煤粉锅炉主燃料跳闸保护系统的应用和改进

杨 悦

(中国石化上海石油化工股份有限公司仪控中心，上海 200540)

中国石化上海石油化工股份有限公司热电部(以下简称上海石化热电部)锅炉装置4#炉采用的是北京巴布科克·威尔科克斯有限公司生产的B&WB-410/9.8-M型锅炉，该锅炉原采用西门子公司的AK325系统。随着分散控制系统(DCS)的迅速发展，上海石化热电部选用HONEYWELL公司的PKS C300系统对4#炉进行改造。在4#炉改造调试运行中，DCS系统中的锅炉主燃料跳闸(MFT)保护系统出现了许多问题。文章对MFT保护系统出现的不足和误动作的情况做了修改和加强，对发生MFT之后的的首出和报警做了分析和优化。

1 MFT保护系统功能和简介

1.1 MFT保护系统的功能

当锅炉运行发生紧急情况且对设备和人生造成危险时，MFT保护系统通过人工操作或保护信号指令，快速切断进入锅炉炉膛的所有燃料，达到保证锅炉安全运行和保护主要设备的目的。

MFT信号直接作用于最后执行对象。当MFT信号触发后，为切除进入炉膛的一切燃料将动作所有燃烧设备和有关辅助设备。MFT动作后，如果不是送、引风机保护动作的原因，则送、引风机保持运行状态进行炉膛吹扫，反之将延时打开所有送、引风机挡板，在全开状态下自然通风不少于15 min。

在发出MFT的同时有首出记忆便于故障判断和处理，一个MFT动作后将闭锁其他MFT信号发出。正常运行时，一般不会同时触发两个首发记忆。

4#炉设计的MFT主保护分别为：送风机全停、引风机全停、膛负压高高、膛负压低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全炉膛火焰丧失、燃料中断、手动MFT、点火延时。

1.2 MFT炉保柜介绍

DCS系统改造后的4#炉加入了MFT炉保柜，其主要作用是当DCS系统崩溃时，可以通过MFT炉保柜去保护动作现场设备，确保能快速地实现锅炉安全运行。

1.2.1 MFT的动作

炉保柜内分为两部分：PART1为220 V直流供电，PART2为220 V交流供电(见图1)。

图1 炉保柜电源接线

KP是直流供电的部分的空气开关，KS为交流供电部分的空气开关，PB是锅炉运行操作台上两个手动MFT按钮，并联接线，当两个按钮同时按下时，16个继电器动作，MFT保护发生。MFTA、MFTB是锅炉DCS中发出的脉冲保护信号输出指令。当DCS发出指令时，任一接点接通，16个继电器动作，MFT保护发生。

1.2.2 MFT的复位

当发生MFT动作时，图1中16个MFT接点闭合。当MFT动作消失时，DCS发出脉冲指令，使1MFT RST接点接通，闭合状态变成断开状态，16个继电器失电，继电器复位。

16个继电器相对应所动作的设备见表1。

表1 MFT继电器对应

2 锅炉主保护调试期间存在的问题

2.1 炉膛负压

炉膛负压高高和炉膛负压低低是锅炉MFT的重要条件之一。在DCS监视画面中，采用三台变送器，以4～20 MA的信号输出作为3个模拟量的数据显示在画面中以方便运行人员的监视。量程范围设置为+500～-500 Pa，而MFT的主保护以6个压力开关量信号作为主保护的信号源，其动作值分别为1 200 Pa和-1 200 Pa。

如果MFT是由炉膛负压引起的，在查阅历史报警记录时，只能看到开关量信号的翻转，无法通过历史趋势数据查阅其到底是多少数值才动作。因为监视用的模拟量数值为+500～-500 Pa，达不到MFT动作值的数值，所以无法判断出其最终的动作数值是多少。

2.2 MFT信号的触发

图2为原MFT动作保护的逻辑设计。从图2中可以看出：当MFT发生时，其只有两个DO输出指令信号到炉保柜，即图1中的1MFTA和2MFTA两个触点，表示在每个PART中，只有一副触点来实现MFT保护动作。这样就大大降低了MFT保护动作的可靠性。

图2 原MFT动作保护的逻辑

2.3 全炉膛火焰丧失

全炉膛火焰丧失保护，取自2个油层和3个煤层的火焰探头信号发出的火焰强度信号，每一层有4个火检探头，在DCS中以开关量信号来实现。当火焰探头检测到一定的火焰强度信号后，DCS显示着火信号输出为ON，每一层取3点信号输出ON后来判定每一层火焰是有火还是无火。

图3是原设计AB油层判断有火还是无火的逻辑说明。当火焰强度有瞬时的波动或者干扰时，DI点状态翻转，马上又恢复。但是判定无火条件已经发出，这样就会极大地造成由于假信号或者干扰信号等一些瞬时原因使MFT保护发生误动作，影响锅炉的正常运行。

图3 原设计AB油层火焰判断逻辑

2.4 运行期间锅炉MFT的发生

在4#炉DCS改造后试运行期间，发生过两次MFT保护动作。

首次发生MFT保护动作之后，查首出原因无记录，SOE报警无记录。检查MFT首出记忆逻辑中10个MFT信号的组态报警设置为NONE，即表示没有首出报警组态。修改报警设置把NONE修改为UNGER级别，检查SOE卡板接线状态，发现在10个MFT保护中引风机全停、送风机全停、以及点火延时这3个信号没有接入SOE卡板。

第二次发生MFT之后，查首出记忆报警为“点火延迟”报警，查“点火延时”逻辑图(如图4所示)。触发“点火延时”的条件是RS触发器前面的“吹扫完成”条件，当吹扫完成后，延时30 min，如果没有任何“油层运行”来复位RS触发器，那么吹扫完成条件将一直出ON，会触发“点火延时”MFT。发生MFT时，运行根据工况停运了油层，所以复位条件消失，延时30 min后发生MFT。

图4 点火延时逻辑

3 改进方案及取得的成效

3.1 炉膛负压的改进

为了能够方便查阅历史趋势和报警以及实际的动作数据，利于分析事故原因，把炉膛负压中其中一个变送器的量程扩展到-2 000～+2 000 Pa。

3.2 MFT信号的触发的改进

为了提高MFT保护动作的可靠性，在调试过程中，增加两个DO输出指令：去MFT炉保柜2A和2B继电器，增加的两个DO指令连接到1MFTB和2MFTB两个触电，使1MFTA和1MFTB在PART1中串联接线，2MFTA和2MFTB在PART2中串联接线(见图5)。这样在每个PART中，就有两幅触电来实现MFT保护动作，实现冗余功能，确保当MFT发生时，能在第一时间快速安全地实现主燃料切断保护。

图5 改进后MFT保护逻辑

3.3 全炉膛火焰丧失的改进

为了避免信号瞬时干扰导致的MFT误动作，对逻辑进行了改进，在所有火焰强度信号点的后面加上一个延时块(见图6)。延时块的作用是屏蔽掉由于假信号或者干扰信号等一些瞬时原因使DI状态点发生的翻转，此来提高火焰强度信号的可靠性，避免发生MFT误动作，提高MFT主保护的准确性。

图6 改进后AB油层火焰判断逻辑

3.4 MFT的故障原因分析和改进

3.4.1 原因分析

发生MFT后，追查原因，发现吹扫完成条件一直处于ON的状态。查阅“吹扫完成”逻辑图(见图7)，只有当MFT动作发生时，才能使“吹扫完成”条件消失出OFF的状态，这样是极其不合理的。因为在正常情况下，是不可能发生MFT动作的，就是说，在正常情况下“吹扫完成”条件一直出ON的状态。

图7 “吹扫完成”逻辑

追查原始设计图纸(如图8所示)。在原始设计中有MFT动作和任意一个油角阀打开的“吹扫完成”复位条件。

图8 原设计“吹扫完成”逻辑

结合图7分析可得：(1)当满足吹扫条件后，开始吹扫。300 s后，MFT动作条件依然没有消失的话，那么“吹扫完成”失败，现出OFF状态。(2)当锅炉初期运行时，吹扫完成后，只要有一个油角阀打开，那么“吹扫完成”信号就会消失。只要在30 min内一个油层投运，“点火延时”就会消失。就算在锅炉正常运行了以后，停运所有油层，因为“吹扫完成”条件已消失，所以不会发成“点火延时”MFT动作。

根据追查，图8逻辑中“任意一个油角阀打开”的条件，是调试过程中调试组态人员误删除所致。

3.4.2 改进方案

分析上述MFT发生的原因之后，可以对其进行相对的改进。

(1)恢复原始设计“吹扫完成”逻辑(同图8)。

(2)对于引风机全停、送风机全停、以及点火延时这3个没有进SOE卡板接线的MFT条件，要求在这些逻辑图中增加DO输出指令。通过硬接线的方式，从DO卡板输出接线到SOE卡板。这样，在发生MFT动作的时候，就可以在SOE中迅速查到报警记录，便于对事故进行分析和解决。

4 结语

MFT保护系统是锅炉安全运行的重要保障，因此在系统逻辑设计的过程中一定要考虑周全，每一个信号都不能忽视，每一个环节都不能出错。对于直接停炉的信号，应该按“三取二”的方式选取。在修改条件的模拟试验结束后，一定要反复认真检查逻辑的正确性，并且把在试验中强制过的信号放开，回归原位。每次大修、消缺性检修之后，一定要认真校验参与MFT动作条件的表计，仔细从事故追忆和报警系统中研究事故发生的原因，举一反三，避免同类事故的再次发生。