尹萬(wàn)利

(中國(guó)石油大慶石化公司塑料廠)

超速保護(hù)系統(tǒng)在全密度裝置壓縮機(jī)控制中的應(yīng)用

尹萬(wàn)利

(中國(guó)石油大慶石化公司塑料廠)

介紹美國(guó)壓縮機(jī)控制公司的透平超速保護(hù)系統(tǒng)在全密度裝置核心壓縮機(jī)中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述超速保護(hù)系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用。

透平超速保護(hù)系統(tǒng) 壓縮機(jī) 全密度裝置

循環(huán)氣壓縮機(jī)是全密度裝置的核心設(shè)備，在壓縮機(jī)電力故障后，因工藝設(shè)計(jì)要求必須用循環(huán)氣作為動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)透平使壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min，完成反應(yīng)器的終止劑注入過(guò)程，避免反應(yīng)器超溫爆聚。在此過(guò)程中需要準(zhǔn)確控制透平速度，防止超速導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞甚至發(fā)生生產(chǎn)安全事故。全密度裝置中應(yīng)用的是美國(guó)壓縮機(jī)控制公司的超速保護(hù)系統(tǒng)(Overspeed Prevention，OSP)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械保護(hù)使透平安全運(yùn)行。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示， OSP系統(tǒng)由測(cè)速系統(tǒng)、超速保護(hù)系統(tǒng)、中間繼電器、超速跳車(chē)電磁閥、透平驅(qū)動(dòng)閥和超速跳車(chē)切斷閥組成。

圖1 OSP系統(tǒng)組成示意圖

2 系統(tǒng)功能

2.1 測(cè)速系統(tǒng)

如圖2所示，測(cè)速系統(tǒng)主要由速度齒輪和3個(gè)磁傳感器組成，用于測(cè)量透平的轉(zhuǎn)速。磁傳感器所測(cè)量的頻率信號(hào)取決于透平的轉(zhuǎn)速和速度齒輪的齒數(shù)，則透平平均旋轉(zhuǎn)速度N(r/min)的計(jì)算式為：

N=(FP)/T

式中F——測(cè)量頻率，r/s;

P——常數(shù)，P=60s/min；

T——齒輪齒數(shù)。

圖2 測(cè)速系統(tǒng)組成示意圖

2.2 超速保護(hù)系統(tǒng)

如圖3所示，超速保護(hù)系統(tǒng)由監(jiān)視模件、3個(gè)獨(dú)立的速度模件、頻率輸入模件、數(shù)字輸入模件和繼電器板組成。

圖3 超速保護(hù)系統(tǒng)組成示意圖

監(jiān)視模件主要用于超速保護(hù)系統(tǒng)的組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、Modbus通信、監(jiān)視速度模件的操作及發(fā)出超速跳車(chē)指令等，還可以利用系統(tǒng)自帶的LED顯示來(lái)查看系統(tǒng)故障報(bào)警信息。

3個(gè)獨(dú)立的速度模件不僅能獨(dú)自監(jiān)視一個(gè)磁傳感器信號(hào)，并且能顯示當(dāng)前速度或設(shè)定值。

頻率輸入，共有3個(gè)磁傳感器輸入，用于有源或無(wú)源磁傳感器MPU-1、MPU-2和MPU-3。電壓為12V(DC)的輸入端用于有源探頭。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料若服從正態(tài)分布以表示，采用Student′s t檢驗(yàn)；反之，用中位數(shù)(25%～75%)表示采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以百分率表達(dá)，采用卡方檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

數(shù)字輸入，3路數(shù)字輸入用于遠(yuǎn)程啟動(dòng)、遠(yuǎn)程緊急停車(chē)和遠(yuǎn)程復(fù)位。

繼電器板主要用于超速跳車(chē)輸出和報(bào)警輸出。

2.3 中間繼電器

中間繼電器控制透平跳車(chē)電磁閥，起中間隔離作用。

2.4 超速跳車(chē)電磁閥

超速保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)超速跳車(chē)電磁閥，正常情況下該電磁閥一直帶電，超速跳車(chē)時(shí)該電磁閥失電，關(guān)閉超速跳車(chē)切斷閥。

超速跳車(chē)切斷閥只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)位置，正常生產(chǎn)時(shí)一直處于全開(kāi)狀態(tài)，超速跳車(chē)時(shí)關(guān)閉。

3 超速保護(hù)系統(tǒng)工作原理

超速保護(hù)系統(tǒng)的工作原理如圖4所示，該系統(tǒng)通過(guò)解碼3個(gè)不同的磁傳感器的頻率信號(hào)測(cè)得透平的轉(zhuǎn)速，每個(gè)磁傳感器都位于透平主軸上的一個(gè)平衡齒輪附近，每次一個(gè)齒旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間都作為一個(gè)頻率周期送至速度模件。3個(gè)速度模件分別對(duì)3個(gè)磁傳感器的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并且與每個(gè)速度模件的設(shè)定點(diǎn)比較，通過(guò)監(jiān)視模件的三取二表決系統(tǒng)發(fā)出控制指令，當(dāng)3個(gè)中的兩個(gè)發(fā)出超速信號(hào)時(shí)，超速保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出跳車(chē)指令，激活跳車(chē)?yán)^電器，使跳車(chē)電磁閥失電，關(guān)閉跳車(chē)閥，使透平跳車(chē)。

圖4 超速保護(hù)系統(tǒng)工作原理

4 在全密度裝置的應(yīng)用

如圖5所示，全密度裝置在發(fā)生三型“殺死”時(shí)邏輯輸出使透平驅(qū)動(dòng)電磁閥失電切斷儀表風(fēng)，控制透平驅(qū)動(dòng)閥HV4003-9(FO事故開(kāi))在調(diào)試好的時(shí)間內(nèi)全開(kāi)，循環(huán)氣驅(qū)動(dòng)透平并帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，使“殺死”劑隨循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器終止反應(yīng)。

圖5 三型“殺死”時(shí)的邏輯

如圖5所示，如果在三型“殺死”啟動(dòng)30s內(nèi)速度沒(méi)有達(dá)到300r/min，超速保護(hù)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令觸發(fā)超速跳車(chē)即故障安全跳車(chē)，關(guān)閉透平跳車(chē)閥OSV4003-16。如果在三型“殺死”啟動(dòng)后透平轉(zhuǎn)速3個(gè)中有兩個(gè)超過(guò)了3 267r/min則會(huì)發(fā)生超速跳車(chē)，關(guān)閉透平跳車(chē)閥OSV4003-16，透平停止運(yùn)行。

綜上所述，超速保護(hù)系統(tǒng)在透平控制中起到了關(guān)鍵的機(jī)械保護(hù)作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

美國(guó)CCC公司的超速保護(hù)系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用于某全密度裝置的循環(huán)氣壓縮機(jī)透平控制中。應(yīng)用該系統(tǒng)之后，避免了壓縮機(jī)電力故障跳車(chē)后透平驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下超速而引起的設(shè)備損壞和嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。學(xué)習(xí)和熟練掌握超速保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、各部件的作用、工作原理和跳車(chē)過(guò)程對(duì)生產(chǎn)、維護(hù)和故障處理會(huì)起到關(guān)鍵作用。

尹萬(wàn)利(1964-)，技師，從事儀表維護(hù)班組管理工作，yinwl1@petrochina.com.cn。

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2016-03-10，

2016-10-11)