锅炉炉膛安全监控系统及其应用
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摘要：锅炉炉膛安全监控系统，是大型火电机组必备的一种安全监视保护系统。本文结合大唐石门电厂锅炉炉膛安全监控系统的应用及实际案例，对如何提高其可靠性进行探讨，提出建议。
关键词：锅炉炉膛安全监控系统；功能；组成；可靠性；措施
1 大唐石门电厂2台机组的锅炉炉膛安全监控系统
如前所述，逻辑系统是炉膛安全监控系统的“心脏”，以#2机组为例，其功能主要分为两大部分——FSS（公共逻辑）、BCS（油逻辑、煤逻辑）
1.1 FSS（公共逻辑）
防止炉膛内燃料和空气混合物产生的不安全工况。必要时，切除燃料系统。监视锅炉和和汽轮发电机组的运行工况并在检测到危害人员和设备安全的工况时，发出MFT信号，停运已投运的锅炉燃烧设备和有关辅机，快速切除进入锅炉的燃料。在DCS系统故障时运行人员应有手动危急跳闸手段。
在允许重新点火和投入燃料之前，吹扫程序可安全地清除所有存在于炉膛和烟道内的可燃物。在MFT动作后，维持锅炉进风量，以便清除炉膛内的可燃物。还可自动记忆、显示首次及其余跳闸原因。
公共逻辑只处理除煤逻辑、油层燃烧设备以外的有关逻辑。它并不对每一层油或煤发出具体的设备操作指令，而是对其发出原则性指令，如“油层点火允许”、“煤层点火允许”等。同时，还对涉及锅炉总体的保护逻辑发出有关指令，如“炉膛吹扫允许”、“MFT跳闸”等。因此，公共逻辑是FSSS的核心，它的控制保护对象是炉膛，而不是辅助设备。
1.2 BCS（油逻辑、煤逻辑）
通过CRT/键盘、轨迹球，完成对设备的主要操作。应对油枪等设备、磨煤机、给煤机的启/停和跳闸进行子功能组顺序控制和监视。
这部分逻辑实际上负责油点火系统和制粉系统的程序控制，但并非独立的程控系统。它和公共逻辑有着内在的有机联系。在未得到FSS的许可条件前，严禁向炉膛投入燃烧或点火能量。在收到MFT信号时，按指令协调同FSS快速切断至炉膛的所有燃料。
这部分逻辑一方面向高层的公共逻辑提供油点火系统、制粉系统的工作状态并接受公共逻辑的原则性指令，一方面根据公共逻辑的原则性指令及油、制粉系统逻辑组态进行各种“允许”、“禁止”、“启动”、“停止”的逻辑运算，发出相应指令到各个具体设备，如油枪、角阀、磨煤机、磨出口挡板、给煤机等等。
此外，煤逻辑不仅仅和炉膛防爆有关，还与给煤机、磨煤机的正常工作要求密切相关。
2 防止FSSS拒动、误动
分散控制系统（DCS）经过自上世纪七十年代至今的三十多年之应用、发展，在火力发电机组的应用中为电力生产的安全、经济运行作出了很大贡献。DCS系统的模块化设计、冗余的控制器配置及电源、通信网络的冗余设计，灵活的逻辑组态功能，“控制分散——使危险分散，操作管理集中”的设计思想，使溶入DCS的FSSS可靠性大为增强。
但在设计、安装、操作、管理和维护等各生产实践环节中，仍存在诸多问题使得FSSS拒动或误动。如何坚决防止FSSS拒动、尽量减少误动，进一步提高FSSS可靠性，仍是相关技术人员必须深入思考的课题。
以下结合大唐石门电厂的一些实例进行提高FSSS可靠性，防止FSSS拒动、误动措施的探讨，希望能够提供有益的借鉴。
2.1 保持良好的外部环境条件
2010年5月26日，因#1号机组MCS系统现场控制站内PD6000电源的过流保护动作，送风、吸风等相关调整无法操作，导致MFT动作，首出“炉膛压力低”。虽然导致过流保护动作的直接原因无法最终确定，但不能排除现场控制站机柜内环境不佳，电源模件等处粉尘积累所至。
必须按照《火力发电厂分散控制系统运行检修导则》之3.1章节要求，保持良好密封性及温度和湿度，定期清洗更换机柜之滤网，及时封堵电缆空洞，满足防尘要求。
2.2 加强FSSS运行维护管理
须将FSSS系统的所有设备看成一个整体全面管理，DCS系统和现场设备之运行维护，皆不可偏废。
2.2.1 严格执行《京能热电股份有限公司定期试验和校验制度》定期对火焰探头进行检查清理，对炉膛负压取样管路进行定期吹扫
2011年3月6日，#2机组因煤质变化，使得炉膛内严重结焦，掉焦引起了炉压反正，并引起了局部灭火，煤粉的继续进入引起了局部爆燃。取样管堵塞、不畅及炉压缓冲罐（压力平衡装置）使“炉正压大”保护拒动。#2机组炉FSSS“炉膛正压大”保护拒动。
后热工专业制定了炉压取样清理定期工作的作业指导书，规范了定期吹扫工作方法。
但是，目前各机组每个月都要经总工批准后，解除“炉膛正/负压大MFT”保护对取样管路进行2次吹扫。解除“炉膛正/负压大MFT”保护解除又过于频繁。
在2012年机组检修中，引入了自动吹扫气源、加装不锈钢膜合压力表监视等，以保证负压取样管路的清洁，且无须过于频繁解除保护。
2.2.2 硬件维护
应定期对FSSS的DCS卡件投运情况进行统计分析，对长周期运行的模件应按照重要程度适时更换。定期检查DCS电源回路和重要控制回路接线螺丝有无松动和过热现象，现场导线应无擦痕、磨损迹象，电源熔断器容量正确，DI通道熔断器无开路，冗余系统处于正常的工作和热备用状态。
大小修期间应对冗余设备进行切换试验，以确保备用设备始终处于良好状态。保护用测点、压力开关、机柜内电源端子排和重要保护端子排应有明显标识。在机柜内应张贴重要保护端子接线简图以及电源开关用途标志名牌。
2.3 不得擅自取消、退出FSSS保护或改动保护定值
应严格执行《大唐石门发电有限责任公司定期试验和校验制度》以及《大唐石门发电有限责任公司热工保护管理制度》中关于FSSS系统（含保护装置和检测设备等）的定期检查、校验、维护制度和保护退停审批、限期恢复制度。
2.3.1 单项保护的投/退
各机组FSSS柜内原设计有单项保护的投/退硬开关，根据《DL 5000-2000火力发电厂设计技术规程》12.6.1—7“保护回路中不应设置供运行人员切、投保护的任何操作设备”之要求，已经和发电部确定：FSSS机柜柜门平时上锁；须单项保护的投/退时，热工人员开门，运行监护进行投/退操作。
此外，#1机组已经从操作员站画面取消了制粉系统保护的投/退软开关，由工程师站方可投/退。
2.3.2 故障处理原则如下：
FSSS（系统、包括一次检测设备）若发生故障，必须开具工作票经总工程师批准后迅速处理。
锅炉炉膛压力、全炉膛灭火、汽包水位等重要保护装置在机组运行中严禁随意退出，当其故障被迫退出运行时，必须制定可靠的安全措施，并在8小时内恢复。
4 结束语
从前面的讨论可以看出，以DCS为主体的FSSS系统复杂，故障的离散性大。
从DCS系统硬、软件，到测量元件、电缆、及执行机构，以及外部环境，还有人为的因素，系统中任一环节出现问题，均会导致FSSS系统部分功能失效或引发系统故障、锅炉灭火甚至机组跳闸。而拒动更危险，可能造成人身伤害、损坏主设备损坏。
因此必须从“人、机、料、法、环”各方面加强对FSSS及其热控设备的全方位管理，以防止FSSS拒动、减少误动。
参考文献
[1] 热工控制设计简明手册.北京：水利电力出版社，1995
[2] 炉膛安全监控系统.武汉水利电力大学，1993
[3] 大型机组热控装置故障与预防.刘俭
[4] 京能热电#2机组DCS升级、完善.梁远，王奇
[5] 热工保护误动、拒动原因浅析及对策.李彦
[6] 中国大唐集团公司企业标准：防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施导则