電鍋爐水位調節系統故障率分析

白庭宇

（海南核電有限公司，海南海口 570000）

0 引言

在電廠運行及檢修期間，輔助電鍋爐系統是保證各項工作順利實施的基礎，在該階段減少6 kV 電鍋爐水位調節系統故障次數，是保證核電廠安全運行的關鍵。

1 現狀調查

1.1 故障統計

針對電廠6 kV 電鍋爐故障次數進行統計（2017 年9 月-2018 年9 月）：按照除氧器故障、給水泵故障、給水調節閥故障、循環水泵故障、水位調節閥故障和其他故障對故障類型進行分類，對每類故障次數統計情況進行調查、分析，并對所收集到的數據進行分類、統計整理得出：水位調節閥故障占6 kV 電鍋爐水位調節系統故障總數的70.93%，說明水位調節閥故障率高是6 kV 電鍋爐水位調節系統故障率高的主要原因。

1.2 目標故障率計算

調研某參考電廠的鍋爐運行情況，水位調節閥故障率基本為1 次/年。廠家的設計文件及經驗數據認為可以將水位調節閥故障率控制在1 次/年。因此決定將水位調節閥故障率降低至1 次/年，即0.077 次/月，則6 kV 電鍋爐水位調節系統故障率=除氧器故障率+給水泵故障率+給水調節閥故障率+循環水泵故障率+水位調節閥故障率+其他故障率。在能夠控制其他類型故障率的情況下，6 kV 電鍋爐水位調節系統故障率=（4÷13）+（8÷13）+（9÷13）+（3÷13）+0.077+（1÷13）=2 次/月。通過以上分析可知，理論上6 kV電鍋爐水位調節系統故障率最低可降至2 次/月。

2 原因分析

2.1 環境因素

根據輔助鍋爐技術規格書A 版，調節閥使用環境溫度要求（5～40）℃，統計2017 年9 月至2018 年9 月調節閥環境溫度最高溫、最低溫和平均溫度均在（5～40）℃，環境溫度滿足調節閥所要求溫度，排除環境溫度超限引起調節閥故障。統計2017 年9月至2018 年9 月調節閥環境濕度最大值和平均值均＜79%，環境濕度滿足調節閥所要求的環境濕度，排除因環境濕度超限引起調節閥故障。因此得出，環境因素不是造成水位調節閥故障率高的主要原因。

2.2 參數設置

電鍋爐系統設計手冊規定直徑＞200 mm 的管道相關閥門對應的行程時間≤9 s，內筒給水調節閥0XCA203VA 由鍋爐水位單沖量控制，為PI 調節器，控制原理見圖1。控制器PLC 屏顯示參數：K=3.2，Ki=540，Kd=0；調節器性能參數見表1。

圖1 鍋爐工作原理

表1 水位調節PID 參數

閥門0XCA203VC 直徑215 mm，系統設計手冊規定閥門0XCA203VC 其直徑對應的行程時間≤9 s，調節器參數設置錯誤，使閥門響應時間達10 s，大于該閥門直徑對應的行程時間（9 s），不能滿足系統設計手冊的設計要求。

綜上，確定調節器參數設置錯誤是導致6 kV 電鍋爐水位調節系統故障的要因。

2.3 閥門選材

查閱設備運行維護手冊，確認閥門工況。輸送介質：高溫熱水（pH 8.5～9.5），介質溫度：213 ℃，工作壓力：1.6～1.8 MPa；同時，閥體、閥蓋和閥瓣由于直接承受介質壓力，所以該零部件的選擇，必須符合“閥門的壓力與溫度等級”的規定。常用材料如碳素鋼、不銹耐酸鋼、可鍛鑄鐵等都能夠滿足要求。

閥門選材為CF8M，美國標準中的鑄造不銹鋼。CF8M 相當于我國ZG0Cr17Ni12Mo2，對應型材為316 不銹鋼。CF8M 比CF8 多2%的Mo，2%的鎳Mo 在奧氏體不銹鋼中的主要作用是提高鋼的耐還原性，介質的腐蝕性能和耐點蝕、耐縫隙腐蝕等性能，含有Mo 使其在硫酸、醋酸、磷酸等介質中都比CF8 強。

綜上，閥門選材滿足閥門正常工作要求，不是水位調節閥故障率高的主要原因。

2.4 減壓閥調節性能

根據輔助鍋爐竣工文件可知，水位調節閥所需壓縮空氣壓力為0.58 MPa，減壓閥后壓力應滿足此標準。水位調節閥氣動裝置參數顯示，閥門所允許的壓縮空氣最大壓力為1 MPa。

現場統計了5 次水位調節閥動作時，減壓閥后壓力的最低值以及恢復至0.58～1 MPa 區間所需要的時間見表2。可以看到，減壓閥后壓力在下游用氣時，最低壓力不能滿足水位調節閥的用氣要求，且恢復時間較長，閥后壓力波動大，不滿足要求。

綜上，可以確認減壓閥調節性能差是水位調節閥故障率高主要原因。

表2 減壓閥壓力最低值恢復時間

2.5 水位測量儀表

電鍋爐選用的液位計為 KROHNE 公司生產的BM26BM26A 型液位計，查閱該公司向海南核電公司提交的使用說明書及安裝說明書，并結合電鍋爐就地安裝與實際使用情況作出以下分析。

液位計主要技術參數：技術成熟；泄漏風險小；溫度范圍：（-200～+300）℃/（-325～+570）℉；壓力范圍：（-0.1～12 MPa）/（-14.5～1740）psig；浮動材料選擇：316L，316 Ti and Titanium；被EEx I 和EEx d 批準應用；應用范圍包含工業鍋爐。

由于不能排除某只液位計故障的因素，故現場依據就地液位計實時液位讀數與液位開關觸發的高低液位報警值進行對比（正常水位29%～89%折合就地液位948～2910 mm）。經過詳細分析并結合相關技術部門提供的儀表校核分析報告，各個液位報警觸發值與真實值的誤差均在±10 mm 的規定內（此標準出自Krohne BM26A 的產品說明書），沒有因為測量儀表不精確而引起水位調節故障的情況出現。

綜上，該因素不是電鍋爐水位調節系統故障的主要原因。

3 制定對策

3.1 調節器參數設置錯誤的整改

針對鍋爐給水調節閥調節器參數設置錯誤制定2 個處理方案（表3）。對比A，B 方案，B 方案成本較高，實施方案A 增加了鍋爐輸出功率和鍋爐內部壓力2 個參量，使調節器成為3 沖量的PID 調節器，可以有效避免調節器無微分環節而調節緩慢的缺點。故選擇方案A 執行。

表3 調節器參數設定處理方案

3.2 減壓閥調節性能差的整改

針對減壓閥調節性能差制訂2 個解決方案（表4）。對比2個解決方案，方案A 可以永久性解決問題，但投資較大，且更換閥門時鍋爐須處于檢修狀態，而正常運行工況下，鍋爐須處于熱備狀態，不予采用。方案B 實施簡單，且成本幾乎為0，對機組狀態影響較小。故選擇方案B 執行。

表4 減壓閥參數設定處理方案

4 結論

綜合以上故障率的計算及相關原因分析，剖析系統異常狀況，通過對6 kV 電鍋爐水位調節系統故障進行理論分析及現場驗證，找出導致電鍋爐水位調節系統頻繁故障的主要原因，根據設計文件及運行經驗制定減少閥門動作時間以及改善減壓閥調節性能的措施，從根本上減少6 kV 電鍋爐跳機次數。