溫劍風(fēng)

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州545002）

1 調(diào)速器缺陷分析

某公司103J離心壓縮機的調(diào)速控制技術(shù)為20世紀70年代產(chǎn)品，調(diào)速器結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。該調(diào)速裝置自投運以來，調(diào)速器在運行中頻繁出現(xiàn)波動及故障，嚴重影響了合成氨長周期高負荷的生產(chǎn)。

圖1 103J離心壓縮機調(diào)速器原理示意

103J離心壓縮機調(diào)速器由于使用年限已久，機械部分大部分零部件嚴重老化，運行過程中出現(xiàn)很多問題，比如，調(diào)速器的連接部分經(jīng)常發(fā)生斷裂、脫落，執(zhí)行機構(gòu)卡死、松動、膜片老化斷裂，轉(zhuǎn)換放大器容易受干擾波動等問題。同時，備品備件早已停產(chǎn)，難于購買。日常維護工作量及成本十分巨大，已不利于連續(xù)性要求較高的化工生產(chǎn)要求。

調(diào)速器無法在中心控制室實現(xiàn)全轉(zhuǎn)速0～100%調(diào)節(jié)，控制方式落后，并且調(diào)節(jié)精度低、質(zhì)量差。操作工只能在現(xiàn)場通過操作蒸汽控制閥，對機組調(diào)整啟動、升速。當機組升速到額定轉(zhuǎn)速的75%以上時，把現(xiàn)場同步器調(diào)至最小時，才能在主控室進入升速操作。主控室的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍只在75%～100%，轉(zhuǎn)速偏差高達0.5%～2.0%。

針對103J機組存在的各種問題，該公司決定對103J機組現(xiàn)場調(diào)速裝置進行全新改造。

2 調(diào)速控制系統(tǒng)改造

首先將調(diào)速控制系統(tǒng)中的氣動執(zhí)行器、油動缸、調(diào)速彈簧、轉(zhuǎn)速測量元件及轉(zhuǎn)換模塊等去除，采用新的油動缸、電液轉(zhuǎn)換器（DDV閥）、行程傳感器、兩組電磁閥、四組轉(zhuǎn)速測量探頭及現(xiàn)場轉(zhuǎn)速顯示表。改造后調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（現(xiàn)場部分）如圖2所示。

2.1 調(diào)速控制系統(tǒng)的組成

1）油動缸。其安裝在103-JBT透平機上，通過油動缸里面油路油壓的變化，帶動連桿機構(gòu)、拖動錯油門動作，從而控制主汽門的開度，實現(xiàn)調(diào)整透平機轉(zhuǎn)速或負荷。

2）DDV閥。該裝置安裝在油動缸上，通過把來自伺服放大器的電流信號轉(zhuǎn)換成液動信號，即改變DDV閥油路油壓實現(xiàn)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)。其要求油路系統(tǒng)干凈、油質(zhì)較高，在油路系統(tǒng)的管道上增加1個過濾網(wǎng)。

3）伺服放大器。其安裝在主控室的機柜上，通過現(xiàn)場2組行程傳感器送來的閥位信號，以及安裝在調(diào)速器上的4個測速探頭的轉(zhuǎn)速信號，進行轉(zhuǎn)換、運算、放大處理，然后輸出直流-10～10 m A信號到電液轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)調(diào)速控制。

4）閥位反饋裝置。即行程傳感器，安裝在油動機閥桿上。當調(diào)速器運行時閥桿上的反饋裝置跟著做相應(yīng)動作，閥位反饋信號的變化送至主控室伺服放大器進行處理，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。

圖2 改造后調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

5）電磁閥。安裝在機組的油動機上，共有2個電磁閥。當機組正常運行無跳車聯(lián)鎖信號時電磁閥帶電，當裝置運行或機組運行異常時，電磁閥失電。泄掉調(diào)速油壓，調(diào)速器調(diào)速閥關(guān)閉，切斷高壓蒸汽，機組停車。

6）測速裝置。安裝在機組齒輪箱引出端齒輪上，共有4支探頭，其中1支測速探頭測得的頻率信號送到機組旁邊的測速顯示儀，實現(xiàn)現(xiàn)場就地轉(zhuǎn)速顯示，其他3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室的PI卡上，在總控室透平壓縮機綜合控制系統(tǒng)（ITCC）上實現(xiàn)“三選一”顯示，機組的超速保護實現(xiàn)“三選二”顯示。

2.2 調(diào)速控制系統(tǒng)原理

由安裝在103J機組上的3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室調(diào)速控制系統(tǒng)，由調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)和負荷的要求對機組轉(zhuǎn)數(shù)進行計算后輸出直流4～20 m A調(diào)速信號到伺服放大器，經(jīng)過伺服放大器運算、轉(zhuǎn)換、放大處理后輸出直流-10～10 m A信號到現(xiàn)場DDV閥上，DDV閥根據(jù)信號的變化對油路進行調(diào)節(jié)。調(diào)速信號直接作用在執(zhí)行機構(gòu)中的路通閥上，通過DDV閥控制輸入到動力油缸的油的流向達到控制自力油缸動作的目的。由動力油缸帶動控制閥臂控制進汽閥頭調(diào)節(jié)蒸汽進汽量，以達到汽輪機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的目的。油動缸動作的行程由反饋行程裝置檢測并將信號送到調(diào)速系統(tǒng)進行閉環(huán)控制。調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 調(diào)速控制系統(tǒng)原理示意

3 技術(shù)改造效果

103J由機械式調(diào)速通過技術(shù)改造改為全電子調(diào)速取得了良好的效果。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）經(jīng)過調(diào)速器技術(shù)改造，調(diào)速操作實現(xiàn)ITCC系統(tǒng)閉環(huán)控制，可實現(xiàn)0～100%的全轉(zhuǎn)速可調(diào)，調(diào)速精度達0.5‰，大幅提高了機組的運行效率，為化工生產(chǎn)長周期、高負荷安全穩(wěn)定運行提供了條件。

2）機組從啟動到額定轉(zhuǎn)速實現(xiàn)全自動升速，確保機組在過臨界轉(zhuǎn)速范圍3 000～7 500 r/min的安全運行。目前，在主控室現(xiàn)場各配備1名操作人員即可滿足要求，節(jié)約了人力資源。

3）ITCC系統(tǒng)內(nèi)部集成的調(diào)速算法可實現(xiàn)調(diào)度與防喘振控制之間的解偶、負荷分配等復(fù)雜的控制功能，實現(xiàn)遠程控制主汽門開度，減少蒸汽消耗。減輕操作人員的勞動強度，保障人身安全。

4）通過實施生產(chǎn)負荷分配控制，實現(xiàn)合成氨生產(chǎn)負荷合理分配，解決了原來老設(shè)備浪費能源的問題。

5）調(diào)速系統(tǒng)具有安全性和靈活的人機界面，機組的啟動—調(diào)速—過臨界轉(zhuǎn)速—正常運行—停止運行，由ITCC系統(tǒng)實現(xiàn)安全順控。機組運行時轉(zhuǎn)速顯示在ITCC系統(tǒng)上實現(xiàn)“三選一”，選取其中的中間值為正常顯示值。當裝置運行或機組運行異常時，聯(lián)鎖保護系統(tǒng)在ITCC系統(tǒng)上實現(xiàn)“三選二”聯(lián)鎖保護，實現(xiàn)安全緊急停車控制。

4 結(jié)束語

調(diào)速器的技術(shù)改造在該公司的103J和105J機組得到成功運用。目前調(diào)速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，各項技術(shù)指標均滿足要求，受到操作人員的好評。同時確保裝置內(nèi)大型機組設(shè)備和生產(chǎn)高負荷、長周期安全穩(wěn)定的運行，為公司創(chuàng)造了年經(jīng)濟效益超過五百萬元。