集成一體化靜葉執(zhí)行器在主風(fēng)機(jī)組軸流機(jī)的應(yīng)用

王 星

（大慶石化建設(shè)有限公司，黑龍江大慶 163000）

1 軸流機(jī)靜葉系統(tǒng)存在的問題

催化裂化主風(fēng)機(jī)組是催化裂化核心設(shè)備之一，由煙氣輪機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、變速箱、電機(jī)組成，其中軸流風(fēng)機(jī)由西安陜鼓動力股份有限公司制造。軸流風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用動力油站液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括獨(dú)立的動力油站、蓄能器、電加熱器、伺服調(diào)節(jié)閥組件、油冷器和執(zhí)行油缸等部件。

軸流機(jī)是催化裂化裝置流化反應(yīng)的關(guān)鍵動力設(shè)備，每天需頻繁調(diào)節(jié)靜葉角度來控制生產(chǎn)需要的主風(fēng)流量。靜葉角度控制出現(xiàn)問題會造成生產(chǎn)波動甚至裝置停工等事件。原靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)比較繁雜，故障發(fā)生率較高，從生產(chǎn)裝置開工至今已經(jīng)使用了18 年，在長期的運(yùn)行中存在著伺服閥卡澀、動力油泄漏、靜葉角度漂移等問題。前兩年還曾經(jīng)出現(xiàn)過軸流風(fēng)機(jī)靜葉突發(fā)較大故障，靜葉開度竟由46°直接達(dá)到全開狀態(tài)，大量空氣進(jìn)入含油氣的再生器會給生產(chǎn)裝置帶來爆炸安全事故。近幾年來軸流機(jī)靜葉角度的故障頻頻出現(xiàn)，故障頻率明顯上升，經(jīng)常出現(xiàn)卡澀、角度漂移等現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來極大困擾。

為了處理靜葉問題，技術(shù)人員通過改型、升級各種部件來增強(qiáng)靜葉角度運(yùn)行的穩(wěn)定性，先后更換過油泵、伺服調(diào)節(jié)閥、回訊器、放大器，還專門安裝了靜葉保護(hù)模塊，但是沒有解決靜葉的安全運(yùn)行問題，不能實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)的長周期運(yùn)行。靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障嚴(yán)重影響到主風(fēng)機(jī)組的安全運(yùn)行，靜葉角度故障造成的主風(fēng)流量波動嚴(yán)重時會造成裝置停工或設(shè)備閃爆事故。

同時，原靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)還存在如下問題：需要油泵提供12 MPa 動力油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，要求油泵必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，耗費(fèi)電能較高；冬季低溫時對潤滑油溫度控制時需要使用電加熱器，耗費(fèi)電能；夏季潤滑油溫度升高需投用水冷器耗費(fèi)循環(huán)水費(fèi)用；密封點(diǎn)多，泄漏多，大部分無法在線處理，一些泄漏點(diǎn)只能觀察運(yùn)行，一旦泄漏擴(kuò)大就造成動力油壓降低，達(dá)到聯(lián)鎖動作值后機(jī)組將聯(lián)鎖動作停機(jī)；泄漏的潤滑油還會污染自然環(huán)境。由于原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需對各部件進(jìn)行維護(hù)，如每年更換濾芯、每月對蓄能器試壓、每周對水冷器查水、開機(jī)前聯(lián)鎖校驗(yàn)、對機(jī)封的維修、電機(jī)的維修、漏油點(diǎn)的處理等，不僅操作工作量較大，同時存在一定的風(fēng)險。

2 軸流機(jī)靜葉系統(tǒng)的技術(shù)改造

為保證機(jī)組的平穩(wěn)安全運(yùn)行，節(jié)能降耗，增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性，生產(chǎn)技術(shù)人員經(jīng)過多年的調(diào)研探索與實(shí)踐，采用集成一體化靜葉執(zhí)行器對軸流機(jī)靜葉系統(tǒng)進(jìn)行了改造，有效解決液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)缺陷。

2.1 改造內(nèi)容

采用集成一體化靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)代替原液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，取消油站、伺服閥、伺服馬達(dá)等部件，新增REXA 執(zhí)行器、控制箱。

執(zhí)行器是由控制箱、動力油缸與動力模塊等部件組成的機(jī)電液一體化自動化智能型設(shè)備?？刂葡浒惭b在易于維護(hù)人員操作的方位。每個動力油缸與軸流風(fēng)機(jī)靜葉連桿相連接，并固定在原伺服油缸的位置。在一側(cè)的動力油缸上安裝著動力模塊，兩個動力油缸通過不銹鋼管道與動力模塊相連接[1]。

在生產(chǎn)裝置開工前，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試，改造后的靜葉調(diào)節(jié)靈活、順暢，無卡澀、漂移等故障現(xiàn)象，現(xiàn)場設(shè)備集成式設(shè)備基本無需維護(hù)，取消了原系統(tǒng)的復(fù)雜部件及管路、定期換油、夏季冷卻、冬季加熱等，消除了泄漏點(diǎn)，節(jié)省水、電等能耗費(fèi)用和原各部件的維護(hù)費(fèi)用。該系統(tǒng)高效、低耗、環(huán)保、可靠，大大提升了機(jī)組及催化裂化裝置運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。

2.2 與同類技術(shù)的綜合比較

目前，國內(nèi)催化裂化軸流風(fēng)機(jī)靜葉的調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)與液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬上一代產(chǎn)品。目前，新建生產(chǎn)裝置中的軸流風(fēng)機(jī)優(yōu)先采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，國內(nèi)也有一些地區(qū)生產(chǎn)企業(yè)的重要軸流風(fēng)機(jī)采用集成式靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)代替液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

集成式靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)在國內(nèi)2011 年首次應(yīng)用，但目前國內(nèi)應(yīng)用還不是很多。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)首套集成靜葉執(zhí)行器運(yùn)行至今無維護(hù)，目前屬于該行業(yè)國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.3 該改造的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

集成一體化執(zhí)行器是機(jī)電液一體化的自動化程度比較高的智能型執(zhí)行器，執(zhí)行器接受DCS 或控制器發(fā)出的控制指令，執(zhí)行器內(nèi)部的智能控制系統(tǒng)將當(dāng)前位置的反饋信號與控制指令進(jìn)行比較，當(dāng)兩者偏差大于設(shè)定的死區(qū)時則輸出指令使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動風(fēng)機(jī)靜葉轉(zhuǎn)動起來；當(dāng)兩者偏差小于死區(qū)時，則輸出電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)指令、電機(jī)停止動作，使動力油缸自動保持位置，完成調(diào)節(jié)過程[2]。

當(dāng)油泵停止作業(yè)時，高壓油通過右側(cè)液壓鎖FMV1 與左側(cè)液壓鎖FMV2 封閉液壓缸兩側(cè)的進(jìn)油和排油，使執(zhí)行器處在保位狀態(tài)（圖1）。

當(dāng)執(zhí)行器接收到左移信號時，電機(jī)驅(qū)動油泵順時針旋轉(zhuǎn)，向?qū)?yīng)的系統(tǒng)側(cè)供油，在高壓油的作用下開啟FMV1 與FMV2，液壓缸左側(cè)通過FMV2 排油至油泵入口，高壓油通過FMV1 進(jìn)入液壓缸右側(cè)，驅(qū)動液壓缸活塞向左側(cè)運(yùn)動輸出位移，信號消失油泵停轉(zhuǎn)，該動作過程結(jié)束，執(zhí)行器在新的平衡位置下保位[3]，工作原理如圖1b）所示。

當(dāng)執(zhí)行器接收到右移信號時，電機(jī)驅(qū)動油泵逆時針旋轉(zhuǎn)，向?qū)?yīng)的系統(tǒng)側(cè)供油，在高壓油的作用下開啟FMV1 與FMV2，液壓缸右側(cè)通過FMV1 排油至油泵入口，高壓油通過FMV2 進(jìn)入液壓缸左側(cè)，驅(qū)動液壓缸活塞向右側(cè)移動輸出位移，信號消失油泵停轉(zhuǎn)，該動作過程結(jié)束，執(zhí)行器在新的平衡位置下保位（圖1）。

圖1 運(yùn)行原理

3 創(chuàng)新的科學(xué)價值

（1）該執(zhí)行機(jī)構(gòu)車間只需購買與軸流機(jī)靜葉油缸相連的執(zhí)行器集箱，然后再自行組織進(jìn)行油管路、儀表管路、電纜的鋪設(shè)，即可完成該設(shè)備的安裝，大大減少了過去動力油站需要打基礎(chǔ)、安裝機(jī)泵、油箱、冷卻器、蓄能器、加熱器、執(zhí)行模塊等一系列部件。

（2）集成一體化靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)，密封點(diǎn)數(shù)量大幅減少，消除了泄漏點(diǎn)造成的低標(biāo)準(zhǔn)，并且無需操作工根據(jù)環(huán)境溫度頻繁調(diào)節(jié)電加熱器和水冷器，明顯降低能耗、減少操作工日常維護(hù)量。

（3）取消原調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油站、油泵、蓄能器、水冷器、過濾器、伺服閥等部件，減少日常維護(hù)工作量及這些部件發(fā)生故障的概率。

（4）集成一體化靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)靜葉角度準(zhǔn)確、靈活，并且解決了原液壓系統(tǒng)的缺陷，對催化裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。

4 實(shí)施應(yīng)用及效益情況

集成一體化靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)在催化裂化裝置的軸流機(jī)應(yīng)用效果較好，可以滿足軸流風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)需求，有效的解決了傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的缺陷，采用電子產(chǎn)品代替機(jī)械部件也是技術(shù)發(fā)展的趨勢，電子器件無需維護(hù)、沒有磨損、智能化程度高、調(diào)節(jié)靈活，可以在多數(shù)軸流風(fēng)機(jī)上應(yīng)用。

集成一體化靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)有效解決了原獨(dú)立油站式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各項(xiàng)弊端，自2017 年安裝使用至今未出現(xiàn)過任何故障，新結(jié)構(gòu)簡單、密封點(diǎn)少、維護(hù)量少、能耗低等。

傳統(tǒng)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括油箱、電泵（一開一備）、蓄能器2臺、過濾器2 臺、水冷器1 臺、伺服馬達(dá)、電加熱器、各種儀表及管路。改造后上述設(shè)備全部停用，直接經(jīng)濟(jì)效益：

（1）電機(jī)：15×24×365=131 400×0.67=88 038 元。

（2）電加熱器：2×24×150×0.67=7200×0.67=4824 元。

（3）循環(huán)水：3×24×215=14 400×0.42=6048 元。

（4）每三年更換兩臺伺服閥，每臺伺服閥75 000 元，則平均每年50 000 元。

（5）靜葉故障需主風(fēng)機(jī)組停車處理，備機(jī)運(yùn)行，主備機(jī)切換檢修按7 d 計算，主風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時發(fā)電1400 kW·h，7 d 停運(yùn)發(fā)電減少1400×24×7×0.67=157 584 元。

（6）備機(jī)運(yùn)行耗電：700×24×7×0.67=78 792 元。

（7）備機(jī)運(yùn)行時處理量3000 t/d（主風(fēng)機(jī)運(yùn)行時4000 t/d），參渣比不變，若噸油利潤按860 元計算，則（4000-3000）×860×7=6 020 000 元。

因此，由傳統(tǒng)靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造成集成一體化靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)每年可節(jié)約6 405 286 元。

5 結(jié)論

（1）集成一體化靜葉執(zhí)行器采用機(jī)電液一體化的自動化程度比較高的智能型設(shè)計，集成一體化的形式取消了龐大而繁雜的液壓站系統(tǒng)，消除了設(shè)備與管道的泄漏點(diǎn)，降低綜合能耗。

（2）采用該執(zhí)行器后，液壓油在全封閉的環(huán)境內(nèi)流動，徹底解決了因液壓系統(tǒng)開式循環(huán)導(dǎo)致的油液污染問題，滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

（3）取消了伺服閥等液壓閥組，解決了伺服閥卡澀、漂移等問題。

（4）在不需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生動作時，其執(zhí)行器保持在原位不動，電機(jī)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，無需反復(fù)啟動電機(jī)設(shè)備，從而有效延長了電機(jī)設(shè)備的使用壽命，減少了設(shè)備采購費(fèi)用。

（5）免油站減少潤滑油的動、靜密封點(diǎn)，集成式靜葉執(zhí)行器幾乎沒有泄漏點(diǎn)，大大減少了現(xiàn)場低標(biāo)準(zhǔn)和對環(huán)境的影響。

（6）該執(zhí)行器采用集成型模塊化設(shè)計，執(zhí)行機(jī)構(gòu)重量相對較輕、體積比較小、組成結(jié)構(gòu)比較緊湊，方便操作人員進(jìn)行維修和維護(hù)。

總之，集成一體化靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)在催化裂化裝置的軸流機(jī)應(yīng)用效果較好，可以滿足軸流風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)需求，有效解決了傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的缺陷。采用電子產(chǎn)品代替機(jī)械部件也是技術(shù)發(fā)展的趨勢，電子器件無需維護(hù)、沒有磨損、智能化程度高、調(diào)節(jié)靈活，可以在多數(shù)軸流風(fēng)機(jī)上應(yīng)用，該技術(shù)可以大范圍推廣。