三菱M701F4 燃机离线水洗自动控制研究及应用

孙长春

（国能国华北京燃气热电分公司项目部，北京 100024）

0 引言

神华国华（北京）燃气热电有限公司采用三菱重工M701F4型燃机联合循环机组，设计运行方式为二拖一运行，2015 年8月投产。当燃机运行一段时间后，由于压气机叶片附着有一定黏性的灰尘，进而影响压气机效率。因此，按照规程要求在达到水洗时间后，会在机组停机期间对压气机叶片进行离线水洗。目前，三菱重工所提供的压气机叶片水洗装置为就地控制模式，这种控制模式给离线水洗工作带来很大工作量。仅手动操作步骤就有70 余步，需要2 名操作人员共同操作近6 h 才能够完成。因此，为节省人力成本，提高工作效率，避免误操作风险，需要研究一种基于现有离线水洗工艺的自动控制模式并进行实施应用。

1 离线水洗自动控制模式研究

经调研得知，目前国内三菱重工M701F4 型燃机离线水洗控制方式为就地控制模式，而燃机设备的控制采用的是TCS（Turbine Control System，透平控制系统）。经研究决定，对燃机离线水洗设备进行控制也将采用TCS，以便操作。另外，离线水洗设备作为2 台燃机的公用设备，仅在离线水洗管线上的出口门区分1#机和2#机且无闭锁判断。在机组一拖一模式下运行时，若出现人为误操作，将会对运行燃机造成损坏。因此在自动模式中，应具备相应的闭锁设计。整个离线水洗就地控制过程可以分为3 个阶段，分别为清洗阶段（CLEANOUT）、加药及浸泡阶段（MEDICATE）和漂洗阶段（RINSE），在自动模式设计中以此为依据，实现分阶段的“一键”启动。

2 离线水洗控制设备优化

经研究决定，保留水洗设备的就地控制方式作为紧急备用。在燃机水洗控制箱设有“远方/就地”权限切换功能。在设备启动前，先选择好控制方式，切换为“远方”位可在TCS 进行水洗控制，切换为“就地”位可以在就地操作。当“远方/就地”权限切换把手在“就地”位时，通过下一级切换至“手动”位后，可通过各设备按钮操作启停设备；当“远方/就地”权限切换把手在“远方”位，可通过TCS 进行“远方”控制。

2.1 设备优化方案

（1）改造水洗控制箱，增加控制设备分别至2 台燃机的信号接口，如图1 所示。控制箱增加至2 台燃机TCS 的信号接口，含水洗电动门控制信号、水洗泵控制信号、补水阀控制信号、水洗箱液位模拟量信号、水洗箱液位高低开关量信号、电动门故障信号、水洗泵故障信号等，以上控制信号分别引入2台燃机TCS。

图1 燃机压气机离线水洗控制设备

（2）在水洗系统离线水洗管路安装压力测量变送器、水泵出口母管压力测量变送器，引入2 台燃机TCS 实现水洗时压力监测。

（3）水洗设备控制信号、水洗控制逻辑在2 台燃机TCS 分别进行I/O 信号分配、逻辑组态。

3 离线水洗自动控制逻辑设计

离线水洗自动控制逻辑的设计是根据运行部门燃机水洗操作的工序特点而设计，燃机水洗分为清洗阶段、加药及浸泡阶段和漂洗阶段。

3.1 清洗阶段控制逻辑设计

离线水洗需具备以下启动条件，如图2 所示：①对应燃机压气机入口温度平均值高于5 ℃；②对应燃机无跳闸信号（相应燃机）；③冲洗水箱无水位低信号（无模拟量液位低于150 mm发液位低信号，无开关量液位低信号）；④运行人员预先选择对应燃机高速盘车（SPIN）模式；⑤对应燃机转速低于300 r/min；⑥对应燃机轮盘腔室温度（共7 个测点）最高值低于95 ℃。

图2 燃机压气机离线水洗“投入/退出”逻辑组态设计

步骤1：条件满足后，选择离线叶片清洗模式，点击图3 中“ON”按钮。

图3 燃机压气机离线水洗“投入/退出”操作按钮

步骤2：选择离线叶片清洗模式。点击ON 后自动指令燃气喷嘴吹扫阀开启，排放阀关闭，各喷嘴吹扫阀开启。

步骤3：点击燃机“START”（启动）按钮，转速685 r/min，延时30 s。

步骤4：在水洗控制界面点击“CLEANOUT”（清洗模式）按钮，待出现操作框点击“ON”，如图4所示。

图4 燃机压气机离线水洗操作按钮

步骤5：自动开启相应离线水洗阀，如图5 所示。

图5 “清洗”按钮组态设计

步骤6：在相应离线水洗阀已打开后，自动启动清洗水泵（清洗水泵启动条件：无液位低开关量信号）运行2 min，如图6 所示。

图6 “清洗阶段”逻辑组态

步骤7：自动停止清水泵运行，5 min后，再次自动启动清洗水泵（清洗水泵启动条件：无液位低开关量信号），运行2 min 直至水位低开关量信号发出跳闸清洗水泵，如图6 所示。

步骤8：水位高于500 mm，自动关补水阀，如图7 所示。

图7 “等待加药”组态

步骤9：自动关闭相应离线水洗阀，如图7 所示。

在清洗阶段控制逻辑设计中，燃机清洗阶段无法利用水洗泵或者水洗电动门的状态进行顺控步骤递进设计，因此要巧妙设置中间点并利用好工艺流程时间。在这一阶段的逻辑要驱动泵的启停管脚必须要使用具备“脉冲”功能的条件来作为“步骤7”的触发条件，因为，如果利用图6 中①状态变化使用“下降沿”块，时间短暂无法直接触发设备驱动块或脉冲块。因此，在图6 长方框的逻辑中巧妙设置了中间点①，并利用“正延时”与“反延时”“非”“脉冲”的组合来实现计时等待的“脉冲”条件，解决设备驱动块的指令管脚触发问题。

3.2 加药及浸泡阶段控制逻辑设计

步骤10：相应离线水洗阀已开，点击“MEDICATE”（加药）按钮，待出现操作框点击“ON”，启动清洗水泵5 min（不开出口门，预混加入的清洗剂），如图8 所示。

图8 “加药浸泡”阶段组态设计

步骤11：水泵启动5 min 后自动开启相应离线水洗阀，如图9 所示。

图9 “喷药”组态设计

步骤12：直至水位低开关量信号自动发出跳闸清洗水泵指令，如图8 所示。

步骤13：自动关闭相应离线水洗阀，如图8 所示。

步骤14：手动点击“STOP”，停高盘“SPIN”，转速小于5 r/min，计时30 min。

3.3 漂洗阶段控制逻辑设计

离线水洗需具备以下启动条件：①对应燃机压气机入口温度平均值高于5 ℃；②对应燃机无跳闸信号（相应燃机）；③冲洗水箱无水位低信号（无模拟量液位低于150 mm 发液位低信号，无开关量液位低信号）；④预先选择对应燃机高盘（SPIN）模式；⑤对应燃机转速低于300 r/min；⑥对应燃机轮盘腔室温度（共7 个测点）最高值低于95 ℃。

步骤15：重复“步骤1”。

步骤16：重复“步骤2”。

步骤17：重复“步骤3”。

步骤18：相应离线水洗阀已打开，运行人员点击图4 中“RINSE”（漂洗模式）按钮，待出现操作框点击“ON”，启动清洗水泵。

步骤19：在相应离线水洗阀已打开后，自动启动清洗水泵；延时120 s 或水位低开关量信号自动发出跳闸，清洗水泵停泵300 s；如图10 所示。

步骤20：重复“步骤19”25 次（次数可设定）。

步骤21：达到重复次数后，自动停止水泵运行。

步骤22：手动点击“STOP”，停高盘“SPIN”，转速小于5 r/min。

图10 长方框中逻辑设计为设备重复启动的计数功能。在这里主要利用“T”模拟转换器、“RGA”模拟量暂存器、“Δ”减法器、“＋”加法器、“SG”赋值器、“L”低值比较器、“SR”触发器、“OR”或运算器、“NOT”非运算器的组合来实现这一功能。每次使用时通过点击漂洗（RINSE）操作窗“ON”按钮来对“RGA”模拟量暂存器进行复位并开始计数。水洗泵每循环启动一次进行一次计数，当计数次数达到，则触发图10 红圈内逻辑停止水洗泵循环启动。

图10 “漂洗”阶段组态设计

3.4 离线水洗自动控制界面设计

在TCS 系统设计了离线水洗操作界面，如图11 所示，依次进行分为“CLEANOUT”（清洗阶段）、“MEDICATE”（加药阶段）、“RINSE”（漂洗阶段），每一键的操作就可自动完成相应阶段的繁琐操作任务，大大提高了工作效率。在操作界面设有专门漂洗计数显示，运行人员可由此安排水质化验。

图11 离线水洗操作界面

4 结论

此项目是国内首次实现三菱MF701F4 燃机离线水洗远程自动控制模式。从根本上解决了执行此任务人员就地操作量大的难题，并且分阶段实现了“一键”启动，提高了我公司控制设备的自动化水平。经核算，全年燃机离线水洗节约的人工及用水费用约6.8 万元，取得了一定的经济效益。