改汽轮机驱动后505调速器在空压机上的应用

第７期　王　飞．改汽轮机驱动后５０５调速器在空压机上的应用　９３３　改汽轮机驱动后５０５调速器在空压机上的应用　王　飞　（云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司，云南开远６６１６００）　摘要　以某原电机驱动空分５ＴＹ空气压缩机改为汽轮机驱动项目为背景，介绍Ｗｏｏｄｗａｒｄ　５０５电子调　速器在该压缩机汽轮机部分的应用，阐述该调速系统的原理和电液转换器、错油门、油动机的结构和工　作原理，以及调速系统的静态调试和动态试车方法。　关键词　汽轮机调速器　转速控制　静态调试　动态试车　中图分类号ＴＨ７０３．６１　文献标识码　Ｂ　文章编号　１０００－３９３２（２０１３）０７－０９３３－０５　５ＴＹ空气压缩机是云南解化化工分公司２　空　环冷却水换热凝结成冷凝液，经冷凝液泵加压进　分的配套装置，出口压力要求达到５４８ｋＰａ，出气　入射汽抽汽器换热后送至冷凝液管网。润滑油从　量３７　０００Ｎｍ　／ｈ。原设计为电机控制，多年来电　油箱经螺杆油泵加压至１．２ＭＰａ，一路经油压调节　机控制效果良好，操作也简单。２００６年以来，该　阀减压后进入油冷器，经两只并联过滤器去除杂　公司许多用电设备常受外供电负荷的影响而频繁　质后进入供油总管到机组各供油点，对轴承进行　启停，造成生产负荷经常波动，加上当时电价较　润滑，最后各润滑点的油分别回到回油总管进入　贵，使生产成本较高。为此，公司决定对５ＴＹ空　油箱；另一路（控制油）经油过滤器供汽轮机调节　气压缩机的驱动部分进行改造，由电机驱动改为　气阀组使用后回到回油总管。　汽轮机驱动。笔者以此为背景介绍了其调速系统　２改造后的调速系统　的原理以及电流转换器、错油门、油动机的结构和　此次改造方案确定选用型号为Ｎ４．０．３．０／０．　工作原理，并给出该调速系统的静态调试和动态　０１的汽轮机作为５ＴＹ空气压缩机组的驱动设备，　试车方法。　而调速系统则选用Ｗｏｏｄｗａｒｄ　５０５电子式调速系　１　５ＴＹ空气压缩机工艺流程　统。调速系统主要由电磁式转速传感器、Ｗｏｏｄ．　云南解化化工分公司２　空分配套的５ＴＹ空　ｗａｒｄ　５０５控制系统、电液转换器、油动机和调节气　气压缩机的工艺流程如图１所示。空气通过吸入　阀组成。该调速系统的调试与维护将直接影响　塔和Ｖ型过滤器除去机械杂质后，经进口导叶阀　５ＴＹ空气压缩机的安全运行，而５ＴＹ空气压缩机　进入离心式压缩机，一级压缩后进入一级中间冷　组的稳定运行则直接影响到公司合成氨二期系统　却器降温，再进人二级压缩和二级中间冷却器降　的稳定生产。　温后进人三、四级压缩和三、四级中间冷却器，然　２．１　改造后调速保安系统的工作原理　后进入五级压缩，使空气压力达到工艺要求的　调速保安系统是保证汽轮机安全运行、防止　５４８ｋＰａ、温度小于８４ｃＩ＝，最后经止逆阀和出口阀　意外事故发生的重要装置，其危急保安装置为油　ＨＶ５００２送人空气冷却塔进行冷却和洗涤。压力　压式。改造后汽轮机使用的调速保安系统工作原　３．０～３．２ＭＰａ、温度为３７０℃的过热中压蒸汽来自　理如图２所示。　蒸汽管网，经速关节流阀和调节气阀进入汽轮机　做功，做功后的乏汽进入蒸汽冷凝器与列管内循　收稿日期：２０１２．１１．１６　９３４　化工自动化及仪表　第４０卷　图１　５ＴＹ空气压缩机工艺流程简图　锄　…一　…Ｔ　Ｉ自ｌ　Ａ　［Ｌ　｝］　矗一　：　ｌ　厶　ｌ　，　．汽轮机　—广一－１ｌ　　Ｔ　已　ｌ装酋ｌ　『　ｋ【　．　Ｉ　ｆ　＿　．・斗曩　Ｋ　．　’　ｆ｛　９　　器幸　控制油至油箱　　－＿　●　液压组合装置　电磁阀　控制油　昌　是　回油　量　速关油　一占莲　鸶　脉冲油　信号　１　ｒ　一　ｐ，－　４￣２０ｍＡ　Ｉ　口■—　－＿　１０，　．１　ｌ　８　Ｔ　票　转一　Ｗｏ统５　Ｉ　ｌ！筮！竺鎏　：星　：重！：Ｉｌ　２４Ｖ（ＤＣ）　—．　ｎ　回油　‘ｌ汕　０　＋　出　凸　电液转换器　Ｅ　速关　）由　＞　一　’十　Ｉ　瞄　图２改造后调速系统工作原理　由油泵出来的控制油经危急保安装置后分为　压（即脉冲油压），去错油门下部推动阀芯，控制　两支，一支去速关阀，起快速切断作用；另一支则　进入油缸上腔和下腔压力油的量，推动其运动，并　经过滤器过滤后去电液转换器，转换形成二次油　通过一连杆系统实现对蒸汽气阀的调速控制；另　第７期　王　飞．改汽轮机驱动后５０５调速器在空压机上的应用　９３５　一路也分两支，一支去错油门作动力油；另一支去　起作用使其具有压力调节阀功能。电液转换器将电　子调速器的４—２０ｍＡ信号转换成液压信号并提供给　动力油缸，从而控制汽轮机的主蒸汽阀，进行汽轮机　电磁阀，起联锁停车作用。当上述任何一个保安　部件发生动作，就会立即切断控制油通路，同时接　通速关油的泄油通道，泄掉控制油。调节气阀活　的速度控制。该装置上使用的是Ｅ３６０型电液转换　塞在弹簧力作用下迅速关闭，使汽轮机停机。　器，其结构与工作原理如图４所示。　２．２调速控制　调速控制原理框图如图３所示。控制系统同　Ｉ（Ｄ磁Ｃ铁　）　ｆ输出油压　时接收两个电磁式转速传感器变送的汽轮机转速　／　’‘／／●■　／　一／／　信号，并将接收到的转速信号与转速设定值比较　酱２４Ｖ后输出执行信号（４—２０ｍＡ电流），再经电液转换　Ｉ回油　Ｉ输入油压　器转换成二次油压（１５０～４５０ｋＰａ）。二次油压的　电磁控制部分　液压部分　变化通过错油门、油动机改变调节气阀的行程。　通过它们能对运行中的汽轮机转速或负荷进行自　图４　Ｅ３６０型电液转换器工作原理示意图　动调节和控制。　Ｅ３６０型电液转换器是调速保安系统的重要　部件之一。电液转换器通过内部的电磁力矩装置　将标准４—２０ｍＡ调速信号转换成可变化的液压　信号（１５０～４５０ｋＰａ），即脉冲油，输出至操作气阀　总成，达到控制汽轮机转速（负荷）的目的。　１５０　４５０ｋＰａ脉冲油　２．４错油门和油动机　图３　调速控制框图　该机构由错油门、连接体、油缸和反馈系统组　２．３电液转换器　成。错油门的阀芯上端是转动盘和反馈弹簧。错　电液转换器的磁力驱动和液压部分的减压阀一　油门和油动机的结构与工作原理如图５所示。　　ｒ目　＼　．—　ｉ杆、　＼．　，一　＼　＼　秭　ｌ●　匿　Ｉ　１　：　／。　门～　：．ｈ一　—　孥：　　ｊ　【　／　门滑阀　１　Ｊ．Ｉ●　—啊Ｉ　Ｉ。　ｒ　ｌｕ一　ｎ　一／　髓　ｌ　、＼ｌ　，／　】＝＝　一　回油　图５错油门和油动机的结构与工作示意图　错油门阀芯随脉冲油的变化上下移动，控制　运动并调节汽门开度。同时，反馈导板等反馈组　进入油缸上腔和下腔压力油的量，使其推动活塞　件将活塞的运动传递给阀芯上的反馈弹簧，使阀　９３６　化工自动化及仪表　第４Ｏ卷　芯在增加了的反馈弹簧力作用下回到中间位置。　可以通过改变反馈导板的倾斜角来改变脉冲油与　活塞行程间的比例关系，即一定的脉冲油压输入　对应一定的活塞行程输出。　错油门阀芯的旋转与振动，压力油经内部通道　进入阀芯中心，从转动盘中的径向油孔喷出，使阀　芯旋转，旋转速度可通过螺钉１８调节喷油量来控　制。此外，为进一步提高油动机动作的灵敏度，避　免系统出现响应迟缓。螺钉１５可用来调振幅，因　为在错油门阀芯旋转的同时也使其产生振动。阀　芯下部有一小孔，每旋转一次，脉冲油与回油孔就　接通一次，使阀芯抖动，引起油动机输出微幅振动。　３调试　３．１　静态调试　３．１．１　输入电流信号对应脉冲油线性调试　安装完调速系统后，在试车之前必须对电液　转换器的输入和输出对应关系进行调试，即输入　电流信号与输出脉冲油之间的线性调试。启动油　泵，使控制油压稳定在要求的最小工作压力　８００ｋＰａ以上，使用标准信号发生器输入４ｍＡ电流　信号，通过调整电液转换器上的瓦旋钮，使输出　脉冲油压在１５０ｋＰａ左右；输入２０ｍＡ电流信号　时，通过调整电液转换器上的　．旋钮，使输出油　压在４５０ｋＰａ左右。在调整过程中，可能要经过多　次反复的零位和量程调整，才能使电流与油压间　建立线性的对应关系，如图６所示。　电流ｍＡ　图６调速电流与脉冲油压的对应关系　３．１．２　脉冲油压与油动机行程之间的线性调试　调整完电液转换器的输入输出对应关系后，　还必须对油动机的阀位行程调校。错油门顶部的　调节螺钉或改变反馈导板倾斜角可对油动机的零　位和行程进行调校，即在脉冲油压为１５０ｋＰａ时，　油动机开始动作，调节气阀开度为０；脉冲油压为　４５０ｋＰａ时油动机达最大行程８０ｍｍ，此时气阀全　开。可通过反复多次调整上述部件使气阀动作效　果与如图７所示的特性曲线的Ｃ～Ｄ段对应，这　样汽轮机运行时转速调节起来会更加平稳。　冲油压ｋＰａ　图７　脉冲油压与油动机行程间的对应关系　３．２动态试车　Ｗｏｏｄｗａｒｄ　５０５调速器有编程和运行两种操　作方式。编程方式针对汽轮机具体使用场合选择　调速器组态所需的各选项，一旦组态完毕通常就　不再使用编程方式，除非汽轮机的选项或运行条　件有所改变；运行方式则根据设定的程序实现汽　轮机从启动直至停机的操作。动态试车（包括正　常开车）转速可在５０５电子式调速器中通过程序　自动给定并控制。采用顺序自启动方式的试车过　程：启动一暖机转速（自动保持一定时间，需设定　暖机速率）一临界转速（根据汽轮机本身机械特　性要求自动快速通过的转速范围，最多可选择两　个临界转速避开带，需设定临界转速速率）一额　定工作转速一５０５超速跳闸转速一机械脱扣转速　一停车。　４改造前、后效果对比　５ＴＹ空气压缩机电机驱动时，主电机电耗　４　１００ｋＷ／ｈ、油泵电耗１５ｋＷ／ｈ，耗水５００ｔ／ｈ。改　汽轮机驱动后，油泵电耗１５ｋＷ／ｈ、冷凝液泵电耗　８．３ｋＷ／ｈ，耗水２　２２５ｔ／ｈ，中压蒸汽１９．８ｔ／ｈ，低压　蒸汽０．３６ｔ／ｈ。其成本对比见表１。　５ＴＹ空气压缩机改造后仅每小时消耗成本就　比电机驱动少５２．３６元，一年以运行３３０天计算，　每年可节约４１４　６９１．２０元，且不受供电公司限电　负荷影响。　５ＴＹ空气透平压缩机改为汽轮机驱动后，出　口空气量比电机驱动增加了２００Ｎｍ　／ｈ，使得２　空　分装置可多产氧气４０Ｎｍ　／ｈ，以每立方氧气成本　０．３０元计，每年创收增益９５　０４０元。　（下转第９５２页）　９５２　化工自动化及仪表　第４Ｏ卷　须连接好，以防仪表空气从不需要的地方漏掉。　３　结束语　延长线最长使用寿命由改造前的约３个月延长到　一年以上。由于前置器的使用环境改善了，因而　经过改造，现场实测温度一般不会超过　８０％，原来出现误指示偏高的现象消除了，探头和　其稳定性也比未改造前要高出很多，这为大型机　组的安稳长满优运行提供了支持。　（上接第９３６页）　表１成本对比　５结束语　工艺要求。实现了改造提出的“设计合理、技术　此次改造是在装置停车大检修时实施的，投　先进、投资经济”总体设计要求，对同类型装置的　改造工作具有一定的参考价值。　运后系统运行状况良好，各项控制功能完全满足　（上接第９４３页）　图５保护逻辑图　４　结束语　作而损坏的故障，在应用了接近开关作为检测　“液压／手动”状态后，其控制逻辑可完全避免此　类故障情况的发生，达到了保护开合螺母组件的　目的。　以往的逻辑中，在“手动／液动”切合手柄切　不到“液动”位，也可以执行液压调节操作，因此　导致开合螺母和丝杠没有完全分离就执行液压动