自2015年12月2#汽轮机投运以来, 一直存在轴封压力、温度调节波动大问题, 因此, 时常因压力、温度调节不匹配, 导致汽封漏汽、真空度偏低。不仅增加了运行人员操作量, 更是影响了机组安全、稳定运行。究其原因如下: (1) 轴封管道管径设计过大, 调阀长期处于小开度运行, 不利于自动控制; (2) 减温水取用凝结水, 温度压力偏低, 冷却效果好;因此, 调阀自动控制时开度较小; (3) 调阀故障无法远控。

汽缸内与外界大气压力不等, 就必然会使缸内蒸汽或缸外空气沿主轴与汽缸之间径向间隙漏出或漏入, 造成工质损坏, 恶化运行环境, 并加热轴颈或使蒸汽进入轴承室, 引起油质恶化, 漏入空气又破坏真空, 从而增大抽气负荷, 这些将降低机组效率, 为此在转子穿过汽缸两端处都装有汽封, 这种汽封称为轴端汽封简称轴封, 高中压轴封用于防止蒸汽漏出汽缸, 低压轴封用于防止空气漏入汽缸。

本机组轴封系统由轴端汽封、轴封供汽母管压力调整机构、轴封加热器、减温器以及有关管道组成。轴封供汽在设计上有3路汽源, 分别为新蒸汽、再热冷段蒸汽、辅助蒸汽。轴封蒸汽压力由高压供汽调节阀、冷再供汽调节阀、溢流阀、辅汽供汽调节阀来调节。机组启、停时, 轴封向外供汽, 当整个系统达到自密封, 如有多余的蒸汽, 则会通过溢流阀流往冷凝器。调节定值为:溢流阀为0.15MPa表压力;低压汽封供汽通过减温器使供汽温度维持在140～170℃之间, 以防止汽封体变形或损坏汽轮机转子。

我们可以知道汽封主要调节阀有四个:汽封均压箱温度调节阀、均压箱压力调节阀、后汽封温度调节阀及溢流调节阀。生产一般利用主蒸汽作为汽封供汽汽源, 因此, 汽封均压箱压力调节阀一般不用;但其余三个调节阀是需要时刻使用的且其状态及调节精度好坏直接影响机组的安全、经济运行。其次, 汽轮机汽封均压箱温度调节阀远方无法操作, 报故障, 对调节更是带来了不及时性, 更加给机组安全、经济运行带来了影响。

对于这个长期存在的问题, 由于机组运行期间轴封温度、压力变化将对机组真空度、振动产生影响, 而且若负荷稳定, 一般不需要改变任何阀门状态, 因此, 决定在年修时进行系统分析、优化。

通过对前期运行中各阀门状态进行了解后, 发现调节阀开度基本维持在3%左右, 随着负荷变化时更是会维持在0%开度, 因此, 可以得出结论, 在调节阀几乎全关状态下就能够满足机组对汽封温度、压力要求。

通过对调节阀的了解, 这三个阀门均处于小开度工况下运行, 一般处于小开度下工作时存在着急剧的流阻、流速。压力等变化, 会引起以下几方面问题: (1) 节流间隙小、流速大、冲击厉害、严重影响调节阀寿命; (2) 一系列变化超过阀的刚度时, 稳定性差, 甚至产生振荡; (3) 开度小, 阀芯密封面距离节流孔近, 有损于阀芯密封面。总之, 为了提高阀的使用寿命、稳定性、正常调节等工作性能, 调节阀应避免在小开度下工作, 通常开度应大于30%, 才便于自动调节控制。

在分析出调节阀无法正常投自动原因后, 现场对其设计安装管道进行尺寸检查, 发现管径为DN20, 介质为温度在45℃左右的凝结水, 因此, 证明在DN20管径下, 介质温度过低, 只需要调节阀内漏就可以满足汽封温度条件 (140℃～170℃) 。

解决调节阀小开度工作问题, 通常采用降低调节阀前后差压、缩小调节阀 (或管道) 口径。

由流量方程式:

可知, 当ΔP减小时, Q也减小, 为保持阀的流量不变, 就要增大阀的开度, 具体方法如下:第一:在发后加限流孔板消耗一部分压降。第二:关闭管道上串联的手动阀, 至调阀获得较理想工作开度为止。这两种方式均是通过增加管道压降来降低调阀压降, 从而为保证总压降不变, 即流量不变, 则调阀必定要开大。

另外, 可通过缩小调节阀口径 (或者管道口径) , 从式可知, C减小, Q值也减小, 为保持通过调节阀的流量不变, 就必然要加大开度。

综上所述, 再结合现场情况、年修时间、工作量、以及成本考虑, 最终决定采取关闭管道上串联手动阀, 从而使调阀开度增大的方法:原因如下:第一, 由于介质减温水为压力1.6MPa、温度45℃, 对手动阀节流伤害较小;第二, 年修工期短, 若对管道及阀门尺寸更改难度大, 增加孔板管道空间不足。

通过关小调阀串联手动阀至调阀开度增大到35%左右后, 即可以对阀门投入自动, 进行PID参数整定。

首先为方便通过曲线判定各参数大小, 对SV值增加了趋势变化曲线。

本次参数整定方法是采用了经验法, 即:通过曲线的观察, 实质就是看曲线, 调各参数;调节目的是使调节曲线如图1所示。

具体步骤摘抄如下:

(1) 采取按表1的经验整定法PID参数凑试范围一览表, 对相应参数调节系统初步选取一个设定值, 然后根据调节效果进行修改。

图2 比例度过小时的过渡过程曲线

(3) 比例度过大时会使过渡时间过长, 使被调参数变化缓慢, 即记录曲线偏离给定值幅值较大, 时间较长, 这时曲线波动较大且变化无规则, 形状像绕大弯式的变化, 如图3所示。这时就要减小比例度, 使余差尽量小。

图3 比例度过大时的过渡过程曲线

(4) 当积分时间太长时, 会使曲线非周期地慢慢地回复到给定值, 如图4所示。则应减少积分时间。当积分时间太短时, 会使曲线振荡周期较长, 且衰减很慢, 如图5所示。则应加长积分时间。

图4 积分时间过长时的过渡过程曲线 

图5 积分时间过短时的过渡过程曲线

(5) 调节器的参数按比例积分作用整定好后, 可在积分时间的0.2～0.5倍范围内来调整微分时间。由于微分作用会增强系统的稳定性, 故采用微分作用后, 调节器的比例度可以再增大一些, 一般以增大20%为宜。微分作用主要用于滞后和惯性较大的场合, 由于微分作用具有超前调节的功能, 当系统有较大滞后或较大惯性的情况下, 才应启用微分作用。

通过以上方法, 在年修过程中对汽轮机汽封调节阀进行了反复测试, 最终将参数设定为:P:0.8;I:1.2;D:0.1。

汽轮机汽封调节阀均采用德国西门子公司西博思SIPOS电动执行机构。在年修过程中对其进行拆除, 并通过故障提示信息进行了调试, 调试后提示incrsase it, 则根据要求将信号齿轮单元比率增大, 通过将齿轮单元铜杆黑色齿轮B1向外拨, 同时可左右旋转白色齿轮以方便拨动, 最终将比率由5.5调换至14, 故障信号消除, 实现远方控制功能。

通过关小调节阀前后截止阀形成节流缩小管径, 增大调阀开度, 从而达到保护调阀阀芯以及PID自动控制参数优化, 达到了轴封自动控制运行方式, 使轴封温度、压力控制精度达到了机组要求。本次优化, 仅在已有设备基础上, 对运行方式进行了调整, PID参数进行优化, 既节约了改造管道成本, 同时减少了工作量, 确保年修按时完成。总体上优化效果良好。