煙機(jī)機(jī)組液壓控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造

于甫春黃斌/中石化荊門(mén)分公司

煙機(jī)機(jī)組液壓控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造

于甫春黃斌/中石化荊門(mén)分公司

本文介紹了某型號(hào)煙氣輪機(jī)附屬進(jìn)口液壓控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并針對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)年運(yùn)行老化后存在的問(wèn)題進(jìn)行了歸納分析，根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出了可行的國(guó)產(chǎn)化改造方案，依據(jù)改造后系統(tǒng)長(zhǎng)周期的運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)新老系統(tǒng)從原理、機(jī)構(gòu)、運(yùn)行效果等多方面進(jìn)行比較，論證了國(guó)產(chǎn)化改造的成功應(yīng)用。

液壓煙氣輪機(jī)；控制系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；國(guó)產(chǎn)化改造

1 概述

煙氣輪機(jī)是煉化企業(yè)催化裝置節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵機(jī)組，特別是在與軸流式風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)形成催化主風(fēng)三機(jī)組后，其在工藝生產(chǎn)中的作用更是無(wú)法替代，它的長(zhǎng)周期運(yùn)行與生產(chǎn)指標(biāo)的完成息息相關(guān)。中石化荊門(mén)分公司1#催化裝置國(guó)產(chǎn)煙氣輪機(jī)配套美國(guó)BAFCO公司的液壓控制系統(tǒng)和ADAMS公司的蝶閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)組參與再生器壓力控制，該控制采用三分程控制方案見(jiàn)圖1。

圖1 再生器三分程控制回路示意圖

由于兩器（反應(yīng)器、再生器）壓力平衡對(duì)催化裂化裝置的重要性，要求正常運(yùn)行時(shí)再生壓力控制平穩(wěn)、精確，事故狀態(tài)下，要求再生器負(fù)荷轉(zhuǎn)移及時(shí)、安全。而這都是由三分程控制系統(tǒng)控制煙機(jī)進(jìn)口蝶閥及大小旁路閥完成的，煙機(jī)進(jìn)口蝶閥及大小旁路蝶閥的可靠性對(duì)裝置安全生產(chǎn)以及機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

荊門(mén)分公司于2004年對(duì)煙氣輪機(jī)（GHH公司，1986年投用）進(jìn)行了改造更新，主機(jī)采用了由蘭州煉化機(jī)械生產(chǎn)的YLD型煙氣輪機(jī)，考慮到控制的可靠性及投資經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組沿用了原有進(jìn)口的液壓控制系統(tǒng)及執(zhí)行結(jié)構(gòu)（液壓流程系統(tǒng)原理及系統(tǒng)配置見(jiàn)圖2）。機(jī)組運(yùn)行至今，主機(jī)部分運(yùn)行正常，但兩套液壓控制系統(tǒng)以及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，隨著使用年限的增加，各種故障問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。雖然在運(yùn)行中期系統(tǒng)陸續(xù)對(duì)電機(jī)、油泵和傳感器等附屬設(shè)備進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化改造之后，系統(tǒng)也進(jìn)入了一段平穩(wěn)運(yùn)行期。但隨著系統(tǒng)內(nèi)各液壓元件日益老化，系統(tǒng)故障又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從1995年至2014年，統(tǒng)計(jì)因液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致煙機(jī)停機(jī)共計(jì)23次，尤其是近幾年出現(xiàn)故障問(wèn)題次數(shù)更為頻繁，記錄匯總液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象及停工次數(shù)見(jiàn)表1。由于液壓系統(tǒng)日益老化，在設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力15MPa工況下工作，油缸內(nèi)漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，蓄能器內(nèi)活塞密封不嚴(yán)導(dǎo)致液壓油沒(méi)有儲(chǔ)存足夠的油液，油管接頭、壓力表接頭和手動(dòng)泄壓閥等多處密封部位經(jīng)常漏油，而一些泄漏點(diǎn)在線處理存在較大風(fēng)險(xiǎn)；特別嚴(yán)重的是當(dāng)煙機(jī)機(jī)組系統(tǒng)三分程需要應(yīng)急控制自保時(shí)，由于系統(tǒng)壓力的不穩(wěn)定，36"控制閥和36"切斷閥可能不會(huì)在規(guī)定時(shí)間（0.6秒）內(nèi)關(guān)閉，將極可能導(dǎo)致煙機(jī)超轉(zhuǎn)速“飛車”重大事故的發(fā)生；在維護(hù)保養(yǎng)方面，由于系統(tǒng)投用時(shí)間已盡三十年，部分液壓元件已無(wú)法找到替代產(chǎn)品，人為故障處理已無(wú)法保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)原系統(tǒng)在優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造已經(jīng)迫在眉睫。

表1 液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象及停工次數(shù)

圖2 美國(guó)BAFCO液壓系統(tǒng)流程圖

2 原液壓系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)介

BAFCO公司的液壓控制系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2，兩套液壓控制系統(tǒng)分別控制36"控制閥和36"切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)與10"控制閥和20"控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1-2]。該進(jìn)口油站油箱最大容積為50加侖油液，油箱內(nèi)有液位油溫等報(bào)警變送器，油液經(jīng)MV-1A（MV-1B）球閥到PU-1（PU-2）油泵輸出高壓油到CV單向閥，RV溢流閥，RV溢流閥作為安全卸荷油路。而MV-3截止閥手動(dòng)切斷控制36"控制閥油路和36"切斷閥油路，油液經(jīng)FIL精過(guò)濾器和MV-2A（MV-2B）截止閥。其中一路到MV-5A（MV-5B）截止閥和SEV-A（SEV-B）比例伺服閥主控制油路，受儀表室信號(hào)控制SEV比例伺服閥帶動(dòng)蝶閥閥板轉(zhuǎn)動(dòng)工作。而另一路油液經(jīng)MV-8A（MV-8B）截止閥和CV單向閥到FSV-A（FSV-B）故障安全閥應(yīng)急油路，受FSV-A（FSV-B）應(yīng)急安全電磁閥控制，作為應(yīng)急快速“閥關(guān)”或“閥開(kāi)”自保用。36"切斷閥控制油路和36"控制閥控制油路中除使用系統(tǒng)蓄能器外，還有自己獨(dú)立的F.S.ACC蓄能器、PS-A壓力表、PS-3A壓力變送器和MV9A（MV9B）截止閥等液壓元件，確保油路相互獨(dú)立顯示工作。在控制邏輯上，進(jìn)口液壓控制系統(tǒng)不是兩臺(tái)油泵互為備用關(guān)系，抗擊電網(wǎng)波動(dòng)及“晃電”事故能力較差.

3 液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造方案

考慮1#催化煙機(jī)在未來(lái)幾年連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，決定對(duì)原有兩套液壓控制系統(tǒng)和四臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，消除原有系統(tǒng)隱患，滿足設(shè)備長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行要求。在認(rèn)真研討、論證并最終確定了改造方案，雙蝶閥控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由蝶閥液壓油站和手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。液壓控制系統(tǒng)的油站（見(jiàn)圖3、圖4），主要由供油部分及控制部分組成，供油部分包括油泵、油泵電機(jī)、蓄能器、冷卻器、液壓集成塊、隔爆電控箱和油管線部件等。油站左邊為控制部分，包括油站左側(cè)36"切斷閥液壓控制操作系統(tǒng)，主要由A，C1，D1三個(gè)集成塊和液壓元件等組成，右邊為36"控制閥液壓控制操作系統(tǒng)，主要由B，C2，D2三個(gè)集成塊和液壓元件等組成。除B集成塊沒(méi)有隔爆裝置外，其余A，C1，C2，D1和D2等五個(gè)集成塊都采用了dⅡBT5等級(jí)的隔爆裝置，保證了帶有電器接線的集成塊的安全性。液壓操作使用的截止閥、卸荷閥等操作閥件基本全部安裝在六大集成塊上，而且截止閥操作位置也是一一對(duì)稱布局，這樣便于日常操作及維修。ZX-D-2手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖5），主要由撥叉曲柄、導(dǎo)向桿、開(kāi)合螺母、切換手柄、手輪、YM22（YM23）手動(dòng)卸荷閥和YG1（YG2）緩沖伺服油缸等組成。

圖3 控制柜俯視圖

圖4 控制柜操作正面圖

圖5 手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作示意圖

4 改造后蝶閥液壓控制系統(tǒng)工作原理

從改造后蝶閥液壓控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖（見(jiàn)圖6）可知，該液壓系統(tǒng)由油箱，活塞式蓄能器，油泵電機(jī)機(jī)組，液壓集成塊A，B，C1，C2，D1，D2，油管線和帶有緩沖伺服油缸的手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)由控制室ESD直接遠(yuǎn)程控制BL1（BL2）比例伺服閥，達(dá)到自動(dòng)控制目的。自?？刂葡到y(tǒng)分別由CD3（CD4）電磁換向閥控制YG1（YG2）緩沖伺服油缸，達(dá)到煙機(jī)機(jī)組系統(tǒng)三分程控制自保要求。主備油路工作原理一致，從液壓集成塊A，B液壓圖中看到，M1（M2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)P1（P2）壓力補(bǔ)償變量泵為系統(tǒng)提供可靠的液壓能源。油液經(jīng)過(guò)D3（D4）單向閥、F4（F5）精過(guò)濾器過(guò)濾后，使油液清潔度達(dá)到NAS8級(jí)，其中有一路為安全油路，當(dāng)油泵壓力超過(guò)溢流閥設(shè)定的安全壓力時(shí)，YR1（YR2）溢流閥打開(kāi)卸壓。液壓系統(tǒng)采用雙泵控制，用戶可根據(jù)需要設(shè)定主備油泵，采取互為主輔工作方式。當(dāng)主泵失效KP1（KP2）壓力傳感器檢測(cè)到壓力低于設(shè)定值后，輔泵自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)其中一路過(guò)濾器堵塞后，如F4（F5）精過(guò)濾器需更換堵塞的過(guò)濾器時(shí)，液壓系統(tǒng)仍可短時(shí)維持工作，只需打開(kāi)YM8（YM9）截止閥即可更換濾芯。

圖6 SKDF-3型液壓系統(tǒng)原理圖

從C1（C2）液壓集成塊液壓圖中看到，油路進(jìn)入系統(tǒng)主油路通道，液壓油經(jīng)過(guò)YM10（YM11）截止閥、D5（D6）單向閥到A1.1，A1.2系統(tǒng)蓄能器保存起來(lái)。當(dāng)遠(yuǎn)程ESD遙控操作時(shí)，A1.1，A1.2系統(tǒng)蓄能器液壓油直接作用到BL1（BL2）伺服比例閥，比例伺服閥受控制電流的極性幅度變化控制，從而改變油液的流向和流量，達(dá)到控制YG1（YG2）緩沖伺服油缸活塞桿，從而帶動(dòng)撥叉調(diào)節(jié)控制蝶閥閥位的目的。

從D1（D2）液壓集成塊液壓圖中看到，一部分液壓油再經(jīng)過(guò)YM14（YM15）截止閥、D7（D8）單向閥到A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）備用蓄能器儲(chǔ)存起來(lái)，作為“自?！笨刂频囊簤河驮?。A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）備用蓄能器液壓油受“自?！盌C3（DC4）電磁換向閥控制（正常時(shí)“得電”，失電時(shí)“自?！保?，在正常運(yùn)行時(shí)使YKD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控單向閥處于“關(guān)閉”狀態(tài)，系統(tǒng)自保不工作。當(dāng)煙機(jī)機(jī)組裝置受再生系統(tǒng)三分程控制，儀表室投用“自保”時(shí)，“自?！彪姶砰y失電，液壓油經(jīng)DC3（DC4）電磁閥到Y(jié)KD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控單向閥的控制腔，使液控單向閥閥芯打開(kāi)，A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）備用蓄能器液壓油直接經(jīng)過(guò)YKD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控單向閥作用到Y(jié)G1（YG2）緩沖伺服油缸，使控制碟閥能實(shí)現(xiàn)快速“閥關(guān)”自保。

液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立的“自?！笨刂葡到y(tǒng)和ESD遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，當(dāng)其中一路自保控制系統(tǒng)或伺服比例閥出現(xiàn)故障時(shí)，只需關(guān)閉YM12（YM13）截止閥或YM14（YM15）截止閥，可獨(dú)立進(jìn)行檢修更換工作?？紤]液壓控制系統(tǒng)液壓油壓力低故障參與到煙機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖，液壓控制系統(tǒng)采用KP3、KP4、KP5三個(gè)壓力變送器，當(dāng)三個(gè)壓力變送器中的其中兩個(gè)壓力變送器檢測(cè)到壓力低時(shí)（三選二），煙機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)。KP3，KP4，KP5三個(gè)壓力變送器采用隔離測(cè)壓方式，利用D7（D8）單向閥隔離，當(dāng)A1系統(tǒng)蓄能器失壓后，壓力變送器KP3會(huì)報(bào)警，KP3，KP4壓力變送器因有D7（D8）單向閥隔離，保持各自壓力，煙機(jī)裝置停機(jī)聯(lián)鎖不會(huì)啟動(dòng)。

5 改造后蝶閥液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

在液壓控制系統(tǒng)上使用了CD1（CD2）電磁換向閥點(diǎn)動(dòng)控制BL1（BL2）比例伺服閥操作方式，當(dāng)BL1（BL2）比例伺服閥出現(xiàn)故障時(shí)，只需要點(diǎn)動(dòng)CD1（CD2）電磁換向閥切斷油路，即可在不停泵的前提下更換相應(yīng)的BL1（BL2）比例伺服閥。這點(diǎn)進(jìn)口BAFCO公司的液壓控制系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。手輪執(zhí)行在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，大膽采用了曲柄撥叉直接傳到方式，與進(jìn)口德國(guó)ADAMS公司的手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)“聯(lián)動(dòng)”傳動(dòng)方式截然不同，通過(guò)新舊執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)比（見(jiàn)圖7），國(guó)產(chǎn)比進(jìn)口傳動(dòng)力矩大了近1倍左右，這樣最終目的是降低了液壓系統(tǒng)壓力，避免液壓系統(tǒng)在長(zhǎng)期高壓工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重漏油現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)工作壓力比進(jìn)口液壓系統(tǒng)降了近三分之一，但其控制蝶閥的扭矩的參數(shù)沒(méi)有降低，緊急自保投用時(shí)間沒(méi)有受到影響。通過(guò)安裝調(diào)試及聯(lián)動(dòng)自保工作，在現(xiàn)有10MPa液壓系統(tǒng)自保“閥關(guān)”或“閥開(kāi)”蝶閥聯(lián)動(dòng)自保工作中，都證明36＂切斷閥和36＂控制閥的液壓控制系統(tǒng)“閥關(guān)”速度及時(shí)間完全滿足設(shè)計(jì)要求，10＂控制閥和20＂控制閥的液壓控制系統(tǒng)“閥開(kāi)”速度及時(shí)間完全滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)檢測(cè)備用蓄能器的油源足夠在自?！伴y關(guān)”或“閥開(kāi)”

圖7 新舊執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)比圖

時(shí)0.6秒內(nèi)“關(guān)閉”或“打開(kāi)”蝶閥機(jī)構(gòu)。SKDF-3型蝶閥液壓控制系統(tǒng)還有一個(gè)突出亮點(diǎn)是：手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)上配備了較為先進(jìn)的緩沖伺服油缸，設(shè)計(jì)緩沖間隙和行程合理，其緩沖零位與蝶閥實(shí)際零位一致，經(jīng)過(guò)開(kāi)工前多次自保試驗(yàn)，證明蝶閥快速“關(guān)閥”或“開(kāi)閥”可靠，對(duì)蝶閥本體沒(méi)有造成沖擊。另外，圖7中新舊執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，舊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的拆卸比較麻煩，新的手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢修則更加方便快捷，這在設(shè)備初次安裝過(guò)程中也得到了驗(yàn)證。

6 結(jié)語(yǔ)

改造最終選用了九江大安公司生產(chǎn)的SKDF-3型液壓控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行考核，達(dá)到了設(shè)計(jì)和改造目的，液壓系統(tǒng)由于全部采用了插裝技術(shù)，大部分液壓元件選用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口通用件，液壓系統(tǒng)在低壓工作時(shí)，使液壓系統(tǒng)更安全可靠運(yùn)行。手輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，為后期檢修拆卸工作帶來(lái)了便利，所配裝的緩沖伺服油缸達(dá)到了自保到位時(shí)的緩沖效果，且蝶閥能實(shí)現(xiàn)在0.6秒內(nèi)“全關(guān)”或“全開(kāi)”目的。SKDF-3型液壓控制系統(tǒng)所采用點(diǎn)動(dòng)CD1（CD2）電磁換向閥切斷油路方法，可在不停電機(jī)油泵情況下更換BL1（BL2）比例伺服閥的方式也是較為可靠。綜上所述，國(guó)產(chǎn)液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能完全替代進(jìn)口同類的電液控制控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版）[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Transformation of Domestic Hydraulic ControlSystem in the Flue Gas Fan Unit

Yu Fuchun,Huang Bin/Sinopec Jingmen Branch

This paper has introduced a type of flue gas turbine auxiliary imported hydraulic control system and actuator,and summarized and analyzed the problems caused by the long-term operation of system.According to the actual situation on site,the feasible plan of reforming on domestic production is put forward.Based on the long-term operating practice of the reformed system,and compared with the old system from the aspects of principle, structure,operating effectand others,ithas verified the successful application of localization reform.

Jingmen branch;BAFCO; ADAMS;hydraulic control system; actuator;Application

TP271+.31；TK05

A

1006-8155（2015）04-0090-06

10.16492/j.fjjs.2015.04.078

2015-05-06湖北荊門(mén)448039