M701F机组停机过程中压旁路阀动作异常原因分析及控制优化

M701F机组停机过程中压旁路阀动作异常原因分析及控制优化

郝永红

广东惠州天然气发电有限公司设备部

摘要 ：汽机旁路系统对于机组安全运行，尤其是机组启动、停止阶段及事故处理过程都发挥关键作用，旁路系统的故障处理就显得非常重要。本文针对我厂一期M701F3机组中压旁路阀的常发性故障进行简要分析，并对故障现象进行剖析，对不同故障现象提出相应解决方案，对以后处理类似故障提供参考。

关键词： 旁路系统 故障分析 解决方案

一、设备概况

我厂一期燃气轮机联合循环电厂余热锅炉系统有高、中、低压3个汽水系统，对应于这3个压力级别的主蒸汽，汽轮机旁路系统分别设置有高、中、低压旁路阀门各一个，均按100％工况下最大蒸汽流量设计。汽轮机旁路系统的作用是在机组启停和甩负荷时，保证锅炉最小负荷的蒸发量，防止余热锅炉再热器、过热器干烧，保护再热器和过热器；在甩负荷和紧急停机时，旁路阀快速打开，排出锅炉内蒸汽防止锅炉超压；另外，在机组启动过程中通过旁路系统可以加快启动速度，改善启动条件，使蒸汽参数与汽缸金属温度相匹配，从而提高机组运行的安全性和灵活性；在机组异常情况下为了保护凝汽器，旁路阀配有快关功能。

我厂一期机组的高、中、低压旁路阀均采用美国CCI公司的DRAG阀，配备同厂家的STI电位器式阀门位置反馈装置和带I／P气动放大器的阀门定位调节部套。机组投运至2010年，旁路阀门经常出现故障，这主要表现在以下几个方面：

1)若阀门长时间保持同一位置不变，当对阀门进行操作时，经常会发生阀门 拒动故障；

2)偶尔出现误动现象；

3)位置反馈经常出现漂移。

针对旁路阀经常出现的故障问题，经过热控专业技术委员会研究，决定将汽轮机旁路阀门现有的机械式执行器换型为ABB厂家智能型执行器TZIDC。该智能型执行器主要为解决传统控制器调试时问长、体积大、控制精度不高设计的，可以较好的解决以上问题；同时，智能执行器配有模块化的阀位反馈变送器和行程开关，便于后续的调试和维护。

TZIDC执行器是一种具备通信能力、可进行电子配置参数的执行器，设计小巧紧凑，采用模块化结构，能通过终端控制元件相匹配的控制参数由智能执行器自动确定，节省原来大量的调试时间并达到最优化控制。

TZIDC执行器具有良好的气动性能，带有后置气动放大器的I／P模块来控制气动执行机构，执行机构增压或减压是连续的，可以达到良好的控制效果。采用智能控制系统，执行器内置操作面板，便于调试和运行监控，取代了过去机械式定位，增加了执行器的稳定性和精确度。

TZIDC执行器输出控制气量较小，不易控制需气量大的气动执行机构，需在控制气路中加装二级气动放大器来保证控制时间。通过对旁路阀执行器及I／P模块、气体部套件升级改造和后续的控制逻辑优化，保证了旁路阀在机组起停过程中正常动作，并减少了旁路阀动作对锅炉汽包水位变化的影响，保障了机组安全运行和顺利启停。

二、故障概述与处理

2021年1月4日以来，我厂一期机组相继出现中压旁路阀卡涩故障，阀门指令与反馈偏差大报警，经过检修人员对故障现象的分析，对设备元器件的排查，更换阀门部件，彻底解决一期机组旁路阀的故障缺陷。

2.1 第一次故障概述与处理过程

2021年1月4日，#3机正常停机降负荷至41MW时，中旁从51%开度反馈突然变为0，而此时中旁的自动指令为100%，中压主蒸汽压力快速上涨。运行人员立即手动关小高旁，打开中压炉侧疏水阀泄压，同时手动将中旁全关，尝试重新给5%指令，中旁可正常开启，反馈与指令一致，现场未见卡顿，随后通过高旁和中旁将压力调整至正常。机组解列后，运行人员试验中旁各个开度，指令与反馈均正常，现场无卡顿现象。查看事件记录与报警，除中旁全关时报“中旁偏差大”报警外，无其他异常报警。

热控人员进厂检查，阀门就地面板无报警，检查气源、接线、定位器正常，阀门重新定位正常。中旁走行程过程中，DCS上指令与反馈正常，就地阀门动作顺畅，检查中旁控制器输出正常，经研究分析，怀疑中压旁路阀气缸压力过低有可能会导致阀门快关，将#3机中压旁路阀气缸压力设定值由0.6MPa调大至0.62MPa，压力调整后，试开关中旁，动作正常，暂时未发现中旁故障原因。

图1、机组停运时中旁开阀过程中50%开度左右时快关（此时指令为继续开大）

2.2 第二次故障概述与处理过程

2021年1月6日，#3机正常停机过程中，机组负荷135MW左右，高旁正常开启，中旁压力达到设定值后，发现中旁开启指令开始上涨，但反馈一直为0，DCS上报“中旁指令反馈偏差大”报警，判断为中旁卡涩。运行人员立即将高旁和中旁切至手动，同时到现场检查中旁情况，发现中旁在全关状态。运行人员通过手动调节高旁开度，并开启高、中压炉侧疏水及再热蒸汽电磁泄放阀调整高、中压系统蒸汽压力，将机组安全停运。中压系统泄压后，手动试开关中压旁路阀，阀门仍旧未动作。

热控人员进厂检查，阀门执行机构未发现异常情况，为了排查故障缺陷，尝试更换#3机中旁定位器、电磁阀，调试均正常，待机组下次启停再观察。

图2、机组停运时中旁开阀过程中指令开始上涨，反馈为0（此时阀门未动作）

2.3 第三次故障概述与处理过程

2021年1月8日，#3机正常停机过程中，机组负荷140MW左右，高旁正常开启，中旁压力达到设定值后，发现中旁开启指令开始上涨，但反馈一直为0，DCS上报“中旁指令反馈偏差大”报警，机组安全停运后，配合运行人员对中压系统泄压，手动试开关中压旁路阀，阀门动作正常，0%~5%行程动作过程中稍微有卡顿现象，5%~100%行程动作顺畅。

热控人员检查阀门执行机构和相关热控仪表设备，未发现异常情况，查询阀门控制逻辑，并对比一期三台机组的中旁控制逻辑，均一致，未发现异常。

图3、机组停运时中旁开阀过程曲线

2.4 第四次故障概述与处理过程

2021年1月9日，#3机启机前，中压系统注压完成后，运行人员试开关中压旁路阀，就地检查阀门动作正常，就地与远方反馈一致；#3机启动过程中，机组转速升速至2700rpm左右，#3机中压旁路阀指令在35%左右不变时，中压旁路阀反馈由33.6%缓慢下降至0%，就地检查#3机中压旁路阀缓慢关至全关。

热控人员经过故障分析，更换中旁锁位阀（稳定气缸上下缸仪用压缩空气气压）和一级放大器，试开关阀门正常，机组启动过程中阀门自动状态下动作正常；

三、故障分析

在#3机中旁卡涩缺陷处理过程中，中压旁路阀先后出现了多种现象，我们针对每种现象进行分析，经过检修人员对故障现象的分析，对设备元器件的排查，更换阀门部件，彻底解决一期机组旁路阀的故障缺陷。对于我厂机组旁路阀的故障处理的思路是：分段排查、由易到难。

在中压旁路阀故障处理过程中，热控人员先后尝试提高执行机构气缸压力，将气缸压力设定值由0.6MPa调至0.62MPa，使压缩空气压力增大，提高阀门开启动力。经过逐步排查，更换了新的阀门定位器和供气电磁阀，旧的定位器和电磁阀校验正常，排除定位器和电磁阀的问题。因仪用压缩空气由定位器给出，经过一级放大器和二级放大器，然后作用于气缸，我们更换了新的一级放大器；针对阀门25%快关，怀疑气缸锁位阀（锁定气缸内压力，稳定气压）故障，更换了新的锁位阀，机组启动过程中自动状态动作正常。

经过这次中压旁路阀的故障处理，从阀门控制角度出发，对于类似故障的分析处理，我们主要从以下方面逐步排查：

四、结语

在中压旁路阀故障处理过程中，通过我们的研究和探讨，对于我厂现有的旁路阀的维护，我们可从以下两方面考虑：

1、可以采购新型定位器（仪用压缩空气压力可达1mpa），提高气缸仪用压缩空气，为阀门执行机构提供更大动力，同时可可保证控制的精准度和快速性。

2、根据机组检修计划，逐步更换气缸密封件。据了解，我厂高中低旁气缸密封件至投产以来未更换过，CCI厂家建议气缸密封件在一个大修周期（6年）应该更换。自我厂一期机组投产以来，旁路阀气缸一直运行正常，厂家对气缸密封性检查均合格。考虑到旁路阀气缸密封件昂贵（约8万一套），是否考虑更换，需要专业技术委员会研究。

作者简介：郝永红，34岁，男，2013年参加工作，热控工程师。