汽輪機的金屬材料與熱工控制系統故障分析

馬新立

（國電懷安熱電有限公司，河北 張家口 075000）

隨著現代工業技術的發展與進步，工程中許多零部件需要在高溫或者低溫、腐蝕介質、電磁場或放射性環境中，其中有色金屬材料的用量相對較大。因此，在進行金屬材料選擇時，應該滿足工作需求的特殊材料，單獨使用一種材料常常不能滿足實際應用中的各種要求。另外，汽輪機熱工控制系統持續完善，作為環保、經濟效益較高的控制系統，在實際工作中容易產生系統故障問題，比方說：驅動器、執行器、傳感器等故障。故此，為確保汽輪機熱工控制系統的性能、運行安全，應加強對運行過程監督、檢測，以便于及時發現故障問題、及時維護和維修，進而提高汽輪機熱工控制系統運行的穩定性。

1 金屬不銹鋼的分類

不銹鋼是指主加元素鉻含量能使鋼處于鈍化狀態，又具有不銹特性的鋼。為此，不銹鋼w（Cr）應高于12。此時鋼的表面能迅速形成致密的Cr103氧化膜，使鋼的電極電位和在氧化介質中的耐蝕性發生突變性提高。在非氧化性介質中，鉻的作用并不明顯，除了鉻外，銹鋼中還須加入能使鋼鈍化的Ni，Mo等其他元素。不銹鋼按照組織類型，可以分為以下幾類。

1.1 奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼在各種類型不銹鋼中應用最為廣泛，品種也多。由于奧氏體不銹鋼的Cr，Ni含量較高，因此在氧化性、中性以及弱還原性介質中均具有良好的耐蝕性。奧氏體不銹鋼的塑韌性優良，冷加工性能俱佳，焊接性由于其他類型不銹鋼，因而廣泛應用于建筑裝飾、食品工業、醫療器械、紡織印染設備以及石油、化工、原子能等工業領域。

1.2 鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼的應用比較廣泛，其中Cr13和Cr17型鐵素體不銹鋼主要用于腐蝕環境不十分苛刻的場合，例如室內裝飾、廚房設備、家電產品、家用器具等。超低碳高鉻含鋁鐵素體不銹鋼因對氯化物應力腐蝕不敏感。

1.3 馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼應用較為普遍的是Cr13型馬氏體不銹鋼。為獲得或改善某些性能，添加Ni，Mo等合金元素，形成一些新的馬氏體不銹鋼，例如OCr13Ni14Mo，OCr16Ni5Mo等。馬氏體不銹鋼主要用于硬度、強度要求較高，耐腐蝕要求不太高的場合。

2 汽輪機熱工控制系統檢測內容分析

汽輪機熱工控制系統操作，關系到熱工控制系統運行情況，主要對啟動、停止加以控制，涉及設備保護系統、特殊類型控制系統，參數控制系統能促使設備運行更加穩定，通過開關控制能在第一時間對系統運行/停止加以控制，確保設備運行的安全問題[1]。熱監控系統主要對系統運行加以檢測、控制，所以需要在系統設計期間加強監督、檢測，比如：對組件、傳感器進行檢測，進而及時發現問題、及時處理問題，促使系統可以正常運行。

3 汽輪機熱工控制系統故障分析情況研究

3.1 傳感器故障情況

熱工控制系統作為集合較多傳感器的系統，存在較多檢測傳感器，能借助傳感器的作用發送至監測終端，這個過程中若是發生故障問題，則不能確保監控系統穩定運行，而且會對設備運行的安全性構成威脅。熱工控制系統傳感器涉及輸入電壓、輸出電壓，以及輸出電流、溫度控制等方面。傳感器故障的原因與多方面因素有緊密聯系，比方說：傳感器老化因素、傳感器損壞因素、系統性能不佳因素等，故而定期需進行傳感器檢測、維護工作，使得設備能穩定、安全的運行。

3.2 驅動器故障情況

熱工控制系統驅動器比較容易產生電路老化現象，內部金屬材質變形、高壓、高溫等條件下，均會致使存儲設備故障問題發生，如此一來必然會對驅動器構成不良影響，而且容易引發設備故障問題，比較常見驅動器電路老化/受損、驅動器運行過程中電路粘連故障[2]。所以，驅動器運行滯后需要結合驅動器具體故障類型預控故障，加強驅動器維護、確保驅動器運行的穩定。

3.3 執行器故障情況

熱工控制系統執行器長時間保持在高溫、高壓狀態下，發生腐蝕部件、電子線路老化，以及配套金屬材料變形等問題的概率較大，如此一來無法充分發揮執行器調節功能，并會對控制效果構成不同程度的影響。執行器常見卡死、死區、偏差、回差等故障問題。①卡死故障為執行器輸出閥停滯，不能執行所有的命令指令。②死區故障為允許范圍外輸出閥無任何反應。③偏差故障，指的是輸出閥、指令沒有保持一致的狀態。④回差故障為上行程、下行程差值不能達到正常要求。⑤增益故障，指的是執行器輸入增益變化、輸出增益變化。按照故障性質劃分主要包括：漸變性、跳變性，以及完全失效性幾種故障，發電機組中前者發生率較多，故而在早期需正確看待進行故障檢測重要性。

圖1 汽輪機熱工控制系統執行器

3.4 控制系統干擾故障情況

對接地系統干擾情況分析發現，熱工控制系統有較多設備，相互間存在干擾最岷縣的為接地系統。需要注意的是，接地系統構成的干擾影響是非常大的，容易引發誤發系統信號、閥門失靈，以及信號異常等故障問題[3]。究其原因和沒有進行施工過程監督、連接接地線時不能參照相關標準有關，所以發生故障問題。針對于此，工程自檢階段需加強監督，要求技術人員、設備安裝人員準確掌握相關技術規范，全面了解圖紙內容并遵循設計規范、施工圖紙要求規范操作。

3.5 電纜敷設故障情況

熱工系統電纜連接非常重要，會對控制系統構成嚴重干擾，實際工作時無法明確故障的主要原因。需要注意的是，一般情況下電纜干擾會在電纜區域發生，啟動不同電源開關設備會在短時間內，電流達到額定電流的10倍左右，這時會產生非常大電流對四周傳感器、驅動器造成干擾，因此需達到電纜配置、接收方面的技術標準。電纜、其他系統保持一段距離，防止對其他系統構成不利的影響，同時熱工控制系統安裝電纜期間，需做好信號控制工作，以此保證信號電纜、電力電纜敷設于不同電纜橋架，應該將單根電源線、外圍控制電路、信號電纜等分開，認真檢查設備電路連接情況。

4 汽輪機熱工控制系統故障處理措施探析

汽輪機熱工控制系統持續完善及運行安全，可以保障工程利于確保工廠運行的穩定、DCS技術發展，熱工控制系統操作的過程，受到多種因素所影響致使設備性能降低，故而實際操作的過程，需避免汽輪機熱工控制系統發生故障問題。通過研究發現，汽輪機金屬材料熱工控制系統中的DCS技術持續優化，可很好的處理系統故障問題，具體如下。

4.1 深入分析加工系統存在的安全隱患

為保證加工熱工控制系統的安全、排除安全隱患，需聯系具體情況要求工作人員認真按照相關要求、設計標準操作，以此提高汽輪金屬材料加工機熱工控制系統的穩定性。針對于此，應該在加工系統運行前實行系統檢測，如果發生問題在第一時間處理，并做好相應的維護工作，進而嚴格控制故障的發生率。

4.2 關注熱工控制系統、設備工作的環境

汽輪機的金屬零件接地裝置保持密封的狀態，有防腐蝕、防水的性能，為有效避免電纜接地裝置故障情況，要求電纜安裝人員參照相關安裝標準安裝電纜，目的為達到安裝電纜的相關標準。除此之外，實際安裝時應關注到四周的環境，如果為安裝在室內的電纜，需要與其他設備保持一定的距離，減少對其他設備構成的干擾影響[4，5]。此案為，熱工控制系統通過制動器、控制器、電纜等構成，為促使汽輪機正常運行，則應該確保上述部件質量達標。

4.3 準確把握所有參數指標

結合運行條件來看，相關人員需在較短時間對金屬設備存在的安全隱患、危害加以檢測，聯系具體狀況編制相應的對策處理問題。而為避免熱工控制系統驅動器故障問題出現，則需要創設良好的環境，為設備穩定安全運行打下堅實基礎，降低高溫因素、高壓因素，對系統構成嚴重威脅。與此同時，需要確保汽輪機設備接線盒為密封的狀態，目的為防止受到腐蝕、雨淋、潮濕等環境所影響，這就要求工作人員日常工作中準確掌握相關參數指標，提高系統運行的安全，在最短的時間準確識別系統是否存在安全隱患，在此之后及時排除安全隱患。

4.4 定期實行金屬設備組件維修工作

定期對金屬設備控制器、設備部件進行維護及檢修，要求定期沖洗設備部件、安裝固定清洗軟管，降低工作人員的工作量、壓力。實際處理設備中金屬材料組件維護問題時。加強對電纜線路清理、控制，合理應用固定沖洗線，控制清潔劑使用量、確保清潔的速率。針對接地系統缺陷問題來講，需遵循相關要求實行維修、科學使用。

4.5 實行部件防塵濾網清掃工作

汽輪機運行系統的過程，是要求對電源、風扇加以嚴格檢查，通過適合的方法安裝接地裝置、編制相應的檢測方案，借助DCS技術的作用加以檢測、維護，主要目的為確保設備運行的效率[6]。

4.6 明確DCS技術檢測的要求

明確DCS技術檢測標準，對汽輪機運行設備故障檢測的過程使用DCS技術檢測軟件，對設備模塊檢查便于清楚的觀察檢查結果，定期進行系統維護、管理，要求相關工作人員結合具體狀況檢測，有效創設良好熱工控制系統工作環境，保證設備配電箱區為密閉的狀態，并且具有金屬零件防腐蝕、抗滲和防潮等性能。

4.7 DEH系統溫度點信號跳變解決方法

機組備用DEH系統溫度點信號跳變最高偏差為18℃、其他各項參數為正常范圍，如果就地傳輸信號熱電偶和熱電阻檢測正常，可判斷為DEH端子板/功能板故障，如果為熱電偶故障可更換2路熱電阻方式處理，熱電阻板故障應更換熱電阻端子板。此外，定期應對DEH系統參數加以觀察，如若存在跳變的問題需立即處理。

5 結語

汽輪機金屬材料熱工控制系統作為汽輪機的主要部分，直接關系到汽輪機的整體運行狀況，在運行期間發生故障的可能性較大，所以需通過及時排除安全隱患、進行部件防塵濾網清掃工作、定期實行組件檢修等路徑處理，以此促使汽輪機金屬材料熱工控制系統正常、安全的運行。