某燃機抽氣閥異常開分析及措施

張 磊，代曉光，韓 君，楊冬茂，葉振江，王文彬

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

某燃氣-蒸汽聯合循環發電機組（以下簡稱燃機）于2011 年投產，主體設備為日本三菱重工生產的M701S（DA）燃機，機組額定負荷154 MW，主要燃料為高爐煤氣和焦爐煤氣的混合氣體，設計混合氣體燃料量約27 萬m3/h。該機組自投產以來，因為燃機附近高溫影響造成的設備劣化停機事故較多，如熱電偶劣化造成溫度偏差停機，氣動閥減壓閥膜片劣化造成氣源泄露導致執行機構異常動作停機，電磁閥線圈劣化導致的閥門異常動作停機等，其中就電磁閥線圈劣化造成的停機事故分析可供同行借鑒。

1 停機事故簡要經過

2020 年11 月14 日，該燃機壓氣機低壓抽氣閥異常打開，觸發停機保護動作，機組停機。停機時SOE記錄見表1。

針對表1 中SOE 首發報文“燃機壓縮機低壓抽氣閥異常開跳閘”，對此閥門進行故障排查。該閥的控制及氣路原理如圖1所列。

表1 停機時SOE記錄

由圖1可見，該閥門控制部分有DO 模件、DO 輸出繼電器、聯鎖繼電器、指令用繼電器，執行部分相對簡單一些，只有有電磁閥、速度控制器和氣缸。

圖1 低壓抽氣閥控制及氣路原理簡圖

氣路檢查無漏氣泄壓的明顯故障點。隨后對DCS 模件、DO 輸出繼電器、控制用繼電器、接線端子、閥門和各氣路元件進行了逐一排查，均未發現異常。排除氣路泄漏原因和DCS 模件原因后，對電磁閥進行了更換，機組正常開機運行。將換下的電磁閥設備進行線下詳細檢查。

2 線下試驗及故障確認

因該電磁閥在事故后仍然能夠正常動作，為排除電磁閥閥芯泄漏，首先在線下進行了密封性試驗。將電磁閥連接到一個體積約為20 L 的儀表用壓縮風緩沖罐上，封閉緩沖罐上其他接口，將緩沖罐視為閥門執行機構氣缸，電磁閥上電，通入壓力為0.6 MPa 的壓縮空氣，緩沖罐上壓力表顯示0.6 MPa，關閉電磁閥前氣源截門，保持30 min 后，緩沖罐壓力表顯示無變化，排除電磁閥閥芯泄漏的可能性。

參照《工業過程控制系統用電磁閥》（JB/T 7352-2010）6.9用電阻法進行允許溫度測量，為便于比對，同時測試的還有兩臺同型號電磁閥和一臺型號類似的電磁閥，并在線圈旁纏繞熱電阻進行了間接溫度測量，測試時間120 min，測試環境溫度24 ℃，記錄的各階段溫度比對結果如表2所列。

表2 4臺電磁閥線圈120 min通電過程中溫度記錄表

由表2 可見，故障電磁閥在剛上電的30 min 內較其他3臺電磁閥的溫升較快，后期溫升趨勢類似；120 min 通電溫升穩定后，溫度較其他電磁閥偏高6 ℃左右。

參照規范停電后立即測量電磁閥直阻，上電前后測得直阻結果如表3。

表3 4臺電磁閥通電120 min前后直阻記錄

由表3 可見，其他3 臺電磁閥的前后差值在0.8 kΩ 左右，而故障電磁閥的前后差值為1.4 kΩ，超過近一倍。

參照《工業過程控制系統用電磁閥》（JB/T 7352-2010）規范中提供的線圈溫升計算公式：

式中：

T——線圈溫升，℃；

R1——冷態電阻，Ω；

R2——熱態電阻，Ω；

t1——冷態電阻試驗環境溫度，℃；

t2——熱態電阻試驗環境溫度，℃。

規范原文描述是：由計算所得線圈溫升T加上所列組別工作環境溫度范圍上限值，即可算出線圈的最高溫度[1]。

故障電磁閥型號及參數如下。

型號NFHTXB316D024VMB；

制造商 阿斯卡（美國ASCO）;

電磁鐵線圈型號NF-M12-Ⅱ（防爆）；

介質壓力范圍0.035～0.9 MPa（氣體）;

設計工作環境溫度/線圈耐受溫度100/135 ℃。

由上述可知，該電磁閥工作環境溫度上限為100 ℃，設計線圈耐受溫度上限為135 ℃。

將表3測得的通電前后直阻值，代入公式（1）可計算出溫升T，加上工作環境溫度范圍上限值，4 臺被測試電磁閥線圈最高溫度如下：

故障電磁閥線圈最高溫度=T故+工作環境溫度上限

=[(1402/3037)×258.5]+100=219.3 ℃

A電磁閥線圈最高溫度=TA+工作環境溫度上限

=[(805/3073)×258.5]+100=167.7 ℃

B電磁閥線圈最高溫度=TB+工作環境溫度上限

=[(832/3044)×258.5]+100=170.6 ℃

C電磁閥線圈最高溫度=TC+工作環境溫度上限

=[(798/3127)×258.5]+100=166 ℃

由此可見，前述的上電前后的電阻差值（即R2-R1）越小，線圈的溫升（T）越低，在現場環境允許的情況下越不會超過電磁閥本身的耐受溫度，而我們試驗測試的這個故障電磁閥，其計算的最高溫度已經超過了銘牌上標注的耐受溫度很多。

對換下的電磁閥線圈進行檢查，線圈無變色，電磁閥上電后動作良好，接線端子無過熱變色的現象。所以，單從外觀和簡單的直阻檢查無法直接判斷出電磁閥的優劣。根據上述試驗結果，即可斷定該燃機低壓抽氣閥異常打開的主要原因是，電磁閥線圈性能劣化，導致閥門異常動作，造成異常故障停機。

3 措施及結論

機組更換電磁閥前，需要參考參照《工業過程控制系統用電磁閥》(JB/T 7352-2010)6.6 密封性試驗和6.9 用電阻法進行允許溫度測量，以檢測電磁閥的優劣。

機組大修時，對所有重要的電磁閥線圈常溫下測量比對電阻，常溫下線圈直阻超過標準值或低于標準值的，進行2 h 上電的允許溫度測量，確定是否需要更換。一般低于標準值的都存在匝間短路，需要更換，高于標準直阻較多的有可能影響線圈的電磁吸合力，也需要更換。