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        TRICON控制系統(tǒng)在大連大化集團合成氨裝置壓縮機組液壓改造項目中的應(yīng)用

        2010-02-07 07:08:34北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限公司李國權(quán)
        自動化博覽 2010年1期
        關(guān)鍵詞:油源卸荷停機

        北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限公司 李國權(quán)

        1 項目概況

        大連大化合成氨裝置是早期引進林德的化工項目,是大連市政府為了建設(shè)旅游城市而進行的重點搬遷改造擴建項目,由大連的甘井子區(qū)搬到瓦房店松木島化工區(qū),由于運行多年,設(shè)備陳舊,壓縮機調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)落后等問題,在本次搬遷重建過程中,決定將原有裝置氮氣壓縮機、空氣壓縮機、合成氣壓縮機三臺壓縮機組的機調(diào)速系統(tǒng),改造為液調(diào)速系統(tǒng),以提高控制及可靠性,滿足機組控制的需要。同時,擴大生產(chǎn)能力,新上一臺空氣壓縮機及一臺氨冰機,但由于是搬遷項目,工廠停產(chǎn)多年,經(jīng)費緊張,原控制方案只好將五臺壓縮機組由一套ITCC控制系統(tǒng)完成。

        2 控制方案風險分析

        大化集團合成氨廠為下游裝置提供空氣、氮氣及氨氣,動力裝置有三臺機組:空壓機、氮壓機及新空壓機,在整個工藝流程的始端,合成氨裝置有兩臺:合成氣壓縮機及氨冰機,在整個工藝的末端。由一套ITCC控制系統(tǒng)控制以上五臺機組,風險如下。

        2.1 裝置檢修無法保證ITCC系統(tǒng)正常檢修

        空分裝置為全廠設(shè)備供應(yīng)空氣及氮氣等,有一部分空氣作為儀表風供為全廠的調(diào)解閥等設(shè)備作為動力,裝置檢修時,只有全廠裝置都停車檢修后,空分裝置才能停車檢修,同樣道理,裝置開車時,空分裝置要先開正常,為全廠供風,況且在裝置檢修期間,有些設(shè)備檢修也需要空氣作動力,檢修期間進入密閉裝置更是需要通風,這樣一來,空分裝置的空壓機、氮壓機等機組只可以進行輪流檢修,而ITCC控制系統(tǒng)卻無法斷電,進行正常檢修,這樣勢必影響ITCC控制系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性,給控制系統(tǒng)埋藏隱患,若處理不及時,甚至可能會造成全廠的大面積停車。

        2.2 開車期間容易造成全廠裝置生產(chǎn)波動

        開車期間,空分裝置三臺機組已運行正常,而合成氣壓縮機及氨冰機還處于調(diào)試階段,如果處理不當,容易誤動空分裝置三臺機組相關(guān)儀表,勢必會影響空分三臺機組的正常運行,造成全廠的生產(chǎn)波動,甚至影響全廠的正常開車,一套控制系統(tǒng)要運行十年以上,而這種開車期間系統(tǒng)聯(lián)調(diào)造成空分裝置波動的隱患和風險是一直存在的。

        2.3 系統(tǒng)掃描時間長,影響控制效果

        控制系統(tǒng)的掃描時間由硬件I/O點掃描和程序處理等部分組成,五臺機組由一套控制系統(tǒng)實現(xiàn),卡件數(shù)量多,I/O點多,硬件掃描時間將加大,同樣道理,軟件邏輯大小也會相應(yīng)加大,這會使系統(tǒng)整個掃描周期加長。改成兩套控制系統(tǒng),每套系統(tǒng)的I/O點相應(yīng)減少,硬件掃描時間減少,軟件邏輯處理花費的時間都會減少,這樣會縮短系統(tǒng)掃描時間,提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,進而提高控制質(zhì)量;系統(tǒng)的負荷低,延長使用壽命,確保系統(tǒng)的可靠性。

        本著從控制系統(tǒng)可靠性出發(fā),從用戶的生產(chǎn)實際出發(fā)的原則,為了確保大化合成氨裝置的長周期安全運行,決定將由兩套ITCC控制系統(tǒng)實現(xiàn)五臺機組的控制,按工藝裝置分類,一套ITCC系統(tǒng)控制空壓機、氮壓機及新空壓機;另一套ITCC系統(tǒng)控制合成氣壓縮機及氨冰機;兩套ITCC系統(tǒng)組成一個控制網(wǎng)絡(luò),一臺操作站可同時操作五臺壓縮機組,極大方便了用戶的操作及維護。

        3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

        空壓機控制系統(tǒng),實現(xiàn)空壓機、氮壓機及新空壓機的控制,合成氣壓縮機控制系統(tǒng)實現(xiàn)氨冰機及合成氣壓縮機的控制。

        圖1 空壓機控制系統(tǒng)圖

        圖2 ITCC HMI 示意圖

        每套系統(tǒng)都配冗余TCM卡,兩套控制系統(tǒng)通過交換機組成一個控制網(wǎng)絡(luò),工程師站可以分別訪問兩個控制系統(tǒng)。而且每個操作站都配有雙網(wǎng)卡,與TCM卡實現(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)。五臺機組的操作畫面均在一個HMI畫面內(nèi),這樣就實現(xiàn)了一臺操作站可同時操作五臺機組。

        4 液壓系統(tǒng)改造

        4.1 先進的測速系統(tǒng)

        轉(zhuǎn)速是汽輪機極為重要的狀態(tài)參數(shù),速度測量的精度直接影響調(diào)速系統(tǒng)的控制情況,它是汽輪機控制的重要因素,只有轉(zhuǎn)速的高精度檢測,才能確保汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的精度,確保汽輪機組安全運行,測速系統(tǒng)由磁阻發(fā)訊器與TRICON ITCC控制系統(tǒng)(包括脈沖卡)構(gòu)成,如圖3所示。

        圖3 測速系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

        磁阻發(fā)訊器是用來將被測轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率信號的測量元件,由測速齒盤和測速傳感器構(gòu)成,測速齒盤裝在汽輪機軸上。

        4.2 速度信號產(chǎn)生原理

        測速傳感器(探頭)采用磁阻無源探頭,以AI-tek為例,工作原理如下:

        無源磁阻測速傳感器由磁鐵、磁極及線圈三部分組成,磁力線順著磁極方向,從磁極穿過磁極、線圈到傳感器的末端;然后返回到磁鐵的另一端。當含鐵物體靠近磁極時,磁場將加強;遠離磁極時,磁場將減弱。磁場強弱的突然變化,勢必在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號。如果采用與傳感器相匹配的物體作為測量目標,將會產(chǎn)生正弦波信號。測速傳感器將固定在轉(zhuǎn)速軸的齒輪作為測速目標,傳感器被安裝在離旋轉(zhuǎn)軸齒輪很近的地方,大約1mm間隙。當測速盤隨主軸旋轉(zhuǎn)時,各齒輪經(jīng)過傳感器,磁場的變化使傳感器內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)正弦電壓信號。輸出電壓的大小取決于齒輪以多快的速度經(jīng)過傳感器、傳感器和齒之間的間隙以及傳感器的結(jié)構(gòu)。典型的齒輪有30~120個齒,均勻地分布在其周邊。輸出頻率和軸的轉(zhuǎn)速及齒的數(shù)目成正比。

        采用此種測速方式,可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確測量,現(xiàn)場操作柱配有轉(zhuǎn)速表,方便實現(xiàn)現(xiàn)場對機組轉(zhuǎn)速的控制。

        4.3 速關(guān)組件

        速關(guān)控制裝置是汽輪機保安系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集合。它將原來該系統(tǒng)中單個部套組合在一起。以克服管路繁多、安裝復(fù)雜的缺陷,在運行中也避免了監(jiān)控困難和產(chǎn)生漏油著火的事故,增加了汽輪機運行的可靠性和安全性。

        速關(guān)控制裝置能實現(xiàn)汽輪機正常啟動與停機、電動與手動緊急停機、速關(guān)閥在線試驗和危急遮斷器自動掛鉤等。為了增加安全性,速關(guān)控制裝置還設(shè)置了電動緊急停機的冗余系統(tǒng)。

        以上功能分別由基本模塊、冗余模塊、啟動模塊來實現(xiàn)。

        高壓油從“P”進入基本模塊,在基本模塊殼體內(nèi)分為五路。

        圖4 油路原理圖

        第一路經(jīng)手動停機閥(2274)進入停機卸荷閥(2030、2031),克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài)。正常運行時,通向停機卸荷閥的速關(guān)油不泄油。

        第二路油經(jīng)調(diào)節(jié)油切換閥(2050)變?yōu)檎{(diào)節(jié)控制油成為電液轉(zhuǎn)換器供油。

        第三路通向手動閥(1830)轉(zhuǎn)變?yōu)樗訇P(guān)油,進入速關(guān)閥。

        第四路進入冗余模塊,成為該模塊的電磁閥2227的高壓油源。

        第五路也進入冗余模塊,成為該模塊的電磁閥2225和切換閥2061的高壓油源。

        4.3.1 危急遮斷跳閘

        扳動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中危急保安裝置(2210)的手柄或者危急遮斷器跳閘,以及軸向位移達到不允許值時,此時危急保安裝置(2210)進油口被封閉,這時速關(guān)油和回油口“T”接通,速關(guān)油排放到油箱,速關(guān)閥快速關(guān)閉。同時,速關(guān)控制裝置中調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷了調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉。

        4.3.2 手動緊急停機

        操縱手動停機閥(2274),使控制油與回油接通,卸荷閥(2030)由于控制油壓力下降迅速開啟,這時速關(guān)油與回油接通,速關(guān)油壓力下降使速關(guān)閥迅速關(guān)閉。同時,調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥訊速關(guān)閉。

        4.3.3 電動緊急停機

        電磁閥(2225)接受信號電源(手動或遠程自動),根據(jù)用戶需要,可以設(shè)計為常開(NO)狀態(tài)或常閉(NC)狀態(tài)。

        在常開(NO)狀態(tài)時,電磁閥不帶電,高壓油經(jīng)電磁閥通向停機卸荷閥(2030)活塞中,油壓力克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當接通電源信號后,電磁閥動作并切斷通向停機卸荷閥(2030)的控制油源,這時控制油與回油接通,卸荷閥開啟,速關(guān)油泄壓,速關(guān)閥迅速關(guān)閉。同時,調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉。

        在常閉(NC)狀態(tài)時,電磁閥帶電,高壓油經(jīng)電磁閥通向停機卸荷閥(2030)活塞中,油壓力克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當切斷電源信號后,電磁閥動作并切斷通向停機卸荷閥(2030)的控制油源。這時控制油與回油接通。卸荷閥開啟,速關(guān)油泄壓,速關(guān)閥迅速關(guān)閉。同時,調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉。

        4.3.4 速關(guān)閥在線試驗

        速關(guān)閥在線試驗閥(1845)是三位閥,平常不工作時閥滑處于中間位置。當旋轉(zhuǎn)速關(guān)閥在線試驗閥(1845)手輪時,試驗油經(jīng)“H1或H2”接口流向速關(guān)閥“H”接口,油壓使試驗活塞產(chǎn)生一個壓力,試驗活塞將推動閥桿活塞——彈簧模塊沿關(guān)閉方向移動一個試驗行程,然后反方向旋轉(zhuǎn)試驗閥(1845)手輪,閥滑恢復(fù)到中間位置,試驗活塞的油與回油接通,這時速關(guān)閥恢復(fù)到正常工作位置。

        速關(guān)閥在線試驗時,逆時針旋轉(zhuǎn)試驗閥手輪使“H1”接口通油檢查一個速關(guān)閥,順時針旋轉(zhuǎn)試驗閥手輪使“H2”通油檢查另一個速關(guān)閥。用戶只有一個速關(guān)閥時,可選用其中一個接口。

        4.3.5 冗余模塊

        (1)組成:

        電磁閥(2226);

        停機卸荷閥(2040)。

        (2)功能:

        電動緊急停機。

        (3)作用原理:

        進入冗余模塊的高壓油是從基本模塊內(nèi)部供給的。高壓油經(jīng)電磁閥(2226)進入停機卸荷閥(2040),克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài)。在正常運行時,通向停機卸荷閥的速關(guān)油不泄油。速關(guān)油是由啟動模塊引入的。

        電動緊急停機時,電磁閥(2226)接受信號電源(手動或遠程自動)。根據(jù)用戶需要可以設(shè)計為常開(NO)狀態(tài)或常閉(NC)狀態(tài)。

        在常開(NO)狀態(tài)時,電磁閥不帶電,高壓油經(jīng)電磁閥通向停機卸荷閥(2040)活塞中,油壓力克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當接通電源信號后,電磁閥動作切斷通向停機卸荷閥(2040)的控制油源,這時控制油與回油接通,卸荷閥開啟,速關(guān)油泄壓,速關(guān)閥迅速關(guān)閉。同時基本模塊中調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉。

        在常閉(NC)狀態(tài)時,電磁閥帶電,高壓油經(jīng)電磁閥通向停機卸荷閥(2040)活塞中,油壓力克服彈簧力使閥處于關(guān)閉狀態(tài),當切斷電源信號后,電磁閥動作切斷通向停機卸荷閥(2040)的控制油源,這時控制油與回油接通,卸荷閥開啟,速關(guān)油泄壓,速關(guān)閥迅速關(guān)閉。同時,基本模塊中調(diào)節(jié)油切換閥(2050)動作切斷調(diào)節(jié)油源,調(diào)節(jié)油排放到油箱,使調(diào)節(jié)汽閥迅速關(guān)閉。

        電液轉(zhuǎn)換器接收控制系統(tǒng)4~20mA信號,將調(diào)節(jié)切換閥(2050)的調(diào)節(jié)油轉(zhuǎn)換成 0.15~0.45MPa的二次油壓,輸出到錯油門,控制伺服機構(gòu),進而控制主汽門開度。

        液壓改造后,機組操作靈活,基本實現(xiàn)了零轉(zhuǎn)速自動啟機,使壓縮機轉(zhuǎn)速得到了精確控制,達到了萬分之五的控制精度。

        5 結(jié)語

        對于任何項目,需首先對整個項目控制方案進行分析,評估項目執(zhí)行風險,制定相應(yīng)的方案或補救措施,尤其對于液壓改造的項目更應(yīng)做好評估工作,前期應(yīng)配合液壓供應(yīng)商做好前期測繪工作。在整個項目執(zhí)行階段,做好供應(yīng)商的供貨質(zhì)量管理、施工方案審核以及施工過程質(zhì)量管理等工作,確保項目按計劃實施,認真熟悉原控制系統(tǒng)的控制方案,將原系統(tǒng)的精華及用戶的操作習慣融合到TRICON控制系統(tǒng)中,同時做好用戶儀表工程師及操作人員的技術(shù)培訓工作。在項目執(zhí)行過程中,充分調(diào)動用戶技術(shù)人員的積極性,積極參與到控制方案制定及組態(tài)過程中,使他們在項目實施過程中,逐漸了解TRICON控制系統(tǒng),為今后的系統(tǒng)維護奠定基礎(chǔ),使項目順利實施有了可靠保障。

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