鍋爐爐膛壓力保護系統改造

莫布林

(韶關市坪石發電廠有限公司(B廠)，廣東 韶關 512229)

0 引言

鍋爐爐膛負壓參與鍋爐滅火保護，對防止鍋爐爐膛爆炸事故的發生起著重要作用[1]。《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中規定：鍋爐爐膛壓力保護作為重要保護裝置在機組運行中嚴禁退出，當因故障被迫退出運行時，應制定可靠安全措施，并在8 h內恢復。爐膛負壓太小，則爐膛容易向外噴火，危及設備與人身安全；爐膛負壓太大，則爐膛漏風增大，會增加引風機負荷和煙氣帶走熱量的損耗，所以，必須準確測量與控制爐膛壓力的大小[2-3]。

近年來，隨著《防止電力生產事故的二十五項重點要求》的頒發和實施，鍋爐爐膛壓力保護系統經過測量設備的冗余配置，取樣部位設計和安裝的合理優化，取樣管、電纜和模塊的相互獨立改造，以及熱工保護投退工作管理的加強，爐膛負壓保護動作的可靠性已經得到很大的提高[4-6]。通常，爐膛壓力保護系統在使用過程中存在的問題有接線錯誤或松動、壓力開關誤差增大或整定定值錯誤、電纜損壞或接地、測量管路堵塞或泄漏等，對于前面的幾種情況，通過檢查、測試都比較容易發現缺陷并加以消除，而后面一個問題還未能可靠解決。

目前，爐膛壓力測量管路堵塞的問題存在2種較普遍的解決辦法：一種是采用連續吹掃裝置[7-8]，另一種是定期吹掃管路。對于前一種辦法，在一定程度上可以防止測量管路堵塞，但由于在使用過程中連續吹掃裝置容易受到壓縮空氣中水、油以及氣源管路老化的影響，連續吹掃裝置本身也會出現吹掃空氣流量不穩定、漏氣或堵塞問題，當爐膛壓力取樣管路出現堵塞時，還容易造成爐膛壓力高信號的誤動作。對于后一種辦法，為了防止管路堵塞或泄漏造成爐膛負壓保護失效，只能通過加強檢查和試驗，減少定期吹掃的間隔時間來防止問題的出現。在鍋爐運行期間進行爐膛壓力測量管路的吹掃，有保護誤動的風險，若退出保護進行吹掃，則存在鍋爐失去爐膛負壓保護帶來的風險。

本文提出一種增加2臺壓力變送器，壓力開關和壓力變送器共用1個取樣裝置，增加選后壓力變送器信號作為爐膛壓力保護信號的改造方式，并介紹該方式的具體實施方法及其取得的效果。

1 改造前系統狀況

1.1 安裝方式

某廠300 MW循環流化床機組鍋爐爐膛壓力保護系統在改造前配置有壓力開關6個，其中3個用于測量爐膛負壓低信號，3個用于測量爐膛負壓高信號，在邏輯上均采用三取二方式形成爐膛負壓高和低的鍋爐主燃料跳閘(MFT)動作條件信號。壓力變送器配置有4臺，在邏輯上做四選一處理，形成爐膛負壓選后壓力值，用于爐膛壓力自動調節和畫面顯示等。壓力開關和壓力變送器的安裝方式是：鍋爐A，B側爐墻各裝有3個防堵取壓裝置，其中A側的第1個防堵取壓裝置上裝有2臺壓力變送器，第2個上裝有2個壓力開關，第3個上裝有1個壓力開關，B側采用同樣的安裝方式。

1.2 存在的問題

由于改造前的安裝方式存在著A，B側各有1個防堵取壓裝置上安裝2個壓力開關的情況，不符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中“從取樣點到輸入模件全程相對獨立”的規定。壓力開關的取樣管路存在因接頭松動、墊片老化、焊口泄漏等原因造成泄漏，或因爐膛內粉塵造成管路堵塞的情況，而取樣管堵或漏的情況是不容易被發現的，當不能夠及時發現問題時，將造成壓力開關不能正常動作，鍋爐失去爐膛負壓保護的風險。通過定期檢查、吹掃取樣管路的方式來排除堵或漏的問題，為了防止壓力開關誤動作，需退出爐膛負壓保護，既不符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第9.4.12條的規定，也使鍋爐失去爐膛重要保護，存在非常大的安全隱患。

圖2 改造后爐膛負壓保護邏輯

2 系統改造

2.1 安裝改造

在原有測量設備的基礎上，增加2臺壓力變送器，并以1個防堵取壓裝置帶1個壓力開關和1臺壓力變送器的方式安裝，6個壓力開關和6臺壓力變送器成組分布于鍋爐爐膛的兩側，安裝位置如圖1所示。

圖1 改造后儀表安裝示意

2.2 邏輯改造

目前，壓力變送器的制造水平已經非常高，可靠性也有保障。例如，從某品牌壓力變送器的技術指標可知，該變送器的精度可達0.05%，穩定性達7年；另外一種常見的壓力變送器也達到精度0.065%、穩定性±0.01%/年的指標。根據使用經驗，投產10年以上的機組，以上2種壓力變送器仍然可以準確地測量壓力，只有少量發生故障，而且故障大部分是外部因素造成的，比如電壓超限、線路干擾、進水受潮以及超溫超壓等。另外，分散控制系統(DCS)的可靠性也很高，以國產某品牌DCS為例，其平均無故障時間(MTBF)≥200 000 h。因此，建議增加壓力變送器的測量信號作為爐膛負壓的保護信號，以增強保護動作的可靠性。

在邏輯上，壓力開關的邏輯判斷不變，6臺壓力變送器的信號經過2個三選中模塊處理，2個三選中模塊輸出信號再經過1個二選模塊處理，形成了選后爐膛壓力信號，該信號作為爐膛壓力自動調節反饋信號的同時，經高、低限報警模塊判斷，得出了爐膛負壓高、低保護動作信號。改造后的爐膛負壓保護邏輯如圖2所示。

2.3 畫面改造

鑒于安裝方式改造后取樣管路的堵或漏情況需要壓力變送器來實時監視，所以需要在監控畫面上將各個壓力變送器的測量原始值顯示出來，同時為了對比發現故障，將各壓力開關的測量原始值也顯示出來，將它們分組放在一起。另外，為了增強報警提醒效果，各監視點應該根據預報警值和偏差值(6臺壓力變送器之間的偏差允許值)設置變色、閃爍的動態特性和設置語音報警來提醒運行人員。當任何一臺壓力變送器的測量值達到預報警值時，畫面上對應的顯示值均會出現變黃且閃爍的動態效果；當6臺壓力變送器之間測量值的偏差有1個以上超過偏差允許值時，則壓力變送器的顯示值會出現閃黃現象；當某一壓力變送器的測量值達到爐膛負壓保護值或壓力開關發出動作信號時，對應的顯示點會出現閃紅現象。以上3種報警情況出現時，均會引起語音報警。畫面監視設計如圖3所示。

測量設備A1A2A3B1B2B3壓力變送器0000.0Pa0000.0Pa0000.0Pa0000.0Pa0000.0Pa0000.0Pa壓力開關 ●●●●●●

圖3爐膛壓力測量原始值監視畫面

3 改進效果

由于壓力開關和壓力變送器在同一取樣管路中，取樣管路的堵塞(現象為壓力變化緩慢)和泄漏(現象為該壓力與其他壓力變送器測量值有偏差或與工況不符)情況通過壓力變送器的示值得以實時監視，出現異常時很容易被發現并得以及時處理，解決了取樣管路堵塞或泄漏發現不及時造成爐膛負壓保護失效的問題，因此，改造后爐膛負壓保護的可靠投入有了保障。經過長時間的運行觀察，鍋爐持續運行3個月不進行管路吹掃，未出現管路堵或漏的現象。同時，取樣管路異常能夠及時發現，爐膛壓力取樣管路吹掃工作由改造前機組運行時每月吹掃1次，改為停機后啟爐前吹掃1次，或出現異常時進行吹掃和處理，或持續運行時每間隔6個月吹掃1次，大大減少了取樣管路定期維護的勞動強度，并降低了保護誤動以及運行機組失去保護的風險。

若在機組運行中出現某一管路堵塞或泄漏的現象，不用退出爐膛負壓保護也可以安全地進行在線消缺(因為三取二和三選中邏輯的作用)，這樣就可避免臨時退出保護造成鍋爐失去爐膛負壓保護的風險。

增加的6臺壓力變送器作為爐膛負壓的保護設備，由三選中模塊和二選模塊的工作特點可知，當6臺壓力變送器同時出現故障時，選后的信號才出現故障，這種情況出現的概率是很低的，因此，采用選后爐膛壓力信號作為保護信號是相當可靠的。

壓力開關和壓力變送器同在一根取樣管上，當壓力開關動作時，可以查詢該時刻壓力變送器的歷史數據，以分析壓力開關的動作值是否正確。若壓力變送器的測量值在壓力開關整定值的附近，說明該保護動作是比較可靠的；另外，通過兩者的對比，從它們的測量偏差可以發現其中一個儀表的異常。

4 結束語

經過改造，使爐膛壓力保護系統符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第9.4.3條規定，有效解決了取樣管路堵或漏問題，并降低了管路維護勞動強度，降低了爐膛負壓保護誤動和拒動風險，進一步增強了保護動作的可靠性，同時實現了設備在線檢修。通過在原測量系統的基礎上增加少量設備，達到了較好的效果，說明該改造方式是可取的。