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汽机轴封暖管调节——粤电新会电厂燃机APS规划与设计(八)

2022-12-05 09:40来源:北极星电力网作者:莫真荣 王立地关键词:APS粤电新会电厂王立地收藏点赞

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“复合变量”的热工系统实现顺序控制“一键启停”,有较高的技术难度,所谓的复合变量指的是在一个热工控制系统中,既有开关量又有模拟量。开关量和模拟量是两种特性完全不同的过程参量,单纯的开关量控制一般的都是采用条件逻辑,或者是条件逻辑加时序控制。模拟量调节通常采用PID算法,在电厂的热工控制系统中,调节离不开PID,但PID却不是万能的,常规PID回路调节的工作方式限制了顺序控制的“一键启停”。从某种意义上说,APS成功与否取决于热工系统顺控的“一键启停”,而热工系统顺控的“一键启停”又取决于热工系统中模拟量调节回路能否与开关量顺序控制“无缝衔接”。所以,我们也可以认为,具有和开关量无缝衔接的模拟量调节回路才是APS成功与否的“关键先生”。

新会电厂燃气—蒸汽联合循环机组APS项目,设计了一种智能化的模拟量调节回路,能够实现开关量和模拟量的“无缝衔接”,成为机组APS的基础逻辑。智能化的模拟量调节回路除了保持原有的PID算法,增加和融合了“三态式切换”、“随动定值”和超驰控制功能,应用时,只需“一次硬手操”,其后“两次软逻辑”适时完成自动/手动切换,逻辑全程自动给定调节器定值以及超驰变换调节方式,使用者会体验到操作“傻瓜相机”的感觉。

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图1 汽机轴封系统图

机组中的设备会因为运行方式的改变而体现出不同的重要程度。同样是汽机轴封系统,同样是机组的辅助系统,同样在启停过程中应用,以DSS(每日启停)方式运行的燃气—蒸汽联合循环机组,启停操作比燃煤机组高出的频次以百次为计量单位。有些事物会由量变转为质变,毫无疑问,机组频繁启停事关汽轮机的运行安全和经济效益,汽机轴封系统的重要性在燃气—蒸汽联合循环机组的启停中突显出来。

新会电厂的轴封系统在机组较高负荷时转为自密封系统,机组启动过程中或较低负荷时,轴封蒸汽来自于轴封母管(均压箱),轴封母管的汽源取自辅助蒸汽或冷再蒸汽,通常情况下,以辅助蒸汽为主。

新会电厂的汽机真空系统已经实现了“一键启停”,轴封系统是真空系统“一键启停”顺序控制的充要组成部分。真空系统顺控的第一步对轴封系统的设备进行预置,关闭汽源,打开疏水;第二步,打开辅助蒸汽电动门,开始暖管;第三步,暖管完成,系统升压;其后,投轴封风机、启动真空泵单元顺控。从真空系统顺序控制的第一步,就有轴封系统的模拟量调节回路参与,轴封母管的溢流阀被超驰置位在100%。第二步轴封辅汽压力调节回路开始参与其中(参阅图2)直至真空系统顺控启动完成。

辅汽压力调节是一个单级PID闭环负反馈回路,由PID调节器、三态式智能切换器、随动定值给定逻辑和超驰控制等算法构建而成。

三态式智能切换器监视两个输入条件,“热工设备可用”和“工艺系统启动”,两个条件都满足,三态式智能切换器就将PID调节器的输出回来接通(至切换器T4的输入端)。如果“热工设备可用”而“工艺系统启动”条件不满足,调节回路提示“汽封母管压力调节在伺服(Stand—By)”。

“热工设备可用”条件来自调节回路的M/A站,需要人工“一次硬手操”,在DCS操作员站汽封母管压力调节操作面板上点击“自动”,逻辑自检以下状态均不存在,1)PID调节器输入偏差超差;2)汽封母管压力信号品质异常;3)调节回路输出与轴封辅汽调节阀位偏差高高;4)轴封辅汽调节阀电源消失。则,M/A站输出信号“热工设备可用”至三态式智能切换器。

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图2轴封压力调节原理图

“工艺系统启动”条件来自轴封系统设备的工作状态,是与开关量与模拟量交互控制的通道。当热工设备可用,满足工艺系统启动条件(条件相与),1)轴封辅汽电动门已在全开位;2)轴封辅汽调节阀阀位≥50%或轴封暖管已完成,调节回路投入“自动调节”。

超驰控制,由切换器T4、T5来实现。T4接受的设备指令有两条,来自真空系统顺控步序逻辑的第一步,是真空系统启动的预置指令。 1)置轴封辅汽调节阀阀位=0%; 2)全关轴封辅汽电动阀。符合任一条件,切换器T4接通YES端口,给定器赋值=0%,全关轴封辅汽调节阀。真空系统顺控的第二步发出指令开轴封辅汽调节阀,若此时轴封暖管尚未完成,给定器发出55%目标阀位,通过切换器T5和T6的YES端口发出轴封辅汽调节阀开至55%的指令(M/A站早在真空系统顺控启动前已经人工“一次硬手操”切换至自动,MODE=“1”,T6接通YES),加上真空系统顺控步序逻辑第一步已经打开的溢流阀(开度=100%)、均压箱疏水阀(全开位置)以及第二步打开的轴封辅汽电动阀(全开位置)构成了轴封母管的暖管通道,辅助蒸汽对轴封母管加热升温。

随动定值给定逻辑,利用切换器T1、T2、T3组合而成,对投入轴封母管的工况变化赋予随机变动的轴封压力给定值。暖管阶段(暖管未完成,触发器RS1输出=“0”)的轴封压力由切换器T2接通函数发生器FX2,轴封暖管压力给定在5kPa,暖管温度250℃时,轴封压力给定在10 kPa。FX2的轴封压力输出随轴封母管的暖管温度升高而增加。

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暖管过程中,汽封蒸汽母管压力调节回路维持汽封母管压力不超过10kPa。待汽封母管温度≥250℃、汽机低压汽封温度>90℃,暖管完成。其后,发出指令,全关汽封母管至疏水扩容器气动阀;按20%/分钟速率关闭汽封母管溢流阀,协助维持轴封母管压力稳定上升。汽封蒸汽母管压力≥10kPa,启动轴封风机。轴封加热器负压<-3kPa(表示轴封风机启动且已正常工作),启动真空泵单元顺控 。

暖管完成的信号自真空系统顺控逻辑发出,触发器RS1(只有一台轴封风机在运行,置零端=“0”)接到信号后输出=“1”,分别完成,1)令切换器T5接通三态式智能切换器;2)持续确保轴封压力调节回路工作在“自动调节”;3)切换T2接通函数FX2给定轴封压力。

真空泵启动后,凝汽器真空将上升,轴封母管压力由函数FX1给定,凝汽器压力= -60kPa,给定轴封压力35 kPa,凝汽器压力低于-60kPa后,切换器T1接通轴封压力调节回路的给定器,由人工设定机组正常工作时的轴封压力=40kPa。

函数FX3是真空系统顺控停运后轴封压力的给定值,运行中的真空泵停运触发RS2接通函数FX3,凝汽器压力从-92 kPa降至-2.5kPa,轴封压力给定在8 kPa。

以上就是轴封母管压力调节回路在真空系统“一键启停”顺控中起到的作用,我们看到,只是在真空系统顺控启动前利用DCS操作员站的轴封母管压力调节回路操作面板单击一次“自动”,手动设定一次轴封母管压力调节器的轴封压力给定值,其后的调节回路投“自动调节”,调节器的定值给定,调节回路执行机构的超驰控制,全部由DCS自行完成,实现了与真空系统顺控的开关量状态变化“无缝衔接”,真正地做到了真空系统顺控的“一键启停”。

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