性能加熱器內部邏輯分析及改進意見

劉晟

摘 ?要：9F燃機系統中，天然氣前置模塊內的性能加熱器設備，對DLN內燃燒穩定至關重要。若燃料氣熱值與比重發生變化，經過換熱器后的氣體溫度也會發生變化，為了保證韋伯指數變化率在5%之內，就需要對性能加熱器溫度調節閥精確控制。

關鍵詞：燃氣熱值;韋伯指數;溫度調節

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）32-0109-02

Abstract： In the 9F gas turbine system， the performance heater equipment in the natural gas prepositive module is very important to the DLN internal combustion stability. If the heat value and specific gravity of the fuel gas change， the gas temperature after the heat exchanger will also change. In order to ensure that the Weber Index change rate within 5%， it is necessary to accurately control the temperature control valve of the performance heater.

Keywords： heat value; Weber Index; temperature control

9F燃氣輪機中，燃料氣溫度是影響燃燒方式的重要參數，只有預先將天然氣溫度提高使之滿足切換條件，燃機在燃燒模式切換過程中才能縮短等待時間，為了進一步提高天然氣溫度控制的自動化程度，某燃機電廠生計部、熱控班做了大量細致的研究。

針對性能加熱器以往常發生超溫跳閘的故障，查找歷年跳機事故，可以發現導致性能加熱器跳閘的主要原因如下：

（1）加熱器水位高LSHH4222A，LSHH4222B，LSHH4222C，信號三選二。

（2）兩個中壓給水泵都停止運行延時35s跳閘。

（3）天然氣出口溫度>193℃，延時30s跳閘。

（4）性能加熱器所在MCC柜電源開關跳閘。

（5）如果檢測到水管存在泄漏，加熱器跳閘，并報警。

打開性能加熱器內部控制邏輯圖，如圖1所示。

性能加熱器投入運行的允許信號SP取決于SP1（端差控制設定值）、SP2（正常運行設定值）、SP3（最小開度和最大開度設定），三者之間的最小值。

三者動作邏輯為：

SP1：進水溫度（TE4210）和性能加熱器天然氣出口溫度（TE4223）之差控制在25℃以內，防止兩臺中壓給水泵均停役，造成管道內無流量。

SP2：如果天然氣出口溫度設定值大于52℃，燃氣輪機透平內部邏輯允許，性能加熱器投入。

SP3：如果發生甩負荷，SP3在15s內設定為SP1和SP2的最小限制值，然后恢復到100%。

性能加熱器溫控閥的動作邏輯，如圖2所示。

從圖2中可知，通過將加熱器入口水溫與出口燃料氣溫度的差值輸入PID1，和其原設定值進行比較運算。PID2的作用是將熱電偶測得的出口燃料溫度與其原設定值185℃進行比較運算。PID1與PID2運算出的結果取小的那個值，用于調節溫控閥的開度。在啟機過程中，加熱器入口水溫一般情況下低于200℃，PID1起作用;正常運行入口水溫高于220℃后，PID2調節器起作用。若按圖2所示的簡單控制回路，在啟機過程中，運行工況突發變化后，入口水溫就不可能恒定，有時波動范圍可以達到30℃，等加熱器出口燃料氣溫發生變化后，再通過PID1來調節溫控閥改變給水流量，其遲延特性更加明顯，很容易引起調節過程的震蕩，因此這樣的調節是不可靠的。在2017年4月18日，某燃機電廠1號燃機即將結束啟動過程時，就發生了水溫的突變致使出口燃料氣溫度高于193℃，30s后給水的溫度調節閥仍不能修正到正確開度，導致該發電機組解列，機組甩負荷至全速空載。由于原設計沒有考慮到該類情況，所以在2018年5月技改之前發生的概率是很高的，為了進一步控制住加熱器出口的燃氣溫度，使得性能加熱器中壓給水溫度控制閥調整更靈敏，該電廠在OVATION系統內，對其溫控閥的控制邏輯作出改動。

由于入口水溫的變化實際上是流經性能加熱器的水焓值產生了變化。而在穩定工況下，機組所需天然氣量基本不變，只要加熱器入口燃氣溫度不變，則將其加熱到185℃所需的焓值就應該不變即燃料氣焓升基本恒定。該燃機電廠熱控部經研究后認為增加一只PID的調節器，命名為PID3，通過性能加熱器進口給水，出口排水的壓力、溫度、流量這些數據，精確算出性能加熱器進水焓值差，與天然氣的焓值增加量進行比較，最終確定進水溫控閥的開度，它的作用相當于增加了一個閥門動作的提前量，改變其調節特性，避免因溫控閥調節遲滯導致的天然氣超溫，進而防止性能加熱器頻繁跳閘，避免機組快速減負荷情況的出現。具體邏輯圖見圖3。

從圖3可以看出， PID2的功能沒有改變，由于增加了PID3，相當于引入了燃料氣流量變化引起的焓升⊿H1、給水焓降⊿H2兩個變量（此設計考慮到了機組負荷對該溫控閥的影響）。這樣在穩定工況下，當熱水溫度變化時，水的焓值也會發生變化，PID3隨之改變，溫度調節閥也跟著發生變化。相比原先的設計溫控閥的調節有了提前量，減少了給水溫突變帶來的控制滯后。

小結

技改結束之后，經過長期運行發現，性能加熱器出口天然氣溫度變化變小，閥位的調節幅度也大為減少，目前燃機所需燃料氣溫度基本實現可控，應該說增加的PID3控制是成功的。這對接下去熱工控制人員如何更精確的測量出加熱器進、出口燃料氣的熱值變化，換算成焓值的上升量對溫控閥的控制精度會很有幫助。如此進入性能加熱器的給水流量也能更精確?？梢哉f該項目作為一項創新已經取得了良好的效果，值得同類型機組參考借鑒。

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