離心壓縮機調速技術改造

溫劍風

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州545002）

1 調速器缺陷分析

某公司103J離心壓縮機的調速控制技術為20世紀70年代產品，調速器結構原理如圖1所示。該調速裝置自投運以來，調速器在運行中頻繁出現(xiàn)波動及故障，嚴重影響了合成氨長周期高負荷的生產。

圖1 103J離心壓縮機調速器原理示意

103J離心壓縮機調速器由于使用年限已久，機械部分大部分零部件嚴重老化，運行過程中出現(xiàn)很多問題，比如，調速器的連接部分經常發(fā)生斷裂、脫落，執(zhí)行機構卡死、松動、膜片老化斷裂，轉換放大器容易受干擾波動等問題。同時，備品備件早已停產，難于購買。日常維護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要求。

調速器無法在中心控制室實現(xiàn)全轉速0～100%調節(jié)，控制方式落后，并且調節(jié)精度低、質量差。操作工只能在現(xiàn)場通過操作蒸汽控制閥，對機組調整啟動、升速。當機組升速到額定轉速的75%以上時，把現(xiàn)場同步器調至最小時，才能在主控室進入升速操作。主控室的轉速可調范圍只在75%～100%，轉速偏差高達0.5%～2.0%。

針對103J機組存在的各種問題，該公司決定對103J機組現(xiàn)場調速裝置進行全新改造。

2 調速控制系統(tǒng)改造

首先將調速控制系統(tǒng)中的氣動執(zhí)行器、油動缸、調速彈簧、轉速測量元件及轉換模塊等去除，采用新的油動缸、電液轉換器（DDV閥）、行程傳感器、兩組電磁閥、四組轉速測量探頭及現(xiàn)場轉速顯示表。改造后調速控制系統(tǒng)結構（現(xiàn)場部分）如圖2所示。

2.1 調速控制系統(tǒng)的組成

1）油動缸。其安裝在103-JBT透平機上，通過油動缸里面油路油壓的變化，帶動連桿機構、拖動錯油門動作，從而控制主汽門的開度，實現(xiàn)調整透平機轉速或負荷。

2）DDV閥。該裝置安裝在油動缸上，通過把來自伺服放大器的電流信號轉換成液動信號，即改變DDV閥油路油壓實現(xiàn)轉換調節(jié)。其要求油路系統(tǒng)干凈、油質較高，在油路系統(tǒng)的管道上增加1個過濾網。

3）伺服放大器。其安裝在主控室的機柜上，通過現(xiàn)場2組行程傳感器送來的閥位信號，以及安裝在調速器上的4個測速探頭的轉速信號，進行轉換、運算、放大處理，然后輸出直流-10～10 m A信號到電液轉換器，實現(xiàn)調速控制。

4）閥位反饋裝置。即行程傳感器，安裝在油動機閥桿上。當調速器運行時閥桿上的反饋裝置跟著做相應動作，閥位反饋信號的變化送至主控室伺服放大器進行處理，構成閉環(huán)控制回路。

圖2 改造后調速控制系統(tǒng)結構示意

5）電磁閥。安裝在機組的油動機上，共有2個電磁閥。當機組正常運行無跳車聯(lián)鎖信號時電磁閥帶電，當裝置運行或機組運行異常時，電磁閥失電。泄掉調速油壓，調速器調速閥關閉，切斷高壓蒸汽，機組停車。

6）測速裝置。安裝在機組齒輪箱引出端齒輪上，共有4支探頭，其中1支測速探頭測得的頻率信號送到機組旁邊的測速顯示儀，實現(xiàn)現(xiàn)場就地轉速顯示，其他3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室的PI卡上，在總控室透平壓縮機綜合控制系統(tǒng)（ITCC）上實現(xiàn)“三選一”顯示，機組的超速保護實現(xiàn)“三選二”顯示。

2.2 調速控制系統(tǒng)原理

由安裝在103J機組上的3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室調速控制系統(tǒng)，由調速系統(tǒng)根據(jù)壓縮機轉數(shù)和負荷的要求對機組轉數(shù)進行計算后輸出直流4～20 m A調速信號到伺服放大器，經過伺服放大器運算、轉換、放大處理后輸出直流-10～10 m A信號到現(xiàn)場DDV閥上，DDV閥根據(jù)信號的變化對油路進行調節(jié)。調速信號直接作用在執(zhí)行機構中的路通閥上，通過DDV閥控制輸入到動力油缸的油的流向達到控制自力油缸動作的目的。由動力油缸帶動控制閥臂控制進汽閥頭調節(jié)蒸汽進汽量，以達到汽輪機調節(jié)轉數(shù)的目的。油動缸動作的行程由反饋行程裝置檢測并將信號送到調速系統(tǒng)進行閉環(huán)控制。調速控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 調速控制系統(tǒng)原理示意

3 技術改造效果

103J由機械式調速通過技術改造改為全電子調速取得了良好的效果。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）經過調速器技術改造，調速操作實現(xiàn)ITCC系統(tǒng)閉環(huán)控制，可實現(xiàn)0～100%的全轉速可調，調速精度達0.5‰，大幅提高了機組的運行效率，為化工生產長周期、高負荷安全穩(wěn)定運行提供了條件。

2）機組從啟動到額定轉速實現(xiàn)全自動升速，確保機組在過臨界轉速范圍3 000～7 500 r/min的安全運行。目前，在主控室現(xiàn)場各配備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)內部集成的調速算法可實現(xiàn)調度與防喘振控制之間的解偶、負荷分配等復雜的控制功能，實現(xiàn)遠程控制主汽門開度，減少蒸汽消耗。減輕操作人員的勞動強度，保障人身安全。

4）通過實施生產負荷分配控制，實現(xiàn)合成氨生產負荷合理分配，解決了原來老設備浪費能源的問題。

5）調速系統(tǒng)具有安全性和靈活的人機界面，機組的啟動—調速—過臨界轉速—正常運行—停止運行，由ITCC系統(tǒng)實現(xiàn)安全順控。機組運行時轉速顯示在ITCC系統(tǒng)上實現(xiàn)“三選一”，選取其中的中間值為正常顯示值。當裝置運行或機組運行異常時，聯(lián)鎖保護系統(tǒng)在ITCC系統(tǒng)上實現(xiàn)“三選二”聯(lián)鎖保護，實現(xiàn)安全緊急停車控制。

4 結束語

調速器的技術改造在該公司的103J和105J機組得到成功運用。目前調速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，各項技術指標均滿足要求，受到操作人員的好評。同時確保裝置內大型機組設備和生產高負荷、長周期安全穩(wěn)定的運行，為公司創(chuàng)造了年經濟效益超過五百萬元。