大亞灣核電汽機(jī)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥控制原理建議說(shuō)明
閱讀: 發(fā)布時(shí)間:2020-06-09
概 述 :
汽機(jī) GSS 系統(tǒng)為進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽進(jìn)行再熱和除濕,減少濕蒸汽對(duì)汽缸通流部件的水蝕危害,可以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥控制決定 GSS 系統(tǒng)的正常運(yùn)行功能,對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行間接產(chǎn)生重要影響。為后續(xù)機(jī)組控制、運(yùn)行及維修活動(dòng)提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持,詳細(xì)說(shuō)明了汽輪機(jī) GSS(汽水分離再熱系統(tǒng))二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥(GSS001VV/002VV)在機(jī)組各工況下的運(yùn)行控制原理、就地設(shè)備控制原理,并以某核電機(jī)組為例,對(duì)其進(jìn)行解析。
引言
汽水分離再熱系統(tǒng)主要功能是將高壓缸排汽送入 MSR進(jìn)行汽水分離和再熱[1] ,從而保證中壓缸和低壓缸進(jìn)汽帶有一定的過(guò)熱度,使得經(jīng)過(guò)低壓缸末級(jí)葉片的排汽濕度控制在 10%左右,減少濕蒸汽對(duì)汽缸通流部件的水蝕危害,可以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。而二級(jí)再熱壓力控制閥通過(guò)控制新蒸汽的流量對(duì)蒸汽進(jìn)行再熱和除濕,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及汽輪機(jī)運(yùn)行發(fā)揮重大作用。
1 汽機(jī)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)介
汽輪機(jī)汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥,由 1個(gè)主調(diào)閥(GSS001VV)和 1 個(gè)輔助調(diào)節(jié)閥又稱啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥(GSS002VV)組成。二級(jí)再熱汽源采用新蒸汽,來(lái)蒸汽母管,蒸汽流量由 1 個(gè)主運(yùn)行調(diào)節(jié)閥和 1 個(gè)啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制閥控制,主運(yùn)行調(diào)節(jié)閥用于負(fù)載運(yùn)行時(shí)向第二級(jí)再熱器提供新蒸汽。啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于:在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行期間,對(duì)進(jìn)入第二級(jí)再熱器的新蒸汽流量進(jìn)行控制;在核島運(yùn)行期間向新蒸汽供汽站提供蒸汽并用蒸汽對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱,以防止冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的熱沖擊。
2 汽機(jī)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥控制原理解析
2.1 二級(jí)再熱壓力控制調(diào)節(jié)閥投入時(shí)的控制原理
2.1.1 汽水分離再熱器暖管時(shí)
在汽水分離再熱系統(tǒng)投運(yùn)初期,首先需對(duì)加熱器管板進(jìn)行預(yù)熱暖管,暖管所需的蒸汽量較小,暖管時(shí)間大概為半小時(shí)。此時(shí)對(duì)二級(jí)再熱調(diào)節(jié)閥控制比較簡(jiǎn)單,當(dāng)暖管命令發(fā)送時(shí),對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制壓力值會(huì)自動(dòng)切到定值500KPa,其中二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥 GSS002VV 便會(huì)開啟一定開度。因二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥其中啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥 GSS002VV優(yōu)先于主調(diào)節(jié)閥 GSS001VV 動(dòng)作,故在暖管期間控制目標(biāo)較小,啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥本身調(diào)節(jié)即可滿足 500 KPa 壓力值,而主調(diào)閥 GSS001VV 此時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。
2.1.2 機(jī)組電功率較低時(shí)
二級(jí)再熱管板溫度在低于 120℃時(shí),機(jī)組可以冷態(tài)啟動(dòng);管板溫度高于 140℃,機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)。機(jī)組啟動(dòng)后二級(jí)管板溫度*可升至 280℃,通過(guò)函數(shù) f1(x) 轉(zhuǎn)換后,輸出壓力設(shè)定值*為 6.5MPa,而 6.5MPa 通過(guò)功率轉(zhuǎn)換函數(shù) f2(x) 可得為 730MW,即機(jī)組電功率在 730MW 之前,若函數(shù)壓力值 f1(x)>f2(x),如圖 2 所示。此時(shí) MAX 比較器選擇 f1(x) 一路進(jìn)行控制,即二級(jí)再熱器管板溫度測(cè)量值(記憶值)經(jīng)過(guò)函數(shù)發(fā)生器 f1(x) 計(jì)算出的壓力和二級(jí)再熱器壓力實(shí)測(cè)值的偏差經(jīng) PID 函數(shù)模塊運(yùn)算后輸出GSS001VV/002VV 的開度。
2.1.3 機(jī)組電功率較高時(shí)
當(dāng)機(jī)組電功率繼續(xù)上升過(guò) 730MW 時(shí),因?yàn)槎?jí)管板溫度此時(shí)已不會(huì)增加,故 f2(x) 函數(shù)設(shè)定輸出值便會(huì)大于 6.5MPa,即 f2(x)>f1(x),此時(shí) MAX 比較器選擇 f2(x) 一路進(jìn)行控制,即由汽機(jī)負(fù)荷(電功率)GRE012MY 經(jīng) f2(x)計(jì)算出的壓力設(shè)定值和二級(jí)再熱壓力實(shí)測(cè)值的偏差調(diào)整GSS001VV/002VV 的開度。但是不排除在 730MW 之前也會(huì)出現(xiàn) f2(x)>f1(x) 的情況,應(yīng)根據(jù)具體情況而定,此處只討論一般情況。
此外,有一異常工況:當(dāng) f2(x) 輸出值或 f1(x) 輸出值一直保持某一狀態(tài)不變 1 小時(shí)后,f1(x) 一路設(shè)定值會(huì)被切換為 1MPa,原因?yàn)闄C(jī)組在剛開始啟動(dòng)時(shí),處于暖管和低功率狀態(tài),二級(jí)管板溫度轉(zhuǎn)換的壓力值與功率轉(zhuǎn)換的壓力值是交替上升的,若長(zhǎng)時(shí)間處于某一路控制,例如長(zhǎng)時(shí)間處于二級(jí)管板溫度轉(zhuǎn)換一路控制時(shí),則代表二級(jí)管板溫度或功率一直未上升,代表機(jī)組狀態(tài)異常,故過(guò) 1 小時(shí)后將壓力切至 1MPa 使閥門動(dòng)作,提升機(jī)組狀態(tài)。此時(shí) f2(x) 輸出值與 1MPa 取較大值,與二級(jí)再熱壓力實(shí)測(cè)值的偏差決定GSS001VV/002VV 的開度。
2.2 一級(jí)再熱器隔離后的控制原理
當(dāng)一級(jí)再熱器隔離后,機(jī)組正常運(yùn)行期間,若一級(jí)再熱被切除后,按照機(jī)理不會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)行,但考慮到機(jī)組安全穩(wěn)定性,若一級(jí)再熱被隔離,勢(shì)必會(huì)對(duì)蒸汽參數(shù)造成一定影響,故安全考慮需降低一定功率。在一級(jí)再熱切除時(shí),函數(shù) f4(x) 計(jì)算方式較為適用此工況,f4(x) 計(jì)算方式簡(jiǎn)單,換算方式得出的壓力值不會(huì)因小幅度功率變動(dòng)而造成波動(dòng),特別適用于機(jī)組滿功率時(shí)切除一級(jí)再熱工況,所以此時(shí)控制由電功率測(cè)量值 GRE012MY 經(jīng)函數(shù) f4(x) 產(chǎn)生的定值和 0.5MPa 取高形成壓力設(shè)定值,壓力設(shè)定值與二級(jí)再熱壓力實(shí)測(cè)值的偏差決定 GSS001VV/002VV 的開度。
2.3 二級(jí)再熱器單獨(dú)切除后,重新投運(yùn)的控制原理
二級(jí)再熱器切除后(此處的切除是通過(guò) KG 塊將其正常切除,此時(shí)一級(jí)再熱依然正常運(yùn)行)。當(dāng)二級(jí)再熱再次投入時(shí),此時(shí)一級(jí)再熱器的壓力加上 0.1MPa 作為二級(jí)再熱器壓力調(diào)節(jié)閥的壓力設(shè)定值,壓力設(shè)定值與二級(jí)再熱壓力實(shí)測(cè)值的偏差決定 GSS001VV/002VV 的開度。因在二級(jí)再熱重新投運(yùn)初期,二級(jí)再熱壓力較低,在剛開始時(shí)壓力調(diào)節(jié)閥的控制由一級(jí)再熱壓力提供設(shè)定值,又因正常工況下二級(jí)再熱壓力比一級(jí)再熱壓力應(yīng)高出 0.1MPa,故取一級(jí)壓力加上 0.1MPa 作為*終壓力設(shè)定值,特別注意的是當(dāng)二級(jí)再熱器壓力與一級(jí)再熱器壓力之差大于 0.1MPa 時(shí)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào),壓力設(shè)定值重新由二級(jí)管板溫度或者電功率生成。當(dāng)二級(jí)壓力大于一級(jí) 0.1 MPa 時(shí),說(shuō)明二級(jí)已重新投運(yùn)*,機(jī)組進(jìn)行正常控制狀態(tài),故壓力控制設(shè)定值重新由二級(jí)管板溫度或者電功率生成。
在以上的 3 種工況中(暖管除外),函數(shù) F3(x) 通過(guò)積分器限制了二級(jí)再熱器壓力設(shè)定值的變化速率,使得二級(jí)再熱器壓力設(shè)定值在二級(jí)管板溫度及電功率變化時(shí),不會(huì)發(fā)生階躍變化,從而避免了 GSS001VV/002VV 開度的跳變。
2.4 隔離閥GSS111/211VV關(guān)閉時(shí)的控制原理
當(dāng) GSS111/211VV 關(guān)閉以后,濾波器內(nèi)置的選擇開關(guān)動(dòng)作,由二級(jí)再熱器的*壓力 GSS004MY 作為壓力設(shè)定值,從而使 PID 控制器的輸入信號(hào)為 0,其目的是保證 GSS001/002VV 的閥門開度維持在現(xiàn)有開度不變,即GSS111/211VV 的狀態(tài)改變不會(huì)使 GSS001/002VV 的狀態(tài)發(fā)生變化。當(dāng) GSS111/211VV 關(guān)閉以后,二級(jí)再熱管板被暫時(shí)隔離,但從機(jī)組整體控制上二級(jí)再熱系統(tǒng)未完全隔離,只有通過(guò) GSS801KG 或停機(jī)正常將二級(jí)再熱隔離后,GSS001/002VV 才會(huì)正常響應(yīng)關(guān)閉,故邏輯控制設(shè)計(jì)在GSS111/211VV 關(guān)閉時(shí),使 GSS001/002VV 閥門開度保持先前狀態(tài),再具體做下一步的響應(yīng)。
2.5 二級(jí)再熱器隔離后的控制原理
當(dāng)二級(jí)再熱器隔離,即 GSS801KG 置于 OFF 位時(shí),GSS001/002VV 會(huì)觸發(fā)保護(hù)關(guān)閉信號(hào),控制邏輯如圖 3 所示。
而正常工況下暖管命令控制器 GSS901KG 不會(huì)置于 ON 位,則當(dāng)二級(jí)隔離命令到達(dá)時(shí),壓力控制器中的第 2 個(gè)濾波器模塊中的選擇開關(guān)會(huì)動(dòng)作,開關(guān)選擇將置于二級(jí)調(diào)閥控制命令為 -5%(-5% 命令由上游控制塊在二級(jí)再熱隔離時(shí)給出)。此項(xiàng)為雙重保障,即使保護(hù)關(guān)命令失效,該路控制也可保障二級(jí)再熱調(diào)節(jié)閥(GSS001/002VV)處于關(guān)閉狀態(tài),避免閥門誤動(dòng)作。
2.6 汽機(jī)停運(yùn)后的控制原理
當(dāng)汽機(jī)跳閘后,與二級(jí)再熱器隔離控制原理相似,會(huì)直接使 GSS001/002VV 觸發(fā)保護(hù)關(guān)閉信號(hào)。而后第 2 個(gè)過(guò)濾器模塊的選擇開關(guān)動(dòng)作選擇二級(jí)調(diào)閥輸入控制命令為 -5%,使 GSS001/002VV 的開度一直維持在關(guān)閉狀態(tài)。
2.7 二級(jí)再熱手動(dòng)控制時(shí)的控制原理
當(dāng)二級(jí)再熱控制置于手動(dòng)時(shí),且 GSS901KG 置于 OFF位時(shí),第 2 個(gè)過(guò)濾器模塊的選擇開關(guān)動(dòng)作,此時(shí)選擇的控制輸出命令為閥門當(dāng)前開度值,使閥門跟蹤現(xiàn)有閥門的開度,保持閥門開度不變。
3 汽機(jī)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制原理解析
汽機(jī)二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥 GSS001VV/002VV 為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,該控制閥閥位由閥位變送器 GSS001MM 測(cè)量并配有限位開關(guān)。該氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以壓縮氣體為動(dòng)力源,以氣缸為執(zhí)行器,并借助閥門定位器、電氣轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲(chǔ)氣罐、氣體過(guò)濾器等附件去驅(qū)動(dòng)閥門,實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié),接收 DCS 控制信號(hào)來(lái)完成調(diào)節(jié)管介質(zhì)——蒸汽流量。
定位器接受來(lái)自上游的 DCS 控制命令,定位器控制回路組成及工作原理如圖 5 所示。
1)輸入信號(hào)同時(shí)提供電源與設(shè)定點(diǎn),它經(jīng)雙絞導(dǎo)線發(fā)送到接線盒。
2)輸入信號(hào)然后輸入印刷電路板組件,在此處微處理器運(yùn)行數(shù)字控制算法,產(chǎn)生 1 個(gè)給 I/P 轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3)I/P 轉(zhuǎn)換器組件與氣源相連,并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成壓力輸出信號(hào)。
4)I/P 的輸出被送到氣動(dòng)放大器組件。該組件也同樣與氣源相連,將從 I/P 轉(zhuǎn)換器來(lái)的小氣動(dòng)信號(hào)放大成為單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)所用的單個(gè)較大的氣動(dòng)輸出信號(hào)。在雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用中,放大器接收來(lái)自 I/P 轉(zhuǎn)換器的氣動(dòng)信號(hào),并提供兩個(gè)氣動(dòng)輸出信號(hào)。
5)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的放大器輸出壓力的變化引起閥位移動(dòng)。
6)儀表的行程傳感器經(jīng)反饋連桿機(jī)構(gòu)檢測(cè)閥位。行程傳感器(或電位計(jì))電氣上與印刷電路板連接,以提供用于控制算法的行程反饋信號(hào)。
7)閥門繼續(xù)移動(dòng)直至達(dá)到正確位置為止。
因二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥的特殊性及重要性,該兩閥均設(shè)置了一個(gè)單獨(dú)的儲(chǔ)氣罐氣源和具備特殊作用的多路轉(zhuǎn)換器線路(377 線路),如此設(shè)計(jì)的功能可保證在外部動(dòng)力氣源突然丟失的情況下,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組合動(dòng)作響應(yīng)即可將二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥(GSS001/002VV)處于保護(hù)關(guān)閉狀態(tài),從而將機(jī)組置于更安全狀態(tài)。
4 結(jié)論
汽輪機(jī)二級(jí)再熱壓力控制閥控制邏輯較為復(fù)雜,對(duì)其運(yùn)行方式依次解析有助于電廠操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行充分了解,便于控制與出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)做出正確響應(yīng);因二級(jí)再熱系統(tǒng)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行影響較大,故有效安全地控制二級(jí)再熱壓力調(diào)節(jié)閥意義重大。