大唐韩城第二发电有限责任公司配汽优化设计方案.doc

大唐韩城二电机组阀门管理优化实施方案撰写：审核：批准：哈尔滨工业大学先进动力控制与可靠性研究所2007年8月Institute of Advanced Power Control and ReliabilityHarbin Institute of Technology. Harbin, China哈尔滨工业大学先进动力控制与可靠性研究所1. 问题的提出大唐韩城二电的#1、#2号机组均为日本东芝公司引进的TC4F42型、单轴、四缸四排汽、亚临界、中间一次再热、冲动式、凝汽式600MW机组。四只调节汽阀对应四组喷嘴，机组原设计的高压调节阀开启顺序为#3+#4#1#2（见图1），最小部分进汽度50%（进汽弧段连续）。机组的DEH系统采用了东芝公司配套的TOSMAP-DS(Dynastream)系统。#1、#2机组于2005年投运至今，一直以单阀方式运行，。在机组投运后，国华台山电厂进行了多次顺序阀试验，并通过改变顺序阀开启顺序使#1、#2机投入顺序阀运行。在后3台机上进行顺序阀试验时，切换过程中出现了阀门和负荷大幅度波动，EH油压大幅降低，最高达1.5MPa，试验中止。因此#3、#4、#5机一直无法投入顺序阀运行。因此3#5#机组一直采用单阀方式运行，严重影响机组的经济性，需要分析导致顺序阀切换过程中调门摆动的原因，并提出解决方案。图1 阀门配置和开启顺序（原设计方案）（从调速器端向发电机方向看）2. 故障原因分析大唐韩城二电的#15#机组均为上海汽轮机有限公司（STC）生产的引进型亚临界600MW汽轮机组，机组本体的结构基本相同，所不同之处在#1、#2机组的DEH系统采用了新华公司的DEH IIIA，组态逻辑采用的是新华公司的逻辑，而#3、#4、#5号机组的DEH系统采用的是SIEMENS公司的PC-S7，采用的是西屋公司原厂的组态逻辑。因此造成机组运行时出现的问题的主要原因应在于DEH系统的设计中。因此经过详细分析#3、#4、#5号机组的DEH逻辑，其中存在着一些缺陷，具体如下所述：2.1 阀门特性曲线的线性度不好在DEH系统中非线性函数是由多段直线拟合的，由于PC-S7系统设计的限制，最多只能用8个点来拟合一个非线性函数（相比较而言，新华公司的DEH IIIA则可以用12个点来拟合一个非线性函数），由于点数较少，因此在某些区段与原函数的曲差可能较大。同时DEH系统中，从流量指令FDEM到调门开度指令的计算需要经过多个计算块，由于非线性拟合函数计算块的误差，导致最终计算的结果有较大的误差。图2中给出了3#机DEH系统中顺序阀下流量指令与高调门阀位指令的关系曲线，如图中所示该曲线在某些区间的线性度较差，因此在该负荷区间附近机组的调门开度有可能发生摆动，影响机组运行的稳定性。2.2 单阀顺序阀切换中调节级压力回路参数整定与逻辑不合理通过对国华沧东电厂#1、#2机（与大唐韩城二电#3、#4、#5机的主机和DEH均相同）顺序阀切换过程中阀门波动问题的深入研究，并通过与上海汽轮机有限公司（STC）自控中心、国华沧电和大唐韩城二电相关技术人员交流，发现顺序阀切换过程中阀门波动的部分原因在于PC-S7控制逻辑结构和参数设置存在缺陷。其原因在于，上海汽轮机有限公司（STC）的DEH系统的控制逻辑沿用的是美国西屋公司的逻辑，在单阀顺序阀切换过程中，为了保证切换过程中主汽流量稳定，减少负荷的波动，系统会自动投入一个调节级压力控制回路。但是，该回路的相关调节参数未经动态测试，PI调节器的参数太强，导致在切换过程中系统失稳，使得高调门开度呈振荡发散。同时由于高调门的剧烈摆动，也导致了系统EH油压的急剧降低。进一步分析PC-S7的逻辑可以发现，在单阀顺序阀切换过程中投入调节级压力控制回路后，却没有对机炉协调（CCS）系统的指令作跟踪，这直接导致在投入了机炉协调（CCS）的情况下进行单阀顺序阀切换过程，由于机炉协调和调节级压力控制两个回路的指令不一致，从而在切换完成，系统切换回协调的同时，高调门的开度会产生一个跳变，从而引起负荷的摆动，对机组的稳定运行不利。该现象在在沧东电厂的#1和#2机组上均出现过。图2 原DEH系统中的阀杆升程曲线3. 解决方案3.1顺序阀方案的选择对于上海汽轮机有限公司（STC）生产的亚临界600MW四缸四排汽（A157）型汽轮机而言，机组原设计的高压调节阀开启顺序为#3+#4#1#2，最小部分进汽度50%（进汽弧段连续），其主要目的在于减少对调节级的气流冲击。但是根据国内同类型机组的调查结果表明，无论是上汽厂（157）或者哈汽厂（75）生产的机组，其原设计顺序阀方案投入成功的案例非常少，大都多数成功投入顺序运行的机组，均采用了对角进汽的方式。究其原因在于，机组在原设计顺序阀方案下，汽流力除产生推动转子旋转的扭矩外，在部分负荷下还将产生很大的附加横向汽流力，图3为附加横向汽流力示意图。转子在这一合力作用下，轴心位置必然发生偏移。这一偏移使轴在轴承中的侧隙发生了很大变化，轴承下部两个瓦块负载的也发生了很大变化（如图4），从而导致进油油楔面积大大减小，轴承供油量不足，这是原设计方案导致机组#1和#2瓦瓦温升高，轴振增大的主要原因。 图3 部分进汽横向力示意图 图4 汽流力作用下轴承工作情况图5-图8为附加横向汽流力与主蒸汽流量的关系。由图中可见，附加横向汽流力随着#3、#4阀的开大而增大，当#3、#4阀接近全开而其它两阀尚未开启时达到最大，这个力的最大值达10t.左右，因此高压转子上所受到的力除转子自身的重力外，还增加了由于部分进汽引起的横向力。同时由于该型机组采用了高、中压缸分缸的形式，高压转子的自重较轻，因此对于部分进汽引起的横向力的影响相对而言更加显著，#1和#2瓦瓦温的变化更高，轴振的变化更大，这正是该类型机组按照原设计方案投入顺序阀运行非常困难的原因。因此，我们不建议选择原设计顺序阀方案。而建议采用对称进汽的方式，以消除由于非对称进汽导致的产生的上述问题。图5 原设计方案#1瓦水平方向汽流力的变化图6 原设计方案#1瓦垂直方向汽流力图7 原设计方案#2水平方向汽流力图8 原设计方案#2垂直方向汽流力对于对称进汽的方式可以有四种开启顺序选择：（1）#1+#4#2#3（2）#1+#4#3#2（3）#2+#3#1#4（4）#2+#3#4#1对于这四种方案均有成功投入的实例，具体方案需要根据机组的情况选择。对于大唐韩城二电的3#机而言，由于机组的轴系状况非常良好，同时由#3机的3VWO试验（关闭GV2）可知，在GV2关闭并且另外3阀全开的情况下，1瓦瓦温从单阀时的77左右升高到87.5（图9），处于较高水平，因此可以排除方案（2）。图9 3VWO试验（关闭GV2）对于剩下的三种方案，由于同时右侧瓦块的瓦温较低，并参考同类型机组的改造经验，综合考虑配汽方式对机组振动、瓦温、调节级效率、上下缸温差等的影响。因此我们建议选择开启顺序#2+#3#1#4作为首选方案（以下简称方案A）。选择开启顺序#1+#4#2#3作为备选方案（以下简称方案B）。方案A与原设计方案相比，汽流力显著减小，对轴系的影响也大大降低。图10-图11为方案A与原设计方案附加汽流力对比。图10 方案A与原设计方案的#1瓦汽流力的比较图11 方案A与原设计方案的#2瓦汽流力的比较3.2重叠度的设计重叠度的设计主要受到以下几个因素的影响：（1）调节级的效率；（2）总的流量特性的线性度；（3）阀门的提升力一般而言，重叠度越大，则调节级的节流损失越大，因此希望重叠度更小些，但是如果重叠度太小会使调门总的流量特性的线性度变差，并使阀门的提升力增加，影响系统调节的稳定性，因此综合考虑上述各个因素对重叠度的影响，重叠度设为60左右比较合理。3.3 切换负荷的选择改用对角进汽方式后，为了减少单阀顺序阀切换前后对轴系的影响，建议切换的负荷点可以降低到300350MW左右，从而使得在切换前后均进汽均为对称的，以减少对轴系的影响。图12 优化的阀杆升程曲线4. 实施方案在现场实施中需要根据机组的运行状况，调节汽门的实际流量特性等进行校核，实施的要点：1. 校核机组的调门的流量特性，通过试验掌握准确的阀门特性，对特性曲线进行修正；2. 修改DEH的单、多阀切换逻辑和参数，和多阀函数；3. 校核1#、2#轴承的载荷，不同的负荷下轴承的温度、以及轴振、瓦振的数值；4. 根据阀门的准确流量特性，严格设计流量匹配设计，设置合理的重叠度，保证连续稳定的切换；5. 进行机组冷态单阀切顺序阀试验，校核阀门的开启顺序和时间；6. 进行机组单阀切顺序阀试验，校核阀门的切换过程中的稳定性和可靠性，以及轴系的稳定性；7. 为了保证机组切换过程的稳定性，机组在切换过程中应保证机组运行稳定，机前压力的波动应保证95C，或者轴振95um，应立即中止试验，并切换回单阀运行；10. 进行经济性考核实验时，应采用定压运行方式运行，以保证测量结果的准确性；11. 进行实验结果分析，校核系统的经济性和安全性，为长期投运准备5. 报价5.1 #3机配汽优化参考报价序号项目金额 单价（元）数量总价（元）1分析机组现有配汽方式对于机组经济性和安全性的影响20,000.00 120,000.00 2设计机组的喷嘴配汽（多阀）规律，设置合理的重叠度100,000.00 1100,000.00 3新方案下机组经济性和安全性分析20,000.00 120,000.00 4机组阀门管理程序设计10,000.00 110,000.00 5在投入正常运行后作对比性试验,包括经济性分析和安全性校核20,000.00 120,000.00 6咨询费20,000.00 120,000.00 7差旅费 40,000.00 8管理费10,000.00合计￥240,000.005.2 #4、#5机配汽优化参考报价序号项目金额 单价（元）数量总价（元）1设计机组的喷嘴配汽（多阀）规律，设置合理的重叠度75,000.00 2150,000.0