高壓汽包水位調節邏輯優化分析

中海油珠海天然氣發電有限公司 馬增超 辛純君 王海光

1 背景介紹

珠海某天然氣發電有限公司一期項目為兩套M701F4型雙軸三壓一拖一聯合循環供熱機組，其單套機組額定裝機容量為460MW。余熱鍋爐的高壓給水系統水位調節采用兩臺高壓給水泵完成，并采用一拖二變頻控制和高壓給水管道的主路100%氣動調節門、旁路30%氣動調節門共同完成高壓汽包水位控制策略。

2 現狀分析

在本項目中，高壓給水主要有兩個功能：A、給高壓汽包提供給水，平衡汽包水位，防止高壓汽包水位水位異常導致整套機組跳閘；B、通過給水泵與調門之間的支路，向燃機“透平冷卻空氣（TCA）冷卻器”提供足量的冷卻水，進行燃機TCA調節，防止由于TCA溫度異常引起燃機跳閘，從而導致整套機組異常跳閘停機。

為防止高壓汽包水位調節出現大延遲、大慣性，該調節策略設計為變頻調節高壓給水母管壓力，同時，該壓力設定值由運行人員手動設定完成。除此之外，高壓給水主路100%氣動調節門、旁路30%氣動調節門依據單、三沖量兩種調節回路的PID調節器指令F（x）構成的折算依據切換點來進行閥門控制。

在原始設計中，三沖量調節只考慮到了高壓給水泵的補水量，高壓汽包的蒸發量，高壓汽包的水位等因素，見圖1。因此在實際生產時出現高壓給水的100%調門及30%調門頻繁動作，高壓汽包水位頻繁波動，致使高壓系統三沖量頻繁投退，為安全生產留下了不容忽視的隱患。

經過觀察發現，其主要表現出的問題為：（1）運行人員手動調節母管壓力過小造成 TCA 給水流量低觸發燃機跳閘；（2）設計的變頻節能降耗效果非常不理想；（3）在機組負荷變動時隨著汽包水位的波動30%和 100%調門頻繁切換動作，致使汽包水位頻繁波動，同時也使調門盤根過渡磨損引起內漏；（4）100%調門閥芯吹蝕漏流加大啟、停機時汽包水位難以控制。

3 優化思路及方法

3.1 調查分析故障根本性原因

針對（1）、（2）項問題合并分析認為：變頻調節給水母管壓力設定值由運行人員手動設定為問題存在的根本所在。

高壓給水變頻調節母管壓力設定由運行人員手動設定（如圖1），存在因運行人員經驗不足的情況，易造成運行人員誤操作嚴重威脅機組安全運行并且母管壓力設定因人而異存在著不確定性致使變頻節能目的無法保障。

經過專業討論研究決定：高壓給水變頻調節母管壓力設定值在壓力調節回路投入自動時采用燃機負荷函數 F（x）自動計算完成，即：隨著燃機功率變化母管壓力設定值也隨之變化， 運行人員只可以手動在安全范圍內設置偏差做細微調節。這樣既能避免運行人員手動誤調整壓力帶來的機組運行風險，又能保證變頻調節節能目標。通過實驗獲得函數見表1。

圖1 優化前邏輯

表1 實驗獲得函數

同時，在此項工作中新增了TCA冷卻器入口主路關斷門全開狀態，作為啟機前后母管壓力設定起始壓力轉換觸發條件，滿足燃機啟機時 TCA 進水主路閥開的壓力條件，優化如圖2。

圖2 優化后邏輯

針對（3）、（4）項問題，通過查看設備廠家原始控制策略說明資料并結合過去的工作經驗和現在對系統設備特性認識，發現 30%、100% 高壓給水調門調節水位的控制邏輯（圖3）不能正確滿足設備廠家對調門設計和選型的要求。

原控制邏輯策略即：當水位調節PID輸出高于30為兩個閥門切換點，P ID調節器輸出小于30時30%調門調節水位，1 00%調門全關；大于30時30%調門關，100%調門開啟參與調節。此控制邏輯策略無法避免機組在啟、停及負荷波動期間，30%和100%調門頻繁切換動作的發生。

設備廠家對高壓給水采用30%、100%雙調門設計時是為了避免在機組啟、停及低負荷下，給水調門前后壓差過大造成閥門閥芯吹蝕，因此兩者選型耐壓差沖刷等級不同。設備廠家正確思想是當汽機負荷小于30%情況下使用30%給水調門調節汽包水位，此時主蒸汽流量、給水流量測量還不穩定不能投三沖量回路；汽機負荷大于30%時使用100%調門采用三沖量回路調節汽包水位。

針對以上問題，結合運行歷史數據分析研究，決定決定對高壓汽包水位30%、100%調門調節水位的控制邏輯進行修改：（1）取消30%給水調門三沖量調節功能回路，它只在機組啟、停及低負荷小于 30%期間（汽機負荷）進行單沖量調節汽包水位，此時100%給水調門全關；（2）取消100%給水調門單沖量調節功能回路，100%給水調門只在機組中高負荷下進行三沖量調節。邏輯優化如圖4。

3.2 高壓給水變頻調節控制邏輯改造優化特殊要求

鑒于三菱F4燃氣輪機組TCA采用高壓給水冷卻需要，且TCA對冷卻水壓力、流量不同時段的要求及給水調門在最佳開度下，在對高壓給水母管壓力函數設定過程中尤其要兼顧。應采用不同負荷下試驗方式獲得,逐步優化參數兼顧安全與節能。

3.3 運行測試

在隨后進行的運行測試過程中，觀察到汽包水位控制平穩，調門調節、切換正常，達到了預期的效果。

圖3 優化前邏輯

圖4 優化后邏輯

4 實際效果

控制邏輯改造優化后，設備可靠連續運行，期間經歷了：變頻器故障工頻泵聯啟給水泵工頻運行；主蒸汽流量測點異常品質造成100%調門自動調節切至手動等設備異常的考驗。經過三個多月機組啟、停和滿負荷運行觀察正式確認高壓給水變頻調節控制邏輯改造優化成功。

本項目高壓給水泵采用工頻泵運行時電機的電流為210A/6KV/h ，沒有優化采用運行人員手動調節母管壓力設定平均也要160A/6KV/h，優化后給水泵變頻運行時隨著負荷變化而變化在96—130A/6KV/h調節變化。節省電能損耗的同時也降低了設備磨損減少了維護成本，到了預期優化效果。