摘要:介绍了神华国能哈密电厂4台机组高压旁路控制部分普遍存在的问题，针对这些普遍存在的问题，提出了旁路控制系统优化方案，优化后显著改善了哈密电厂机组启停中的安全性、可靠性，解决了困扰该厂长久以来的难题，同时对发生的高频大幅度振荡现象进行了分析，制定解决方案。
关键词：高压旁路控制;系统故障分析；阀位反馈
1 引言
神华国能哈密电厂为4×660MW超临界燃煤机组，机组的基本情况如下：锅炉为上海锅炉厂生产的超临界、四角切圆燃烧、紧身封闭、全悬吊钢结构塔式炉，型号是SG-1913/25.4。汽轮机是东方汽轮机厂设计的一次中间再热、三缸四排汽、凝汽式直接空冷机组，型号是NZK660-24.2/566/566，配置两台50%汽动给水泵，小机间接冷却；配1套高压旁路装置，2套低压旁路装置。汽机采用高、低压二级串联旁路系统装置，即主蒸汽通过高压旁路，经再热蒸汽管道进入锅炉再热器，再热器出口蒸汽通过低压旁路而流入空冷凝汽器。高压旁路系统装置由1套100%容量的高压旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成。旁路系统的容量为40%BMCR。高旁阀是德国宝马阀产品，型号是BMF-1，高旁阀的控制机构为西门子智能分体式定位器。
2 旁路系统的作用
机组在冷态、温态、热态、极热态起动时，控制汽机主汽、再热蒸汽进汽压力，以适应汽机在各种工况下的启动要求，实现汽机冲转、带初负荷、切缸直至带满负荷，缩短机组启动时间和减少蒸汽介质损失，减少汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。停机时，锅炉产生的新蒸汽经旁路减温、减压后进入凝汽器，回收工质；另外，电网故障时，通过旁路系统的能量转移，机组可带厂用电甩负荷运行。
3 事故概述
哈密电厂4台机组转商业运营以来，机组启动过程中，若干次因为高旁阀突发的高频振荡，导致反馈连接部分变形、脱落，致使就地反馈故障，造成阀门不可控，给机组的启动及安全带来极大的安全隐患。电厂4台机组168投运以来，高旁阀反馈器故障情况统计如下：
2015年3月6日，4号机组机组启动过程中，反馈连杆脱落，高旁阀频发振动，无法控制，导致跳机；
2015年4月17日，3号机组启动过程中，反馈器故障，远方无法操作，伴着强烈的噪音和极大的风险，就地控制，完成切缸操作，险些跳机。
2015年5月21日，3号机组启动过程中，高旁阀故障，远方无法操作，机组打闸。
2015年6月3日，1号机组跳机，高旁阀反馈连杆断裂，高旁阀无法操作，险造成锅炉超压。
例子：3月6号11：04，高旁阀反馈60%，运行正常，主给水流量659t/h，阀前压力6.78MPa，阀后压力0.9MPa，阀前温度465，阀后325，11：15分，阀位开度到65%，主给水流量699t/h，阀前压力6.66MPa，阀后压力0.9MPa，此时高旁阀出现反馈异常。热工人员就地检查发现，高旁阀活塞杆上下抖动，抖动频率较高，幅度也较大，范围大概在20%左右。11:50，高旁阀反馈70%，主给水流量637t/h，阀前压力7.76MPa，阀后压力0.9MPa，阀前温度506，阀后381，高旁阀的反馈单元承受不了突发的高频大幅振荡带来的破坏力，致使反馈杆与阀门连接处脱开，DCS无法远方控制，机组跳闸。
4 原因分析
哈密电厂4台机组高旁阀都存在共性问题，都是调节阀在操作时，管道的高频振动和阀杆漏气温度过高等因素，引起了阀门反馈器故障，导致阀门无法远方操作。通过多次高旁阀的异常情况分析，得出如下结论：一是高旁阀体的高频振动，导致反馈接受器连接杆脱落，造成指令、反馈偏差，无法远程操作；二是因为环境温度较高，对电子元件造成较大影响。反馈接受器的极限温度时80度，但实测温度都已经超过90度，长时间高温，电子元件承受不了高温影响，导致故障。
4.1 由于蒸汽管道安装时，在管道的布置上存在入口弯管，阀前1.5米和阀后2米左右各有一个垂直弯管，在汽液混合后增加了对整个管道的冲击，特别是阀后短管道过短，造成水冲击阀后管道弯管处，大大增强了管道的震动。
4.2 高旁蒸汽管道上没有大的支撑，只有一组悬吊，在较多弯管存在的基础上，一组悬吊显然不足够稳定管道，管道也会产生强烈的震动。
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4.3 从调节阀的使用和理论分析可以证明，诱发调节阀振动和噪声的因素有很多，这些因素互相影响，很多又同时发生，这就使得高旁阀减震和降噪更为困难，需要结合阀门的材质、结构、工况不同等进行综合考虑。
电厂4台机组高旁阀型号完全一样，但在施工安装时稍显不同。3、4号机组低压旁路控制柜到阀门气缸的连接管道，在安装时被延长到了大于7米的距离且管道尺寸由原来的30mm变径为24mm的管道。由于控制柜到气体压缩性较强，且延长管道对定位器给予阀门的指令响应时间也发生了变化，造成气缸内的压力波动较大，而阀位的动作皆由上下气缸的气压控制，所以气压控制的不稳定性也导致了阀门的大幅振动。
4.4 电厂曾于2015年4月对2号机组的西门子反馈器进行了改造。为减少因为高频振荡带来的反馈大幅波动，将与高旁阀相连管道固定的同时，把反馈器的固定支架延长15cm，避开高温区。为防止反馈杆与阀门连接杆脱开，在反馈杆尾部加了一个高温淬火的铜垫片，保证连接处不脱开的同时，又能有效无阻滞的滑动，通过这些改造方式，以期达到较好的控制效果，但实际上仍多次出现反馈故障的情况。
2015年3月，4号机组高压旁路反馈连杆震落，从在发生管道剧烈震动，调取了反馈杆震脱落时的2组运行参数：阀前压力7.4、8.1MPa，阀后压力为0.93、0.92MPa，阀前温度为503、508℃，阀后温度为374、382℃，阀门开度在70.2%、70.15%。
在此参数工况下运行时，并未超过技术协议规定的压差范围。按照原设计的要求，阀门设计成3级减压完全满足运行要求，但阀后压力较低，造成蒸汽通过阀门的流速将增加，导致阀门超标准的高频震动。
综合以上情况及理论分析，排除了阀门本身调节回路出现故障的可能性，那么在机组启动过程中，多次发生反馈连接部分变形，脱落情况，就只能是多个因素共同作用的结果。
5 解决方法
要避免阀门动作引起的管道高频振动，从以下几个部分进行了改进，来改善高旁阀的控制：
1)改变高旁阀气源回路的布置。在3、4号机组检修期间，对高旁阀的气源回路进行了改造，恢复原设计，高低压旁路控制柜到阀门气缸的连接管道控制在6.6米，且管道尺寸由原来的24mm变径为30mm，这样就排除了高旁阀气动控制回路对阀门本身调节造成影响。
2)加强管道的固定支撑。在高旁阀阀前阀后管道增加机械固定，以减少蒸汽和汽液混合段对管道弯管的冲击。
3）重做高旁阀的保温。在蒸汽通过高旁前做好保温，防止阀门内外温差对阀体材质的损伤，同时减少阀门反馈器的电子元件，在较高温度环境里运行，导致电子元件本身问题造成的阀门无法操作。
4）调整运行参数，改进喷水减温装置。在机组启动时按要求参数运行，通过控制阀前后的压差、温差，增加减温水的调节，以减少阀门因前后参数差异较大，而引发的高频震动。减温水由下腔底部喷入，不与阀体直接接触，喷在多孔笼罩内，保护阀体并减少交变应力，使汽水混合降温效果良好；出口处设节流孔板，将主蒸汽降至符合再热冷段蒸汽设计要求，保持再热蒸汽温度和压力稳定；扩大高旁阀出口管径，使蒸汽扩容后与减温水充分混合使阀后温度能控制在260度左右。
5）对执行机构控制部分进行改造。实际运行中，高旁阀本身也存在振动，阀门刚动作，介质流速急剧增加，调节阀前后压差急剧变化，引起阀门带动管道的振动。原宝马阀配套使用的定位器为分体式西门子定位器，反馈器与阀门杆连接部分通过弹簧来压紧，运行时多次出现反馈部分脱开的现象，从而间接引发系统的振荡。电厂将分体式控制器更换为了费希尔分体式定位器，阀位反馈采用非接触式测量，避免了易松动的硬性机械连接故障，适用行程加大，维护量降低，很好的解决了现场存在的问题，实现了定位控制和状态监测、故障诊断的预测性维护。
6 效果检验
完成上述六个方面的改进之后，在后续的机组启停过程中，高旁阀的调节基本稳定，动作及时，未再出现阀门带动管道的异常振荡情况，同时宝马阀厂家，也吸取了此方面的经验教训，对控制器进行了改进，采用了新型的非接触式的费希尔定位器，实现控制的稳定性。
7 结束语
哈密电厂1-4号机组高旁阀调节与管道介质的振动产生共振，造成执行器的高频震荡。反馈单元承受不了如此大幅度的振动，最终脱落、变形、断裂，反馈故障后阀门无法操作，曾深深困扰着电厂方，每次机组启停时都是一个不小的难关，经过逐渐的摸索，对旁路系统进行适当优化改造，使电厂旁路系统控制更加稳定，缩短机组启动时间及甩负荷后并网时间，从而最大程度提高机组运行的经济性和安全性。
论文作者:张君毅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/20
标签：机组论文; 旁路论文; 反馈论文; 阀门论文; 管道论文; 哈密论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2017年第13期论文;