煤粉鍋爐主燃料跳閘保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用和改進(jìn)

楊 悅

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司儀控中心，上海 200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司熱電部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化熱電部)鍋爐裝置4#爐采用的是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&WB-410/9.8-M型鍋爐，該鍋爐原采用西門(mén)子公司的AK325系統(tǒng)。隨著分散控制系統(tǒng)(DCS)的迅速發(fā)展，上海石化熱電部選用HONEYWELL公司的PKS C300系統(tǒng)對(duì)4#爐進(jìn)行改造。在4#爐改造調(diào)試運(yùn)行中，DCS系統(tǒng)中的鍋爐主燃料跳閘(MFT)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)了許多問(wèn)題。文章對(duì)MFT保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)的不足和誤動(dòng)作的情況做了修改和加強(qiáng)，對(duì)發(fā)生MFT之后的的首出和報(bào)警做了分析和優(yōu)化。

1 MFT保護(hù)系統(tǒng)功能和簡(jiǎn)介

1.1 MFT保護(hù)系統(tǒng)的功能

當(dāng)鍋爐運(yùn)行發(fā)生緊急情況且對(duì)設(shè)備和人生造成危險(xiǎn)時(shí)，MFT保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)人工操作或保護(hù)信號(hào)指令，快速切斷進(jìn)入鍋爐爐膛的所有燃料，達(dá)到保證鍋爐安全運(yùn)行和保護(hù)主要設(shè)備的目的。

MFT信號(hào)直接作用于最后執(zhí)行對(duì)象。當(dāng)MFT信號(hào)觸發(fā)后，為切除進(jìn)入爐膛的一切燃料將動(dòng)作所有燃燒設(shè)備和有關(guān)輔助設(shè)備。MFT動(dòng)作后，如果不是送、引風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作的原因，則送、引風(fēng)機(jī)保持運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行爐膛吹掃，反之將延時(shí)打開(kāi)所有送、引風(fēng)機(jī)擋板，在全開(kāi)狀態(tài)下自然通風(fēng)不少于15 min。

在發(fā)出MFT的同時(shí)有首出記憶便于故障判斷和處理，一個(gè)MFT動(dòng)作后將閉鎖其他MFT信號(hào)發(fā)出。正常運(yùn)行時(shí)，一般不會(huì)同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)首發(fā)記憶。

4#爐設(shè)計(jì)的MFT主保護(hù)分別為：送風(fēng)機(jī)全停、引風(fēng)機(jī)全停、膛負(fù)壓高高、膛負(fù)壓低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全爐膛火焰喪失、燃料中斷、手動(dòng)MFT、點(diǎn)火延時(shí)。

1.2 MFT爐保柜介紹

DCS系統(tǒng)改造后的4#爐加入了MFT爐保柜，其主要作用是當(dāng)DCS系統(tǒng)崩潰時(shí)，可以通過(guò)MFT爐保柜去保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，確保能快速地實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行。

1.2.1 MFT的動(dòng)作

爐保柜內(nèi)分為兩部分：PART1為220 V直流供電，PART2為220 V交流供電(見(jiàn)圖1)。

圖1 爐保柜電源接線

KP是直流供電的部分的空氣開(kāi)關(guān)，KS為交流供電部分的空氣開(kāi)關(guān)，PB是鍋爐運(yùn)行操作臺(tái)上兩個(gè)手動(dòng)MFT按鈕，并聯(lián)接線，當(dāng)兩個(gè)按鈕同時(shí)按下時(shí)，16個(gè)繼電器動(dòng)作，MFT保護(hù)發(fā)生。MFTA、MFTB是鍋爐DCS中發(fā)出的脈沖保護(hù)信號(hào)輸出指令。當(dāng)DCS發(fā)出指令時(shí)，任一接點(diǎn)接通，16個(gè)繼電器動(dòng)作，MFT保護(hù)發(fā)生。

1.2.2 MFT的復(fù)位

當(dāng)發(fā)生MFT動(dòng)作時(shí)，圖1中16個(gè)MFT接點(diǎn)閉合。當(dāng)MFT動(dòng)作消失時(shí)，DCS發(fā)出脈沖指令，使1MFT RST接點(diǎn)接通，閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)，16個(gè)繼電器失電，繼電器復(fù)位。

16個(gè)繼電器相對(duì)應(yīng)所動(dòng)作的設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 MFT繼電器對(duì)應(yīng)

2 鍋爐主保護(hù)調(diào)試期間存在的問(wèn)題

2.1 爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓高高和爐膛負(fù)壓低低是鍋爐MFT的重要條件之一。在DCS監(jiān)視畫(huà)面中，采用三臺(tái)變送器，以4～20 MA的信號(hào)輸出作為3個(gè)模擬量的數(shù)據(jù)顯示在畫(huà)面中以方便運(yùn)行人員的監(jiān)視。量程范圍設(shè)置為+500～-500 Pa，而MFT的主保護(hù)以6個(gè)壓力開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為主保護(hù)的信號(hào)源，其動(dòng)作值分別為1 200 Pa和-1 200 Pa。

如果MFT是由爐膛負(fù)壓引起的，在查閱歷史報(bào)警記錄時(shí)，只能看到開(kāi)關(guān)量信號(hào)的翻轉(zhuǎn)，無(wú)法通過(guò)歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)查閱其到底是多少數(shù)值才動(dòng)作。因?yàn)楸O(jiān)視用的模擬量數(shù)值為+500～-500 Pa，達(dá)不到MFT動(dòng)作值的數(shù)值，所以無(wú)法判斷出其最終的動(dòng)作數(shù)值是多少。

2.2 MFT信號(hào)的觸發(fā)

圖2為原MFT動(dòng)作保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)。從圖2中可以看出：當(dāng)MFT發(fā)生時(shí)，其只有兩個(gè)DO輸出指令信號(hào)到爐保柜，即圖1中的1MFTA和2MFTA兩個(gè)觸點(diǎn)，表示在每個(gè)PART中，只有一副觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)動(dòng)作。這樣就大大降低了MFT保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

圖2 原MFT動(dòng)作保護(hù)的邏輯

2.3 全爐膛火焰喪失

全爐膛火焰喪失保護(hù)，取自2個(gè)油層和3個(gè)煤層的火焰探頭信號(hào)發(fā)出的火焰強(qiáng)度信號(hào)，每一層有4個(gè)火檢探頭，在DCS中以開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)火焰探頭檢測(cè)到一定的火焰強(qiáng)度信號(hào)后，DCS顯示著火信號(hào)輸出為ON，每一層取3點(diǎn)信號(hào)輸出ON后來(lái)判定每一層火焰是有火還是無(wú)火。

圖3是原設(shè)計(jì)AB油層判斷有火還是無(wú)火的邏輯說(shuō)明。當(dāng)火焰強(qiáng)度有瞬時(shí)的波動(dòng)或者干擾時(shí)，DI點(diǎn)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，馬上又恢復(fù)。但是判定無(wú)火條件已經(jīng)發(fā)出，這樣就會(huì)極大地造成由于假信號(hào)或者干擾信號(hào)等一些瞬時(shí)原因使MFT保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作，影響鍋爐的正常運(yùn)行。

圖3 原設(shè)計(jì)AB油層火焰判斷邏輯

2.4 運(yùn)行期間鍋爐MFT的發(fā)生

在4#爐DCS改造后試運(yùn)行期間，發(fā)生過(guò)兩次MFT保護(hù)動(dòng)作。

首次發(fā)生MFT保護(hù)動(dòng)作之后，查首出原因無(wú)記錄，SOE報(bào)警無(wú)記錄。檢查MFT首出記憶邏輯中10個(gè)MFT信號(hào)的組態(tài)報(bào)警設(shè)置為NONE，即表示沒(méi)有首出報(bào)警組態(tài)。修改報(bào)警設(shè)置把NONE修改為UNGER級(jí)別，檢查SOE卡板接線狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在10個(gè)MFT保護(hù)中引風(fēng)機(jī)全停、送風(fēng)機(jī)全停、以及點(diǎn)火延時(shí)這3個(gè)信號(hào)沒(méi)有接入SOE卡板。

第二次發(fā)生MFT之后，查首出記憶報(bào)警為“點(diǎn)火延遲”報(bào)警，查“點(diǎn)火延時(shí)”邏輯圖(如圖4所示)。觸發(fā)“點(diǎn)火延時(shí)”的條件是RS觸發(fā)器前面的“吹掃完成”條件，當(dāng)吹掃完成后，延時(shí)30 min，如果沒(méi)有任何“油層運(yùn)行”來(lái)復(fù)位RS觸發(fā)器，那么吹掃完成條件將一直出ON，會(huì)觸發(fā)“點(diǎn)火延時(shí)”MFT。發(fā)生MFT時(shí)，運(yùn)行根據(jù)工況停運(yùn)了油層，所以復(fù)位條件消失，延時(shí)30 min后發(fā)生MFT。

圖4 點(diǎn)火延時(shí)邏輯

3 改進(jìn)方案及取得的成效

3.1 爐膛負(fù)壓的改進(jìn)

為了能夠方便查閱歷史趨勢(shì)和報(bào)警以及實(shí)際的動(dòng)作數(shù)據(jù)，利于分析事故原因，把爐膛負(fù)壓中其中一個(gè)變送器的量程擴(kuò)展到-2 000～+2 000 Pa。

3.2 MFT信號(hào)的觸發(fā)的改進(jìn)

為了提高M(jìn)FT保護(hù)動(dòng)作的可靠性，在調(diào)試過(guò)程中，增加兩個(gè)DO輸出指令：去MFT爐保柜2A和2B繼電器，增加的兩個(gè)DO指令連接到1MFTB和2MFTB兩個(gè)觸電，使1MFTA和1MFTB在PART1中串聯(lián)接線，2MFTA和2MFTB在PART2中串聯(lián)接線(見(jiàn)圖5)。這樣在每個(gè)PART中，就有兩幅觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)冗余功能，確保當(dāng)MFT發(fā)生時(shí)，能在第一時(shí)間快速安全地實(shí)現(xiàn)主燃料切斷保護(hù)。

圖5 改進(jìn)后MFT保護(hù)邏輯

3.3 全爐膛火焰喪失的改進(jìn)

為了避免信號(hào)瞬時(shí)干擾導(dǎo)致的MFT誤動(dòng)作，對(duì)邏輯進(jìn)行了改進(jìn)，在所有火焰強(qiáng)度信號(hào)點(diǎn)的后面加上一個(gè)延時(shí)塊(見(jiàn)圖6)。延時(shí)塊的作用是屏蔽掉由于假信號(hào)或者干擾信號(hào)等一些瞬時(shí)原因使DI狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生的翻轉(zhuǎn)，此來(lái)提高火焰強(qiáng)度信號(hào)的可靠性，避免發(fā)生MFT誤動(dòng)作，提高M(jìn)FT主保護(hù)的準(zhǔn)確性。

圖6 改進(jìn)后AB油層火焰判斷邏輯

3.4 MFT的故障原因分析和改進(jìn)

3.4.1 原因分析

發(fā)生MFT后，追查原因，發(fā)現(xiàn)吹掃完成條件一直處于ON的狀態(tài)。查閱“吹掃完成”邏輯圖(見(jiàn)圖7)，只有當(dāng)MFT動(dòng)作發(fā)生時(shí)，才能使“吹掃完成”條件消失出OFF的狀態(tài)，這樣是極其不合理的。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，是不可能發(fā)生MFT動(dòng)作的，就是說(shuō)，在正常情況下“吹掃完成”條件一直出ON的狀態(tài)。

圖7 “吹掃完成”邏輯

追查原始設(shè)計(jì)圖紙(如圖8所示)。在原始設(shè)計(jì)中有MFT動(dòng)作和任意一個(gè)油角閥打開(kāi)的“吹掃完成”復(fù)位條件。

圖8 原設(shè)計(jì)“吹掃完成”邏輯

結(jié)合圖7分析可得：(1)當(dāng)滿(mǎn)足吹掃條件后，開(kāi)始吹掃。300 s后，MFT動(dòng)作條件依然沒(méi)有消失的話，那么“吹掃完成”失敗，現(xiàn)出OFF狀態(tài)。(2)當(dāng)鍋爐初期運(yùn)行時(shí)，吹掃完成后，只要有一個(gè)油角閥打開(kāi)，那么“吹掃完成”信號(hào)就會(huì)消失。只要在30 min內(nèi)一個(gè)油層投運(yùn)，“點(diǎn)火延時(shí)”就會(huì)消失。就算在鍋爐正常運(yùn)行了以后，停運(yùn)所有油層，因?yàn)椤按祾咄瓿伞睏l件已消失，所以不會(huì)發(fā)成“點(diǎn)火延時(shí)”MFT動(dòng)作。

根據(jù)追查，圖8邏輯中“任意一個(gè)油角閥打開(kāi)”的條件，是調(diào)試過(guò)程中調(diào)試組態(tài)人員誤刪除所致。

3.4.2 改進(jìn)方案

分析上述MFT發(fā)生的原因之后，可以對(duì)其進(jìn)行相對(duì)的改進(jìn)。

(1)恢復(fù)原始設(shè)計(jì)“吹掃完成”邏輯(同圖8)。

(2)對(duì)于引風(fēng)機(jī)全停、送風(fēng)機(jī)全停、以及點(diǎn)火延時(shí)這3個(gè)沒(méi)有進(jìn)SOE卡板接線的MFT條件，要求在這些邏輯圖中增加DO輸出指令。通過(guò)硬接線的方式，從DO卡板輸出接線到SOE卡板。這樣，在發(fā)生MFT動(dòng)作的時(shí)候，就可以在SOE中迅速查到報(bào)警記錄，便于對(duì)事故進(jìn)行分析和解決。

4 結(jié)語(yǔ)

MFT保護(hù)系統(tǒng)是鍋爐安全運(yùn)行的重要保障，因此在系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要考慮周全，每一個(gè)信號(hào)都不能忽視，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能出錯(cuò)。對(duì)于直接停爐的信號(hào)，應(yīng)該按“三取二”的方式選取。在修改條件的模擬試驗(yàn)結(jié)束后，一定要反復(fù)認(rèn)真檢查邏輯的正確性，并且把在試驗(yàn)中強(qiáng)制過(guò)的信號(hào)放開(kāi)，回歸原位。每次大修、消缺性檢修之后，一定要認(rèn)真校驗(yàn)參與MFT動(dòng)作條件的表計(jì)，仔細(xì)從事故追憶和報(bào)警系統(tǒng)中研究事故發(fā)生的原因，舉一反三，避免同類(lèi)事故的再次發(fā)生。