双路除氧器上水调门控制

王庆博

摘 要：大唐阳城发电有限责任公司2*600MW机组主凝结水系统包括两台100%容量立式筒形凝结水泵、凝结水精处理装置、一台轴封加热器、四台低压加热器、一台凝结水补水箱和两台100%容量凝结水补水泵。凝结水系统管道及阀门设计通径为DN400，但除氧器上水调阀设计通径只有DN200，系统正常运行时，即使阀门处于全开位，节流损失依然较大，不仅增加了凝泵的消耗功率，影响机组经济性，而且阀门在水流的冲击作用下，振动较大，长期运行中容易引起阀杆金属疲劳，导致阀杆断裂，在断裂事故发生时，又因为除氧器上水调阀旁路电动闸阀在正常运行时处于关闭状态，在前后差压较大的情况下，阀门不易打开，极易导致凝结水断流跳机。为了降低节流损失并消除因阀杆断裂而引起机组停运的隐患，计划对除氧器上水调阀进行主动改造。

关键词：双路；调门；自动控制

中图分类号：TM621.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0053-02

前言

大唐阳城发电有限责任公司2*600MW机组主凝结水系统包括两台100%容量立式筒形凝结水泵、凝结水精处理装置、一台轴封加热器、四臺低压加热器、一台凝结水补水箱和两台100%容量凝结水补水泵。主凝结水的流程为：高背压凝汽器热井→凝结水泵→凝结水精处理装置→轴封加热器→除氧器上水调阀→7A低压加热器、7B低压加热器→#6低压加热器→#5低压加热器→除氧器。凝结水系统管道及阀门设计通径为DN400，但除氧器上水调阀设计通径只有DN200，系统正常运行时，即使阀门处于全开位，节流损失依然较大，现除氧器上水调阀为美国C-V公司生产的笼式调阀。

1 改造前状态

1.1 改造前除氧器上水调门布置

改造前，除氧器上水调门为单路设置，管道通径DN400，调阀通径DN200，同时设计有一路除氧器上水旁路关断阀，这种布置方式存在以下一些问题，凝结水系统管道设计通径为DN400，但除氧器上水调阀设计通径只有DN200，系统正常运行时，即使阀门处于全开位，节流损失依然较大，不仅增加了凝泵的消耗功率，影响机组经济性，而且阀门在水流的冲击作用下，振动较大，长期运行中容易引起阀杆金属疲劳，导致阀杆断裂，在断裂事故发生时，又因为除氧器上水调阀旁路电动闸阀在正常运行时处于关闭状态，在前后差压较大的情况下，阀门不易打开，极易导致凝结水断流跳机。为了降低节流损失并消除因阀杆断裂而引起机组停运的隐患，计划对除氧器上水调阀进行主动改造。

1.2 改造前除氧器上水调门控制方式

本次技术改造前，我们已经对机组凝泵进行了变频改造，机组在启机过程中除氧器液位由除氧器上水调阀控制，机组正常运行后由凝泵变频控制除氧器水位，除氧器上水调阀则主要用来控制凝结水母管压力。具体控制方法如下：凝泵变频在手动位时，运行人员可以手动调节凝泵转速，通过除氧器上水调阀控制除氧器水位，投自动时，自动根据除氧器水位设定值调节凝泵转速，维持除氧器水位，通过设定值块设定凝结水母管的压力，除氧器上水调阀根据凝结水母管压力设定值和实际值的偏差调节凝结水母管压力。凝泵在变频方式运行，且无工频运行泵时，凝结水母管压力会随着负荷的降低而降低。在协调方式下，机组的运行方式为定-滑-定，故凝结水母管压力设定值在机组正常运行过程中为在负荷变动过程中除氧器压力的基础上叠加一个值，同时为保证低压旁路减温、汽机低压缸喷水减温等用水，通过试验确定凝泵最低工作压力，以保证除氧器的上水和其他辅助系统能够正常工作。除氧器水位由凝泵变频控制时，用除氧器上水调阀来控制凝结水母管压力。这个回路的控制思想是PID接受凝结水母管压力偏差及除氧器水位偏差的微分前馈信号，维持凝结水母管压力相对稳定，满足除氧器上水能力，并保证凝泵在安全区内工作的最小给水压力（下限特性）。变频泵故障跳闸时，工频备用泵统自动联启，自动转换为除氧器上水调阀维持除氧器水位。

2 除氧器上水调阀技改方案

本次技术改造的目的是将原来的单路调门方式改造为双路调门，首先把除氧器上水主路调门由DN200的小容量调门改造为DN300的大容量调门，然后把DN200的调门作为除氧器上水旁路调门并在门前增加一个手动闸阀。改造后的系统见图1：

控制方案：改造前有两种方案除氧器上水调门的控制方案作为备选，下面分别对其作出介绍。凝泵变频的控制方式保持不变，大小除氧器上水调阀联合调节，调节对象保持不变。大小调门使用同一个PID控制器，该控制器根据设定值和当前值的偏差，输出总的阀门指令，该指令输出在0%-60%的范围内，大调阀动作范围为0%-100%，总指令输出在60%-100%的范围内，小调阀开始由0%-100%动作。该方案能最大限度的减弱阀门的节流，放大凝泵变频的节能作用，同时对于事故情况的反应也很迅速，但是调节过程相对复杂，需要注意大小阀投退自动时的指令跟踪问题，避免造成阀门误动，导致除氧器液位或者凝结水压力异常变化的情况发生。

改造后逻辑如下：（1）除氧器可以分别依靠大容量调阀和小容量调阀控制除氧器水位。正常运行中，大、小容量调阀及调阀控制器都投入自动，任一调阀故障跳出自动后，调阀控制器可以控制另一个调阀调节除氧器水位或凝结水压力。（2）启动及运行中，大、小容量调阀都投入自动，使用调阀控制器可以操作两个调阀。随着控制器指令逐渐增加，大容量调阀首先开启，当总指令到达60%即大容量调阀开至100%时，小容量调阀开启；控制器指令减小时先关闭小容量调阀，小容量调阀关至0%时，大容量调阀开始关闭。（3）运行中如果除氧器上水调阀切手动后重新投入自动，需要重新将凝结水压力设定值改为1.4。（4）机组运行中，大、小容量调阀检修后如果投入自动应尽量选择大容量调阀开度100%，小容量调阀全关的状态投入调阀自动。投自动前由仪控人员确认调阀开度与控制器输出匹配。

3 方案优化endprint

通过对试运过程中产生问题的分析，发现小调阀的动作时间过长、过慢，而其在大、小开度的情况下对凝结水流量以及压力的调节能力又较弱，因此需要将小调阀的动作过程缩短，让大调阀更早的参与到除氧器液位或者凝结水压力的调节过程中来。针对这种情况，作出了初步修改，将原来大小调门的在PID主控制器输出的连接点由60%调整到70%，同时限制主控制器输出在90%，这样小调阀的开度就被限制在在66.7%，即控制器输出0%-70%时，大调阀由全关到全开，主控制器输出70%-90%时小调阀由全关开至66.67%，同时考虑到大门的总行程过程变长，行程斜率变小，所以将PID控制器的积分作用和比例作用适当加强，从而保证基本不改变调门的调节性能。从图中可以看出，小调阀动作过程缩短，动作速度加快，大调阀在有效调节区间内性能基本保持不变，希望通过这样的调整能缩短小调阀的无效调节过程的动作时间。经过优化后的控制逻辑经过一段时间的试运观察，发现其对于除氧器液位和凝结水压力的调节还是比较稳定的，同时也很好的起到了降低凝泵电流的作用，但是仍然觉得小调阀在小开度的动作过程有点长，如果在事故情况下会影响到系统的自动调节性能，经过讨论后，对其进行了进一步的优化，这次优化的方法是给大小阀设置一定的重叠度，即在主控制器输出0%-75%，大阀从全关到全开，同时，在控制器输出65%-87%，小调阀从全关到60%，即随着控制器指令逐渐增加，大容量调阀首先开启，大容量调阀开至86%时，小容量调阀开启；控制器指令减小时先关闭小容量调阀，小容量调阀关至28%时，大容量调阀开始关闭，由于小容量调阀开度超过60%后没有节流特性，所以将小容量调阀最大开度限定为60%。这样可以缩短调阀的关闭时间。

4 改造效果

除氧器双路上水调阀技改完成后，我们对其进行了长时间的观察，首先该套系统对于除氧器液位和凝结水压力的控制能够做到快速、平稳、准确，其次，因为加大了通流直径，降低了节流损失，凝泵电流也有了一定程度的降低，进一步发挥了凝泵变频节能降耗的功效，最后，因為旁路系统长时间处在热备用的状态，不论是主路调门还是旁路调门在故障的情况下，另外一路都可以迅速起到通流的作用，消除了因为除氧器上水调门故障造成断流跳机的隐患。

参考文献：

[1]朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[Z].

[2]翁思义，杨平.自动控制原理[Z].endprint