超临界机组仿真培训研究

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  摘要:结合湖北省电力公司仿真培训中心的工作实际,对影响超临界机组仿真培训效果的相关问题,如操作细节、现场调研和控制原理等进行了总结分析,并提出了相应的观点和意见。
  关键词:超临界机组;仿真;培训;体会
  随着600MW级别超临界直流机组对运行人员的素质要求越来越高,相应仿真培训的重要性也越来越凸显出来。如何让培训更有效是每个从事仿真培训工作的指导教师都应该积极思考的课题。本文旨在结合仿真培训中遇到的实例对影响培训效果的相关问题谈谈一些体会和看法,供各位同仁参考。
  一、关于操作细节
  从培训实践来看,学员对操作细节的重视程度普遍不够,指导教师有时也会疏于详细讲解,特别是对于某些不太重要的设备装置,规程上往往对其标准操作规范语焉不详,甚至根本未提及,而且误操作的后果也不明显,因此在仿真培训特别是新进员工培训和转岗培训中操作细节经常会被忽视,导致误操作发生。
  例如,锅炉排空门一般设置为两级,在开启的时候应该先开一次排空门(炉侧),再开二次排空门(空侧);在关闭的时候应该先关二次排空门,再关一次排空门,这样的开关顺序可以有效降低对一次排空门的冲刷损耗。如果有必要也只需要对二次排空门进行维护,更加便利。这样的操作细节,少有学员按照规范操作,对一、二次放空门的开关顺序普遍都很随意,不能形成良好的规范操作习惯,需要予以指正。
  再例如图1所示某超临界仿真机组磨煤机出口附近的几个挡板,其中标签为“MILL OUT V SEAL AIR DAMP”的挡板从字面意义上很容易被理解成从冷一次风至磨煤机出口挡板(标签为“MILL EXH DAMP”)的“密封风”挡板。相应地在操作上,学员往往在启磨后就令其保持常开状态。
  但实际上,其主要作用并非“密封”,而是为了防止炉膛正压时高温烟气倒窜进入磨出口管道内,起到保护管道的作用,因此所用气源为有压力的冷一次风,它的另外一个作用是吹净管道内的残留煤粉,因此相对应地在操作上,该“密封风”挡板应在锅炉点火后,磨出口挡板关闭时开启,在启磨时磨出口挡板开启后联关,即未投磨时开启,投磨后关闭。
  另外,与之相对应,标签为“BRN COLD AIR PNMC DAMP”的冷却风挡板用于在未启磨时,经由燃烧器出口挡板(标签为“BRN PULV COAL IN DAMP”),依靠炉膛负压从外界吸入冷却空气,从而冷却保护燃烧器喷嘴,气源为无压力的大气,在启磨后再转由煤粉和一次风进行冷却,因此该冷却风挡板与磨出口挡板互为备用,在启磨后也应关闭。
  由上可知,不起眼的四个挡板分别利用两种气源,起到保护管路和燃烧器的两种作用,这样的操作细节如果不详细讲解清楚,学员是很容易发生误操作的。
  二、关于现场调研
  现场设备更新和操作改良较为频繁,从操作规程的修订频率就可见一斑,如果墨守成规就有可能使培训效果大打折扣,因此,培训也是需要与时俱进,只有重视现场调研,使培训内容与现场同步更新才能提高培训效果。
  例如,以实际机组为原型开发的某超临界仿真机组一号高压加热器至省煤器之间的给水旁路阀(见图2),其最初主要设计意图之一就是通过调整流动阻力的方式控制给水管路压力,避免电动给水泵出口压力过低而发生汽蚀,因此启动初期要求给水旁路阀处于20%左右的较小开度。但后来现场调研发现,其实际初始开度在40%左右,主要以提高减温水压力为操作目的(减温水取自一号高加至给水旁路阀之间管路),而无需担心电动给水泵发生汽蚀的问题(汽蚀余量足够大)。
  再例如,前述仿真机组原设计启动时首先由电动给水泵提供给水维持最低质量流速,后续需要提高流量及进行两次并入汽泵操作,最终由两台汽泵提供给水,电泵冷备用。但后来现场调研发现,为节约厂用电,该厂启动时已不再使用电泵提供给水,而是从一开始就直接由辅汽作为汽源驱动汽泵提供给水,后续只需要切换气源,而不需要进行并泵操作。
  显而易见,这两种操作方式存在根本的差异,如果按照原来的规程培训学员,会造成培训内容的缺失,使学员回厂后无所适从。由以上两个例子可知,如果不去调研就会导致培训与现场脱节,培训的实用性和有效性降低。
  三、关于现场操作的灵活性
  有些操作方面的问题要按照因地制宜的原则,结合现场情况对学员讲解,不应一概而论。例如备用泵出口门是应该关闭或打开的问题。一般来说关出口门启泵除了可以减小启动电流(对离心泵而言),主要是为了防止管道中压力变化过大(此时管路中一般未充满工质),造成安全和振动大(易引起水击现象)等问题,而在运行泵跳闸备用泵联启的时候,管路中已经充满具有正常运行时压力的工质,备用泵出口门是否已经开启,对于管路中的压力已无较显著的影响。因此,从刚才讨论的角度来看,开备用泵出口门备用是没有问题的。
  但是,应当注意到,以上结论是建立在备用泵出口逆止阀严密可靠的基础上的,现场如果由于安装或设备本身的质量,逆止阀存在泄漏,则开备用泵出口门备用存在一定问题。因此,有的电厂采用关备用泵出口门备用,备用泵联启时,其出口门联开的模式。该模式对于出口门行程较短或者允许流量较长时间中断的系统是适用的,但对于凝结水泵和给水泵这样的开门行程较长(凝结水泵开门行程约4分钟)或流量中断会导致严重后果(给水中断会MFT)的系统应该优先考虑开备用泵出口门备用。
  例如某厂规程中明确规定,电动给水泵应关门启动。在第一台汽泵并入以后,电泵应关闭出口门作为旋转热备用,在第二台汽泵并入以后应首先在电泵出口门关闭的情况下停电泵,再将电泵的出口门打开,令电泵处于联动冷备用状态。特别地,对于出口无逆止阀的循环水泵,为了防止备用泵倒转引起损坏(循环水泵一般允许在20%额定反转速内启动),更重要的是为了防止因倒流引起的循环水压下降影响凝汽器真空及开式水水压等,应关备用泵出口蝶阀备用,需联启时,备用泵启动后其出口蝶阀联开(循环水泵允许堵转运行,即出口门关闭运行,运行时间不超过45秒)或者备用泵及其出口蝶阀同时启动和开启(循环水泵一般允许在20%额定反转速内启动)。   另外,对于投入循环水系统启第一台循环水泵,为了防止管路内水压变化过大撑破水冷壁铜管,一般可先开出口蝶阀至15%开度(此时循环水泵倒转速约为额定转速的15%~20%)然后启泵,启泵后再全开出口蝶阀,或者第一台循环水泵及其出口蝶阀同时启动和开启。
  由上可知,不分具体情况就笼统地告诉学员备用泵出口门开启备用是不合适的,会使学员产生混乱的观念。
  四、关于关于量化操作要求
  在规程中,经常会碰到一些很具体的量化操作要求。例如某厂规程中,要求冷态启动时,主汽参数达到冲转要求时,高压旁路开度在60%~65%之间,这实际上出于锅炉侧和汽机侧相匹配的需要,确切地说是出于锅炉侧产汽量和汽机侧耗气量平衡的需要。
  如果高压旁路开度过大,意味着锅炉侧产汽量偏大,在并网后使用DEH开高压调门升负荷的过程中不利于合理切除高压旁路,可能出现负荷高于90MW高压旁路仍维持有一定开度(维持主汽压定压)的情况,这时高压旁路会被强制关闭(该厂高压旁路强制关闭的限值为90MW),引发主汽压和负荷的波动。相反,如果高压旁路开度过小,意味着锅炉侧产汽量偏小,不足以满足冷态启动过程中暖机暖炉所需要的流量要求,而且与之相对应的较少的燃料量也不利于维持稳定的炉膛燃烧,对安全性和经济性都不利。
  因此,规程中明确规定的量化操作要求往往都是根据生产实践和理论计算总结出来的,如果不解释清楚道理就硬性要求学员达到这一要求,就会使学员产生不信服的情绪或囫囵吞枣的感觉,难以留下深刻印象,反之,学员就可以理解量化操作要求的根据并借以对自己的操作加以改进,印象也更深刻,这对提高培训效果无疑是有帮助的。
  五、关于控制原理
  很多情况下,正确的操作源于对操作原理的理解,这一点在自动控制系统的使用方面尤为突出,但是令人失望的是,在电厂自动化程度越来越高的背景下,运行人员对控制原理的了解普遍不够,甚至有些望而生畏,认为那是热工的事情,与运行人员无关,导致形成一些不必要的操作难点。
  以某超临界机组中间点温度校正的投用时机为例。该机组中间点温度校正是有范围的,对应给水流量最大校正值约为正负175t/h(这个给水流量校正范围是变化的,一般来说负荷越低,范围越大,以下举例均为约数,不是精确数值)。若实际中间点温度持续比中间点温度设定值高(该设定值为计算机给出的当前工况下的设计中间点温度加上±10℃范围内的偏置),则中间点温度校正调节器的输出会持续减小直到0%,对应给水流量指令偏置减少为最小值-175t/h,即按照燃料量和燃水比计算出的给水流量加上该偏置为汽泵给水流量指令(下同),反之,中间点温度校正调节器的输出会持续增加直到100%,对应给水流量指令偏置增加为最大值+175t/h。
  在中间点温度校正能够有效调节的范围内,若汽泵在手动状态,其设定值显示是跟踪当前汽泵出力也就是当前给水流量的,中间点温度校正的输出F也应该在0%~100%以内,这时候可以适时投入汽泵自动和中间点温度校正自动,通过修改中间点温度校正的偏置进行给水流量的修正。
  但如果煤粉燃烧效率不够高,比如风煤比调节不当、燃烧不完全的情况下,某个合适的中间点温度(正常条件下是有一定过热度的)对应的实际给水流量与根据设定燃水比和偏置计算出来的给水流量偏差过大,超过中间点温度校正的最大范围(±175t/h),则中间点温度校正的输出F显示会减少至0%下限值,汽泵设定值显示的也不再是当前汽泵出力,而是经过中间点温度校正后的极限值,一般比当前实际给水流量高,这就代表中间点温度校正已经失效,不具备投入汽泵自动的条件(一旦投入,给水流量会跟踪增加至该极限值,过热度会降低,甚至转为湿态,不能正确实现中间点温度校正的功能),这时就必须设法提高燃烧效率,同时手动调节汽泵转速稳定给水流量,一旦燃烧效率足够高,进入中间点温度校正可以调节的范围,中间点温度校正的输出显示值会大于0%,设定值显示也会跟踪当前汽泵出力,这时就可以考虑适时投入汽泵自动和中间点温度校正自动了。另外,就现场而言,还应注意不宜过早投入汽泵自动,要待汽泵转速离最低工作转速较远时再投自动,这样就可以保证汽泵在正反两个方向都具有调节裕度。
  由上可知,如果没有讲清楚中间点温度校正的调节原理和调节范围,学员就不能正确使用这一功能,甚至会适得其反,导致干态转湿这样严重的后果。
  六、关于自动控制系统
  随着电厂自动化水平的提高和操作人员的精简,一般认为合理的启动操作流程就是借助自动控制装置,不断缩小操作范围,减少操作项目,简化操作目标,提高操作精度,减轻操作强度的过程。尽量避免同时调节多个参数,毕竟操作运行人员不是机器人,忙则出错,特别是当前要求全能集控操作员而非单岗操作员的条件下,自动控制装置的可靠性和操作运行人员使用自动控制装置的熟练程度,越发显得重要。
  在培训中应注意引导学员避免两个极端,一个极端就是怀疑畏惧心理作怪或者迷信传统操作方法,不愿意投入自动,这在老员工特别是使用过早期调节效果不良的自动控制装置的老员工群体中较为常见。另一个极端就是过分相信自动控制装置或追求省事,不注意投用范围或限制条件,不适当地投入自动,这在新员工群体中较为常见,甚至有把操作员站当作游戏机来操作的情况发生。
  七、关于仿真系统
  仿真培训不可避免肯定会涉及仿真系统。一套仿真系统不管如何努力进行改进完善,毕竟只是用数学模型来进行底层运算的拟真系统,不可能和现场的真实系统完全一致,在进行培训时,特别是事故处理时,某些动态特性或参数指标可能会与现场存在偏差。
  如何合理对待这类事件?遇到问题搪塞其词、有意遮掩尤不可取。在发现差异时,应向学员坦率承认仿真系统的不足,解释说明仿真系统的局限性,特别是要对照仿真系统说明现场应该是什么样的情况、如何进行处置操作、得到什么样的结果,要达到讲清问题、不误导学员的目的。更重要的是,后续还应针对发现的差异对仿真系统进行修改,尽最大能力让仿真系统不断完善,使之更加接近现场系统。
  (责任编辑:宋秀丽)
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