某燃机抽气阀异常开分析及措施

张 磊，代晓光，韩 君，杨冬茂，叶振江，王文彬

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）

引言

某燃气-蒸汽联合循环发电机组（以下简称燃机）于2011 年投产，主体设备为日本三菱重工生产的M701S（DA）燃机，机组额定负荷154 MW，主要燃料为高炉煤气和焦炉煤气的混合气体，设计混合气体燃料量约27 万m3/h。该机组自投产以来，因为燃机附近高温影响造成的设备劣化停机事故较多，如热电偶劣化造成温度偏差停机，气动阀减压阀膜片劣化造成气源泄露导致执行机构异常动作停机，电磁阀线圈劣化导致的阀门异常动作停机等，其中就电磁阀线圈劣化造成的停机事故分析可供同行借鉴。

1 停机事故简要经过

2020 年11 月14 日，该燃机压气机低压抽气阀异常打开，触发停机保护动作，机组停机。停机时SOE记录见表1。

针对表1 中SOE 首发报文“燃机压缩机低压抽气阀异常开跳闸”，对此阀门进行故障排查。该阀的控制及气路原理如图1所列。

表1 停机时SOE记录

由图1可见，该阀门控制部分有DO 模件、DO 输出继电器、联锁继电器、指令用继电器，执行部分相对简单一些，只有有电磁阀、速度控制器和气缸。

图1 低压抽气阀控制及气路原理简图

气路检查无漏气泄压的明显故障点。随后对DCS 模件、DO 输出继电器、控制用继电器、接线端子、阀门和各气路元件进行了逐一排查，均未发现异常。排除气路泄漏原因和DCS 模件原因后，对电磁阀进行了更换，机组正常开机运行。将换下的电磁阀设备进行线下详细检查。

2 线下试验及故障确认

因该电磁阀在事故后仍然能够正常动作，为排除电磁阀阀芯泄漏，首先在线下进行了密封性试验。将电磁阀连接到一个体积约为20 L 的仪表用压缩风缓冲罐上，封闭缓冲罐上其他接口，将缓冲罐视为阀门执行机构气缸，电磁阀上电，通入压力为0.6 MPa 的压缩空气，缓冲罐上压力表显示0.6 MPa，关闭电磁阀前气源截门，保持30 min 后，缓冲罐压力表显示无变化，排除电磁阀阀芯泄漏的可能性。

参照《工业过程控制系统用电磁阀》（JB/T 7352-2010）6.9用电阻法进行允许温度测量，为便于比对，同时测试的还有两台同型号电磁阀和一台型号类似的电磁阀，并在线圈旁缠绕热电阻进行了间接温度测量，测试时间120 min，测试环境温度24 ℃，记录的各阶段温度比对结果如表2所列。

表2 4台电磁阀线圈120 min通电过程中温度记录表

由表2 可见，故障电磁阀在刚上电的30 min 内较其他3台电磁阀的温升较快，后期温升趋势类似；120 min 通电温升稳定后，温度较其他电磁阀偏高6 ℃左右。

参照规范停电后立即测量电磁阀直阻，上电前后测得直阻结果如表3。

表3 4台电磁阀通电120 min前后直阻记录

由表3 可见，其他3 台电磁阀的前后差值在0.8 kΩ 左右，而故障电磁阀的前后差值为1.4 kΩ，超过近一倍。

参照《工业过程控制系统用电磁阀》（JB/T 7352-2010）规范中提供的线圈温升计算公式：

式中：

T——线圈温升，℃；

R1——冷态电阻，Ω；

R2——热态电阻，Ω；

t1——冷态电阻试验环境温度，℃；

t2——热态电阻试验环境温度，℃。

规范原文描述是：由计算所得线圈温升T加上所列组别工作环境温度范围上限值，即可算出线圈的最高温度[1]。

故障电磁阀型号及参数如下。

型号NFHTXB316D024VMB；

制造商 阿斯卡（美国ASCO）;

电磁铁线圈型号NF-M12-Ⅱ（防爆）；

介质压力范围0.035～0.9 MPa（气体）;

设计工作环境温度/线圈耐受温度100/135 ℃。

由上述可知，该电磁阀工作环境温度上限为100 ℃，设计线圈耐受温度上限为135 ℃。

将表3测得的通电前后直阻值，代入公式（1）可计算出温升T，加上工作环境温度范围上限值，4 台被测试电磁阀线圈最高温度如下：

故障电磁阀线圈最高温度=T故+工作环境温度上限

=[(1402/3037)×258.5]+100=219.3 ℃

A电磁阀线圈最高温度=TA+工作环境温度上限

=[(805/3073)×258.5]+100=167.7 ℃

B电磁阀线圈最高温度=TB+工作环境温度上限

=[(832/3044)×258.5]+100=170.6 ℃

C电磁阀线圈最高温度=TC+工作环境温度上限

=[(798/3127)×258.5]+100=166 ℃

由此可见，前述的上电前后的电阻差值（即R2-R1）越小，线圈的温升（T）越低，在现场环境允许的情况下越不会超过电磁阀本身的耐受温度，而我们试验测试的这个故障电磁阀，其计算的最高温度已经超过了铭牌上标注的耐受温度很多。

对换下的电磁阀线圈进行检查，线圈无变色，电磁阀上电后动作良好，接线端子无过热变色的现象。所以，单从外观和简单的直阻检查无法直接判断出电磁阀的优劣。根据上述试验结果，即可断定该燃机低压抽气阀异常打开的主要原因是，电磁阀线圈性能劣化，导致阀门异常动作，造成异常故障停机。

3 措施及结论

机组更换电磁阀前，需要参考参照《工业过程控制系统用电磁阀》(JB/T 7352-2010)6.6 密封性试验和6.9 用电阻法进行允许温度测量，以检测电磁阀的优劣。

机组大修时，对所有重要的电磁阀线圈常温下测量比对电阻，常温下线圈直阻超过标准值或低于标准值的，进行2 h 上电的允许温度测量，确定是否需要更换。一般低于标准值的都存在匝间短路，需要更换，高于标准直阻较多的有可能影响线圈的电磁吸合力，也需要更换。