锅炉无法启动分析和处理

张 戎，张志慧，刘 博，黄晓妍

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

本文以锅炉无法启动这一故障现象作为切入点，深入分析锅炉燃油系统回油压力高触发锅炉安全联锁保护动作的各个环节，从保护逻辑信号开始，通过反复试验，深入挖掘故障的根本原因，对目前进入商业运行模式的核电厂，在故障信息数据不全以及尽量缩短维修工期的要求下，如何查找故障的根本原因摸索出一条行之有效的解决方法，对其他电站或同类设备的运行维护具有重要的参考价值。

1 背景描述

秦山核电站12#备用供热站（锅炉房）是全厂在定期停堆检修或因意外停堆时，紧急启动向外网供汽的备用供热站。主要用户有：除氧器加热、副控废液蒸发、淋浴水系统加热和夏季09#溴化锂机组制冷供汽。锅炉作为特种设备，同时受国家相关部门监管并安排定期特检。因此，锅炉的热备对核电厂来说是至关重要的。

图1 锅炉程序控制器时序图Fig.1 Sequence diagram of boiler program controller

2019 年12 月27 日，运行人员在实施锅炉定期启动试验时，锅炉多次启动失败，具体现象为：锅炉手动启动按钮按下后，风机启动，约2min 后供油泵启动，锅炉即将点火一瞬间突然停机，同时锅炉就地控制柜发出故障报警，PLC 控制屏发出回油压力高报警。

2 原因分析及相关试验

2.1 锅炉基本控制原理

秦山核电站12#锅炉房使用的是双良WNS 型蒸汽锅炉[3]，采用PLC（可编程逻辑控制器）和程序控制器联合控制，以触摸屏和按钮为双重操作界面的控制方式，同时设有水位控制器和负荷控制器等控制、监测和显示装置。

其中，水位控制器，用于控制锅炉比例或位式进水，以确保锅炉水位在正常范围内。

程序控制器，用于控制和监测燃烧器，以实现整个燃烧过程的全自动运行。

负荷控制器，用于不断检测锅炉压力，将压力信号不断地传给燃烧器的程序控制器，以使程序控制器根据负荷的变化来及时调整燃烧。

以上各控制元件同时都有信号送给PLC，PLC 对收到的信号不断进行分析、判断，对以上各控制元件有监控作用；同时，又将处理信号送给触摸屏，通过触摸屏将锅炉运行情况及时显示出来，并通过触摸屏对锅炉进行控制操作。

表1 秦山核电站锅炉设备参数Table 1 Qinshan Nuclear Power Plant boiler equipment parameters

触摸屏是锅炉当前所处状态的直观显示装置，也是对锅炉进行控制的操作面板，是判断本次锅炉无法启动故障的重要装置。

秦山核电站12#锅炉房的锅炉使用的燃料是0#柴油，燃油经油泵加压打入燃烧器，通过机械雾化、高压点火后，在炉胆内产生火焰并开始燃烧，多余的燃油经回油管线返回日用油箱。锅炉程序控制器时序图如图1 所示[1]。

图2 锅炉报警指示电气原理图Fig.2 Electrical schematic diagram of boiler alarm indication

2.2 锅炉安全联锁保护动作及原因分析

2.2.1 锅炉安全联锁保护动作逻辑[3]

MNS 型蒸汽锅炉设有7 个安全联锁保护信号，分别为：油泵电机过载（KH3）、风机电机过载（KH1）、变频器故障（ATV）、回油压力高（KA19）、汽压极高（KA3）、水位低限（KA4）、水位极高（KA6），其中水位极高为锅炉允许启动条件之一。锅炉启动后会报警，但不会触发锅炉停机，其余信号均会在锅炉启动后触发保护停机。

从锅炉停机时，就地控制柜发出故障报警及PLC 触摸屏显示回油压力高报警的现象综合判断，锅炉回油压力高是导致锅炉无法启动的直接原因。

2.2.2 锅炉无法启动原因分析

1）回油压力高，触发保护停机逻辑

从图4 可以看出，手动按下锅炉启动开关后，风机启动，KM1.1 触点闭合，风压开关SP6 进行风压检测，建立待机汽压；KA2 继电器触点闭合，紧接着油泵启动建立油路，此时回油压力开关SP3 已经工作，但未参与保护功能；随后准备锅炉点火，点火一瞬间KA11 继电器触点闭合，若回油压力开关达到动作值，此时回路接通KA19 继电器动作，触发继电器KA1 故障报警，同时断开锅炉启动回路，导致锅炉停机。

该回油压力开关的主要功能为保护回油管线，防止回油管线压力过高撑爆油管引发事故。由此可见，该压力开关动作是回油压力高触发锅炉保护停机的充分必要条件。导致该压力开关动作的原因可能是：

图3 锅炉运行电气原理图Fig.3 Electrical schematic diagram of boiler operation

图4 回油压力高，触发保护停机逻辑Fig.4 High return pressure triggers protection shutdown logic

① 压力开关误动作或设定值漂移。

② 实际回油压力增高。

2）回油压力开关性能检查

现使用回油压力开关量程为0bar ～6bar，设定动作值为5.5bar。使用压力校验台和精密压力表对压力开关进行校验，得出表2 数据。从校验记录中明显可以看出，该压力开关动作定值发生漂移，调整设定值后依然不满足要求，设备可靠性降低。最终选择更换新的压力开关，并对新压力开关进行校验，校验后满足要求。

表2 压力开关校验记录表Table 2 Pressure switch calibration record table

回装回油压力开关后，尝试启动锅炉失败，故障现象没有变化。因此，回油压力开关定值漂移是导致锅炉无法启动的必要不充分条件。

3）回油压力监视试验

由于压力开关无法连续测量压力，为了准确监视回油压力在锅炉启动、停止阶段的变化情况，该试验选择将原管线压力开关拆除，屏蔽回油压力高信号，在原压力开关管线上重新配接头，连接压力变送器（量程0MPa ～2MPa），通过8841 快速记录仪监视压力信号（1V ～5V 电压）的变化。连续3 次启动锅炉，试验数据见表3。

连续三次启动锅炉，除了第一次启动失败，第二、三次均启动成功。从试验数据可以发现，锅炉第一次启动时，回油压力有明显地瞬时升高，最高压力达到了7.49bar，超过了压力开关动作值5.5bar，持续约4s 后，压力恢复稳定。结合锅炉的启动时序分析，该压力瞬时升高与油泵启动发生在同一时刻，可以判断回油压力瞬时升高是由于油路建立初期，管线中的燃油克服静摩擦力流动而导致的，当燃油流动起来后回油压力恢复正常。燃油和管壁的摩擦力大小与燃油的粘度成反比，即燃油的粘度越大，对管壁摩擦力越大。而决定燃油粘度的则是燃油型号和温度，同型号燃油，温度越高，粘度越小。锅炉启动时间是2019 年12月27 日，当时环境温度仅有4℃，该锅炉使用的是0#柴油[1]，虽然达不到凝结点，但其粘度会有明显地增大，由于锅炉长期处于备用状态，0#柴油长时间管道静置，大大增加了与管线附着、粘连的可能性[2]。

以上试验说明，实际回油压力增高是导致锅炉无法启动的直接原因，而导致实际回油压力增高并非回油管线堵塞，是由燃油的固有特性和环境温度决定的。

表3 锅炉启、停时回油压力变化曲线Table 3 Variation curve of oil return pressure when the boiler starts and stops

3 结论

本次锅炉无法启动的根本原因是由于当时环境温度低，导致0#柴油粘度过大，管线中的燃油为克服静摩擦力流动，最终导致回油压力瞬时升高，超过回油压力开关动作限值，触发锅炉停机保护逻辑。针对这一问题可以通过以下方法解决：

1）增加回油压力停炉延时逻辑，屏蔽瞬时的回油压力增大信号。

2）重新选择燃油型号，优化燃烧控制程序。

3）增大回油管道直径，降低回油压力。