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        MVR 蒸汽壓縮機(jī)振動控制器故障分析與改造

        2021-04-28 03:12:54
        化工自動化及儀表 2021年2期
        關(guān)鍵詞:壓縮機(jī)蒸汽風(fēng)機(jī)

        金 城

        (內(nèi)蒙古鄂爾多斯中天合創(chuàng)能源有限公司)

        某礦井水裝置,將煤礦開采過程中的地下水處理為鹽、污泥和合格的循環(huán)水再利用。 該裝置由蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)和硫酸鈉母液處理系統(tǒng)(納濾分鹽)兩部分組成。 預(yù)處理系統(tǒng)是通過化學(xué)除雜的方式去除前端濃縮段富集的鈉、鈣、硅及有機(jī)物等雜質(zhì)離子, 使它們沉淀分離出來由污泥帶走,確保蒸發(fā)結(jié)晶分鹽單元的長周期穩(wěn)定運(yùn)行和結(jié)晶鹽品質(zhì)。 后工段納濾分鹽系統(tǒng)是通過沉淀+砂濾+超濾+納濾將緩沖罐母液中的一價(jià)和二價(jià)離子分離開來,納濾產(chǎn)水中以一價(jià)離子為主送至后續(xù)氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步蒸發(fā)、 濃縮、結(jié)晶析出硫酸鈉等; 納濾濃水送至雜鹽干化系統(tǒng),產(chǎn)生少量雜鹽,打包后集中處理。

        1 蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程簡介

        蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)處理規(guī)模為160m3/h。 將進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶前的廢水pH 值調(diào)節(jié)到4, 堿度降低到50mg/L 左右, 用以降低后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶單元的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn);采用兩級MVR 降膜濃縮工藝(圖1),實(shí)現(xiàn)濃鹽水的濃縮減量控制。

        圖1 MVR 蒸發(fā)濃縮段工藝流程簡圖

        預(yù)處理單元來水(蒸發(fā)源水罐)由蒸發(fā)結(jié)晶單元冷凝水余熱經(jīng)板式預(yù)熱器組進(jìn)行加熱升溫,既能提高來水溫度、降低系統(tǒng)整體能耗,又能降低冷凝水溫度, 確保外排冷凝水溫度在40℃以下。 預(yù)熱后的濃鹽水進(jìn)入1#降膜蒸發(fā)器濃縮至50%,密度達(dá)到1 025kg/m3,再轉(zhuǎn)料至2#降膜蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮, 使該罐料液濃縮為23%以上、密度1 050kg/m3的MVR 濃縮液, 出料至后續(xù)結(jié)晶系統(tǒng)。

        2 蒸汽壓縮機(jī)系統(tǒng)控制簡介

        蒸汽壓縮機(jī)系統(tǒng)機(jī)組1#、2#兩套機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)539C09A/B 是由威海豪頓華工程有限公司集成,由西門子電機(jī)驅(qū)動,兩套機(jī)組系統(tǒng)分別獨(dú)立控制。

        現(xiàn)以1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)539C09A 為例介紹其控制流程,如圖2 所示,可以看出,蒸發(fā)濃縮段采用MVR 蒸發(fā)工藝,每次開車時(shí)需要新的一次低壓蒸汽 (0.33MPa、133℃)作為降膜蒸發(fā)器的熱源,1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)和2#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)的作用是將低品質(zhì)的二次蒸汽(10kPa±5kPa/98℃±2℃)壓縮為高品質(zhì)的加熱蒸汽(30kPa±5kPa/105℃±2℃),達(dá)到逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡的目的, 待系統(tǒng)平衡之后, 不需要或僅需要少量的一次蒸汽作為補(bǔ)充蒸汽。

        圖2 1#蒸汽壓縮機(jī)控制流程簡圖

        機(jī)組主要參數(shù)包括電機(jī)軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、齒輪箱軸振動、齒輪箱軸轉(zhuǎn)速及蒸汽壓縮機(jī)電流等,在DCS 中實(shí)現(xiàn)控制與聯(lián)鎖。其中,電機(jī)電流信號C09A-CE 和油箱壓力PS-010 開關(guān)量信號直接通過現(xiàn)場接線箱送至控制系統(tǒng),其他蝸殼振動等11 個(gè)信號均集中到現(xiàn)場儀表箱, 通過變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA 信號送到DCS。

        539C09A 機(jī)組風(fēng)機(jī)蝸殼振動傳感器VE-010(量程0~20mm/s)檢測的是速度信號,選用德國申克B&K VIBRO AS-062 型產(chǎn)品,兩線制。 振動速度信號通過現(xiàn)場儀表箱內(nèi)的VC-920 振動控制器輸出4~20mA 信號到控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)檢測和聯(lián)鎖功能,如圖3 所示。 圖中溫度等參數(shù)標(biāo)注的數(shù)值是機(jī)組在運(yùn)行過程中某個(gè)時(shí)段正常時(shí)的實(shí)際顯示值 (取整), 同時(shí)各參數(shù)均注明了聯(lián)鎖值,TC-101 即為1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)。

        539C09A 機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)共有電機(jī)軸承和繞組溫度、風(fēng)機(jī)蝸殼溫度、齒輪箱振動和轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流等13 個(gè)聯(lián)鎖輸入信號。 其中,蝸殼振動VT-010、 電機(jī)電流C09A-CE 和潤滑油冷卻器出口壓力都分別有3、5、15s 的延時(shí), 所有檢測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的是單點(diǎn)聯(lián)鎖,保護(hù)機(jī)組安全,只要有其中任何一個(gè)信號觸發(fā)聯(lián)鎖,機(jī)組均停車。

        3 VC-920 振動控制器故障現(xiàn)象

        圖3 蒸汽壓縮機(jī)聯(lián)鎖邏輯

        VC-920 振動控制器是用來測量、監(jiān)控和顯示軸承或機(jī)殼振動的儀器,顯示的測量值即為振動速度的有效值(單位mm/s),其數(shù)值直接在顯示3位數(shù)的儀器上讀取。 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),連接現(xiàn)場振動速度傳感器,通過積分法,在振動加速傳感器投入使用時(shí),完成相應(yīng)振動速度值的轉(zhuǎn)換。 為了發(fā)送超出測量值的信號,提供兩個(gè)超出總范圍的可調(diào)極限值LN1/LN2(未使用),基于短時(shí)間超出極限值,可以為每個(gè)極限值激活一個(gè)響應(yīng)延遲,以便阻止故障信號出現(xiàn),通過發(fā)光二極管顯示破壞極限通道;OK 狀態(tài)燈正常顯示綠色,如果通道出現(xiàn)OK 故障,OK 指示的LED 燈熄滅, 如圖4 所示。此處,VC-920 振動控制器僅作為振動變送器功能使用, 是將蝸殼振動VE-010 速度信號通過SIG、COM 接入(有源信號24V(DC)),將mm/s 速度信號轉(zhuǎn)換成4~20mA 信號輸出到DCS。

        圖4 VC920 振動控制器示意圖

        VC-920 振動控制器安裝在現(xiàn)場儀表箱,固定在現(xiàn)場機(jī)組旁, 由于蒸汽壓縮機(jī)機(jī)組所在廠房為半封閉場所, 無空調(diào)等恒溫保護(hù)設(shè)施, 雖然VC-920 說明書上要求的環(huán)境溫度為0~5℃,但是夏天現(xiàn)場溫度和濕度較高, 再加上控制器自身工作產(chǎn)生熱量,影響了控制器的使用壽命。連續(xù)運(yùn)行不到1 年,539C09A 振動控制器便出現(xiàn)故障,現(xiàn)場VC-920 顯示“ヒ05”代碼故障信息,輸出超量程,觸發(fā)聯(lián)鎖, 機(jī)組停車。 通過查詢VC-920 說明書,“ヒ05” 代碼表示OK 監(jiān)控失效, 控制器存在誤差函數(shù),運(yùn)算電路板故障,需返廠維修。同時(shí)對VE-101振動速度傳感器和回路進(jìn)行檢查,結(jié)果正常。

        4 VE-101 振動速度傳感器和信號傳輸改造

        由于沒有VC-920 振動控制器備件, 而且返廠維修過程漫長,為了不影響生產(chǎn),保障礦井水裝置正常運(yùn)行,對風(fēng)機(jī)振動速度傳感器和信號傳輸方式進(jìn)行改造, 取消原現(xiàn)場VC-920 振動控制器。

        原振動速度傳感器B&K VIBRO AS-062,兩線制,傳輸信號為速度信號,通過現(xiàn)場VC-920 振動控制器轉(zhuǎn)換成4~20mA 信號后送到DCS。

        改造后使用一體化振動速度傳感器177230-01-01-CN,美國本特利產(chǎn)品,兩線制,通過一體化變送器直接將4~20mA 信號傳輸?shù)紻CS。 所不同的是,DCS 輸出端子板應(yīng)接有源節(jié)點(diǎn), 給現(xiàn)場供24V(DC)恒流源。

        TUA711-AIO16 為16 路模擬量轉(zhuǎn)接端子板,主要使用在采用轉(zhuǎn)接方式接線的場合, 配合MB745-S11 基座使用,可接入一塊非冗余的模擬量輸入卡AI713 或模擬量輸出卡AO713; 配合MB746-S11 基座使用, 可接入一對冗余的AI713或AO713。 端子板采用DIN 導(dǎo)軌方式安裝,支持單邊進(jìn)線,通過模塊DB37 接口,將現(xiàn)場信號送到AD 轉(zhuǎn)換器(控制系統(tǒng)的設(shè)備元件)。

        4.1 改造前的設(shè)計(jì)

        原VE-101 振動速度傳感器到MV920 振動控制器之間的信號傳輸為振動速度信號, 通過MV920 后轉(zhuǎn)換成4~20mA 信號到TUA711-AIO16轉(zhuǎn)接端子板, 經(jīng)DB37 電纜線實(shí)現(xiàn)與模擬量輸入卡AI713 的連接后,進(jìn)DCS(本裝置未使用安全柵),傳感器接線如圖5 所示。

        圖5 改造前VE-101 傳感器到控制系統(tǒng)接線示意圖

        4.2 技術(shù)改造

        針對以上分析主要對兩個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)改造: 一是現(xiàn)場側(cè)將VE-101 振動速度傳感器信號改造成一體化帶變送的4~20mA 信號(VT-101),現(xiàn)場取消了VC-920 振動控制器, 僅利用現(xiàn)場的接線端子板,現(xiàn)場不再對傳感器供電;二是需要DCS 側(cè)給現(xiàn)場振動傳感器提供24V(DC)配電,以完成信號由現(xiàn)場傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的工作。 由于VC-920 振動控制器輸出到DCS 的是有源信號(無需系統(tǒng)再提供電源),所以DCS 側(cè)不需考慮配電,應(yīng)接無源節(jié)點(diǎn)。 改經(jīng)造VT-101 傳感器的接線如圖6 所示。

        圖6 改造后VT-101 傳感器到控制系統(tǒng)接線示意圖

        5 結(jié)束語

        礦區(qū)采煤過程中需要抽排大量的地下水,如果直接外排會引起水質(zhì)惡化, 造成水環(huán)境污染,將礦井水處理、凈化并加以利用,不僅可以滿足生產(chǎn)和生活用水,還可以創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 蒸汽壓縮機(jī)是裝置蒸發(fā)結(jié)晶工段的核心設(shè)備,其運(yùn)行效果直接關(guān)系到蒸發(fā)結(jié)晶所需的濃縮料液質(zhì)量。 筆者通過對振動速度傳感器和系統(tǒng)信號傳輸方式進(jìn)行改造,不但保障了儀表檢測的穩(wěn)定性, 還提高了儀表維護(hù)人員的工作效率,確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,減少了裝置的非計(jì)劃停車次數(shù)。

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