提高炉膛压力保护装置可靠性探析

摘 要：炉膛压力保护是锅炉炉膛安全监控系统的重要保护信号，是防止锅炉灭火和爆炸的重要手段之一。某电厂炉膛压力保护装置在实际运行过程中，由于测量装置的原因导致保护连续误动，严重影响机组的安全稳定运行。文章通过对两次压力保护动作情况进行分析研究，查找存在的问题，提出改进完善的措施和建议，供同行在处理同类问题时参考。

关键词：炉膛压力；保护装置；分析研究；改进完善

1 概述

某电厂一期工程为2×362MW燃煤机组，锅炉为美国福斯特威勒能源公司与西班牙福斯特威勒分公司联合设计、西班牙制造的平衡通风、固态排渣、自然循环汽包炉，采用前后墙对冲燃烧，可在不同压力下运行。

锅炉原设计炉膛压力监测测点15个，其中3个为模拟量，12个为开关量（炉膛压力高、高高、低、低低各3个）。由于在锅炉前墙方向布满屏式过热器，受位置限制，炉膛负压取样点只能位于锅炉左右墙两侧。现场锅炉在左右墙侧相应位置各三个取样孔，左墙3根独立取样管分别送至3个独立的缓冲罐，每个缓冲罐上安装4个压力开关（炉膛压力高、高高、低、低低各1个）进行3取2保护（如图1），右墙3根独立取样管分别送至3个独立的变送器用于锅炉负压调节。

图1 炉膛压力开关安装示意图

某日7：40左右，#1机组负荷377MW，运行参数稳定，突然出现炉膛压力低（通道3）报警，4分钟后出现炉膛压力低（通道2）报警，机组锅炉跳闸，首出为炉膛压力低。检查确认机组跳闸前机组各有关参数平稳，风组及其挡板运行正常，炉膛压力（炉膛压力变送器的指示值）正常，判断机组跳闸是炉膛压力低保护误动造成。检查回路接线以及模件以及机柜电源工作情况进行，确认保护回路接线紧固，模件以及机柜电源工作正常。对3个炉膛压力低压力开关进行现场校验（设定值为-8英寸水柱），开关A动作值为-7.8英寸水柱；开关B动作值为-3.8英寸水柱，开关C动作值为-4.4英寸水柱，有较大的漂移。综合上述检查结果，结合当天由于煤种变化炉膛压力经常有较大幅度波动的情况，当时分析认为保护误动是由于开关设定值漂移造成。对#1锅炉全部12个炉膛压力保护开关进行重新校验，并从取样一次阀处对炉膛压力开关三个取样口进行检查和疏通，处理完成后于14：40左右机组重新并网运行。

次日1：45左右， #1机组再次出现炉膛压力低（通道1）报警， 2分钟后出现炉膛压力低（通道3）报警，机组跳闸，首出为炉膛压力低。机组跳闸后，已经动作的压力开关A和C保持在触发状态，2：00左右炉膛压力开关B也发出压力低报警。在此状态下对开关的接点进行短接，信号可以在DCS中翻转，说明信号电缆无断裂情况，DCS卡件及逻辑正常。而此时炉膛内的压力持续维持在-10毫米水柱左右，打开压力开关取样缓冲罐的校验口，将缓冲罐直通大气后，三个压力开关立即同时复位。上述现象表明：缓冲罐内确实存在负压，三个压力开关系正确动作；缓冲罐内压力与炉膛压力不一致，缓冲罐内与炉膛之间没有顺畅联通，压力开关取样管已被堵塞。随即用压缩空气对#1锅炉炉膛压力开关取样管进行吹扫疏通，吹出粉状杂质。

2 炉膛压力保护误动原因分析

从上述过程分析可以得出，#1锅炉炉膛压低保护的回路接线、电缆、卡件及逻辑方面均不存在问题，引起压力低保护动作的原因是炉膛压力保护测量取样管“S”型缓冲结构处堵塞。

根据气体等容变化的原理，对于一定质量的某种气体，在体积不变的条件下，它的压强和热力学温度成正比，即有公式：

（T1+273）/（T2+273）=P1/P2

其中：P1-形成封閉空间时的压力，近似认为P1=10336mmH2O（大气压力）；T1为形成封闭空间时的温度，取T1=23℃（校验时的环境温度，见表1）；P2为压力开关动作时的压力，P2=P1-203=10133mmH2O

代入上述公式，可得出T2约为17℃，比T1低6℃，即常温常压的密闭容器，温度下降约6℃，可以形成-203mmH2O的负压。从当时的温度曲线表（表1）的数值来看，10日完成压力表校验的时间约为11时，当时的温度为23℃左右，11日再次出现炉膛压力低的时间为1：45，当时的温度为19℃，虽然仅有4℃左右的温差变化，但综合考虑取样管紧靠锅炉，受锅炉热辐射的影响，在风的作用下其温度变化比气象上的区域温度变化更为剧烈，是可以达到6℃的。

表1 温度曲线表

锅炉第一次跳闸后，仅打开取样一次阀检查取样口（未发现堵塞），未能及时发现取样管“S”型缓冲结构处堵塞，加上存在压力开关设定值漂移且炉膛压力波动的情况，未能准确查找判断原因，导致同样事件重复发生。

3 存在的问题与改进措施

湄洲湾电厂的炉膛压力保护测量系统存在以下几个问题：（1）取样系统容易堵塞。（2）取样系统堵塞后不易发现。（3）压力开关设定值容易出现漂移现象。针对上述问题，采取的改进措施有：（1）扩大取样管口径，从原来的8mm增大为12mm。（2）将“S”形缓冲结构改成“U”形微开口缓冲结构。（3）在三个缓冲器上增设连通管。（4）加强对取样系统的吹扫工作，由检修时清理改为每月吹扫一次。（5）增加连通管后，减少了误动，但增加了拒动的可能（只要有任何一个点出现泄漏，整个取样系统即与大气连通，保护拒动），再加上取样管堵塞后不易发现的问题，因此在连通管上加装监视变送器，一旦堵塞或泄漏，可通过查看变送器测量值曲线及时发现。（6）炉膛压力开关属于微压开关，动作设定值易漂移。建议改用变送器取代压力开关作为测量仪表。

图2 炉膛压力测量系统改造后安装示意图

4 结束语

电厂实施了上述（1）～（5）条改进措施，炉膛压力保护装置可靠性明显提高，未再出现保护误动的情况；第（6）条措施因受《DLT 1091-2008火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程》中4.3.2.2d）条款“炉膛压力保护应采用过程压力直接驱动的压力开关”的限制未实施。实际上，目前各电厂的炉膛压力保护都有设置3～5秒的延时，可以通过缩短延时的方式对变送器测量所带来的信号迟延进行补偿，使用变送器取代压力开关作为测量仪表是完全可行的。变送器测量可以从根本上解决微压开关易出现设定值漂移的问题，从而有效提高炉膛压力保护的可靠性，在此作为一个建议提出，供有关专家在修订标准时参考。

参考文献

[1]DLT 1091-2008.火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程[Z].

[2]DLT 435-2004.电站煤粉锅炉膛防爆规程[Z].

作者简介：叶盛春，男，本科学历，工程师，从事火电厂热控专业管理工作。