0引言

       發(fā)電廠(chǎng)是一個(gè)龐大、復雜的熱力系統，測點(diǎn)數量巨大，測量方式多樣。其中，壓力作為#基本的測量信號，其布置非常廣泛，大到汽水系統，小到輔機油站等，都離不開(kāi)對壓力的測量。從測量類(lèi)型分類(lèi)，壓力測量可分為開(kāi)關(guān)量、模擬量。開(kāi)關(guān)量測量主要元件是壓力開(kāi)關(guān)，實(shí)現對系統壓力、濾網(wǎng)差壓、物位高低等的測量。模擬量測量主要元件是變送器，完成同樣的功能。然而，不管采用何種測量方式，都要求信號可靠、及時(shí)、誤差在允許范圍內，滿(mǎn)足熱力系統、設備的監視及保護功能。本文根據機組實(shí)際運行中，壓力開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現誤動(dòng)以及無(wú)法監視壓力等情況，對壓力開(kāi)關(guān)測量方式進(jìn)行了詳細地分析、探討及改造，從而使壓力測量更合理、更可靠，便于技術(shù)人員分析，及時(shí)消除系統存在的隱患。

 

1事件簡(jiǎn)介

       案例1：某廠(chǎng)主機和小機的調節保安系統用油均采用高壓抗燃油�？谷加拖到y設置兩臺柱塞式油泵，每個(gè)油泵出口裝有濾網(wǎng)，并在濾網(wǎng)筒體上安裝差壓開(kāi)關(guān)，進(jìn)行油泵出口濾網(wǎng)差壓監視。此差壓開(kāi)關(guān)為彈簧管型開(kāi)關(guān)。在機組運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)經(jīng)常動(dòng)作，發(fā)出報警信號。隨后，維護人員進(jìn)行濾網(wǎng)、壓力開(kāi)關(guān)更換，但都沒(méi)有徹底解決問(wèn)題，以致此差壓信號失去監視的意義，極大地影響機組安全運行。

 

       案例2：某廠(chǎng)引風(fēng)機小機油系統采用兩臺雙聯(lián)葉片泵，一臺運行，一臺備用，提供小汽輪機及減速機的潤滑用油和小汽輪機的控制用油。其中控制油管道安裝兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，定值分別為2.8MPa、3.2MPa。在一次小機閥門(mén)電磁閥泄露事件中，控制油兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)全部動(dòng)作，并聯(lián)啟備用泵。事后分析發(fā)現，運行人員當時(shí)無(wú)法及時(shí)發(fā)現油壓變化并采取安全措施，當一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，認為誤報警，#后油壓降至2.8MPa；另一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作聯(lián)啟油泵后，才采取有效措施。事后也只能借助就地壓力表，判斷油壓是否穩定、系統能否繼續運行，并進(jìn)行事故處理。

 

2問(wèn)題分析

2.1測量原理

       壓力開(kāi)關(guān)使用彈性元件，如膜片、膜盒、彈簧管、波紋管等作為感受件。其接受外界的壓力信號，轉換為彈性元件的彈性位移輸出。當結構、材料一定時(shí)，在彈性限度內彈性元件發(fā)生彈性形變所產(chǎn)生的位移與被測量的壓力值有確定的對應關(guān)系。壓力開(kāi)關(guān)利用這一彈性位移量，使內部金屬接點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，實(shí)現對壓力的監測功能。

 

2.2壓力開(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題

1）蠕變和疲勞形變

       彈性元件經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的負荷作用，當負荷取消后，不能恢復原來(lái)的形態(tài)，這種特性稱(chēng)為彈性元件的蠕變。在實(shí)際應用中，當壓力開(kāi)關(guān)使用時(shí)間長(cháng)，其定值會(huì )偏差比較大。尤其安裝在泵出口的壓力差壓開(kāi)關(guān)，隨著(zhù)泵的啟停次數增多，其容易產(chǎn)生形變，導致測量不準。以上案例1屬于此種。

2）溫度影響

       由于溫度的變化，彈性元件材料的彈性模量相應變化，所以彈性元件的剛度發(fā)生變化，這將影響彈性元件的輸出特性。有些壓力開(kāi)關(guān)直接安裝在被測設備上，與被測流體實(shí)時(shí)接觸，其受流體溫度變化影響比較大。

3）振動(dòng)影響

       在振動(dòng)較大的地方，壓力開(kāi)關(guān)容易誤動(dòng)或設定點(diǎn)發(fā)生偏移。

 

3優(yōu)化必要性

3.1壓力開(kāi)關(guān)定值容易“跑”

       在日常儀表抽查及檢修過(guò)程中可以發(fā)現，很多壓力開(kāi)關(guān)定值“跑”了，即壓力開(kāi)關(guān)實(shí)際動(dòng)作值與原設定值偏差比較大，超出了允許誤差。但相比較而言，壓力變送器出現偏差的現象是非常少的，除少數微差壓。某次檢修，進(jìn)行爐膛壓力測點(diǎn)校驗，記錄數據如表1、表2所示。

       從表1可以看出，3個(gè)壓力開(kāi)關(guān)誤差都比較大，已不滿(mǎn)足測量要求。而表2中，爐膛變送器誤差雖有一定偏差，但基本滿(mǎn)足工作要求。

 

3.2測量功能單一

       開(kāi)關(guān)量測量屬于點(diǎn)的監控，功能過(guò)于單一，不利于運行人員及時(shí)發(fā)現系統、設備出現的異常，不利于技術(shù)人員對問(wèn)題的分析和判斷。

 

       在實(shí)際運用中，為了便于對系統參數進(jìn)行有效地檢測，往往設計多個(gè)不同定值的壓力開(kāi)關(guān)。在重要的系統中，為了聯(lián)鎖、保護可靠性，每個(gè)壓力等級下，又設置兩個(gè)、3個(gè)冗余開(kāi)關(guān)，并且要求每個(gè)開(kāi)關(guān)單好取樣，從而使得測量系統變得非常復雜。

 

3.3工作可靠性低

       壓力開(kāi)關(guān)接點(diǎn)有兩種形式，即常開(kāi)接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)，可以根據系統實(shí)際應用選擇接點(diǎn)類(lèi)型。然而，無(wú)論常開(kāi)接點(diǎn)還是常閉接點(diǎn)，可靠性都不高[3]。其主要原因：1）壓力開(kāi)關(guān)無(wú)法有效提供其本身測量回路故障的報警。例如工作電壓失去、回路斷線(xiàn)、開(kāi)關(guān)故障等；2）感受元件容易受振動(dòng)、溫度的影響而誤發(fā)信號或失靈。

 

3.4日常維護量大

       壓力開(kāi)關(guān)維護量大主要體現在以下方面：1）開(kāi)關(guān)定值容易“跑”。因此，需要縮短校驗周期，以確保其準確性；2）在開(kāi)關(guān)突發(fā)報警而又缺乏其它有效數據判斷的情況下，譬如模擬量歷史趨勢等，通常需要把壓力開(kāi)關(guān)退出系統，拆除并運回試驗室，重新校驗；3）壓力開(kāi)關(guān)更改定值麻煩。在一些場(chǎng)合需要零點(diǎn)遷移或更改定值時(shí)，需要重新校驗開(kāi)關(guān)，而變送器只需要通過(guò)HART475手操器在允許范圍內直接遷移即可。

 

3.5誤差精度低

       壓力開(kāi)關(guān)精度等級比變送器低。在常規儀表校驗過(guò)程中，壓力開(kāi)關(guān)一般按1.0級校驗，壓力變送器按0.5級校驗。實(shí)際上，現在智能壓力變送器的精度等級非常高[1]。例如常用的羅斯蒙特壓力變送器精度出廠(chǎng)設計為0.075級或0.1級。

 

4可行性

       隨著(zhù)變送器的精度等級越來(lái)越高，以及智能變送器的普遍應用，壓力變送器在精度、參數可靠性、日常維護以及監控功能上都優(yōu)于壓力開(kāi)關(guān)。但是，根據測量原理，壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)入控制系統的采集時(shí)間比變送器快[2]，以及壓力開(kāi)關(guān)在價(jià)格方面也有一定優(yōu)勢。

4.1數據采集時(shí)間

       對DCS系統而言，壓力開(kāi)關(guān)輸出為數字量輸入（DI）信號，變送器輸出為模擬量輸入(AI)信號。模擬量信號需要經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化、編碼轉換為數字量信號才能進(jìn)入DCS控制器運算處理。因此，在采集時(shí)間上壓力開(kāi)關(guān)比變送器快。以下為兩個(gè)DCS系統數字量與模擬量采集時(shí)間。

       從圖2中可以看出，ABB分散控制系統數據采集時(shí)間AI為8ms，DI#快為2ms[5]；OVATION分散控制系統數據采集時(shí)間AI為40ms~50ms，DI為3ms~7ms[4]。由于每個(gè)DCS系統特性不同，其數據采集時(shí)間有一定偏差，但是不管是開(kāi)關(guān)量輸入還是變送器輸入，其采集時(shí)間都能滿(mǎn)足發(fā)電廠(chǎng)熱力系統的控制要求（除汽輪機超速保護控制系統）。

 

4.2不同元件反應時(shí)間測試

       選取火檢冷卻風(fēng)系統進(jìn)行測試，該系統包括5個(gè)壓力開(kāi)關(guān)、1個(gè)變送器，共6個(gè)測點(diǎn)。本試驗選擇了其中的定值6.0KPa壓力開(kāi)關(guān)1，定值5.5KPa壓力開(kāi)關(guān)2，壓力變送器（量程0KPa~16KPa），通過(guò)啟停風(fēng)機，來(lái)建立或卸放冷卻風(fēng)壓力。各測量元件把檢測到的壓力變化信號送至DCS系統。在DCS內部，變送器進(jìn)行壓力低判斷，壓力開(kāi)關(guān)則直接把感受到的壓力低信號輸出至SOE系統。

 

       試驗一，更改壓力變送器邏輯判斷定值為6.0KPa，使之與壓力開(kāi)關(guān)1同定值，試驗數據如表3所示。

       試驗二，更改壓力變送器邏輯判斷定值為5.5KPa，使之與壓力開(kāi)關(guān)2同定值，試驗數據如表4所示。

       試驗三，SOE系統時(shí)間測試，同一時(shí)刻觸發(fā)信號，記錄結果如表5所示。

以上可以看出，SOE系統正常記錄（見(jiàn)試驗三），在相同定值情況下，變送器整個(gè)運算輸出比壓力開(kāi)關(guān)快0s~3s，這與4.1所述不符。這種情況出現與壓力開(kāi)關(guān)整定值與實(shí)際動(dòng)作值有偏差以及壓力開(kāi)關(guān)本身性能有一定關(guān)系。

 

4.3價(jià)格比較

       普通壓力開(kāi)關(guān)價(jià)格約1000元~5000元，如SOR、UE、PALL等；普通壓力變送器價(jià)格4000元~6000元，如羅斯蒙特、西門(mén)子、橫河等。壓力開(kāi)關(guān)價(jià)格相差比較大，總體而言比變送器便宜，但現場(chǎng)常用的壓力開(kāi)關(guān)價(jià)格與變送器相差不大。

 

5優(yōu)化案例及效果

       案例1：原抗燃油系統差壓開(kāi)關(guān)安裝在每臺油泵出口的濾網(wǎng)筒體上，與濾網(wǎng)筒為一體設計，無(wú)法直接更換為變送器。另外，由于抗燃油泵管道本身的原因，亦無(wú)法直接開(kāi)孔取樣，但是系統原設計有壓力表，可以利用壓力表預制的取樣管來(lái)解決變送器取樣問(wèn)題。在油泵出口壓力表取壓管安裝三通閥，接出一路取樣管到差壓變送器正壓側；在抗燃油母管壓力表取樣管安裝三通閥，接出另一路取樣管到差壓變送器負壓側。對于差壓變送器，根據壓力大小，選擇高靜壓變送器。改造后，系統運行時(shí)差壓信號再無(wú)出現問(wèn)題，使運行人員可以監視濾網(wǎng)差壓變化，從而判斷濾網(wǎng)工作情況，并采用有效措施，保證系統的安全。

 

       案例2：引風(fēng)機控制油系統原安裝兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，其接頭為標準接口。在不增加額外成本的基礎上，直接拆除其中一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，更換為變送器，相應地把信號接線(xiàn)從開(kāi)關(guān)量卡件移至相鄰的模擬量卡件，并在DCS里進(jìn)行相應的設置，從而完成了壓力開(kāi)關(guān)的優(yōu)化改造。改造完成后，運行人員可以時(shí)刻監視控制油壓的大小，準確地做出判斷。

 

6結論

       1）本文分析得出壓力開(kāi)關(guān)存在如下缺點(diǎn)：定值容易變化、功能單一、可靠性低、日常維護大、精度低；

       2）在數據采集上，壓力開(kāi)關(guān)輸出為數字量信號，變送器輸出為模擬量信號。因此，壓力開(kāi)關(guān)理論工作速度比變送器快，但不影響壓力變送器所在的模擬量在熱力系統的控制要求。在實(shí)際測試中發(fā)現，壓力變送器整個(gè)運算周期反而比壓力開(kāi)關(guān)短；

       3）壓力開(kāi)關(guān)價(jià)格優(yōu)于變送器，但常用的壓力開(kāi)關(guān)與變送器價(jià)格相差不大；

       4）通過(guò)兩個(gè)案例的發(fā)生，說(shuō)明了壓力開(kāi)關(guān)在實(shí)際應用中誤動(dòng)作不利于監視。#后利用各種方法改造成變送器后，測點(diǎn)可靠性極大提高，方便了運行人員對系統運行的監控。