江蘇國信淮安第二燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司 吉 杰

引言

某燃?xì)怆姀S建設(shè)有兩套M701F4型分軸燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，機(jī)組于2015年底開工建設(shè)，在主輔設(shè)備招標(biāo)過程中吸收了燃煤機(jī)組及燃?xì)鈾C(jī)組的系統(tǒng)及設(shè)備優(yōu)化改造經(jīng)驗(yàn)，同時技術(shù)人員多方調(diào)研同類機(jī)組在基建和運(yùn)行中發(fā)生的問題并進(jìn)行了匯總，逐一對照進(jìn)行排查避免相似問題重復(fù)發(fā)生。

在成套設(shè)備安裝的過程中，發(fā)現(xiàn)多處系統(tǒng)設(shè)備邏輯及控制回路的設(shè)計(jì)違反了“二十五項(xiàng)反措”及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，技術(shù)人員在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下提出了優(yōu)化方案。下面對發(fā)現(xiàn)的隱患進(jìn)行簡述并提出優(yōu)化措施。

1 調(diào)壓站ESD緊急關(guān)斷閥電源回路優(yōu)化

1.1 調(diào)壓站系統(tǒng)概述及ESD緊急關(guān)斷閥的安全設(shè)置要求

燃?xì)怆姀S天然氣調(diào)壓站有入口單元、計(jì)量單元、分離單元、過濾單元、冷凝儲罐單元、加熱單元、調(diào)壓單元等部分組成，進(jìn)入電廠的管道天然氣進(jìn)行分離、過濾、加熱、調(diào)壓等處理。在廠外管道末站和入口單元之間配置有一只天然氣緊急關(guān)斷閥（Emergency Shutdown Device），簡稱為ESD緊急關(guān)斷閥。

ESD緊急關(guān)斷閥在燃?xì)怆姀S發(fā)生天然氣大量泄漏、火災(zāi)或其他緊急事件時，可快速切斷末站對電廠的天然氣供應(yīng)，保證電廠的安全。由于ESD緊急關(guān)斷閥是隔絕末站與電廠的天然氣傳輸唯一遠(yuǎn)操關(guān)斷閥，如果ESD緊急關(guān)斷閥誤動將引起全廠運(yùn)行機(jī)組的“非?！保虼嗽撻y門設(shè)置的安全性應(yīng)該是全廠最高級別的。

總結(jié)已投運(yùn)機(jī)組ESD緊急關(guān)斷閥發(fā)生過的異常及行業(yè)規(guī)范的安全設(shè)置要求，在調(diào)壓站設(shè)備采購中技術(shù)人員簽訂技術(shù)協(xié)議時嚴(yán)格設(shè)定ESD閥的規(guī)范要求。

a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)閉時間小于3秒。

c.為避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀用氣源失氣，導(dǎo)致ESD閥異常關(guān)閉，配置儀用氣儲氣罐，儲氣罐出口用雙路管道供氣。

d.儀用氣管路進(jìn)行伴熱和保溫，避免極寒天氣由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的儀用氣管路出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，導(dǎo)致ESD閥異常動作。

e.ESD緊急關(guān)斷閥設(shè)置遠(yuǎn)傳信號，傳輸閥門的狀態(tài)信號至集控室DCS。當(dāng)出現(xiàn)重大事故時，由DCS系統(tǒng)發(fā)出緊急關(guān)閉指令或在控制室操作事故按鈕，立即關(guān)閉ESD緊急關(guān)斷閥。

1.2 ESD閥冗余電磁閥配置氣路控制原理分析

ESD緊急關(guān)斷閥具有遠(yuǎn)方開啟、關(guān)閉功能，如圖1所示。當(dāng)遠(yuǎn)方開啟指令發(fā)出時，主路電磁閥與旁路電磁閥同時帶電，儀用氣源通過減壓過濾閥后，通過兩位五通的電磁閥工作位置、切換閥的自動工作位置進(jìn)入氣缸，推動活塞帶動閥門開啟。

當(dāng)遠(yuǎn)方關(guān)閉指令發(fā)出時，主路電磁閥與旁路電磁閥同時失電，電磁閥處于非工作位置，將氣路中的儀用氣排出。快速排放閥由于氣路與氣缸存在的壓力差動作，將氣缸氣體排出，活塞帶動閥門關(guān)閉。

當(dāng)主路電磁閥故障時，故障狀態(tài)有可能電磁閥由于某種原因失電或者是帶電時無法切換工作狀態(tài)，此時旁路電磁閥起到備用作用，儀用氣通過旁路電磁閥和切換閥進(jìn)入氣缸。當(dāng)旁路電磁閥故障時，主路電磁閥起到同樣的備用作用。所以氣路中配置兩個電磁閥，起到冗余作用。

工科院校科學(xué)規(guī)范、周密細(xì)致、合理可行的培訓(xùn)方案是新教師培訓(xùn)動機(jī)產(chǎn)生的直接誘因。工科院校的培訓(xùn)方案有必要向新教師廣泛宣傳，讓新教師理解、認(rèn)同、接納，以增強(qiáng)這一直接誘因的強(qiáng)度。

當(dāng)主路電磁閥與旁路電磁閥同時故障或失效時，可將切換閥切換至手動位置，開啟手動開關(guān)閥，將儀用氣源通過旁路直接進(jìn)入氣缸，使得閥門開啟。此種手段作為后備應(yīng)急手段，可緊急將閥門開啟。

圖1 ESD緊急關(guān)斷閥冗余電磁閥配置氣路圖

1.3 ESD緊急關(guān)斷閥電源回路安全可靠性及優(yōu)化措施

調(diào)壓站廠家提供ESD緊急關(guān)斷閥的控制原理圖如圖2所示。閥門開啟時：DCS系統(tǒng)發(fā)出“DCS打開入口ESD閥”開啟指令，繼電器9KA1、9KA2同時吸合，繼電器輔助接點(diǎn)9KA1-21、24和9KA2-21、24閉合，主路電磁閥和旁路電磁閥同時帶電，氣源進(jìn)入氣缸，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動閥門開啟，同時9KA1-11、14和9KA2-11、14將閥門開啟指令保持。

閥門關(guān)閉時：DCS系統(tǒng)發(fā)出“DCS關(guān)閉入口ESD閥”指令，繼電器9KA1、9KA2同時失電，9KA1-21、24和9KA2-21、24斷開，主路電磁閥和旁路電磁同時失電，氣缸氣源放氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動閥門關(guān)閉。

閥門緊急關(guān)閉時：集控室操作臺設(shè)置急停雙跳閘按鈕9PB2，同時按下使9KA3繼電器得電，9KA3常閉輔助接點(diǎn)11、12斷開，兩路電磁閥9KA1、9KA2同時失電，閥門關(guān)閉；就地控制盤急停按鈕9PB1，按下使電磁閥9KA1、9KA2同時失電，閥門關(guān)閉。

圖2 ESD緊急關(guān)斷閥控制原理圖

通過對電源回路圖的分析發(fā)現(xiàn)了多處設(shè)計(jì)隱患，針對這些隱患采取了優(yōu)化措施。

1.3.1 增加一路DC24V開關(guān)電源

電磁閥控制電源回路內(nèi)，只有一個DC24V開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源故障時，電磁閥會失電。

通過圖2分析，DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程開啟指令通過繼電器9KA1、9KA2同時吸合，主路電磁閥和旁路電磁閥同時帶電，閥門打開。由于DCS系統(tǒng)和閥門控制回路距離較遠(yuǎn)，該回路采用了多個繼電器、按鈕等電器元件的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)控制回路9-001到9-004中任何因斷線或繼電器故障都將導(dǎo)致開啟指令失去時，兩路電磁閥雖然冗余配置但是由于控制回路只有一路易引起閥門誤動。

1.3.2 修改控制回路

圖3 優(yōu)化后的ESD緊急關(guān)斷閥控制原理圖

在DCS系統(tǒng)中增加一路關(guān)閉指令，將原有的開啟繼電器9KA1、9KA2回路分開并聯(lián)，形成回路冗余配置，9KA1、9KA2只要有一路回路工作正常閥門可以正確動作，見圖3。優(yōu)化后在控制回路電磁閥、電源、控制回路都實(shí)現(xiàn)了冗余，可以確保ESD緊急關(guān)斷閥的正確動作。

2 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)差壓高快減負(fù)荷邏輯優(yōu)化

2.1 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)概述

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)是對進(jìn)入燃機(jī)的空氣進(jìn)行過濾，濾掉其中的雜質(zhì)，確保機(jī)組高效可靠地運(yùn)行。進(jìn)氣壓力損失對機(jī)組的效率及出力影響較大，粗略計(jì)算進(jìn)氣壓力損失（壓降）每增加1Kpa,燃機(jī)出力降下降1.54%，熱耗增加0.56%,排氣溫度增加1.7℃。因此進(jìn)氣壓力的測量是燃機(jī)性能的主要監(jiān)測和保護(hù)項(xiàng)目。

2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)壓差監(jiān)視及系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置分析

進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)置了多個壓力和壓差測量元件，包括初濾壓差（MBL01CP501），用于檢測進(jìn)氣過濾器初濾前后差壓，測量值超過設(shè)定值控制系統(tǒng)發(fā)出“初率濾壓差高報(bào)警”；精濾壓差（MBL01CP502），用于檢測進(jìn)氣過濾器精濾前后的差壓，測量值超過設(shè)定值燃機(jī)TCS控制系統(tǒng)發(fā)出“精率濾壓差高報(bào)警”；這兩個測點(diǎn)都是用于運(yùn)行人員監(jiān)測粗濾、精濾過濾器的性能做出運(yùn)行判斷。

系統(tǒng)還設(shè)置了進(jìn)氣道壓差變送器（MBL01CP 504），用于檢測進(jìn)氣過濾器精濾后壓力與大氣的差壓，當(dāng)測量值超過設(shè)定值(2.06KPA)，觸發(fā)控制邏輯信號快減負(fù)荷邏輯，機(jī)組快速減負(fù)荷來維持差壓。

進(jìn)氣系統(tǒng)同時設(shè)置三只進(jìn)氣道壓差開關(guān)（MBL 01CP601、602、603）,當(dāng)三個壓力開關(guān)的測量值有兩個開關(guān)的測量值大于開關(guān)設(shè)點(diǎn)值＞2.25Kpa，則觸發(fā)控制邏輯燃機(jī)“進(jìn)氣濾腔室差壓高”保護(hù)，燃機(jī)跳閘。

2.3 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)壓差系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置可靠性分析及優(yōu)化措施

通過對系統(tǒng)及測點(diǎn)分析，進(jìn)氣道壓差高保護(hù)跳閘通過三只差壓開關(guān)采用了三取二的保護(hù)邏輯，該保護(hù)方案的設(shè)計(jì)從取樣點(diǎn)到保護(hù)元件的設(shè)計(jì)及保護(hù)邏輯都符合《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》的要求。而進(jìn)氣道壓差變送器測量值作為運(yùn)行值班人員監(jiān)控的主要參數(shù)，采用了差壓變送器測量并送監(jiān)控畫面顯示，但是該測量值同時還作為機(jī)組在并網(wǎng)后高負(fù)荷段進(jìn)氣系統(tǒng)差壓高快減負(fù)荷邏輯的觸發(fā)條件。這個測點(diǎn)的異常，運(yùn)行人員將失去對進(jìn)氣道壓差測量監(jiān)視參考。而快減負(fù)荷的邏輯觸發(fā)條件采用單點(diǎn)保護(hù)違反了“二十五項(xiàng)反措”關(guān)于“主要保護(hù)信號，應(yīng)滿足采用三個互相獨(dú)立的一次測量元件和輸出通道，并通過三選二邏輯實(shí)現(xiàn)”的要求。

2.3.1 優(yōu)化措施

MBL01CP504差壓變送器相同位置增加兩個變送器MBL01CP505、MBL01CP506，將其測量值全部在畫面顯示作為運(yùn)行人員監(jiān)控依據(jù)，同時加入SOE點(diǎn)作為歷史事故追憶，見圖4。

對進(jìn)氣道壓差測量變送器MBL01CP504、MBL01CP505、MBL01CP506模擬量與定值2.03Kpa比較后三選二作為快減負(fù)荷的邏輯判斷條件。

圖4 燃機(jī)進(jìn)氣壓差測量圖

3 燃機(jī)跳閘油電磁閥控制優(yōu)化

3.1 燃機(jī)跳閘油系統(tǒng)概述

圖5 燃機(jī)跳閘油電磁閥現(xiàn)場實(shí)物圖

M701F4分軸燃機(jī)的跳閘油與潤滑油都取自燃機(jī)潤滑油箱，伺服閥的控制油來自于燃機(jī)的EH油箱。為了防止機(jī)組運(yùn)行中因部分設(shè)備工作失常而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，在跳閘油回油管道安裝有跳閘油電磁閥，電磁閥接收控制系統(tǒng)發(fā)來的掛閘或者跳閘信號，實(shí)現(xiàn)跳閘油的建立和釋放的功能，以達(dá)到機(jī)組的掛閘和停機(jī)的目的。在機(jī)組需要緊急停機(jī)時，電磁閥動作泄掉跳閘油，所有的關(guān)斷閥、伺服閥、控制閥因?yàn)槭チ颂l油而關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

為了防止機(jī)組運(yùn)行中因部分設(shè)備工作失常而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，在跳閘油回油管道安裝有跳閘油電磁閥，電磁閥接收控制系統(tǒng)發(fā)來的掛閘或者跳閘信號，實(shí)現(xiàn)跳閘油的建立和釋放的功能，以達(dá)到機(jī)組的掛閘和停機(jī)的目的。在機(jī)組需要緊急停機(jī)時，電磁閥動作泄掉跳閘油，所有的關(guān)斷閥、伺服閥、控制閥因?yàn)槭チ颂l油而關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

3.2 燃機(jī)跳閘油保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

跳閘油回油管路配了一只常帶電電磁閥（MBV04AA011），從圖5可以看到，在燃機(jī)天燃?xì)釬G閥站間設(shè)置了跳閘油電磁閥，電磁閥采用美國ASCO110V直流電磁閥，從電磁閥本身及三菱廠商的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),該電磁閥自身的可靠性還是比較穩(wěn)定的。

但是從煤機(jī)同類系統(tǒng)長時間的運(yùn)行考驗(yàn)，跳閘油回油管路配一只跳閘電磁閥還是出現(xiàn)了相當(dāng)多的誤動事故，因此都進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。為了提高跳閘系統(tǒng)的可靠性，重新設(shè)置了跳閘模塊，跳閘模塊設(shè)置4個相同的電磁閥，采用串、并聯(lián)混合布置。分為兩個通道，在機(jī)組跳閘信號發(fā)出，每個通道至少有一個跳閘閥打開，才能導(dǎo)致停機(jī)。這樣可以避免運(yùn)行中損壞或異常失電跳閘，同時還可以避免在閥門芯卡澀的拒動的風(fēng)險。

3.3 燃機(jī)安全油保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化措施

燃機(jī)安全油系統(tǒng)的優(yōu)化由于涉及到燃機(jī)控制系統(tǒng)的邏輯修改，在優(yōu)化溝通過程中雖然技術(shù)人員拿出了國家能源局的條文和行業(yè)規(guī)范要求廠家進(jìn)行修改，多次交涉但是外方始終堅(jiān)持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定沒有出現(xiàn)該電磁閥異常報(bào)告，不落實(shí)整改要求。主設(shè)備供貨廠家東方汽輪機(jī)公司由于沒有對控制邏輯修改的權(quán)限，技術(shù)人員只有根據(jù)現(xiàn)有的控制接線圖在不改變控制邏輯的情況下來對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

3.3.1 優(yōu)化措施

從圖5可以看出，需定制四取二的跳閘油跳閘模塊，增加MBV04AA012、MBV04AA013、MBV0 4AA014三個電磁閥，從連接法蘭處直接更換跳閘模塊，可以保證硬件的冗余可靠。對于四取二的安全油跳閘電磁閥進(jìn)行分組控制，MBV04AA011、MBV04AA012為一組采用系統(tǒng)中原有TRP SVR QG G1繼電器控制，MBV04AA011、MBV04AA0 12為一組采用增加TRP SVRQG G2繼電器來控制，達(dá)到控制元件分散的功能，保證了控制回路的安全可靠。

采用邏輯系統(tǒng)中原有輸出繼電器的備用點(diǎn)輸出接點(diǎn)及系統(tǒng)TCS輸出分列增加一只繼電器輸出，達(dá)到在邏輯不修改的情況下增加了系統(tǒng)的冗余性。

該方案的提出，通過與東方汽輪機(jī)廠了解在國內(nèi)分軸燃機(jī)優(yōu)化尚屬首次，方案存在需要訂制專用跳閘油模塊及跳閘油保護(hù)回路接線修改，還有方案的完整性及可靠性還需要評審，現(xiàn)只是作為參考方案逐步整改完善。