燃煤发电机组仪表伴热系统改造及应用

何俊松

（江苏新海发电有限公司，江苏 连云港 222012）

连云港地区冬季寒冷，有时气温低达-13℃，低温严重影响燃煤机组室外仪表取样测量装置，特别是汽水自动控制系统测量仪表，如果环境温度过低就会发生冻结、凝固、析出结晶等现象，严重时会冻裂或挤破差压变送器的膜盒或膜片等传感元件，造成仪表损坏，进而造成整个仪表系统不能正常工作。为此，必须对室外仪表和仪表测量管线进行防冻处理，即采用仪表伴热系统。江苏新海发电有限公司（以下简称新海公司）2×1 000 MW机组和2×330 MW机组采用的都是取样管道电伴热系统，电伴热原理是在绝热层和被伴热管道之间安装发热元件，在发出电热补充管路输储过程中散失的热量，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。

1 原伴热系统存在问题及原因分析

新海公司4台机组仪表伴热系统由于设备老化、安装工艺不规范等原因，2016年故障频发，严重影响机组汽水系统的参数监测和自动运行，有时不得不退出部分汽水系统的自动控制，改为手动控制，待检修人员抢修结束后再投入自动运行，最严重的就是2016年1月23日，1台330 MW机组汽包水位变送器两点显示故障，检查发现伴热系统运行正常，主要原因就是气温太低导致北边风口处的汽包水位变送器测量系统冰冻，只能靠南面的汽包水位第三点来监测，被迫退出汽包水位自动控制，退出汽包水位高高保护及汽包水位低低保护，严重影响了机组的安全运行，最后检查确认原因就是保温棉厚度不够。对2015年11月—2016年3月发生的仪表伴热控制系统故障缺陷进行统计分析，发现故障的主要原因有伴热电源不规范、保温柜内空开规格太小、伴热带损坏、保温棉厚度不够等。下文以1号机组（1 000 MW机组）为例进行分析。

1.1 伴热电源不够规范

1号机组仪表伴热电源大部分是从1号机组热控电子间仪表伴热总电源柜引出，但是有少数几个就地仪表保温柜的伴热电源是从附近仪表保温柜引出，就地仪表保温柜内只有1个伴热电源空气开关（以下简称空开），没有独立控制每根伴热电缆的分空开，当有1根伴热电缆发生短路故障时，会造成柜内总伴热电源空开跳闸，进而影响柜内其他伴热电缆正常使用。

1.2 电源空开和伴热带选型不合理

（1）就地仪表保温柜内电源空开选型不合理。一是电源空开规格偏小，二是有些空开带的伴热带负载过多。

（2）伴热带选型不合理。原系统采用的是恒温电伴热带结合温控器控制，每个仪表保温柜采用1个温控器与柜内恒温伴热带串联来进行温度控制，由于温控器温包线不长，一般敷设到保温柜旁边的仪表取样管处，即温控器的监测温度就是仪表保温柜附近仪表取样管道约1 m处温度，但伴热带短则20 m，长则近60 m，且有些经过风口处，伴热温度往往远低于温控器附近温度，所以温控器控温不够精确。另外，由于1个仪表保温柜只有1个电源空开，如果温控器发生短路等故障，此仪表保温柜总空开跳闸将导致柜内伴热电缆全部失去作用，从安全角度来讲，应该采用1根伴热电缆对应1个温控器，并且1个温控器加1根伴热电缆对应1个空开配置。

1.3 安装工艺不规范

仪表伴热系统安装工艺不规范对伴热系统运行的影响非常大，通过对1号机组部分伴热系统的解体检查发现，1号机组仪表伴热系统安装不规范主要有以下方面：

（1）伴热带直接与仪表取样管道接触。部分伴热带直接敷设在取样仪表管道上，由于仪表管道基本为露天安装，经常受大风大雨等侵蚀，时间久了，雨水也可能浸入到保温层内，这样，仪表取样管道和伴热电缆受到潮气甚至雨水的影响，也会腐蚀生锈，造成伴热带损坏。

（2）伴热带的绑扎使用铁扎丝。伴热带与取样管路和保温棉采用铁扎丝固定，没有按国家标准规定采用铝扎丝或者尼龙扎带，容易造成伴热带和仪表管道氧化腐蚀，而且容易生锈，进而影响设备使用寿命。

（3）保温层不完善。保温棉厚度不够、保温棉填充不严实或者保温损坏，都会造成仪表伴热系统效果不好，遇到极寒天气时，虽然伴热系统运行正常，但还是会出现仪表取样管道冻堵，造成监测数据不准甚至坏点现象，进而影响机组正常运行。

（4）就地仪表保温柜内伴热控制回路排布凌乱。保温柜内电源空开及温控器的安装位置不便于检修。

2 仪表伴热系统改造

随着国家节能减排要求越来越严格，新海公司每年的机组小修、大修、冬季维护都会对仪表伴热系统进行维护整改，但是效果均不理想，冬季仍会发生多次伴热系统故障，对机组运行造成严重影响。针对伴热系统曾出现的多种故障，决定先对1号机组仪表伴热系统实施技术改造，进一步完善仪表伴热控制系统以及取样管路系统外保温，同时敷设仪表取样管路备用伴热带，并对伴热系统控制回路进行优化。方案实施后，将提高1号机组仪表测量回路伴热系统的热效率，提高重要检测仪表工作的可靠性、准确性，确保机组的安全可靠运行。

2.1 伴热电源改造

单元机组仪表伴热电源设计为：在热控电子间设立单元机组仪表伴热总电源柜，进线电源采用2路交流220 V，互为冗余设置。伴热电源柜内分设多个空开，每个空开分别控制1个就地仪表保温柜，每个就地仪表保温柜内设计1个柜内伴热总电源空开，总空开出线再分出多个独立分空开，每个分空开对应1根伴热电缆。改造的主要工作是：

（1）确保每个保温柜伴热电源直接从热控电子间仪表伴热总电源柜引出，取消原来部分保温柜伴热电源引自附近保温柜，甚至是保温柜电源取自附近检修电源箱的不规范做法。

（2）重新计算和设计各个电源空开的规格，电子间仪表伴热总电源柜内空开规格统一为50 A，就地保温柜总电源空开规格统一换型为40 A，柜内分空开规格统一设计为30 A。就地仪表柜内伴热电源空开全部重新设计更换，解决以前空开过少、空开规格过小的不利影响。

2.2 伴热带换型改造

本次改造把温控器控制的恒温电伴热带和部分橡胶伴热带全部换型为自控温电伴热带（中温型65~115℃），自控温电伴热系统的工作主要通过自控温电伴热电缆来完成，这种电伴热带的发热量与自身温度成反比，可以使伴热管线上的每一个点随着周围温度变化而改变发热量。温度升高时，电伴热可以自动降低发热量，温度降低时电伴热自动提高发热量。这种自控性可以随时补偿温度变化，避免电伴热带过热或发冷，而且发热均匀，控温准确，可靠性高，使用寿命长，效率高，能大大降低能耗，施工方便简单，维护工作量小。

2.2.1 自控温电伴热带工作原理

自控温电伴热线由导电塑料和2根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成，其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热主要部件。当供电母线通电时，碳粒就在2条供电母线之间形成电路并产生热量。对于每根电伴热带来说，并行母线之间导电通路的数量随温度的变化而波动。当电伴热带周围的温度降低时，导电塑料产生微分子的收缩使电阻减小，从而使碳粒连接形成通电电路，使电伴热带发热。当温度升高时，导电塑料发生微分子膨胀，碳粒逐渐分开，引起通电电路中断，使电阻增大，电伴热带自动减少功率输出，发热量降低。当周围的温度降低时，导电塑料又恢复到微分子收缩状态，碳料相应连接成电路，电伴热带发热功率又自动上升。由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，控制温度不会过高也不会过低，因此具有其他伴热电缆所没有的优点，不会引起温度过高而损伤电伴热带和电缆本身。运行成本降低，自限温电伴热带接近所需达到的温度时，功率会降低，管道无论何时何处需要热量，电伴热带均可自动提供。

2.2.2 自控温电伴热带安装工艺要求

在本次仪表伴热系统改造中，伴热带更换严格执行规范的安装工艺，具体如下：

（1）按照系统测量回路的要求合理配置不同规格长度的伴热带，电伴热带的表面不能有划伤、裂痕，并在安装前后都要检测伴热电缆的电阻值，必须符合额定的电阻值范围。安装后必须通电检查发热情况，发现问题及时更换，确保没有问题才能进行下一步的保温敷设工作。

（2）伴热电缆在安装前，应检查管道是否有损坏或滴漏，另外发热电缆在管道上的连接固定必须以不破坏缆线为前提，电伴热带应紧贴被加热体以提高热效率，每个测量回路电伴热带的敷设必须延伸到一次门前测量管路。

（3）放置发热电缆时不能有死结、死弯现象，穿洞、穿管时不能损伤电伴热线的外皮。发热电缆不能放置在管道较锋利的边缘，严禁踩踏发热电缆，电伴热电缆的弯曲半径不得小于6倍的伴热带外径，且不能出现交叉接触和重叠现象。

（4）沿水平管道平行敷设的电伴热带一般安装在管道下方，且与管道横截面的水平轴线呈45°，用2根电伴热带要对称敷设；对横向管道进行平行敷设时，应保证电伴热带紧贴在管道的底部，这样在工作时才能更有效地传递热量，减少热损失。

（5）所有电伴热带必须能够直接贴在仪表管壁石棉布上敷设，并用绑扎带固定在保温网上，同时控制好电伴热带的铺设间距。

2.3 仪表取样管路保温系统重新敷设

仪表取样管路保温是指将仪表取样管路用保温材料缠绕，以使介质与大气绝热。仪表测量管路保温要求：测量管路先包裹石棉布，石棉布上再敷设电伴热带（固定用铝扎丝），然后再敷设一层保温硅酸铝棉被或保温棉管，应避免包缠不严，最后在外层采用厚度为0.5 mm的铝合金皮进行防护。

（1）所有使用的保温材料必须干燥，质量和厚度必须得到切实保障。保温层应做紧做实，严格杜绝保温层中存在空洞现象，块与块之间相互连接紧密，无漏风、漏管路现象，保温层厚度不小于20 mm，北侧和风口处位置仪表管道保温层厚度一般采用30 mm。各系统测量回路的一次门前及阀门的保温必须严密，电伴热带也应延伸到此，以确保电伴热效率。

（2）保温材料安装后，须尽快包缠防水层，以防伴热带淋雨受潮，否则将大大影响保温性能，也会影响到整个电伴热系统的正常运行。仪表管路外保温恢复过程中应注意，使用电动工具时防止电转转头损坏伴热带。

（3）安装外保护铝合金皮时可以在无伴热带侧固定，以防止固定螺丝破坏电伴热带的绝缘层，铝合金皮的固定不宜过紧或过松，应以紧贴主保温层为度。仪表箱测量管路伴热带敷设及完成检测试验工作后应及时恢复外保温，防止保温棉淋雨受潮。

2.4 保温柜伴热控制回路改造

（1）取消温控器并增设伴热带单独控制空开。由于伴热带改为自限温电伴热带，故取消温控器回路，增加控制柜面板每根自限温伴热带温度实时监视功能。

取消原先1个空开下接入多根伴热带负载的控制方式，采用每根伴热带对应1个空开，保证任何1个伴热带故障都不会影响其他伴热带的正常运行。原理是：根据伴热系统的设计和伴热带的长度计算出每个空开的大概功率，保证每个空开都能满足每根伴热带的使用，当发生伴热带短路等故障时相应分空开直接保护跳闸，不会出现1根伴热带发生短路故障时引起就地仪表伴热柜总空开或者电子间总伴热柜相应空开跳闸。

（2）增设备用伴热带，保证每根仪表取样管路都有主备2路伴热带到达。备用伴热带同步施工、同步验收，同样采用分空开控制，正常情况下投入主伴热带即可，当主伴热带故障时直接投运备用伴热带，方便快捷。在极寒天气时可同时投用主备2路伴热带，以避免恶劣天气影响机组重要参数的监视和运行。

（3）就地仪表保温柜伴热监视模块升级，并预留通信方式接入DCS（分散控制系统）功能。原就地仪表保温柜柜液晶监视面板只显示柜内温度，不能显示每个伴热带的温度，本次改造升级监视模块，确保每根伴热带温度实时循环显示，从而方便伴热巡查，减轻了巡查工作量，同时避免每次伴热巡查时因需要用手触摸伴热带，造成巡查人员烫伤，此次升级改造极大地改善了巡查人员的工作环境。

3 结语

本次仪表伴热系统改造施工工期为2016年5月4日—2016年6月10日，改造结束后根据天气变化，系统于2016年11月23日投入使用，安全度过了1个冬季，改造取得了预期效果。

设备投入运行时需要每日检查伴热总电源柜各开关是否正常，是否有跳闸现象，如出现回路故障，及时汇报并检查处理，并做好完整的维修记录。同时，定期对就地仪表保温柜进行巡查，看变送器接头等是否有滴水现象，发现问题及时处理，防止滴水造成伴热系统短路等故障。

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