低壓軸封蒸汽溫度改DCS控制后，指令、反饋、溫度測量值均進入DCS，利用DCS的歷史數據和趨勢分析功能，便于得到調節器的最優整定參數，溫度調節品質得到提高。由于具有完備的遠程監控和操作手段，運行人員足不出戶，即可完成對溫度調節閥的所有操作，降低了勞動強度。當自動調節失靈或參數越限時，DCS能發出報警信號，提醒運行人員及時干預，有效避免異常工況下軸封蒸汽溫度的大起大落。由于采用了DCS的數字化控制技術，并應用閥門定位器實現精確定位，溫度調節過程響應迅速，調節精度大大提高。通過觀察機組啟停及運行過程中低壓軸封蒸汽溫度的變化趨勢，發現溫度較好的控制在正常范圍內，改造達到了預期效果。

結束語

綜上所述，#2機組低壓軸封蒸汽溫度控制方式改造是成功的，完全消除了應用基地式調節儀存在的諸多缺陷。調節閥改DCS控制后，具備了完善的自動控制和后備操作功能，保證低壓軸封蒸汽溫度維持在合理的范圍內，保證了軸封系統的安全運行，保證機組具有較高的經濟性。改造利用了當今先進的單元機組DCS控制技術，實現了低壓軸封蒸汽溫度的數字化、自動化集中控制，提高了機組自動化水平。