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膠球清洗系統(tǒng)300MW機(jī)組凝汽器改造說明
針對(duì)目前300MW機(jī)組凝汽器膠球清洗裝置普遍的問題進(jìn)行了探討，指出了PLC控制系統(tǒng)和膠球清洗裝置高位布置及其本身結(jié)構(gòu)存在的一些問題，結(jié)合該公司膠球清洗系統(tǒng)改造的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了膠球清洗的控制由可編程控制器的控制向分散控制改造的可行性，以及提高收球率的途徑，并且對(duì)改造措施和方案以及成果進(jìn)行了闡述。
凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的問世，對(duì)保持凝汽器水側(cè)清潔，延緩傳熱惡化，減少汽輪機(jī)冷端損失，提高汽輪發(fā)電機(jī)組的出力起到了較大的作用。但是，膠球清洗裝置能否正常投入且有效工作，其膠球質(zhì)量、投球量、清洗時(shí)間間隔和清洗持續(xù)時(shí)間、以及收球率等技術(shù)指標(biāo)是關(guān)鍵，尤其收球率，它不但可判斷收球設(shè)備效率，本身也是衡量PLC控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題。導(dǎo)致收球率低的原因主要有：
①循環(huán)水中雜物多。這可以通過改善一、二次濾網(wǎng)來解決(限于非地下水冷卻的一些較臟的冷卻水源)；
②設(shè)備缺陷。如膠球經(jīng)過的地方有死角、盲孔、串縫和回流區(qū)、銅管伸出管板過多或管壁有局部壓痕，收球網(wǎng)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)龋@些在選購安裝時(shí)應(yīng)充分考慮；
③清洗閥、出口閥、膠球泵的關(guān)停次序?qū)κ涨蚵室灿杏绊憽ｊP(guān)停順序、時(shí)間應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選定。這樣才能達(dá)到良好的效果。
提高收球率的措施一般有：
(1)制定合理的操作規(guī)程，設(shè)人定期維護(hù)。
(2)循環(huán)水壓頭不夠，應(yīng)減少系統(tǒng)阻力。
(3)正確設(shè)計(jì)、使用收球網(wǎng)。
(4)膠球清洗要選得合適，軟硬適度，濕態(tài)時(shí)要等于水(海水)的密度，使球不懸浮在水(海水)中，膠球質(zhì)量好，微孔粒度適當(dāng)，材質(zhì)均勻，可塑性、耐磨性好。膠球直徑大于管子內(nèi)徑1～2mm。
(5)提高控制裝置可靠性，從而減少裝置故障或誤操作等造成跑球。
2、概述
從清洗閥、出口閥、膠球泵的關(guān)停順序、時(shí)間邏輯等控制方式和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)收球率影響，作改進(jìn)上的分析和說明。從而達(dá)到改善操作人員的勞動(dòng)條件，使用簡便；提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。
2.1膠球清洗控制系統(tǒng)方面存在的問題
我公司兩臺(tái)300MW機(jī)組的凝汽器銅管清洗設(shè)備，兩年來一直使用原安裝的PLC程控柜。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)由于其控制獨(dú)立與單控室沒有聯(lián)系，常由于運(yùn)行過程中執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障或膠球泵的失電，產(chǎn)生跑球、清洗不過關(guān)的情況；以及電氣與熱工信號(hào)在同一控制柜中.造成熱工控制回路與電氣動(dòng)力控制回路的信號(hào)干擾，甚至出現(xiàn)電氣設(shè)施打火，燒毀熱控設(shè)施的事故。
2.2膠球清洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流程設(shè)計(jì)方面存在的問題
2.2.1裝球室設(shè)計(jì)存在問題不能保證有足夠的收球時(shí)間及收球量。
2.2.2收球網(wǎng)二側(cè)出水管不對(duì)稱，管道阻力有差異，造成二側(cè)水量不一致，影響收球效果。
膠球泵安裝位置存在問題，其系統(tǒng)流程如圖1:
圖1膠球清洗裝置系統(tǒng)示意圖
3、膠球清洗改造策略和成果
鑒于此經(jīng)過技術(shù)討論，決定一是通過改造控制裝置，完善控制的連鎖保護(hù)的邏輯電路；二是改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流程設(shè)計(jì)。
3.1凝汽器膠球清洗控制系統(tǒng)的改造
改造前所用的PLC控制，控制過程不清晰，邏輯診斷困難，給運(yùn)行和維護(hù)造成很大不便。原程控柜主要由程控柜外殼、可編程控制器(PLC、)、靜態(tài)模擬屏、控制按扭和指示燈等組成。其中，PLC由主板、CPU、內(nèi)存單元、編程器、輸入單元和繼電器輸出單元組成。PLC是控制的核心部件，控制步序就由它來控制，因此若由于其死機(jī)或出錯(cuò)常常造成控制步序走不下去，從而造成跑球或清洗不合格等故障。而且邏輯修改要用門的編程器才能修改，而且加邏輯保護(hù)時(shí)往往需要外部輔助接線。邏輯修改以及完善很不方便，故障點(diǎn)很難抓住。
于是考慮通過對(duì)原控制邏輯的改進(jìn)，將PLC控制改為DCS控制。在改變控制策略前，需要將原邏輯轉(zhuǎn)化為我公司W(wǎng)DPF-IⅡ型系統(tǒng)所識(shí)別的邏輯控制形式，也就是說需要將膠球清洗程序或過程轉(zhuǎn)化為梯形圖(Ladder圖),將單個(gè)電動(dòng)門的自動(dòng)和手動(dòng)控制轉(zhuǎn)化為文本算法(DEVICE算法),同時(shí)在DPU的數(shù)據(jù)庫中加入所需要的點(diǎn)(即輸入的反饋量、開關(guān)/啟停指令、中間邏輯量點(diǎn)等):通過這些基本的準(zhǔn)備后.保留了原控制的基本思路，接下來就是要考慮要完善的邏輯控制(如允許啟膠球泵的條件、收球網(wǎng)的開啟條件等)。經(jīng)過多次邏輯的修訂以及控制方案的審議，終擬訂了實(shí)施方案，簡述如下：
(1)保留原控制系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不變；
(2)保留原控制邏輯的基本思路，加入連鎖、保護(hù)和允許信號(hào)共6項(xiàng)；
(3)原就地控制柜拆除，更新為TMCC柜(編號(hào)為J01.帶燈指示回路),并繪制了電動(dòng)門的邏輯電路圖，交MCC柜生產(chǎn)；
(4)在18號(hào)DPU中進(jìn)行邏輯組態(tài)，使用已有的廢點(diǎn)(因考慮到整個(gè)DCS系統(tǒng)點(diǎn)資源較緊缺.WDPF-II型系統(tǒng)多處理19000點(diǎn));
(5)組態(tài)膠球清洗過程圖(圖號(hào)為5918,設(shè)置在MENU2中);
(6)編制電纜敷設(shè)清單、接線清單和電動(dòng)門邏輯圖以及組態(tài)圖。
這樣改造后將使得邏輯修改的手段和邏輯控制的功能更加強(qiáng)大，同時(shí)可方便地加入了防止運(yùn)行人員誤操作的邏輯，加入了防止因電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障跑球需緊急停泵、關(guān)閉相應(yīng)電動(dòng)門的保護(hù)邏輯以及保護(hù)膠球泵的邏輯。而且這項(xiàng)改造方便、可行性很好，只需要將其控制部分改造就可以了，并加入相應(yīng)輸人/輸出點(diǎn)，同時(shí)在DCS控制系統(tǒng)的操作畫面上繪制相關(guān)控制過程圖，組態(tài)相關(guān)的邏輯及軟控制面板，就可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和監(jiān)視了。
改造中除遵循了原來的邏輯控制，還加入了邏輯保護(hù)功能，仍然具有手/自動(dòng)兩種操作方式，和就地操作方式。
原手動(dòng)操作，是將電動(dòng)/程控按扭放在電動(dòng)位置，可在操作面板上手動(dòng)操作進(jìn)行膠球清洗，閥門和膠球泵的運(yùn)行狀態(tài)，在操作按扭上及模擬屏上顯示。改造后，可以在就地MCC柜上進(jìn)行手動(dòng)單體操作，也可以在CRT上進(jìn)行手動(dòng)操作(此時(shí)受超弛或允許的邏輯條件限制，可以防止誤操作或跑球現(xiàn)象發(fā)生)。
原自動(dòng)操作，是將電動(dòng)/程控按扭放在電動(dòng)程控位置，按下復(fù)位按扭再啟動(dòng)清洗程序，系統(tǒng)自動(dòng)按步序運(yùn)行，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)及泵的運(yùn)行在面板上顯示。改造后，是在CRT上將所有的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切為自動(dòng)·在相應(yīng)的畫面上用鼠標(biāo)按下自動(dòng)膠球清洗按鈕，即可進(jìn)行膠球清洗，相應(yīng)的各個(gè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)及開啟順序都可以在CRT上的過程圖里看到。CRT上的過程圖通過西屋公司提供的圖形軟件繪制，所有操作都在此畫面上即時(shí)完成。
被控對(duì)象涉及控制和反饋點(diǎn)共56點(diǎn)。需要在DCS系統(tǒng)(WDPF-Ⅱ型)中增加相應(yīng)的輸入/輸出的數(shù)字量卡件，對(duì)于控制信號(hào)的輸出，需要加裝QBO卡(G04),每塊卡件可以輸出16個(gè)數(shù)字量信號(hào)，對(duì)于模擬量輸入點(diǎn)即反饋輸入點(diǎn)需要安裝QAI卡(G01),每塊卡件可接受8個(gè)模擬量輸人點(diǎn)，因此需2塊QAI和2塊QBO卡.同時(shí)加裝相應(yīng)的HALFSHELL(常稱為前邊緣連接器，用于與端子柜接線)共4塊。
控制邏輯通過西屋的回路算法模塊，梯形圖邏輯模塊和DEVICE文本算法模塊實(shí)現(xiàn)，其所用的相關(guān)控制量以DCS點(diǎn)的形式按DPU的數(shù)據(jù)格式，組態(tài)到18號(hào)DPU;同時(shí)根據(jù)邏輯圖加入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，并且做點(diǎn)目錄更新(簡稱SPD),所用到的相應(yīng)的基本算法模塊的示例見圖2:
DEVICE算法以膠球泵出口閥為例給出：為了使就地的各電動(dòng)門有清晰的、單獨(dú)的控制回路，使就地的手動(dòng)操作更為方便，也避免了電氣信號(hào)對(duì)熱控信號(hào)的干擾以及火災(zāi)的隱患，加設(shè)了就地的熱控MCC柜2套，每套6個(gè)控制回路抽屜以及電氣MCC柜和相應(yīng)電纜等。這樣，就達(dá)到了熱控信號(hào)與電氣信號(hào)的隔離，就地?zé)峁CC控制柜(熱控MCC柜帶就地操作)與電氣MCC控制柜分離。其他被控設(shè)備如6臺(tái)電動(dòng)球閥和2臺(tái)膠球泵、收球網(wǎng)電動(dòng)推桿和裝球室電動(dòng)裝置，都無須做任何改動(dòng)。TMCC柜邏輯電路圖如4:
3.2膠球清洗系統(tǒng)布置改造
3.2.1膠球清洗改變膠球泵安裝位置
現(xiàn)膠球泵人口管比收球網(wǎng)出水管高近1m.嚴(yán)重影響收球率。將膠球泵移到一1.5m處，重新布置膠球泵出入口管道位置，保證其對(duì)稱且阻力小。
3.2.2優(yōu)化管道安裝位置收球網(wǎng)二側(cè)出水管不對(duì)稱，管道阻力有差異，造成二側(cè)水量不一致，影響收球效果。于是將收球網(wǎng)旋轉(zhuǎn)30度，以保證水流對(duì)稱分布。
3.2.3裝球室移位至凝結(jié)器水室處膠球泵上，縮短收球管道路程，減少了收球水力流程的阻力。
3.2.4改前收球率在50%—80%且經(jīng)常跑球，改后收球率達(dá)到95%一98%以上。(膠球清洗裝置收球率標(biāo)準(zhǔn)：收球率≥90%為合格，≥94%為良好，≥97%為優(yōu)秀)。
4結(jié)束語
4.1通過改造達(dá)到了預(yù)期效果，膠球清洗控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，操作在CRT上進(jìn)行，同時(shí)可監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，帶有連鎖保護(hù)的功能，控制過程清晰、簡潔、易行。
4.2電氣控制與熱工控制信號(hào)分離，安全可靠性得到提高，分工更加明確，便于維護(hù)和監(jiān)管。其控制過程一目了然，操作方便，膠球清洗時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)更改，還可以在邏輯條件滿足的情況下，對(duì)單個(gè)門進(jìn)行操作和調(diào)試。
4.3收球率達(dá)到了優(yōu)良水平。