空壓機(jī)放空閥波動(dòng)的分析與處理

郭 偉

1 引言

2015年4月，崗位操作人員發(fā)現(xiàn)12000 m3/h空分設(shè)備配套的空氣透平壓縮機(jī)的放空閥頻繁發(fā)生波動(dòng)，從而引起進(jìn)入空分設(shè)備的空氣壓力、流量變化，影響空分設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 空氣透平壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

包鋼氧氣廠12000 m3/h空分設(shè)備配套的GT078L3K1型離心式空氣透平壓縮機(jī)由德國(guó)Atlas Copco公司設(shè)計(jì)制造，為齒輪式多軸三段壓縮。它由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大齒輪帶動(dòng)兩個(gè)小齒輪，由于兩個(gè)小齒輪的齒數(shù)的不同，分為低速軸和高速軸。低速軸帶動(dòng)一、二級(jí)葉輪，高速軸帶動(dòng)三級(jí)葉輪。壓縮機(jī)組設(shè)有三個(gè)氣體冷卻器?？諝饨?jīng)每一級(jí)壓縮后再經(jīng)氣體冷卻器冷卻后送往下一級(jí)。最終經(jīng)末級(jí)氣體冷卻器冷卻后，送入空氣冷卻塔。壓縮機(jī)配有單獨(dú)的潤(rùn)滑油站，主油泵由電機(jī)主軸拖動(dòng)?？諝馔钙綁嚎s機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

吸入壓力：0.098 MPa

吸入溫度：30℃

排氣壓力：最大0.65 MPa

排氣溫度：高限：116℃；聯(lián)鎖：129℃

質(zhì)量流量：最小59846 kg/h；最大85495 kg/h

管道安裝后進(jìn)行檢修工作是重要環(huán)節(jié)，也是必不可少的環(huán)節(jié)。為了能夠確保焊接的質(zhì)量，在焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整焊接方案，從而保證焊接的質(zhì)量，提升焊接的效果。為此，檢修人員應(yīng)使用先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行檢修，如利用相機(jī)將焊接進(jìn)行拍照，并進(jìn)行分析和整理，將存在的缺陷繪制成文檔或PPT文件后，發(fā)送施工單位，從而避免后續(xù)焊接工作再出現(xiàn)類似的問(wèn)題。對(duì)此，施工單位應(yīng)加大資金投入的力度，保證擁有足夠的資金引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，從而保證焊接工作順利開(kāi)展，提升焊接的工作效率，確保焊接的質(zhì)量，提升管道安裝的可靠性。

功率：6400 kW

大齒輪軸轉(zhuǎn)速：1480 r/min

低速小齒輪軸轉(zhuǎn)速：10005 r/min

高速小齒輪軸轉(zhuǎn)速：15633 r/min

整套機(jī)組選用西門子S7-400 PLC控制系統(tǒng)完成壓縮機(jī)的啟停、加載、卸載及輔助設(shè)備的聯(lián)鎖控制，通過(guò)機(jī)旁柜OP270觸控屏完成上述機(jī)組操作和機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)的就地監(jiān)視。通過(guò)Modbus協(xié)議完成S7-400 PLC系統(tǒng)與FOXBORO I/A Series集散式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，最終保證在中控室進(jìn)行機(jī)組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視及趨勢(shì)的記錄。

3 放空閥波動(dòng)異?，F(xiàn)象

2015年4月上旬，12000 m3/h空分設(shè)備在產(chǎn)品氣體量及用戶氣體管網(wǎng)壓力供出正常的情況下，空壓機(jī)放空閥出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的波動(dòng)（如圖1所示）。放空閥開(kāi)度由正常值0%，突然打開(kāi)，最大開(kāi)度值可達(dá)到90%，開(kāi)度值在10%～90%之間波動(dòng)，故障發(fā)生頻率從幾分鐘一次，到間隔15、30 min均出現(xiàn)過(guò)。放空閥故障打開(kāi)后2～3 s迅速關(guān)閉。放空閥波動(dòng)故障發(fā)生期間，機(jī)組排氣壓力在0.46 MPa～0.41 MPa之間波動(dòng)，已嚴(yán)重影響到空分設(shè)備的正常運(yùn)行。

從空壓機(jī)放空閥異常波動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)照?qǐng)D1放空閥開(kāi)度的歷史趨勢(shì)判斷，放空閥異常波動(dòng)期間，確實(shí)有閥門的控制信號(hào)輸出。閥門由關(guān)到開(kāi)，再關(guān)的過(guò)程中，閥門的定位器工作正常，未發(fā)現(xiàn)異常情況。找出導(dǎo)致控制信號(hào)的輸出的原因，是急需解決的問(wèn)題。

圖1 空壓機(jī)放空閥開(kāi)度歷史趨勢(shì)

4 放空閥控制原理

查閱機(jī)組隨機(jī)的外文資料，其放空閥控制原理如圖2所示。

其中：Ramp是放空閥的爬坡器；PIC是空壓機(jī)排氣壓力PID調(diào)節(jié)器正作用控制；FIC是空壓機(jī)出口流量PID調(diào)節(jié)器（防喘振）反作用控制；High Select高選器；FV1046是空壓機(jī)放空閥。Ramp放空閥爬坡器主要應(yīng)用于機(jī)組的加載、卸載過(guò)程中，保證放空閥以一定的速率關(guān)閉、打開(kāi)。機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，放空閥主要受控于PIC壓力PID調(diào)節(jié)器、FIC流量PID調(diào)節(jié)器?，F(xiàn)場(chǎng)觀察壓縮機(jī)運(yùn)行，放空閥波動(dòng)的瞬間，壓縮機(jī)排氣壓力沒(méi)有任何躍變。從觀察的情況分析，放空閥的波動(dòng)很可能是由流量PID調(diào)節(jié)器控制信號(hào)的輸出，而導(dǎo)致動(dòng)作。

查看資料，空壓機(jī)出口流量V（m3/h）的實(shí)際值是由下面的計(jì)算公式得來(lái)：

式中，dPflow——出口差壓，mbar；

Tflow——排氣溫度，K；

Pflow——排氣壓力，bar；

const——流量裝置系數(shù)。

從計(jì)算公式中涉及的參數(shù)分析，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，壓力、差壓均沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)波動(dòng)；最可能出現(xiàn)波動(dòng)的參數(shù)就是排氣溫度。查看排氣溫度歷史趨勢(shì)及現(xiàn)場(chǎng)再次觀察放空閥的波動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在每次放空閥波動(dòng)期間，排氣溫度出現(xiàn)了大幅變化（0～23℃）。經(jīng)過(guò)上述分析基本確認(rèn)，由于排氣溫度的波動(dòng)，導(dǎo)致空壓機(jī)出口流量值發(fā)生非正常變化，使得FIC流量PID調(diào)節(jié)器較大幅度反饋調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致放空閥頻繁動(dòng)作。

5 處理過(guò)程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，首先排除由硬件問(wèn)題引起的排氣溫度異常。儀控人員在線將空壓機(jī)排氣溫度聯(lián)鎖解除，計(jì)量人員在線更換新的熱電阻芯子。通過(guò)上述處理，空壓機(jī)排氣溫度異常情況并沒(méi)有得到有效改善，這說(shuō)明導(dǎo)致排氣溫度異常的信號(hào)可能來(lái)自于外部信號(hào)電纜干擾。

采用電阻箱在機(jī)盤柜接線端子處加以穩(wěn)定的熱電阻信號(hào)（17℃），通過(guò)48 h觀察，排氣溫度未發(fā)生波動(dòng)，放空閥沒(méi)有動(dòng)作。分析認(rèn)為應(yīng)該是外部信號(hào)電纜干擾，導(dǎo)致排氣溫度的異常。

利用高爐檢修的機(jī)會(huì)，12000 m3/h空分設(shè)備同步停車。重新更換了排氣溫度屏蔽電纜，改變了熱電阻到機(jī)盤柜接線端子屏蔽電纜的走向。經(jīng)過(guò)此次處理，空壓機(jī)排氣溫度顯示正常，放空閥未再出現(xiàn)波動(dòng)。通過(guò)兩個(gè)多月的運(yùn)行，證明處理方法有效。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前12000 m3/h空分設(shè)備配套的空壓機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常，為空分設(shè)備工藝生產(chǎn)鏈提供了穩(wěn)定的氣源，保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

在此次故障處理過(guò)程中，我們也意識(shí)到在機(jī)組調(diào)試期間，我方人員對(duì)機(jī)組的控制系統(tǒng)了解不夠深入，導(dǎo)致故障發(fā)生期間，沒(méi)有在第一時(shí)間找到故障問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。在今后的進(jìn)口設(shè)備的調(diào)試過(guò)程中，需要加強(qiáng)此方面的培訓(xùn)。同時(shí)機(jī)組任何參數(shù)的變化，都應(yīng)引起我們足夠的重視，任何的偏差，都有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。