風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計問題及風(fēng)機(jī)運(yùn)行問題探討

李曉娜

（黑龍江省大慶油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇車間，黑龍江 大慶 163411）

風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計問題及風(fēng)機(jī)運(yùn)行問題探討

李曉娜

（黑龍江省大慶油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇車間，黑龍江 大慶 163411）

本文主要針對制氫裝置轉(zhuǎn)化爐系統(tǒng)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計問題以及風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行討論，根據(jù)裝置實(shí)際運(yùn)行情況提出修改意見及建議，對化工裝置設(shè)計與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合具有借鑒與指導(dǎo)意義。

鼓風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；聯(lián)鎖；緊急停工；負(fù)壓；風(fēng)量

本文涉及的制氫裝置以天然氣為原料，采用蒸汽轉(zhuǎn)化、中溫變換和PSA氣體分離技術(shù)生產(chǎn)純氫氣。該裝置轉(zhuǎn)化爐系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)均采用離心式風(fēng)機(jī)，懸臂支撐，風(fēng)機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)采用永磁調(diào)速器，風(fēng)機(jī)的控制由DCS 實(shí)現(xiàn)，機(jī)組不帶PLC。化工裝置聯(lián)鎖保護(hù)是為了保證裝置安全運(yùn)行，本套制氫裝置對關(guān)鍵設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)、緊急停車系統(tǒng)以及重要的安全聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)置了SIS（安全儀表）系統(tǒng)。

1 風(fēng)機(jī)緊急停工聯(lián)鎖設(shè)計

1.1 緊急停工因果表（如表1）

因果表是工藝提供的邏輯聯(lián)鎖說明，聯(lián)鎖邏輯圖是儀表專業(yè)根據(jù)因果表進(jìn)行的轉(zhuǎn)換（表1）。

表1 緊急停工因果表

因果表說明：（1）裝置某一緊急停工條件觸發(fā)，引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。（2）引風(fēng)機(jī)負(fù)壓低低聯(lián)鎖，引風(fēng)機(jī)停機(jī)，裝置緊急停工。（3）引風(fēng)機(jī)負(fù)壓高高聯(lián)鎖，引風(fēng)機(jī)停機(jī)，裝置緊急停工。（4）鼓風(fēng)機(jī)流量低低聯(lián)鎖，鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)，裝置緊急停工。

1.2 風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計邏輯圖

圖1為SIS系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計邏輯圖。

圖1 風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計邏輯圖

風(fēng)機(jī)開機(jī)條件：風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承已潤滑，葉輪與機(jī)殼無摩擦，同時確認(rèn)潤滑系統(tǒng)油脂均勻分散；所有螺栓螺絲已擰緊；風(fēng)機(jī)內(nèi)無異物；手動轉(zhuǎn)動葉輪，葉輪自由轉(zhuǎn)動；防護(hù)罩已安裝，且螺栓已擰緊；風(fēng)機(jī)檢查門或觀察窗已閉合；機(jī)殼內(nèi)無冷凝水，無異物掉落；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向與銘牌標(biāo)示相符。

根據(jù)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計邏輯圖可知：滿足風(fēng)機(jī)開機(jī)條件、主電機(jī)啟機(jī)條件，且風(fēng)機(jī)無聯(lián)鎖停機(jī)信號的情況下可以啟機(jī)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)啟動后通過DCS控制永磁調(diào)速機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整即引風(fēng)機(jī)負(fù)壓及鼓風(fēng)量的調(diào)整，進(jìn)而保證轉(zhuǎn)化爐負(fù)壓在控制指標(biāo)內(nèi)。

2 風(fēng)機(jī)緊急停工聯(lián)鎖設(shè)計存在的問題

生產(chǎn)裝置的聯(lián)鎖系統(tǒng)必須保持完好，聯(lián)鎖除按程序批準(zhǔn)摘除或臨時停運(yùn)外，必須全部投用。

由上述緊急停工因果表與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計邏輯圖得出結(jié)論：裝置正常運(yùn)行過程中，引風(fēng)機(jī)負(fù)壓低低、高高聯(lián)鎖及鼓風(fēng)機(jī)流量低低聯(lián)鎖動作的結(jié)果是裝置聯(lián)鎖“緊急停工”；裝置發(fā)生停工聯(lián)鎖動作時，“緊急停工”信號鎖停風(fēng)機(jī)，這在邏輯關(guān)系中即為因果關(guān)系互鎖，若按照上述邏輯關(guān)系進(jìn)行風(fēng)機(jī)緊急停工聯(lián)鎖組態(tài)，將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法啟機(jī)運(yùn)行，即按照此種邏輯設(shè)計組態(tài)，那么在裝置實(shí)際運(yùn)行過程中，要想啟動風(fēng)機(jī)就必須先將引風(fēng)機(jī)負(fù)壓低低、高高聯(lián)鎖及鼓風(fēng)機(jī)流量聯(lián)鎖摘除，否則風(fēng)機(jī)無法啟機(jī)。這不符合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行要求，更起不到對設(shè)備的保護(hù)作用。

3 修改后風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖邏輯圖

針對上述問題并結(jié)合裝置實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們與設(shè)計人員進(jìn)行溝通，提出了修改意見，并在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖2 修改后風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖邏輯圖

圖2 中，我們將風(fēng)機(jī)啟機(jī)條件中的SIS系統(tǒng)“緊急停工”信號修改為“風(fēng)機(jī)手動緊急停機(jī)信號”，避免了風(fēng)機(jī)啟機(jī)受“緊急停工”信號限制的缺陷 ，解除了風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖因果互鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了帶聯(lián)鎖啟機(jī)，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需要。

4 風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中存在的問題

4.1 永磁調(diào)速工作原理

本套制氫裝置風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)采用永磁調(diào)速器。永磁調(diào)速器一般有三個部分組成，一是和電機(jī)連接的導(dǎo)磁體；二是與負(fù)載連接的永磁鐵，這兩個轉(zhuǎn)動體之間有一定的空間間隙；三是一個調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)兩個轉(zhuǎn)體之間空間的間隙的大小，通過負(fù)載扭距的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)負(fù)載輸出速度的控制。永磁調(diào)速器是通過扭距來實(shí)現(xiàn)速度的控制，電機(jī)輸出到永磁調(diào)速器的扭距和永磁調(diào)速輸出的扭矩是相等的。這樣，我們可以根據(jù)負(fù)載實(shí)際運(yùn)行過程中扭矩的大小來調(diào)整電機(jī)的輸出端。如負(fù)載要求扭矩小，電機(jī)輸出的扭矩小，相應(yīng)輸出功率也小。永磁調(diào)速輸入速度和輸出速度是一樣的，永磁調(diào)速器倆個轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙的存在，輸出的速度要比輸入速度小，這叫滑差?；畹拇笮Q定了傳遞的扭矩的大小也就達(dá)到了速度控制的目的。

4.2 問題描述

制氫裝置烘爐期間，引風(fēng)機(jī)啟動后永磁調(diào)速系統(tǒng)在控制輸出為“零”的情況下負(fù)壓即可達(dá)-255Pa（負(fù)壓低低聯(lián)鎖值-400Pa，高高聯(lián)鎖值 -10Pa），此時立即啟鼓風(fēng)機(jī)調(diào)整鼓風(fēng)量，控制爐膛負(fù)壓達(dá)到控制指標(biāo)要求的-50Pa左右，此時鼓風(fēng)量為38000Nm3/h。在整個烘爐期間，直到最后爐溫達(dá)到600℃，引風(fēng)機(jī)輸出最大也僅為5%，負(fù)壓可調(diào)整余地小。但是38000 Nm/h的空氣量相對于燃燒所需仍然偏大（烘爐期間燃料天然氣最高達(dá)到585 Nm3/h），轉(zhuǎn)化爐氧含量分析儀始終處于超量程狀態(tài)（AI05231控制值≤2%干基，高報4.5，低報1.0，量程0～10）。

表2 燃燒相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表2數(shù)據(jù)可以看出：（1）裝置開工初期空氣量過剩，但為了保證轉(zhuǎn)化爐負(fù)壓在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，空氣量不能在降低，這樣就導(dǎo)致火嘴燃燒不好，且易熄滅（烘爐期間共發(fā)生21次火嘴熄滅情況）。（2）因?yàn)榭諝饬窟^剩，增點(diǎn)火嘴過程中，負(fù)壓波動較大（+70～-450 Pa），需要摘除負(fù)壓聯(lián)鎖保證裝置繼續(xù)運(yùn)行，致使設(shè)備失去保護(hù)。（3）開工期間鼓風(fēng)機(jī)長時間高負(fù)荷運(yùn)行，能耗增加，造成浪費(fèi)。

4.3 建議措施

裝置設(shè)計之初風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用永磁調(diào)速，重點(diǎn)是考慮到盡管永磁調(diào)速投資較高，但可靠性比變頻調(diào)節(jié)高。風(fēng)機(jī)設(shè)計數(shù)據(jù)更多考慮的是以及滿足正常生產(chǎn)需要為主，對于裝置開工初期條件并未考慮全面，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在剛啟機(jī)運(yùn)行功率較大，導(dǎo)致上述問題發(fā)生。

為此，裝置開工初期，為了保證轉(zhuǎn)化爐負(fù)壓控制指標(biāo)，燒嘴點(diǎn)火前需將50臺燒嘴風(fēng)門全部打開降低風(fēng)壓，保證轉(zhuǎn)化爐順利點(diǎn)火。

針對此問題建議在裝置設(shè)計階段，全面考慮裝置正常運(yùn)行、開停工運(yùn)行以及長期低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行等多種數(shù)據(jù)參數(shù)，并結(jié)合永磁調(diào)速原理，將引、鼓風(fēng)機(jī)的永磁調(diào)速起動“0”點(diǎn)前移，最小輸出功率進(jìn)一步降低，以便控制初始負(fù)壓，保證裝置開工初期的負(fù)壓調(diào)節(jié)余量， 最大限度的保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)語

聯(lián)鎖設(shè)計是保證化工裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要手段，但需要以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要為前提。若能將理論設(shè)計與實(shí)際生產(chǎn)情況緊密結(jié)合，將更好的發(fā)揮安全保護(hù)作用。

裝置在設(shè)計階段不僅要滿足裝置正常生產(chǎn)需要，更要考慮裝置開停工期間或低負(fù)荷運(yùn)行時參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，以便實(shí)現(xiàn)裝置節(jié)能降耗。

[1]制氫裝置設(shè)計文件（內(nèi)部資料）.

TM621

A

1671-0711（2017）05（上）-0042-02