离心压缩机调速技术改造

2019-06-05温剑风

石油化工自动化 2019年2期

关键词：主控室调速器电磁阀

温剑风

（柳州化工股份有限公司，广西柳州545002）

1 调速器缺陷分析

某公司103J离心压缩机的调速控制技术为20世纪70年代产品，调速器结构原理如图1所示。该调速装置自投运以来，调速器在运行中频繁出现波动及故障，严重影响了合成氨长周期高负荷的生产。

图1 103J离心压缩机调速器原理示意

103J离心压缩机调速器由于使用年限已久，机械部分大部分零部件严重老化，运行过程中出现很多问题，比如，调速器的连接部分经常发生断裂、脱落，执行机构卡死、松动、膜片老化断裂，转换放大器容易受干扰波动等问题。同时，备品备件早已停产，难于购买。日常维护工作量及成本十分巨大，已不利于连续性要求较高的化工生产要求。

调速器无法在中心控制室实现全转速0～100%调节，控制方式落后，并且调节精度低、质量差。操作工只能在现场通过操作蒸汽控制阀，对机组调整启动、升速。当机组升速到额定转速的75%以上时，把现场同步器调至最小时，才能在主控室进入升速操作。主控室的转速可调范围只在75%～100%，转速偏差高达0.5%～2.0%。

针对103J机组存在的各种问题，该公司决定对103J机组现场调速装置进行全新改造。

2 调速控制系统改造

首先将调速控制系统中的气动执行器、油动缸、调速弹簧、转速测量元件及转换模块等去除，采用新的油动缸、电液转换器（DDV阀）、行程传感器、两组电磁阀、四组转速测量探头及现场转速显示表。改造后调速控制系统结构（现场部分）如图2所示。

2.1 调速控制系统的组成

1）油动缸。其安装在103-JBT透平机上，通过油动缸里面油路油压的变化，带动连杆机构、拖动错油门动作，从而控制主汽门的开度，实现调整透平机转速或负荷。

2）DDV阀。该装置安装在油动缸上，通过把来自伺服放大器的电流信号转换成液动信号，即改变DDV阀油路油压实现转换调节。其要求油路系统干净、油质较高，在油路系统的管道上增加1个过滤网。

3）伺服放大器。其安装在主控室的机柜上，通过现场2组行程传感器送来的阀位信号，以及安装在调速器上的4个测速探头的转速信号，进行转换、运算、放大处理，然后输出直流-10～10 m A信号到电液转换器，实现调速控制。

4）阀位反馈装置。即行程传感器，安装在油动机阀杆上。当调速器运行时阀杆上的反馈装置跟着做相应动作，阀位反馈信号的变化送至主控室伺服放大器进行处理，构成闭环控制回路。

图2 改造后调速控制系统结构示意

5）电磁阀。安装在机组的油动机上，共有2个电磁阀。当机组正常运行无跳车联锁信号时电磁阀带电，当装置运行或机组运行异常时，电磁阀失电。泄掉调速油压，调速器调速阀关闭，切断高压蒸汽，机组停车。

6）测速装置。安装在机组齿轮箱引出端齿轮上，共有4支探头，其中1支测速探头测得的频率信号送到机组旁边的测速显示仪，实现现场就地转速显示，其他3支测速探头测得的频率信号送到主控室的PI卡上，在总控室透平压缩机综合控制系统（ITCC）上实现“三选一”显示，机组的超速保护实现“三选二”显示。

2.2 调速控制系统原理

由安装在103J机组上的3支测速探头测得的频率信号送到主控室调速控制系统，由调速系统根据压缩机转数和负荷的要求对机组转数进行计算后输出直流4～20 m A调速信号到伺服放大器，经过伺服放大器运算、转换、放大处理后输出直流-10～10 m A信号到现场DDV阀上，DDV阀根据信号的变化对油路进行调节。调速信号直接作用在执行机构中的路通阀上，通过DDV阀控制输入到动力油缸的油的流向达到控制自力油缸动作的目的。由动力油缸带动控制阀臂控制进汽阀头调节蒸汽进汽量，以达到汽轮机调节转数的目的。油动缸动作的行程由反馈行程装置检测并将信号送到调速系统进行闭环控制。调速控制系统原理如图3所示。

图3 调速控制系统原理示意

3 技术改造效果

103J由机械式调速通过技术改造改为全电子调速取得了良好的效果。主要表现在以下几方面：

1）经过调速器技术改造，调速操作实现ITCC系统闭环控制，可实现0～100%的全转速可调，调速精度达0.5‰，大幅提高了机组的运行效率，为化工生产长周期、高负荷安全稳定运行提供了条件。

2）机组从启动到额定转速实现全自动升速，确保机组在过临界转速范围3 000～7 500 r/min的安全运行。目前，在主控室现场各配备1名操作人员即可满足要求，节约了人力资源。

3）ITCC系统内部集成的调速算法可实现调度与防喘振控制之间的解偶、负荷分配等复杂的控制功能，实现远程控制主汽门开度，减少蒸汽消耗。减轻操作人员的劳动强度，保障人身安全。

4）通过实施生产负荷分配控制，实现合成氨生产负荷合理分配，解决了原来老设备浪费能源的问题。

5）调速系统具有安全性和灵活的人机界面，机组的启动—调速—过临界转速—正常运行—停止运行，由ITCC系统实现安全顺控。机组运行时转速显示在ITCC系统上实现“三选一”，选取其中的中间值为正常显示值。当装置运行或机组运行异常时，联锁保护系统在ITCC系统上实现“三选二”联锁保护，实现安全紧急停车控制。