阀门流量特性与单多阀切换

周口隆达发电有限公司2×135MW汽轮发电机组是采用上海汽轮机厂生产的低压纯电调汽轮机，控制部分采用新华控制工程有限公司生产的DEH-IIIA控制系统。由于采用的是油动机与阀门一一对应的配置方式，因此也可以实现阀门的管理功能。在#1机组投入商业运行1年后，为优化机组阀门流量特性，提高经济效益，为此进行了单阀至顺序阀的切换，但由于汽轮机厂未提供阀门流量特性曲线，致使在切换过程中负荷波动较大。特做#1机组调门流量特性试验。后通过试验找出阀门流量特性曲线，顺利地完成单阀（节流调节）至顺序阀（喷嘴调节）的切换。
    单阀/顺序阀门切换的目的是为了提高机组的经济性和稳定性，其实质是实现节流调节（单阀控制）与喷嘴调节（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中的均热要求与部分负荷经济性的矛盾。单阀方式时，调节级全周进汽，对调节级叶片应力控制有益，这样可以以较快的速度变负荷，但另一方面，由于存在节流损失，于经济性上是不利的。所以单阀方式较适宜于负荷变动工况。顺序阀方式对应于调节级部分进汽，由于减少了节流损失而提高了经济性，但同时叶片存在冲击会产生部分应力，因而对负荷变化有一定限制，由此可见这种方式适应于高负荷时的稳定运行工况。因为这时大部分阀门处于全开状态，只是部分阀没有开足，所以减少了节流损失。图（一）为单阀/顺序阀的流量与阀位关系图。单阀和顺序阀在不同负荷时的热耗率如图（二）所示。
          
                                    
    切换原理：
    一般要求在进行阀门切换时，机组负荷在50%-70%时，汽机的工况稳定，即凝汽器压力不变，主蒸汽参数不变，不考虑抽汽，则汽机出力仅由蒸汽流量决定，而各个阀门所控制的蒸汽量只与阀门开度有关。设Y_w为阀门蒸汽流量，则：
                Y_w=f(P、T、L)
其中P为主蒸汽压力，T为主蒸汽温度，L为阀门开度
当P、T为定值时，则：
Y_w=f_i(L)为阀门的流量特性曲线，可以近似地用折线进行表示，这在许多DEH阀门管理程序中都得到应用，当然，折线中取点越多，越能正确反应阀门的流量特性。
设y为汽轮机出力，x为阀门开度，f为阀门开度和蒸汽流量即汽轮机功率的函数关系，则单阀方式下（汽轮机高压调节门为四个）：
4
y₁= Σ f_i(x_i1)
i=1
顺序阀方式下：
4
y₂=Σf_i(x_i2)
i=1
单阀/顺序阀方式下的任意状态下
4
y=Σf₁(x_i)
i=1
如果要求单阀、顺序阀切换过程中为无扰切换，则要求
y₁=y₂=y
♂
    新华负荷控制原理
    DEH控制系统根据机组负荷要求，计算出与当时主汽参数相对应的流量值，经过高低负荷限制，输出到阀门管理程序，通过阀门管理程序换算成与之相对应的阀门开度。单阀运行时，汽轮机总的流量信号平均加到各个高压调节门上。顺序阀控制时，流入汽轮机的蒸汽流量是各阀门流量的总和，它将按顺序依次加到GV1-GV4上，各阀门按顺序启闭，相临的两个阀门在开启时有一定的重叠度（前一阀尚未完全开启，下一阀便提前打开，这提前开启的量，即为阀门的重叠度）。通常认为当阀门前后的压力比P2/P1=0.95~0.98时，阀门就算全开。重叠度的选取要经过方案比较，一般以前一阀门开至阀门前、后的压力比P2/P1=0.85~0.90时，后一阀就开始开启为合适。而阀门流量特性曲线就是流量向阀门开度转换的函数。如果流量曲线与实际有误差，则在阀门切换过程中负荷变化就比较大。
    阀门的流量特性，可以通过计算得到。但是，由于阀门在不同的开启位置时，最小通流面积不是常数，又因扩压管的存在，使阀门喉部压力与阀后压力不等，加之扩压管的扩压效率随工况的变化而变化，使得蒸汽压力沿扩压管流程的变化规律也跟随变化，因此，通过阀门的流量就不仅仅是阀门前后压力比与开度的函数，这给理论计算带来了困难。因此阀门流量计算通常借助试验进行。
   试验过程
    在做试验前进行了周密的组织和细致的分工，编制调门特性试验方案，我们在新华公司龙工的密切配合下，在要求工况下，于5月份分别对以下负荷(135,130,125,120,115,110,105,100,95,92,89,86,83MW)做了试验，运行人员负责试验操作实施。
   一）试验目的：
    1）测取单阀方式下，高压调门行程h和流量（调节级压力）特性。
    2）测取多阀方式下，高压调门行程h和流量（调节级压力）特性。包括GV1全开（GV2、GV3、GV4全关），GV1、GV2全开（GV3、GV4全关），GV1-GV3全开（GV4全关），GV1-GV4全开工况。
    3）根据以上测取的阀门行程流量特性，优化阀门管理，提高经济效益。
   二）试验前提条件:
    1)机组必须维持额定主汽压力。
    2)机组负荷能在额定参数阀门全开负荷到60MW负荷范围之间变化。
    3)主要测点变送器、测量通道校验合格。
    4)试验程序、调试安装符合试验要求（能去除阀门重叠度）。
   三）试验方法:
    1)蒸汽工况调整由锅炉控制系统完成。
    2)阀门运行工况由DEH试验程序完成；DEH在阀位控制方式下（MW、IMP回路切除），改变给定值（即阀位指令）达 到各试验工况的变化。
    3)压力、给定值、流量、阀位、功率等参数采集，由DEH完成；流量用调节级压力代替。
    4)试验用的管理曲线采用无重叠度曲线。
    5)DEH逐点给定阀位，锅炉调整汽压稳定后,DEH采集数据,主汽压力应在整个试验过程中保持不变。
    四）试验注意事项
    1）试验过程中DEH退出功率、调压回路。
    2）试验过程中撤除AGC控制方式。
    3）试验过程中撤除CCS控制方式。
    4）试验过程中撤除DEH遥控方式。
    5）当第一次负荷指令为135MW时，锅炉侧的压力定值根据实际功率现场确定，以阀门全开，负荷不超发为准。
    6）试验过程中应密切注意汽机振动、轴向位移、差胀等参数的变化；
    7）任何自动装置运行中，当发生运行参数波动较大，且无法调整至正常值时，应立即撤出相关自动，进行手动控制，调整运行参数至正常值。
    8）试验过程中发生事故，其操作按运行规程进行相关事故处理，控制各项主要参数在规定范围内。
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    五）试验顺序
    单阀试验?阀切换?多阀试验?DEH恢复。从阀门全开工况开始到最低负荷，而后阀切换，由最低负荷到全开工况。
    六）试验步骤
    试验准备：检查试验条件满足
   1、单阀方式下调门特性试验步骤
    1.1在单阀方式下，使GV1、GV2、GV3、GV4四阀全开，实际负荷为额定负荷135MW，机组维持当前主汽压力和主汽温度。
    1.2从单阀全开工况开始减负荷，维持主汽压力和主汽温度，每次调整目标值减0.5MW负荷，等工况稳定后再作下一步调整，变负荷率掌握在0.25MW/min，直到实际负荷降至75MW。在此过程中运行应严密监视实际负荷变化, 可视情况改变变负荷率。
     1.3 上一步操作结束后开始升负荷，每次调整目标值增加0.5MW负荷，等工况稳定后再作下一步调整，变负荷率掌握在0.25MW/min，直到GV1、GV2、GV3、GV4四阀全开。在此过程中严密监视实际负荷变化, 可视情况改变变负荷率。
   2、多阀方式下调门特性试验步骤
    2.1单阀全开稳定工况下，在DEH组态P52页强制模块25为1，正常后切为多阀。
    2.2阀全开工况开始减负荷，每次调整目标值减2.5MW负荷，等工况稳定后再作下一步调整，变负荷率设定在2.5 MW/min，直到实际负荷至75MW。在此过程中运行应严密监视实际负荷变化, 可视情况改变变负荷率.
    2.3 上一步操作结束后开始升负荷，每次调整目标值增加5MW负荷，等工况稳定后再作下一步调整，变负荷率设定在2MW/min-2.5 MW/min，直到GV1、GV2、GV3、GV4四阀全开。在此过程中运行应严密监视实际负荷变化, 可视情况改变变负荷率.
    3、试验结束
    3.1 在GV1、GV2、GV3、GV4四阀全开下恢复阀门重叠度,若要恢复单阀运行,一定要在阀门全开时切换。
    3.2 试验结束维护部热控人员开放被强制功能块，并刻录数据光盘交新华公司服务人员带回新华公司。新华公司遵循"有求必应的服务宗旨"对试验数据进行分析，并做仿真试验，特提出修改＃1机组DEH的部分组态； 我们在#1机停运前按在线修改组态的步骤修改了组态：
     1）、备份原始组态。
     2）、确认DEH切为单阀手动控制方式。
     3）、以ENG级别连接主控＃11DPU；并上装组态文件。
     4）、按新华公司处理后的数据修改组态。（修改前后阀门流量特性曲线表见附页1）
5）、修改完进行校对无误后；对组态文件写盘，并COPY到副控。
     3.3 组态修改后，DEH控制切为自动。投入功率回路，进行单阀升降负荷试验，满足《汽机运行规程》的要求。
     3.4 100 MW负荷时，做单多阀切换试验，效果明显。（阀门切换时负荷扰动见附页2）
     阀门流量特性曲线的作用
     汽轮机的功率调节是通过改变调节阀门的开度，调节进入汽轮机的蒸汽流量来实现的。阀门流量特性是指流经阀门的蒸汽与阀门开度的对应关系，它直接影响着调节系统的品质和机组运行的经济性，不仅要求单阀有符合要求的阀门流量特性，同时也要求顺序阀联合调节时，也符合要求的阀门流量特性。
结果分析
     我厂#1机组单阀改多阀工作结束，效果明显。修改后的单阀多阀控制特性和切换已能实现顺利切换，在投入功率回路的情况下，负荷波动小于3.5MW，且能满足调节系统的调节品质和机组安全运行经济性的要求，工作稳定，在任何工况下阀门的开度和蒸汽流量均无自发的摆动现象，多阀控制时也无负荷大幅度的摆动现象，公司领导给予了充分的肯定。