煤氣鼓風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)研究

神華烏海能源有限公司西來峰分公司焦化廠 田好新

1.引言

在焦化廠，煤氣鼓風(fēng)機(jī)屬于關(guān)鍵核心設(shè)備，它不僅要將粗煤氣從焦?fàn)t抽出壓送出去，而且與后續(xù)的生產(chǎn)有密切聯(lián)系。我廠煤氣輸送系統(tǒng)由三臺(tái)煤氣鼓風(fēng)機(jī)組成，正常生產(chǎn)時(shí)兩用一備，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)由PLC系統(tǒng)控制變頻器自動(dòng)調(diào)速，與焦?fàn)t自動(dòng)調(diào)節(jié)翻板閥共同作用，穩(wěn)定焦?fàn)t集氣管壓力。同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)室還有一臺(tái)大循環(huán)電動(dòng)閥參與調(diào)節(jié)煤氣回流量。鼓風(fēng)機(jī)的出入口各有三臺(tái)煤氣電動(dòng)閥，起切斷煤氣通路的作用，由崗位值班人員現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行開閉。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在以下一些隱患：

(1)當(dāng)外部突然停電時(shí)，所有電動(dòng)閥失去動(dòng)力電源，只能靠崗位值班人員手動(dòng)操作來關(guān)閉進(jìn)出口煤氣閥(DN1600mm)，由于閥門行程長(zhǎng)，手動(dòng)操作慢，每個(gè)電動(dòng)閥從全開到關(guān)閉操作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)二十多分鐘，此時(shí)由于鼓風(fēng)機(jī)后煤氣管道內(nèi)壓力還高達(dá)10KPA左右（煤氣管道聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)壓力）造成鼓風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，而此時(shí)鼓風(fēng)機(jī)供油系統(tǒng)因停電不能供油，極易使鼓風(fēng)機(jī)軸瓦發(fā)熱燒毀，同時(shí)煤氣反頂回焦?fàn)t也容易發(fā)生嚴(yán)重事故。

圖1 聯(lián)鎖停機(jī)

圖2 電動(dòng)閥門聯(lián)鎖

圖3 電氣控制原理圖

(2)當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)如因供油系統(tǒng)出現(xiàn)問題而聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，也同樣出現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，如果崗位值班人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或操作不及時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)燒毀鼓風(fēng)機(jī)軸瓦的現(xiàn)象。

(3)當(dāng)運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)雖不是由于供油系統(tǒng)故障停機(jī)而是由于溫高或軸振動(dòng)大而聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，雖然不會(huì)燒毀軸瓦，但由于鼓風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)。帶壓煤氣返回焦?fàn)t，也容易發(fā)生嚴(yán)重事故。

以上隱患如不能及時(shí)得到解決，都將會(huì)嚴(yán)重制約焦化廠的正常生產(chǎn)。本文將闡述如何通過電氣自動(dòng)化改造使隱患得到有效控制。

2.研究基礎(chǔ)

針對(duì)有可能發(fā)生的各種由于鼓風(fēng)機(jī)閥門得不到及時(shí)關(guān)閉而造成鼓風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)受損及造成生產(chǎn)事故的因數(shù)需要逐條分析，并提出相應(yīng)的解決方案，使鼓風(fēng)機(jī)得到最有效的保護(hù)。

2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

(1)煤氣電動(dòng)閥門只能由崗位操作人員去電動(dòng)閥門現(xiàn)場(chǎng)操作開閉。

(2)無不間斷EPS動(dòng)力電源，停電時(shí)，只能靠崗位值班人員手動(dòng)操作來關(guān)閉進(jìn)出口閥門。

(3)電動(dòng)閘閥行程長(zhǎng)，手動(dòng)關(guān)閉耗時(shí)較長(zhǎng)。

(4)無電氣聯(lián)鎖裝置，鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)如操作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取關(guān)閉閥門的措施，系統(tǒng)壓力將使鼓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間反轉(zhuǎn)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p害。

2.2 研究?jī)?nèi)容

(1)真實(shí)獲取鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)。

(2)當(dāng)系統(tǒng)停電時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口閥門仍能及時(shí)有效的關(guān)閉。

(3)當(dāng)獲取停機(jī)信號(hào)后，怎樣改造電氣控制系統(tǒng)，從而快速有效的關(guān)閉閥門。

(4)鼓風(fēng)機(jī)操作員應(yīng)能夠方便快捷的對(duì)聯(lián)鎖進(jìn)行投入和解除。

3.實(shí)施方案

利用現(xiàn)有的鼓風(fēng)機(jī)PLC控制保護(hù)系統(tǒng)，我們可以提取停機(jī)信號(hào)。PLC系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7-300的CPU315-2DP為主機(jī)，上位機(jī)軟件采用的是WINCC。PLC采集鼓風(fēng)機(jī)本體的溫度、潤(rùn)滑油壓、軸位移、軸震動(dòng)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)本體的聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)。同時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)高壓變頻器對(duì)鼓風(fēng)機(jī)6KV電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而穩(wěn)定焦?fàn)t集氣管壓力。取用聯(lián)鎖停機(jī)I/O輸出點(diǎn)，能夠全面真實(shí)的反應(yīng)各種意外停機(jī)狀況。首先當(dāng)?shù)蛪?80V電網(wǎng)停電時(shí)，油泵電機(jī)失去動(dòng)力電，鼓風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力快速下降，PLC聯(lián)鎖變頻器停機(jī)。高壓6KV電網(wǎng)停電時(shí)，高壓變頻器失電，由于其控制系統(tǒng)是由UPS供電，停電時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)出故障接點(diǎn)信號(hào)到PLC系統(tǒng)，PLC聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)同樣發(fā)出。其次，由機(jī)械及其它原因?qū)е鹿娘L(fēng)機(jī)溫度、軸位移、軸震動(dòng)信號(hào)值超出聯(lián)鎖設(shè)定值，聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)也由同一接點(diǎn)輸出。PLC聯(lián)鎖停機(jī)程序如圖1、圖2所示。

程序說明如下：任何一個(gè)聯(lián)鎖條件滿足，都將觸發(fā)變量M71.0，使Q2.2置位，常開點(diǎn)接通，聯(lián)鎖高壓變頻器停機(jī)。Q0.3復(fù)位，常閉點(diǎn)接通，Q1.3線圈得電，將聯(lián)鎖電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。變量M24及M26由WINCC調(diào)用，在畫面做聯(lián)鎖停機(jī)狀態(tài)指示及聲音報(bào)警。

要有不間斷的三相供電的380V電源，在外部突然停電時(shí)，電動(dòng)閥門不會(huì)失去動(dòng)力電源。因此采用EPS三相不間斷電源，考慮到當(dāng)外部停電時(shí)，有可能三臺(tái)出口電動(dòng)閥門同時(shí)動(dòng)作，每臺(tái)功率為4KW，所以選用EPS功率為15KW。同時(shí)考慮到鼓風(fēng)低壓配電室是雙電源供電，分段運(yùn)行，EPS因此采用雙電源輸入，自動(dòng)切換；三路輸出，分別到三臺(tái)出口煤氣電動(dòng)閥，作為主動(dòng)力電源。

對(duì)電動(dòng)閥門的控制回路進(jìn)行改造，使煤氣出口電動(dòng)閥門接收到PLC的聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)后，能夠立即自動(dòng)關(guān)閉，改動(dòng)后的電氣閥門控制原理圖如附圖3所示。同時(shí)考慮到電動(dòng)閥門控制回路電源為低壓交流220V，當(dāng)?shù)蛪号潆娛沂щ姇r(shí)，電動(dòng)閥門的正反轉(zhuǎn)接觸器線圈由于沒用控制電源，不能正常動(dòng)作，電動(dòng)閥門還是實(shí)現(xiàn)不了自動(dòng)關(guān)閉，所以改電動(dòng)閥門控制電源為UPS直接供電。

電氣原理說明如下：當(dāng)PLC聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)Q1.3常開點(diǎn)接通時(shí)，中間繼電器J2吸合；J2的常開點(diǎn)也同時(shí)接通，電動(dòng)閥門反轉(zhuǎn)接觸器FC吸合，電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。SQ1和SQ2分別為電動(dòng)閥門的開限位及關(guān)限位，分別在電動(dòng)閥門全開及全關(guān)的狀態(tài)下斷開相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)控制回路。

當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)處于備用狀態(tài)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)與電動(dòng)閥門的聯(lián)鎖應(yīng)當(dāng)解除；，當(dāng)備用鼓風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行時(shí)，再將將聯(lián)鎖投入。因此在WINCC系統(tǒng)軟件中，在畫面程序組態(tài)軟聯(lián)鎖切換開關(guān)，使鼓風(fēng)機(jī)操作員應(yīng)能夠方便快捷的對(duì)聯(lián)鎖進(jìn)行投入和解除。

4.技術(shù)特點(diǎn)

(1)整套技改技術(shù)依托現(xiàn)有的的電氣及儀表自動(dòng)化系統(tǒng)，改造工作量及財(cái)力投入都教少。

(2)電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)安全可靠，聯(lián)鎖操作簡(jiǎn)便快捷。

(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用范圍廣，對(duì)所有存在系統(tǒng)壓力的大型泵類風(fēng)機(jī)類設(shè)備都適用。

(4)采用新型的EPS技術(shù)，當(dāng)配電系統(tǒng)停電時(shí)仍能可靠的驅(qū)動(dòng)閥門自動(dòng)動(dòng)作。

5.結(jié)束語

保護(hù)系統(tǒng)在我廠應(yīng)用一年多來，工作性能一直穩(wěn)定可靠。這對(duì)于存在如焦化廠鼓風(fēng)機(jī)一樣情況的其它廠礦的大型機(jī)組保護(hù)也同樣具有借鑒意義。當(dāng)大型運(yùn)行機(jī)組出口存在系統(tǒng)壓力，由于機(jī)組意外停機(jī)、供油系統(tǒng)不能長(zhǎng)時(shí)間滿足機(jī)組潤(rùn)滑要求，出口閥門如得不到及時(shí)關(guān)閉這將造成機(jī)組反轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重機(jī)械損害。如增加聯(lián)鎖保護(hù)裝置，這樣既保護(hù)了機(jī)組，又避免了由于機(jī)組損壞對(duì)工藝生產(chǎn)所帶來的影響和損失。

[1]王永華主編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第二版)[M].北京:北京航空航天出版社,2008.

[2]西門子S7-300系統(tǒng)手冊(cè)[S].