楊俊輝

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

生產(chǎn)技術(shù)

505E數(shù)字調(diào)速器壓力控制回路在線維修探討

楊俊輝

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000)

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司是我國第一個(gè)以海底天然氣為原料的大型化肥企業(yè)，整套設(shè)備由國外引進(jìn)。其中合成氣壓縮機(jī)是裝置的核心動(dòng)設(shè)備，采用高壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，其調(diào)速系統(tǒng)采用的是美國伍德沃德505E數(shù)字調(diào)速器。針對(duì)裝置運(yùn)行期間曾出現(xiàn)的505E壓力回路儀表導(dǎo)壓管、儀表膜盒泄漏等故障，以及在線維修的技術(shù)難題，結(jié)合505E壓力測量回路的特點(diǎn)，充分利用DCS(分散控制系統(tǒng))的先進(jìn)功能，在DCS的CRT畫面增加手操器HIC253，當(dāng)壓力回路儀表出現(xiàn)故障時(shí)，無擾動(dòng)切換到HIC253控制，并逐漸調(diào)整HIC253到正常的高壓管網(wǎng)壓力時(shí)輸出，穩(wěn)定機(jī)組的控制及高壓、中壓管網(wǎng)的壓力，解決了505E數(shù)字調(diào)速器的壓力控制回路儀表的在線維修難題。

505E數(shù)字調(diào)速器；蒸汽透平變送器；DCS；手操器

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.009

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司(簡稱“錦天化”)是我國第一個(gè)以海底天然氣為原料的大型化肥企業(yè)，整套設(shè)備由國外引進(jìn)，生產(chǎn)規(guī)模為30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素。合成氨裝置采用美國布朗深冷凈化技術(shù)，主要流程包括原料氣壓縮、脫硫、一段轉(zhuǎn)化、工藝空氣壓縮、二段轉(zhuǎn)化、一氧化碳變換、二氧化碳脫除、甲烷化、干燥、深冷凈化、壓縮、氨合成和冷凍。裝置主要壓縮機(jī)均為離心式壓縮機(jī)，其中合成氣壓縮機(jī)是裝置的核心動(dòng)設(shè)備，采用高壓蒸汽透平(100CT2)驅(qū)動(dòng)的，其為意大利新比隆公司生產(chǎn)的EHNK40/36型抽汽式蒸汽透平，額定功率為13 772 kW。透平所用驅(qū)動(dòng)的高壓蒸汽為12.5 MPa(g)，溫度515 ℃；正常運(yùn)行時(shí)透平抽汽壓力為3.6 MPa(g)，凝氣壓力為0.012 MPa(g)。100CT2的工作轉(zhuǎn)速為11 245 r/min[1]，流程見圖1。

圖1 100CT2流程

如圖1所示，100CT2是由高壓缸和凝汽缸兩部分組成并配有一對(duì)控制閥組，即高壓閥PV253(HP)和低壓閥PV132(LP)。高壓蒸汽通過PV253進(jìn)入透平的高壓缸做功，驅(qū)動(dòng)合成氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，之后部分蒸汽被抽出補(bǔ)入合成氨裝置(3.6 MPa(g))的中壓蒸汽管網(wǎng)，另一部分蒸汽經(jīng)PV132引入透平凝汽缸。因此PV253與PV132閥的開度和高壓蒸汽的耗氣量、透平的轉(zhuǎn)速、抽汽有著密切關(guān)系。同時(shí)由于PV253控制合成氨裝置高壓蒸汽管網(wǎng)的壓力，因此100CT2的穩(wěn)定運(yùn)行是合成氨裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

100CT2的調(diào)速系統(tǒng)采用美國伍德沃德(WOODWARD)505E數(shù)字調(diào)速器(簡稱505E)，主要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組的啟動(dòng)控制和運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與抽汽壓力控制。

1 壓力回路儀表的作用

眾所周知，505E主要設(shè)計(jì)功能為機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及抽氣壓力的控制。在505E的作用下，本著速度控制優(yōu)先的原則，通過改變透平高壓蒸汽進(jìn)氣量與抽汽量的分配來滿足100C2壓縮機(jī)的進(jìn)氣量(即機(jī)組轉(zhuǎn)度)和高壓蒸汽管網(wǎng)壓力的各自控制要求。其中主要包括2個(gè)不同的控制模塊：①透平轉(zhuǎn)速的控制模塊；②高壓蒸汽回路控制模塊，在穩(wěn)定高壓蒸汽壓力恒定的情況下保證一定抽氣量，補(bǔ)充到中壓蒸汽管網(wǎng)。100CT2數(shù)字調(diào)速器505E的控制原理見圖2。

圖2 100CT2數(shù)字調(diào)速器505E的控制原理

如圖2所示，PT253為高壓蒸汽管網(wǎng)壓力檢測變送器；PT132為100C2入口合成氣壓力檢測變送器，2臺(tái)變送器的輸出信號(hào)均送至505E，作為輔助控制參數(shù)。抽汽PID模塊接受PT253來的4～20 mA電流信號(hào)作為其控制參數(shù)，PID控制放大器將該輸入信號(hào)與給定值比較后生成一個(gè)輸出信號(hào)送至比率限制器。另一個(gè)轉(zhuǎn)速回路接受2個(gè)電磁式傳感器的透平轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)速PID控制放大器與轉(zhuǎn)速給定值比較后送到比率限制器。比率限制器接受來自轉(zhuǎn)速LSS和抽汽控制PID的輸入信號(hào)，基于透平的性能參數(shù)，比率邏輯通過對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行比率化產(chǎn)生兩路輸出信號(hào)：一路用于控制高壓閥，一路用于控制低壓閥。因此，100CT2的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是動(dòng)力負(fù)荷與熱負(fù)荷，是既獨(dú)立又相互聯(lián)系的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在保證透平速度穩(wěn)定的同時(shí)又要高、中壓蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定。

綜上所述，壓力回路儀表在505E的控制系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。

2 PT 253故障分析

505E數(shù)字調(diào)速器在多年使用中充分體現(xiàn)了安全可靠、操作靈活、簡便、儀表維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。但在裝置運(yùn)行期間曾出現(xiàn)過505E的壓力回路變送器PT253導(dǎo)壓管、儀表膜盒泄漏等故障，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

PT253采用的是3051C系列變送器，儀表量程為8.9～14.9 MPa(g)。其信號(hào)先送入DCS系統(tǒng)顯示，位號(hào)為PI253，然后再進(jìn)505E。PT253測量回路見圖3，PT253組態(tài)回路圖見圖4。

圖3 PT253測量回路

圖4 PT253組態(tài)回路

2007年1月19日，導(dǎo)壓管原焊縫砂眼泄漏蒸汽，根部截止閥填料也輕微泄漏。變送器測量值偏小，PV253相應(yīng)開度減小，抽氣量也相對(duì)減小，PV132也減小，直接影響高、中壓蒸汽管網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

為保障裝置連續(xù)運(yùn)行，需對(duì)PT253變送器在線維修，但505E沒有設(shè)置手動(dòng)輸出功能，壓力變送器的輸出信號(hào)既無法切換旁路，也不允許信號(hào)突變對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生大幅波動(dòng)。因此，決定在DCS側(cè)PT253回路并接可變電阻器，保持PT253回路電流相對(duì)穩(wěn)定。之后，逐漸由可變電阻接替變送器信號(hào)值切除現(xiàn)場壓力變送器，完成變送器維修。此操作過程中信號(hào)變化較大，導(dǎo)致合成氨裝置的高壓、中壓管網(wǎng)產(chǎn)生較大波動(dòng)，透平的轉(zhuǎn)速波動(dòng)亦較大。故對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生非常大的影響。

3 在線維修PT253的改進(jìn)方法

在實(shí)際應(yīng)用中，通過調(diào)節(jié)并入回路可變電阻的方法，無法做到無擾動(dòng)切換，對(duì)機(jī)組的控制波動(dòng)大，而且操作稍有不慎極易造成裝置停車，存在較大的安全操作風(fēng)險(xiǎn)。因此，結(jié)合505E壓力測量回路的特點(diǎn)，利用DCS的先進(jìn)功能，進(jìn)行了系統(tǒng)改進(jìn)，在DCS畫面中增加模擬手操器功能，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。圓滿解決了505E壓力測量回路變送器維修問題。

3.1 錦天化Foxboro I/A’S系統(tǒng)概況

錦天化合成氨裝置DCS采用的是美國Foxboro公司的I/A’S系統(tǒng)。系統(tǒng)有1臺(tái)工程師站、8臺(tái)操作員站、1臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)、5對(duì)冗余FCP270控制處理機(jī)、8個(gè)DIN FBM卡件柜、2臺(tái)冗余交換機(jī)，控制處理機(jī)CP處理能力，基本處理周期最快為5ms；系統(tǒng)平臺(tái)為Windows 系統(tǒng)，Windows平臺(tái)下的系統(tǒng)軟件擁有龐大的應(yīng)用軟件包，包括系統(tǒng)組態(tài)軟件、綜合控制組態(tài)軟件、系統(tǒng)監(jiān)視軟件、歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件、FOXDRAW、應(yīng)用程序接口軟件等，方便進(jìn)行組態(tài)和管理。

3.2 實(shí)施方案

在DCS的CRT畫面增加手操器HIC253，輸入范圍0～100%，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)4～20 mA。當(dāng)PT253出現(xiàn)故障準(zhǔn)備更換變送器時(shí)，無擾動(dòng)切換到HIC253控制。并逐漸調(diào)整HIC253到正常的高壓管網(wǎng)壓力時(shí)輸出，穩(wěn)定機(jī)組的控制及高壓、中壓管網(wǎng)的壓力。

PT253帶手操器的DCS方框見圖5，PT253帶手操器組態(tài)回路見圖6，CRT操作畫面見圖7。

圖5 PT253帶手操器的DCS方框

圖6 PT253帶手操器的組態(tài)回路

圖7 CRT操作畫面

3.3 手操器應(yīng)用實(shí)例

2015年10月18日，裝置高壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動(dòng)，壓力最低指示10.3 MPa(g)，但是PT253指示為正常的11.9 MPa(g)，抽汽比正常多出了20 t/h，達(dá)到90 t/h。經(jīng)與高壓蒸汽管網(wǎng)其他壓力表對(duì)比后，確認(rèn)PT253變送器故障為指示不準(zhǔn)?，F(xiàn)場檢查PT253，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)壓管有裂紋高壓蒸汽泄漏，高溫蒸汽吹到變送器，造成PI253指示偏高。505E根據(jù)錯(cuò)誤的PI253輸入信號(hào)，不斷開大PV253，增加高壓蒸汽的吸入量，保持轉(zhuǎn)速恒定，同時(shí)PV132關(guān)小，抽汽量巨增，拉低了高壓蒸汽管網(wǎng)的壓力。

針對(duì)變送器出現(xiàn)的故障，操作人員及時(shí)通過軟按鈕HS253把505E的壓力變送器信號(hào)切到HIC253

手動(dòng)控制(HIC253實(shí)時(shí)跟蹤PT253的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換)，切除壓力變送器。同時(shí)參考高壓蒸汽管網(wǎng)壓力其他儀表的示值，手動(dòng)調(diào)節(jié)HIC253的輸出，恢復(fù)高壓管網(wǎng)的正?？刂啤x表維修人員維修好壓力變送器后，通過按鈕HS253切換到PT-253，由壓力自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過程的無擾動(dòng)切換，滿足了505E調(diào)速器壓力控制回路變送器的在線無擾動(dòng)維修。

4 結(jié)語

對(duì)于大型機(jī)組來說，其控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜工程，不論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至造成裝置的停車事故，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在檢修與日常維護(hù)中應(yīng)重視在線儀表、安全柵、管線、電纜等基礎(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行情況，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 金永錚，杜芳芬，等.大型合成氨裝置開車工藝流程改進(jìn)[J].遼寧化工，1996，24(1)：48-50.

Discussion on Online Maintenance of Pressure Control Loop of 505E Digital Governor

YANG Jun-hui

(JinxiNaturalGasChemicalCo.,Ltd.,HuludaoLiaoning125000China)

Jinxi Natural Gas Chemical Co., Ltd.is China's first large-scale chemical fertilizer enterprise which uses the undersea natural gas as raw material.The whole set of equipment has been imported from abroad, among which the synthesis gas compressor is the core equipment using the high pressure steam turbine drive.The speed control system chooses the American Woodward 505E digital governor.Aiming at the faults of the 505 pressure loop instrumentation, instrument box membrane leakage, etc., as well as the technical problems of online maintenance, solutions have been found by making full use of the advanced DCS (distributed control system).More specifically, the HIC253 manipulator is added in the CRT screen.When the pressure loop instrument fails, it is switched without disturbance to the HIC253 control.Meanwhile, the HIC253 is gradually adjusted to the output of normal pressure of high pressure pipeline to stabilize the control of the unit, and the pressure of the high and medium pressure pipe network.

505E digital governor; Steam turbine transmitter; DCS; Manipulator

楊俊輝(1966年-)，男，1988年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事儀表電氣管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.009

TV 734.4

B

1004-8901(2016)06-0039-03

2016-07-15