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(jī)的調(diào)速控制技術(shù)為20世紀(jì)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(yùn)以來(lái)，調(diào)速器在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)波動(dòng)及故障，嚴(yán)重影響了合成氨長(zhǎng)周期高負(fù)荷的生產(chǎn)。

圖1 103J離心壓縮機(jī)調(diào)速器原理示意

103J離心壓縮機(jī)調(diào)速器由于使用年限已久，機(jī)械部分大部分零部件嚴(yán)重老化，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)很多問(wèn)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(jī)構(gòu)卡死、松動(dòng)、膜片老化斷裂，轉(zhuǎn)換放大器容易受干擾波動(dòng)等問(wèn)題。同時(shí)，備品備件早已停產(chǎn)，難于購(gòu)買(mǎi)。日常維護(hù)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(wú)法在中心控制室實(shí)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(chǎng)通過(guò)操作蒸汽控制閥，對(duì)機(jī)組調(diào)整啟動(dòng)、升速。當(dāng)機(jī)組升速到額定轉(zhuǎn)速的75%以上時(shí)，把現(xiàn)場(chǎng)同步器調(diào)至最小時(shí)，才能在主控室進(jìn)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(dá)0.5%～2.0%。

針對(duì)103J機(jī)組存在的各種問(wèn)題，該公司決定對(duì)103J機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)速裝置進(jìn)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(dòng)執(zhí)行器、油動(dòng)缸、調(diào)速?gòu)椈伞⑥D(zhuǎn)速測(cè)量元件及轉(zhuǎn)換模塊等去除，采用新的油動(dòng)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(cè)量探頭及現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速顯示表。改造后調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（現(xiàn)場(chǎng)部分）如圖2所示。

2.1 調(diào)速控制系統(tǒng)的組成

1）油動(dòng)缸。其安裝在103-JBT透平機(jī)上，通過(guò)油動(dòng)缸里面油路油壓的變化，帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)、拖動(dòng)錯(cuò)油門(mén)動(dòng)作，從而控制主汽門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)調(diào)整透平機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷。

2）DDV閥。該裝置安裝在油動(dòng)缸上，通過(guò)把來(lái)自伺服放大器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成液動(dòng)信號(hào)，即改變DDV閥油路油壓實(shí)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(gè)過(guò)濾網(wǎng)。

3）伺服放大器。其安裝在主控室的機(jī)柜上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)2組行程傳感器送來(lái)的閥位信號(hào)，以及安裝在調(diào)速器上的4個(gè)測(cè)速探頭的轉(zhuǎn)速信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、放大處理，然后輸出直流-10～10 m A信號(hào)到電液轉(zhuǎn)換器，實(shí)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(dòng)機(jī)閥桿上。當(dāng)調(diào)速器運(yùn)行時(shí)閥桿上的反饋裝置跟著做相應(yīng)動(dòng)作，閥位反饋信號(hào)的變化送至主控室伺服放大器進(jìn)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(jī)組的油動(dòng)機(jī)上，共有2個(gè)電磁閥。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行無(wú)跳車(chē)聯(lián)鎖信號(hào)時(shí)電磁閥帶電，當(dāng)裝置運(yùn)行或機(jī)組運(yùn)行異常時(shí)，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(jī)組停車(chē)。

6）測(cè)速裝置。安裝在機(jī)組齒輪箱引出端齒輪上，共有4支探頭，其中1支測(cè)速探頭測(cè)得的頻率信號(hào)送到機(jī)組旁邊的測(cè)速顯示儀，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)就地轉(zhuǎn)速顯示，其他3支測(cè)速探頭測(cè)得的頻率信號(hào)送到主控室的PI卡上，在總控室透平壓縮機(jī)綜合控制系統(tǒng)（ITCC）上實(shí)現(xiàn)“三選一”顯示，機(jī)組的超速保護(hù)實(shí)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(jī)組上的3支測(cè)速探頭測(cè)得的頻率信號(hào)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(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和負(fù)荷的要求對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)算后輸出直流4～20 m A調(diào)速信號(hào)到伺服放大器，經(jīng)過(guò)伺服放大器運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、放大處理后輸出直流-10～10 m A信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)DDV閥上，DDV閥根據(jù)信號(hào)的變化對(duì)油路進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)速信號(hào)直接作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的路通閥上，通過(guò)DDV閥控制輸入到動(dòng)力油缸的油的流向達(dá)到控制自力油缸動(dòng)作的目的。由動(dòng)力油缸帶動(dòng)控制閥臂控制進(jìn)汽閥頭調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽量，以達(dá)到汽輪機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的目的。油動(dòng)缸動(dòng)作的行程由反饋行程裝置檢測(cè)并將信號(hào)送到調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)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(jī)械式調(diào)速通過(guò)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(guò)調(diào)速器技術(shù)改造，調(diào)速操作實(shí)現(xiàn)ITCC系統(tǒng)閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)0～100%的全轉(zhuǎn)速可調(diào)，調(diào)速精度達(dá)0.5‰，大幅提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，為化工生產(chǎn)長(zhǎng)周期、高負(fù)荷安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件。

2）機(jī)組從啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)升速，確保機(jī)組在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速范圍3 000～7 500 r/min的安全運(yùn)行。目前，在主控室現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)調(diào)度與防喘振控制之間的解偶、負(fù)荷分配等復(fù)雜的控制功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制主汽門(mén)開(kāi)度，減少蒸汽消耗。減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障人身安全。

4）通過(guò)實(shí)施生產(chǎn)負(fù)荷分配控制，實(shí)現(xiàn)合成氨生產(chǎn)負(fù)荷合理分配，解決了原來(lái)老設(shè)備浪費(fèi)能源的問(wèn)題。

5）調(diào)速系統(tǒng)具有安全性和靈活的人機(jī)界面，機(jī)組的啟動(dòng)—調(diào)速—過(guò)臨界轉(zhuǎn)速—正常運(yùn)行—停止運(yùn)行，由ITCC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全順控。機(jī)組運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速顯示在ITCC系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)“三選一”，選取其中的中間值為正常顯示值。當(dāng)裝置運(yùn)行或機(jī)組運(yùn)行異常時(shí)，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)在ITCC系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)“三選二”聯(lián)鎖保護(hù)，實(shí)現(xiàn)安全緊急停車(chē)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)速器的技術(shù)改造在該公司的103J和105J機(jī)組得到成功運(yùn)用。目前調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求，受到操作人員的好評(píng)。同時(shí)確保裝置內(nèi)大型機(jī)組設(shè)備和生產(chǎn)高負(fù)荷、長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定的運(yùn)行，為公司創(chuàng)造了年經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)五百萬(wàn)元。