潘晶

國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華惠州熱電分公司 ，中國(guó)·廣東 惠州 516082

供熱快關(guān)閥；故障分析；誤動(dòng)；改進(jìn)措施

1 設(shè)備現(xiàn)狀

供熱快關(guān)閥安裝在高、中、低壓三個(gè)壓力等級(jí)供熱管道上，配合氣動(dòng)止回閥動(dòng)作可以有效隔斷單元機(jī)組與供熱母管的連接，防止異常狀況下供熱母管蒸汽倒流單元機(jī)組，造成機(jī)組超速或其他安全事故。同時(shí)，通過伺服控制還可以調(diào)整供熱管道內(nèi)蒸汽壓力，以滿足熱用戶對(duì)蒸汽品質(zhì)的需求。現(xiàn)行控制方式是遠(yuǎn)程信號(hào)指令至就地控制箱驅(qū)動(dòng)伺服控制，就地控制柜內(nèi)設(shè)置閥位控制卡單元、位置速度控制器單元、中間繼電器單元、電源模塊單元等，由于設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)靠近供熱管道，受環(huán)境溫度高、振動(dòng)大等因素影響，就地控制柜內(nèi)元件老化、硬件故障現(xiàn)象頻出，同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)安裝的原因，遠(yuǎn)程無法監(jiān)控，造成故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，處理中無法快速準(zhǔn)確判斷故障原因，因此供熱快關(guān)閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行成了運(yùn)行和維護(hù)人員心中的一大困擾[1]。

2 故障分析

2.1 突然快關(guān)

供熱快關(guān)閥卸荷電磁閥（220VAC）動(dòng)作方式為失電動(dòng)作，在快關(guān)閥正常運(yùn)行時(shí)電磁閥得電，由于電磁閥安裝位置振動(dòng)較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行易導(dǎo)致接頭松動(dòng)而電磁閥失電，從而觸發(fā)卸荷閥動(dòng)作快關(guān)閥門。

由此看來，卸荷閥失電快關(guān)的設(shè)計(jì)存在不合理，受現(xiàn)場(chǎng)條件影響容易發(fā)生設(shè)備誤動(dòng)。

2.2 行程丟失

供熱快關(guān)閥的行程反饋是由安裝在閥門本體上的位置反饋裝置來表述閥門行程，在微動(dòng)開關(guān)觸動(dòng)后，其常開觸點(diǎn)接通，以示行程全開、全關(guān)信號(hào)；閥門的位移反饋則是采用角度位移模擬量傳感器（LVDT），由閥桿帶動(dòng)，產(chǎn)生的回饋信號(hào)提供給伺服調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。受設(shè)備安裝位置所限，供熱快關(guān)閥動(dòng)作過程中一旦出現(xiàn)閥門卡澀，將導(dǎo)致位置反饋的微動(dòng)開關(guān)接觸不到位，微動(dòng)開關(guān)的行程裕量本來就很小，一旦發(fā)生行程顯示不到位時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)整開關(guān)的位置，這時(shí)狹小的安裝位置和高溫的工作環(huán)境，給檢修人員帶來的很大的困擾[2]。

閥門位移反饋是由單支傳感器工作，在其發(fā)生故障時(shí)會(huì)造成調(diào)節(jié)回路中斷、設(shè)備故障、設(shè)備拒動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)將再進(jìn)一步影響機(jī)組安全。

2.3 伺服系統(tǒng)故障

在閥門運(yùn)行過程中，模擬量位置反饋信號(hào)曾一度出現(xiàn)壞點(diǎn)，直接導(dǎo)致了閥門遠(yuǎn)方無法操作和反饋顯示壞點(diǎn)，通過檢查發(fā)現(xiàn)就地控制柜內(nèi)閥位控制卡故障燈閃亮，而檢測(cè)就地控制元件器均無故障，最后對(duì)閥門控制回路斷電后重啟，故障自動(dòng)消失，閥門操作恢復(fù)正常，分析原因?yàn)殚y位控制卡受環(huán)境溫度影響加載程度紊亂而導(dǎo)致故障。另外，當(dāng)閥位指令信號(hào)中斷會(huì)導(dǎo)致閥門緩慢開啟，不能保位，嚴(yán)重影響了供熱系統(tǒng)的安全[3]。

除以上情況外，伺服系統(tǒng)故障還有當(dāng)反饋信號(hào)中斷后閥位控制卡報(bào)故障、閥門開關(guān)過程中一旦出現(xiàn)反饋指令偏差大就報(bào)閥位控制卡故障、就地控制柜內(nèi)閥位控制卡松動(dòng)后報(bào)閥位控制卡故障等，但是在消除原因后，閥位控制卡故障仍不能消除，閥位控制受限，只有通過控制回路斷電重啟閥門操作才能恢復(fù)正常。

控制回路斷電重啟過程中會(huì)造成閥門緩慢開啟，從而影響安全生產(chǎn)，所有故障處理都不能在線完成。同時(shí)就地控制柜內(nèi)無任何故障信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS 進(jìn)行顯示，對(duì)故障的分析只能通過逐一排查試驗(yàn)才能確認(rèn)原因，不便于維護(hù)檢修[4]。

2.4 調(diào)節(jié)品質(zhì)差

供熱快關(guān)閥作為調(diào)節(jié)供熱蒸汽壓力的主要手段之一，調(diào)節(jié)方式為遠(yuǎn)方控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)就地伺服機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)有控制方式為現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制，其控制過程在就地控制柜內(nèi)完成PID 調(diào)節(jié)后，信號(hào)到達(dá)供熱快關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓模塊控制油缸的進(jìn)出油量來實(shí)現(xiàn)閥門位置控制，由于動(dòng)作過程復(fù)雜，容易出現(xiàn)的故障點(diǎn)多，往往是調(diào)節(jié)過程響應(yīng)慢，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，并且受現(xiàn)場(chǎng)條件影響，就地控制柜內(nèi)控制元件老化、故障率高，伺服控制器經(jīng)常出現(xiàn)超溫死機(jī)，接線端子由于振動(dòng)大導(dǎo)致端子松脫和信號(hào)電纜絕緣磨損等，尤為重要的問題是所安裝的角度位移模擬量傳感器（LVDT）由于頻繁動(dòng)作，滑桿磨損后出現(xiàn)的卡澀和故障直接導(dǎo)致提供給伺服調(diào)節(jié)器的回饋信號(hào)偏差，從而出現(xiàn)調(diào)節(jié)故障甚至誤動(dòng)[5]。

因此，供熱快關(guān)閥調(diào)節(jié)品質(zhì)差給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。

3 改進(jìn)措施

原有供熱快關(guān)閥控制系統(tǒng)存在弊端，控制回路如圖1所示：

圖1 改造前供熱快關(guān)閥控制回路

為了有效杜絕供熱快關(guān)閥誤動(dòng)或拒動(dòng)，提升供熱蒸汽品質(zhì)，確保熱用戶的核心利益，以保證機(jī)組的安全可靠性，針對(duì)供熱快關(guān)閥存在的故障分析后，提出如圖2改進(jìn)措施。

圖2 改造后供熱快關(guān)閥閥門控制回路

造成控制系統(tǒng)故障的主要原因之一是就地控制柜無法適應(yīng)就地惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)就地環(huán)境條件對(duì)設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行也帶來了極大的不便，因此結(jié)合機(jī)組現(xiàn)有DEH 閥位控制方式，將供熱快關(guān)閥納入DEH 一體化控制，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性，同時(shí)機(jī)組早已實(shí)現(xiàn)DEH-DCS 一體化控制，在機(jī)組控制系統(tǒng)一體化控制優(yōu)勢(shì)方面又進(jìn)步得到體現(xiàn)。

納入DEH 一體化控制后參考汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門控制方式，將現(xiàn)有供熱快關(guān)閥本體進(jìn)行改進(jìn)，配置新型液動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)整系統(tǒng)；比例控制閥改造為噴嘴擋板式伺服閥控制；卸荷閥由失電動(dòng)作方式改造為得電動(dòng)作控制方式；單支角位移模擬量傳感器（LVDT）改造為雙支冗余的直行程位移模擬量傳感器（LVDT）；采用現(xiàn)DEH 的VPC 閥門控制卡控制方式[6]。

利用DEH 成熟的閥門控制策略有效提高了供熱快關(guān)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)，保證了供熱系統(tǒng)的可靠性，使機(jī)組安全性進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 改進(jìn)效果

4.1 卸荷閥動(dòng)作方式

由改造前液壓模塊上220VAC 卸荷閥運(yùn)行中常得電，在卸荷閥失電驅(qū)動(dòng)供熱快關(guān)閥快關(guān)改為由DEH 控制系統(tǒng)中110VDC 電源帶載卸荷閥，運(yùn)行中常失電，只有卸荷閥得電后才驅(qū)動(dòng)供熱快關(guān)閥快關(guān)。

通過控制方式的改進(jìn)和DEH 控制系統(tǒng)中110VDC 電源的可靠保障，有效避免了運(yùn)行過程中意外出現(xiàn)的電磁閥接線松動(dòng)或電源系統(tǒng)故障等導(dǎo)致的供熱快關(guān)閥誤動(dòng)。

4.2 監(jiān)控方式

供熱快關(guān)閥由原來的就地控制柜內(nèi)PID 調(diào)節(jié)控制，改為DEH 一體化控制后，通過VPC 伺服卡實(shí)現(xiàn)閥門控制，就地設(shè)備更精簡(jiǎn)，閥門動(dòng)作響應(yīng)快，閥門調(diào)節(jié)精度得到保證，控制系統(tǒng)中伺服閥、電磁閥等相關(guān)參數(shù)送至遠(yuǎn)方監(jiān)視便于故障分析。

成功地消除了原來因就地環(huán)境差、振動(dòng)大、溫度高等因素對(duì)控制的影響，解決了電子元件老化加速、系統(tǒng)控制不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)品質(zhì)差的困擾。實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方監(jiān)視、歷史記錄查詢，更有利于設(shè)備故障分析，從而提升了系統(tǒng)的可靠性。

4.3 閥位反饋

借鑒汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門控制方式，采用DEH 閥位控制，閥位反饋由雙支角位移模擬量傳感器（LVDT）信號(hào)，其與支架連接處安裝萬向節(jié)，有效避免了閥門動(dòng)作過程中滑桿的磨損，反饋信號(hào)通過高選參與閥門的伺服控制，有效避免了單支角位移模擬量傳感器（LVDT）故障時(shí)閥門的控制故障，并且能通過遠(yuǎn)方信號(hào)判斷伺服控制狀態(tài)，以達(dá)到迅速判斷故障的目的。

5 結(jié)語

供熱快關(guān)閥通過故障分析后落實(shí)相應(yīng)的改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了閥門控制納入DEH 系統(tǒng)控制一體化，增強(qiáng)了可靠性，杜絕了拒動(dòng)與誤動(dòng)，確保了供熱安全性和熱用戶的蒸汽品質(zhì)。

熱電聯(lián)產(chǎn)逐步成為企業(yè)用熱的基本方式，機(jī)組的供熱安全顯得尤為重要，供熱系統(tǒng)中供熱快關(guān)閥的可靠性則是重中之中，論文提及的故障和改進(jìn)措施對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組應(yīng)用具有一定借鑒意義，下一步將致力于提升供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，以確保供熱的蒸汽品質(zhì)。