发电厂主给水调节阀事故案例分析及防范措施

0引言

发电厂主给水调节阀是将汽机侧预加热除盐水通过控制其开度按需输送至锅炉侧汽包上的设备,是发电厂的核心调节设备。正常运行过程中,该调节阀根据设定的给水压力进行自动调整,通过向执行机构发送控制信号驱动阀芯移动,改变流通面积,调节给水流量,故障时,该调节阀会从自动切换回手动调整,造成水位突增或突降,触发汽包水位满水或缺水保护动作[1]。本文将以某火力发电厂主给水调节阀发生的故障为例,贯穿整个运行调整过程展开分析,为做好同类型火力发电机组主给水调节阀设备故障时的运行调整提供参考依据,指导给水系统的日常点检、维护工作。

1机组及控制系统基本情况

某火电厂现有三台循环流化床锅炉,搭配一台凝汽式汽轮发电机组和两台背压式汽轮发电机组,正常运行方式为三台锅炉给两台汽轮机组供汽,其中一台超高温亚临界锅炉实现单供,其锅炉侧给水需经给水管道先进入尾部对流烟道内逆流、水平、顺列布置的省煤器,经省煤器预热后通过吊挂管送入汽包,水冷壁、水冷屏和汽包通过下降管和汽水引出管形成自然循环。现公司机组运行以“供热为主,发电为辅”,主要运行方式为“三炉带两机”,具体运行方式如图1所示。

2 主给水调节阀故障事件经过与处置

2.1 主给水调节阀故障前工况

2025年4月1 日05:00,2号机组、3号机组运行正常,其中3号机组运行工况为:负荷23.61 MW,主蒸汽流量239.45 t/h,主蒸汽压力13.02 Mpa,主蒸汽温度569.35℃,锅炉汽包水位13 mm,给水压力16.05 Mpa,给水流量217.71 t/h,给水压差3.03 Mpa,给水泵运行正常。此时处于夜间时段,由于夜间使用蒸汽生产的热用户不多,因此机组供热量、发电量波动较小,变化幅度不大。

2.2 主给水调节阀故障事件经过

05:37:01,汽包水位13 mm左右,主给水调门 自动控制,主蒸汽流量235.66 t/h,运行给水泵液偶自动跳手动控制,给水流量快速增加至306.22 t/h,给水泵液偶开度59.62%,给水压力14.45 Mpa,备用A给水泵联锁启动,备用给水泵电流49.25 A,主给水调节阀动作异常,DCS盘上控制指令由40.51%关至15.03%,随着水位逐渐上升,汽包水位持续快速上涨,同时通知巡检人员就地检查给水系统。

05:37:50,给水泵液偶开度由59.62%波动至61.34%,给水流量从306.22 t/h增加至332.81 t/h,汽包水位上升至91 mm,快速将给水泵液偶开度由61.34%关小至50.07%,给水压力降至13.93Mpa,给水流量从332.81t/h下降至81.68 t/h,汽包水位无上升趋势。

05:38:06,给水流量因与主蒸汽流量偏差大,手动开启主给水调节门,由15.03%开至20.01%,发现给水流量没有变化,重新将液偶开度由50.07%开至60.82%,给水流量由81.68 t/h上升至313.07 t/h。

05:39:12,汽包水位继续上涨,将给水泵液偶由60.82%关小至53.60%,此时汽包水位升至114 mm,给水流量238.19 t/h,主蒸汽流量240.61 t/h,水位有效控制。

05:44:10,经过反复微调液偶开度,给水流量231.69 t/h,主蒸汽流量240.73 t/h,给水流量与蒸汽流量接近平衡,汽包水位趋于平稳。

此次发现主给水调节阀故障后,通过及时调整监盘各项参数,成功避免水位高三值锅炉跳闸保护动作,防止非停事故发生。对事故全过程DCS监盘参数调整开展事故分析[2],数据采集以时间间隔1 min为1个节点,采集得到39个节点有效数据,即05:20—05:58时间段内的数据,事故发生时间在05:37,其各项指标参数包括机组负荷、主给水调节阀开度及开度反馈、汽包水位、汽包压力、主蒸汽流量、主给水流量、给水泵液偶开度等12项。通过对不同指标进行数据分析,可以得到事故发生前后参数调整对比图及对应汽包水位控制图,如图2、图3所示。

图2为主给水调节阀开度反馈及给水流量对比图,通过采集主给水调节阀开度、主给水调节阀开度反馈、给水流量数据进行对比分析,可以看到,在采集数据中的节点17,主给水调节阀已出现异常,调节阀阀杆驱动铜套螺牙磨损严重,驱动铜套与阀杆完全脱开,造成给水流量异常突增。从节点16至17可以看到,主给水流量由218.37 t/h突增至306.22 t/h,而主给水调节阀执行机构已失效,其进行的调整及反馈显示调节阀迅速由39.83%关至13.39%,而给水流量不降反增。从节点17至18可以看到,给水流量由306.22 t/h继续增加至332.81 t/h。可以得出此时对应现场主给水调节阀阀杆因磨损严重已完全被顶开,给水流量高达332.81 t/h,表明主给水调节阀故障调节失效。

图3为给水泵出力及汽包水位控制图,通过采集给水泵转速、给水泵液偶开度、汽包水位、给水流量数据进行进一步分析。由图3(a)方框中节点18至19可以看到,监盘人员通过给水泵液偶进行给水流量调节,液偶开度由61.34%迅速关至50.07%,给水泵转速由2373r/min降至2168r/min,给水流量迅速下降。由图3(b)可以看到,经过液偶调节,汽包水位趋于平稳并有所下降,即由90 mm降至88 mm(水位保护MFT动作值+240 mm)。由图3(b)方框中节点27至39可以看出,经过反复微调液偶开度控制给水流量,给水流量与主汽流量趋于动态平衡,给水流量在224~226 t/h波动,主蒸汽流量在241~243 t/h波动,流量波动均在2 t/h以内,事故得到有效控制。同时,汽包水位稳定在100 mm上下波动,这是由于主给水调节阀阀杆顶开后流量大造成的汽包水位在较高位运行(汽包水位正常运行控制在±50 mm,+200 mm联开紧急放水电动门),因此该运行工况仍属于正常运行范围,总体运行工况稳定。进一步从侧面验证此次故障发生时对问题判断迅速准确,应急处理及时,操作方式得当,主给水调节阀故障无扩大。

机组给水流量变化控制及事故调整前后运行工况具体表现如图4、图5所示。

图4为给水流量变化控制对比图,从图中方框内节点16至17可以看到,主给水流量出现突增,给水流量由218.37 t/h突增至306.22 t/h,正常运行工况下只有在主给水调节阀或给水泵液偶出现调整时才会出现给水流量变化,而主给水调节阀开度指令显示为40.82%调整至40.51%,调节阀开度反馈值为41.18%调整至40.93%,主给水调节阀指令为向下调整,给水流量应减少而非增加。从节点18至19可以看到,给水泵液偶开度由61.34%调整至50.07%,给水流量根据液偶指令由332.81 t/h下降至81.68 t/h,因此,该事故发生时迅速判断为主给水调节阀故障正确。

图5为3号机组事故前后运行工况对比图,从节点1至17可以看到,机组发电量在20~24 MW波动,主蒸汽流量在214~240 t/h波动,负荷呈上升趋势,上升幅度缓慢。从节点18至39可以看到,事故发生后,在调节给水流量及主蒸汽流量时,未对机组运行工况造成影响,发电量稳定在23 MW,主蒸汽流量保持在240~243 t/h波动。可以得出,此次事故处理迅速及时,无扩大化,事故发生后运行工况稳定,上网电量及热用户用汽量均在合格范围,事故处理成功,该运行时事故处理方式可供同行业人员真实操作时借鉴及学习思考,在事故处理上为火电厂提供了宝贵的实践经验。

3 改进措施与建议

在火电厂循环流化床锅炉汽水系统中,主给水调节阀是极其重要的核心设备,该调节阀贯穿机组启停全过程,包括锅炉点炉上水、实时调节汽包水位动态平衡、停炉上水降温等各个方面。因此,在遇到突发主给水调节阀调节失灵时,应迅速做出反应并正确判断故障问题,进行应急处置及时调整。以下是在此次完成主给水调节阀故障调整后总结的改进措施与建议。

3.1 改进措施

1)退出给水泵自动。将给水泵压力调节由 自动切为手动,通过降低给水泵转速,调整给水流量,控制汽包水位波动在±50 mm范围内。如给水压力降低过多,根据情况退出备用给水泵压力联锁。当水位出现急剧上升、难以控制时,应同步考虑开启事故放水门和连排进行协同控制。注意调节给水泵液偶时幅度不宜过大,否则容易造成给水流量来回波动,应本着“水量平衡”的原则,根据主蒸汽流量进行调整。

2)投入给水旁路。打开旁路前电动门,缓慢打开旁路调节阀,同时同步关小给水主调节阀后隔离手动门或就地手动缓慢关闭电动门,维持给水流量基本稳定。待旁路调节阀全开,保持主给水调节阀后隔离手动门(或前电动门)一定开度,配合给水泵调整汽包水位稳定。

3)锅炉降负荷至30%。给水旁路投运完成后,逐步降低锅炉负荷(汽机手动调节负荷),每次降5%负荷,速率尽量低。同时观察汽包水位、风、煤自动调节情况,必要时切手动调节,直至降至30%锅炉负荷。若降负荷过程中,负荷低于最低稳燃工况,应提前投油枪助燃。

4)退出主给水系统。锅炉负荷降至30%左右,缓慢关小主给水手动门直至全部关闭,再关闭主给水调节阀,完全退出主给水供检修处理调门。

3.2 建议

1)强化监盘人员的监盘质量,密切关注重要设备的运行状况、参数变化、保护自动装置动作以及阀门状态等异常情况,一旦发现,需迅速采取有效控制措施。

2)全面、细致地做好事故预想,精准实施风险预控,依据实际情况合理安排人员分工,对处理步骤要点进行严格把控,确保各个环节有序推进。

3)在异常情况处理过程中,加强与专业人员的沟通协作,确保操作处理方式得当,避免因处理不当导致事故范围扩大。

4结论

近年来,随着国内技术的不断迭代更新,国内国外合资及国产化调节阀不断出现,若不对调节阀进行定期检查及保养,可能出现调节阀调整失效、失控等问题。对此,本文针对主给水调节阀故障调节失效、失控问题,以某火力发电厂热电联产机组事故案例为出发点,从运行监盘方向对主给水调节阀故障时到故障有效隔离全过程开展DCS参数调整及运行分析,最终成功避免机组非计划停运事件,保障机组设备故障情况下稳定运行,同时有效隔离故障点,给予检修进行故障判断及抢修时间。该运行处理方案可供业内同行参考[3]。

1)主给水调节阀故障失效时,应本着“水量平衡”的原则,根据主蒸汽流量,采用给水泵液偶勺管进行调节。

2)采用“给水泵勺管+给水旁路”相结合的调整方式控制锅炉侧汽包水位及压力,避免锅炉水位保护动作,同时实现故障点有效隔离抢修。

3)事故发生时运行参数调整方法安全、有效、可靠,显著提高了主给水调节阀故障失控时机组运行的可靠性、稳定性。

[参考文献]

[1] 雷婷,虎恩典,刘勇.火电厂300 MW汽包锅炉给水控制系统[J]. 自动化技术与应用,2014,33(11):12—17.

[2] 肖丽.国产化DC5系统改造中故障分析与处理措施研究[J].电力设备管理,2025(7):101—103.

[3]魏元韶,李俊,杨浪,等.火力发电厂在线水平衡监测系统研发[J].机电信息,2025(3):13—16.

《机电信息》2025年第19期第16篇