提高機(jī)組真空泵氣動(dòng)門(mén)可靠性的方法研究

郭 勇，邵程安

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

受宏觀經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型影響，工業(yè)生產(chǎn)增長(zhǎng)趨緩，社會(huì)電力需求整體偏弱；全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量對(duì)比社會(huì)用電增長(zhǎng)量，電力供應(yīng)能力過(guò)剩局面已經(jīng)凸顯；發(fā)電企業(yè)利用小時(shí)數(shù)普遍降低，各企業(yè)都在想方設(shè)法提高負(fù)荷率以保證電量，因此必須保證各設(shè)備正常運(yùn)行。即使是備用輔機(jī)，也應(yīng)能夠隨時(shí)啟動(dòng)，以保持機(jī)組負(fù)荷。

在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，凝汽器內(nèi)真空的形成是由于汽輪機(jī)排汽在凝汽器內(nèi)驟然凝結(jié)成水時(shí)，其比容急劇縮小而形成的。由于汽輪機(jī)排汽中含有少量的不凝結(jié)氣體，同時(shí)，凝汽器本身及其連接系統(tǒng)也存在漏氣處；有部分空氣漏入凝汽器內(nèi)，所以需用真空泵將氣體連續(xù)不斷地從凝汽器中抽出，以維持凝汽器在真空下連續(xù)運(yùn)行。

某發(fā)電有限公司8號(hào)機(jī)組配置3臺(tái)50%容量的水環(huán)式真空泵，電動(dòng)機(jī)與真空泵采用直聯(lián)方式，與真空泵相配套的還有熱交換器、汽水分離器及其管道閥門(mén)等，它們共同構(gòu)成真空泵組，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)真空泵處于運(yùn)行狀態(tài)，1臺(tái)真空泵處于熱備狀態(tài)，每月定期試轉(zhuǎn)1次，確保備用泵功能完備。但由于各種原因，發(fā)現(xiàn)真空泵氣動(dòng)門(mén)多次出現(xiàn)故障，導(dǎo)致真空泵啟動(dòng)或停止條件不滿足，或觸發(fā)跳閘條件，對(duì)真空泵的正常啟停和運(yùn)行造成威脅。

1 真空泵系統(tǒng)工作原理

8號(hào)機(jī)組每臺(tái)真空泵配置3個(gè)氣動(dòng)門(mén)，分別為：真空泵入口閥、大氣噴射器驅(qū)動(dòng)蝶閥、大氣噴射器切換碟閥，如圖1所示。

圖1 真空泵系統(tǒng)原理

該氣動(dòng)門(mén)本體采用GEMU氣動(dòng)蝶閥（如圖2所示），反饋裝置采用接觸式微動(dòng)開(kāi)關(guān)表征氣動(dòng)門(mén)位置，并通過(guò)硬性連接桿連接在一起。驅(qū)動(dòng)裝置為世格2位5通失電自保持式電磁閥，并由DCS（分散控制系統(tǒng)）根據(jù)操作員指令、真空系統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯，通過(guò)電信號(hào)控制。

圖2 8號(hào)機(jī)真空泵氣動(dòng)門(mén)實(shí)拍圖

2 真空泵氣動(dòng)門(mén)控制邏輯

真空泵停運(yùn)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉真空泵進(jìn)口門(mén)，如圖3所示。當(dāng)真空泵啟動(dòng)后且入口壓力滿足要求時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟真空泵進(jìn)口門(mén)，避免了在真空泵啟停過(guò)程中對(duì)凝汽器真空度的擾動(dòng)，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

真空泵噴射器切換蝶閥和真空泵噴射器驅(qū)動(dòng)蝶閥間互為聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)條件，如圖4和圖5所示。當(dāng)一個(gè)閥門(mén)處于開(kāi)狀態(tài)，則另一個(gè)閥門(mén)處于關(guān)狀態(tài)，從而保證對(duì)應(yīng)真空泵組處于正常工況。

真空泵入口蝶閥關(guān)狀態(tài)為真空泵允許停條件和自動(dòng)停條件之一。設(shè)定該邏輯的目的是：防止先停泵后，由于入口門(mén)全部關(guān)閉需要一定時(shí)間或出現(xiàn)故障無(wú)法關(guān)閉，導(dǎo)致空氣從泵體通過(guò)抽氣入口門(mén)倒流進(jìn)入凝汽器，使真空突降。

圖3 真空泵進(jìn)口門(mén)邏輯

圖4 真空泵噴射器切換蝶閥邏輯

圖5 真空泵噴射器驅(qū)動(dòng)蝶閥邏輯

3 真空泵氣動(dòng)門(mén)故障原因分析

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

查詢(xún)2016年1—12月的機(jī)組消缺日志、歷史曲線和操作記錄，進(jìn)行2016年真空泵氣動(dòng)門(mén)故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

3.2 原因分析

控制裝置失靈是真空泵氣動(dòng)門(mén)故障率高的主要原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障處理情況、查閱技術(shù)資料和分析，造成控制裝置失靈原因主要有：電纜破損接地、電磁閥卡澀、聯(lián)鎖邏輯不合理、輸入輸出通道失靈、線圈電壓過(guò)低、銅芯短路或斷路、閥體卡澀漏氣、反饋裝置選型不合理、觸電腐蝕等。通過(guò)對(duì)以上原因進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)、檢查并綜合歷史數(shù)據(jù)分析，得出電纜破損嚴(yán)重、反饋裝置選型不合理是引起控制裝置失靈的關(guān)鍵因素。

表1 2016年1—12月真空泵氣動(dòng)門(mén)故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

3.3 可能存在的原因檢查

（1）通道失靈檢查：通過(guò)對(duì)相關(guān)通道進(jìn)行性能測(cè)試，短接數(shù)字量輸入/輸出卡件對(duì)應(yīng)通道，現(xiàn)場(chǎng)電磁閥得電、失電情況正常，汽缸動(dòng)作方向、位置正確，記錄通道動(dòng)作時(shí)間如表2所示。

表2 通道動(dòng)作時(shí)間

通道試驗(yàn)滿足Ovation分散控制系統(tǒng)關(guān)于通道自保持性、響應(yīng)時(shí)間小于100 ms的要求。

（2）電磁閥性能檢查：通過(guò)對(duì)出現(xiàn)故障的氣動(dòng)門(mén)電磁閥進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)電磁閥壓縮空氣流動(dòng)通道內(nèi)無(wú)雜質(zhì)及污油，閥桿及膠圈無(wú)變形、破損，電磁閥動(dòng)作靈活、無(wú)異常。

（3）閥體性能檢查：通過(guò)將驅(qū)動(dòng)氣源壓力降至氣動(dòng)閥動(dòng)作下限值（0.4 MPa），氣動(dòng)閥動(dòng)作平滑無(wú)卡澀。待壓力值恢復(fù)正常后，用噴壺將肥皂水噴至缸體及接口處，觀察一段時(shí)間，確認(rèn)缸體及接口處無(wú)氣泡產(chǎn)生，密封性完好。

（4）聯(lián)鎖邏輯檢查：通過(guò)檢查真空泵進(jìn)口門(mén)、真空泵大氣噴射器切換閥、驅(qū)動(dòng)閥連鎖邏輯，經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員確認(rèn)，并通過(guò)聯(lián)鎖試驗(yàn)檢查實(shí)際動(dòng)作情況發(fā)現(xiàn)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)正確，控制連鎖邏輯合理，符合真空系統(tǒng)技術(shù)要求。

（5）驅(qū)動(dòng)氣源檢查：通過(guò)測(cè)量減壓閥出口壓縮空氣壓力為0.5 MPa，儀表管管徑為15.8 mm，符合DL/T 774-2015《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》中“儀用壓縮空氣氣源應(yīng)在0.4～0.6 MPa，管徑需大于14 mm”的規(guī)定。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、歷史數(shù)據(jù)綜合分析和可能性排除，得出主要是由電纜破損嚴(yán)重和反饋裝置選型不合理這兩方面原因造成的。

（6）電纜絕緣檢查：通過(guò)查閱歷史消缺記錄發(fā)現(xiàn)，控制電源接地，斷路器跳閘為氣動(dòng)閥控制裝置失靈的原因之一。通過(guò)歷史消缺記錄和對(duì)斷路器側(cè)、現(xiàn)場(chǎng)控制裝置中間接線盒內(nèi)電纜逐個(gè)檢查，并對(duì)地測(cè)量絕緣，發(fā)現(xiàn)斷路器側(cè)線纜完好，各中間接線盒內(nèi)控制電源電纜出口處都有不同程度的磨損，磨損嚴(yán)重的線纜對(duì)地絕緣電阻值較低。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，中間端子排安裝在行程開(kāi)關(guān)端子盒內(nèi)部，氣動(dòng)閥動(dòng)作過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)連桿產(chǎn)生一定振動(dòng)，長(zhǎng)期積累會(huì)導(dǎo)致電纜破損接地，驅(qū)動(dòng)電源跳閘。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源失去時(shí)沒(méi)有報(bào)警，不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)閥門(mén)已經(jīng)失去控制。

（7）反饋裝置選型檢查：對(duì)出現(xiàn)故障的反饋裝置內(nèi)接觸式微動(dòng)開(kāi)關(guān)壓板、反饋連桿進(jìn)行外觀及性能檢查，發(fā)現(xiàn)部分微動(dòng)開(kāi)關(guān)壓板已完全磨損，按壓不到位；連桿與閥體連接部件變形，導(dǎo)致空行程較大；在氣動(dòng)閥已經(jīng)到位時(shí)，閥桿無(wú)法正常傳動(dòng)壓板按壓至微動(dòng)開(kāi)關(guān)處。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)閥動(dòng)作過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)連桿產(chǎn)生一定振動(dòng)，導(dǎo)致微動(dòng)開(kāi)關(guān)壓板磨損，接觸部件變形。

通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)通道性能符合要求，電磁閥性能良好，閥體完備無(wú)卡澀，邏輯組態(tài)功能完善，驅(qū)動(dòng)起源符合規(guī)程要求，因此，主要存在的問(wèn)題是：電纜破損接地和反饋裝置選型不合理。

4 改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)上述原因分析，有針對(duì)性地采取了改進(jìn)措施，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

（1）將原接觸式反饋裝置更換為接近式行程開(kāi)關(guān)。

由于市場(chǎng)上沒(méi)有與氣動(dòng)閥配套的接觸式反饋裝置，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原接觸式反饋裝置進(jìn)行拆除，對(duì)與氣動(dòng)門(mén)本體相連的反饋桿、凹槽及定位孔尺寸和位置等進(jìn)行尺寸測(cè)量，并自主設(shè)計(jì)和制作新型的保護(hù)殼、連桿、位置架等機(jī)械結(jié)構(gòu)，接觸式開(kāi)關(guān)查找相關(guān)資料及與設(shè)備廠家溝通等最終確定型號(hào)。

更換接近式行程開(kāi)關(guān)后，對(duì)真空泵氣動(dòng)門(mén)進(jìn)行單體調(diào)試。在閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中反饋桿與槽位吻合、連接牢固可靠。接近式開(kāi)關(guān)位置準(zhǔn)確可靠。

（2）調(diào)整中間接線盒位置，同時(shí)增加驅(qū)動(dòng)電源失去后報(bào)警。

利用8號(hào)機(jī)組停機(jī)期間，端子排從原反饋裝置中移出，并接到新增的獨(dú)立中間接線盒中，同時(shí)在DCS電子間內(nèi)增加驅(qū)動(dòng)電源失去報(bào)警信號(hào)線、增裝繼電器、通道及畫(huà)面報(bào)警。

調(diào)整好中間接線盒后，進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)，閥門(mén)動(dòng)作正確。在真空泵正常運(yùn)行情況下，對(duì)改造后的接線盒振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)接線盒振動(dòng)大幅度降低。在現(xiàn)場(chǎng)使用便攜式振動(dòng)儀測(cè)量接線盒外殼振動(dòng)值，由改造前的0.5 mm變?yōu)楦脑旌蟮?.1 mm。

增加報(bào)警點(diǎn)通道后，切掉電磁閥驅(qū)動(dòng)電源，電子室繼電器動(dòng)作正常，操作員站聲光報(bào)警正常。

改造后查詢(xún)2017年5—10月的機(jī)組消缺日志、歷史曲線和操作記錄，繪制真空泵氣動(dòng)門(mén)故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表，如表3所示。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，改造后的半年時(shí)間內(nèi)，控制裝置失靈僅出現(xiàn)過(guò)1次，真空泵氣動(dòng)門(mén)可靠性得到了顯著提高。

表3 2016年1—6月真空泵氣動(dòng)門(mén)故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)更換自主設(shè)計(jì)、制作、安裝的接近式反饋裝置、移位中間接線盒和增加控制電源失去報(bào)警等措施，達(dá)到了在高振動(dòng)壞境下提高氣動(dòng)門(mén)反饋裝置可靠性的目的。