从除氧器水位波动引发的思考

杨伟俊

摘 要：在安全生产要求不断提升的今天，针对扬州发电有限公司2×330MW机组凝泵变频改造后，除氧器水位波动的典型案例，分析了除氧器水位波动的原因及解决方案，给出对今后类似情况处理的建议。

关键词：330MW机组;除氧器;水位波动;自动控制;凝泵变频

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.166

1 设备概况

江苏华电扬州发电有限公司6、7号机组单机容量330MW。锅炉为东方锅炉厂生产的DG1036/18.2～Ⅱ4型，亚临界压力，一次中间再热自然循环汽包炉，设计额定蒸发量1036t/h。汽机为哈尔滨汽轮机厂生产的N330-16.67/538/538，给水系统配置2×50%容量的汽动给水泵（以下简称汽泵）和1×50%容量电动给水泵（以下简称电泵）。凝结水系统配备2台100%容量的凝结水泵（以下简称凝泵），额定流量864m3/h，扬程306mH2O，转速1480r/min，配用1120kW的异步电动机，阀门调节，后增设ASD6000T高压变频器，实现20～50Hz无级调速，功耗随机组负荷变化而变化。汽包容积52m3，正常水位0mm，低Ⅰ值-50mm，高Ⅰ值+50mm。除氧器容积150m3，正常水位2000mm～2200mm，低Ⅰ值1850mm，高Ⅰ值2350mm。凝汽器热井容积50m3，正常水位480mm～520mm，低Ⅰ值450mm，高Ⅰ值550mm。

2 现象描述

某日晚21时20分左右，运行人员监盘发现7号机2号汽泵前置泵轴承温度持续上升，直逼保护动作值。于21时23分紧急启电泵，调2号汽泵为电泵运行，其间汽包水位略有波动，除氧器水位基本平稳。21时26分用于控制除氧器水位的凝泵变频自动突然跳为手动，因当时处理的焦点集中于汽包水位和调泵上，未能在第一时间发现，调泵结束且汽包水位平稳后发现除氧器水位高，立即处理，于21时40分恢复正常，其间水位最高到达2350mm。

3 原因分析

机组自凝泵变频投运后，正常情况下，凝泵变频投自动，控制除氧器水位，除氧器上水调整门投手动，人工控制凝泵出口压力在2.0MPa左右。

经历史曲线查询，发现在除氧器水位基本平稳的状况下，凝泵变频自动的指令有过2次大幅度晃动，最终导致凝泵变频自动突然切出，除氧器水位失去自动控制。

下图为历史曲线，展示了从21时24分开始，3分钟内与之有关的参数变化。横坐标为时间，共6格，每格30秒，纵坐标为各参数数值，共10格，每格1/10。各参数及含义如下表所示。

为了便于观察和比较，历史曲线分为上、中、下、底，4个部分。上部2条曲线为凝泵变频指令和反馈，中部3条曲线为除氧器水位设定值、反馈值和除氧器上水门开度，下部4条曲线为总给水流量、除氧器上水流量、凝泵出口流量和凝泵出口压力，底部1条曲线为凝泵再循环门开度。

（1）非决定因素。从21时24分开始，到凝泵自动突然切出的3分钟内，除氧器上水门，凝泵再循环门始终没有动，可见这2个参数不是影响凝泵自动的主要原因。从21时24分0秒开始，到21时26分6秒凝泵自动跳为手动前，除氧器水位在2130mm左右，上下波动不超过25mm，在正常范围之内，所以除氧器水位也不是响凝泵自动的主要原因。

（2）凝泵变频自动突然切出的原因。21时26分6秒凝泵变频自动跳为手动，变化最大的2个参数是凝泵变频指令和总给水流量。根据DCS习惯做法，当指令与反馈偏差大时自动跳为手动，而此时指令为89%，反馈为71%，两者相差18%，自动跳为手动。

（3）为什么凝泵变频指令会如此大地变化？假设凝泵变频自动和凝结水用户有关，那么现象应该是，当凝结水用户的流量突然增加时，凝泵出口流量增加，除氧器上水流量减少或者不变，两者之差变大，凝泵出口压力下降。而实际情况并不是如此，上图中的黄线与绿线自始至终基本重合，说明凝结水用户流量并未明显变化。

仔细观察图形，发现凝泵变频指令的变化趋势和总给水量的变化趋势有很大相似之处，除氧器上水流量明显有紧跟总给水流量的意图。由此可见，凝泵变频指令也和总给水流量有关，即和除氧器出水流量有关，凝泵变频对除氧器水位控制是二冲量的。

所以，凝泵变频指令如此大地变化是因为总给水流量变化引起的。

（4）凝泵对除氧器水位自动控制到底是怎样的？在本次除氧器水位波动事件中，可以明显观察到，凝泵变频自动与除氧器水位和除氧器出水流量有关。那么是否仅和这两个量有关呢？答案是否定的。

凝泵变频自动对除氧器水位的自动控制不仅与除氧器水位和除氧器出水流量有关，还与除氧器进水流量有关，这是一个三冲量的水位自动控制。何以证明？

某日17时16分至17时27分的一次除氧器水位波动可以很好证明这点。当时因凝泵出口压力低至1.76MPa，运行人员手动关小除氧器上水调整门，除氧器上水流量突减120t/h，凝泵经自动调节后反馈增加11%，凝泵出口压力上升至2.49MPa，除氧器上水流量回升100t/h。1分30秒后，因凝泵出口压力达2.51MPa，运行人员再次手动开大除氧器上水调整门，除氧器上水流量突增190t/h，凝泵变频指令减小19%，自动跳为手动，凝泵出口压力下降1.0MPa，除氧器上水流量下降290t/h，除氧器水位开始下降，最低达1745mm。其间，除氧器出水流量平稳，波动不超过40t/h。

下图历史曲线展示了从17时15分开始，5分钟内与之有关的参数变化。横坐标为时间，共5格，每格1分钟，纵坐标为各参数数值，共10格，每格1/10。各参数及含义如下表所示。

仔细观察图形，发现除氧器上水流量有緊跟总给水流量的意图，由此可见凝泵变频指令还与除氧器上水流量有关。

自此可以明确，凝泵变频对除氧器水位的控制是三冲量，分别和除氧器水位、除氧器上水流量、除氧器出水流量有关。因3号高压加热器正常疏水无流量测点，所以与高加到除氧器的疏水无关。

4 解决方案及对今后类似情况处理建议

除氧器水箱位于凝汽器和汽包之间，容积最大，在汽轮机水循环中起到承上启下的作用。当除氧器的水位波动时，能影响凝汽器水位和汽包水位，同时除氧器水位过高后如果不能及时制止水位上涨，将直接威胁汽轮机安全，所以除氧器水位控制是一个不容忽视的问题。

（1）解决方案。因凝泵变频反馈速率不是很快，应在计算机程序中限定指令变化速率，防止指令与反馈偏差大而自动切出。

除氧器水箱容积150m3，可调容积约50m3。凝汽器热井容积50m3，可调容积约20m3。汽包容积52m3，可调容积约9m3。可见除氧器可调容积是汽包的5.5倍，是凝汽器的2.5倍，所以，当除氧器水位在2000mm至2200mm之间，凝泵变频可在计算机内部自动切换为单冲量控制，超出正常水位后再切回三冲量控制。

如凝泵变频是单级三冲量控制，应改为串级三冲量控制。如是串级三冲量控制，应该减小给水流量调节器所占的比重，加大水位调节器所占的比重。

（2）对今后类似情况处理建议。正常运行时，如需要用除氧器上水门调节凝泵出口压力，每次调整幅度不可过大，待凝泵出口压力晃动平稳后方可继续调整。紧急情况下需要快速调整凝泵出口压力，可先解除凝泵变频自动，除氧器上水门调整压力，再调整凝泵变频，恢复除氧器上水流量到先前大小，稳定后变频投自动。

在处理除氧器水位波动时，不仅要看除氧器水位，还要看除氧器上水流量，要保证除氧器上水流量与先前基本持平。处理过程中，只要能保证除氧器上水流量，短时间内可以暂不理会凝泵出口压力波动，水位平稳后及时调整凝泵出口压力。除氧器水位调整门开度在60%以下时调节速度快且截流效果明显，如开度超过60%，应使用凝泵变频调节流量。

5 结语

当前扬州发电有限公司2×330MW机组，凝泵變频对除氧器水位的自动控制采用三冲量控制法，凝泵变频指令与反馈偏差大于18%后，变频自动跳为手动。在处理汽包水位波动及能影响给水流量大幅变化的事件时，应有专人负责监视凝泵变频，防止引发派生事故。

参考文献：

[1]江苏华电扬州发电有限公司.330MW发电供热机组集控运行规程[S].

[2]330MW火电机组集控运行[M].中国电力出版社.