NPU300(600)制氮車臺上發電機啟動操作系統改造及效果評價

【摘 要】本文針對NPU300（600）制氮車臺上30TH-P洋馬發電機在使用中存在的問題，通過對洋馬發電機啟動操作系統工作原理的分析，并對洋馬發電機啟動操作系統進行了改造，從技術方面實現了制氮作業過程中兩地啟動、停止、監控發電機的目的，有效地解決了制氮作業中啟動、停止、巡檢發電機帶來的潛在的風險，既減輕了員工的勞動強度，又降低了高處作業帶來的安全風險。

【關鍵詞】NPU300（600）制氮車；30TH-P洋馬發電機；啟動操作系統；改造；效果評價

一、前言

我廠購置的2臺NPU300、1臺NPU600車載移動制氮設備（又稱制氮車），擔負著全廠104座集氣站站內設備檢維修及集氣干線、支線、單井管線試壓、吹掃、置換，確保集氣站檢維修和集氣干線、支線、單井管線施工安全保障的任務。在制氮作業過程中，臺上30TH-P洋馬發電機的主要作用是給PLC控制屏、冷凍干燥機、伴熱帶及夜間照明等供電。因此，要求發電機在制氮作業中保持運轉的連續性和穩定性，操作人員的巡回檢查和標準操作、安全操作就顯得尤為重要。

二、洋馬發電機的結構特點

制氮車臺上30TH-P洋馬發電機主要由洋馬柴油發動機和大洋發電機兩部分組成，發動機由兩大機構（包括:曲柄連桿機構、配氣機構）、八大系統（包括：進排氣系統、燃料系統、冷卻系統、潤滑系統、啟動系統、測量系統、點火系統、調速系統）組成。發電機部分包括定子、轉子、整流模塊、永磁勵磁機等組成。（發電機參數如表1所示）

表1：發電機主要參數如下表：

三、存在的問題和現狀

由于制氮車結構緊湊，空間有限，廠家僅考慮設備合理布局的安裝位置，電路走向，未考慮到實際操作中的安全風險，直接將30TH-P洋馬發電機及控制系統安裝到油箱上部空間位置，且處于制氮操作室背面。因此，在每次制氮作業前、后，操作人員都要爬上1.8米的車廂上部進行啟、停洋馬發電機，再繞到車輛的另一側進入操作室進行制氮設備操作；在制氮作業過程中，每間隔30分鐘，操作人員就要爬上爬下對發電機進行一次巡檢，不但繁瑣，增加了操作員工的勞動強度，也存在因員工注意力不集中或責任心不強、巡檢不到位而造成人身、設備等安全隱患。（見圖1、圖2所示）

圖1：改造前啟、停、巡檢發電機圖片

圖2：制氮設備監控室

四、技術改造方案的確定

（一）發電機預熱啟動開關的工作原理分析：（表2所示）

1、預熱過程：在冬季啟動發電機前，操作人員將預熱啟動開關旋轉到HEAT(預熱) 位，觸點B、R1接通，電源由蓄電池的正極經過熔斷器、預熱啟動開關給預熱塞供電對發電機進行預熱，同時、預熱指示燈通過預熱定時器的控制而點亮。預熱定時器根據水溫傳感器的電信號，自動控制電熱塞的通電時間，經過一段時間的預熱，預熱指示燈熄滅，預熱過程結束，以利于發動機冬季順利啟動。

2、自檢測過程：發電機啟動時，先將預熱啟動開關旋轉到ON(2)檢測、運行位，觸點B、ACC接通，電源由蓄電池的正極經過熔斷器——預熱啟動開關——發電機控制模塊——機油壓力感應塞、水溫感應塞、發電機充電回路進行自檢測過程，檢測發電機的充電、機油壓力、預熱和水溫的控制回路是否正常，檢測指示燈自動熄滅自檢測完畢；

3、啟動過程：操作人員將預熱啟動開關旋轉到ST(3)啟動位，觸點B、ACC、R2、C閉合接通，控制電源由蓄電池的正極經過熔斷器——預熱啟動開關——發電機控制模塊——起動機吸持線圈——蓄電池的負極。啟動主回路電源由蓄電池的正極經過熔斷器——拉入線圈——磁場和電樞線圈——蓄電池的負極。起動機小齒輪與發動機飛輪完全嚙合，帶動發電機旋轉，發電機進入啟動狀態，啟動著車后，松開預熱開關，預熱開關自動返回ON(2)運行位，檢測指示燈又作為故障指示燈用于顯示故障信息。

表2：預熱啟動開關觸頭通斷表：●表示觸頭接通

圖3預熱啟動開關

從洋馬發電機的電路圖中可知：在接線排上有四個（P、88H、AC、88S、）預留的發電機預熱啟動開關的并接端口和發電機交流220V輸出端口（TGU、TGO），完全可以實現發電機兩地啟動、停機功能和交流電壓、頻率監控功能。

（二）檢測指示燈的信號回路分析： 發電機的檢測指示燈的信號回路是由四部分組成：

1、冷卻液溫度檢測回路：冷卻液溫度感應塞—發電機控制模塊—CN8插頭—檢測指示燈；

2、機油壓力檢測回路：機油壓力感應塞—發電機控制模塊—CN8插頭—檢測指示燈；

3、預熱回路：預熱啟動開關—預熱計時器—CN8插頭—檢測指示燈；

4、充電回路：交流發電機—發電機控制模塊—CN8插頭——檢測指示燈。

由以上分析可知：四個回路的交互點在(共用)CN8插頭上，只要在CN8插頭處并接出六根導線接入相應的LED指示燈，即可實現兩地實時監控。

（三）優選材料。對2臺NPU300和1臺NPU600制氮設備的操作面板安裝預熱啟動開關和監控交流電壓表、頻率表、LED指示燈的位置進行了確定，力求在不影響制氮操作面板美觀和操作方便的前提下進行改裝，利用預留的備用開關位置安裝發電機預熱啟動開關，選用日本洋馬發電機原裝同型號的908SS-112預熱啟動開關（見圖3所示）。用于監控的交流電壓表、頻率表選用了我廠已確定淘汰的美國奧南發電機組的，既滿足了需要、又節約了成本。

（四）確定線路走向。分別對2臺NPU300和1臺NPU600制氮設備的洋馬發電機接線排與制氮設備操作面板的線路走向、敷設方法及線徑的選擇進行了現場的確定。由于發電機啟動電路是直流12V的低壓電路，原發電機組預熱啟動開關所用是3.5mm2的導線，為了降低兩地控制線路的電壓降，保證線路通過足夠的動作電壓和啟動電流，加裝線路的導線截面選用4mm2 BVR 500V（聚氯乙烯絕緣多股銅芯軟線）的導線；并選用型號為SYPAH-S，φ32mm的聚丙烯剖開式尼龍軟管作為導線的絕緣和耐磨的保護穿管，它具有耐油、耐堿、耐酸、機械強度高、阻燃、自熄性能好等優點。

（五）線路改造并進行試驗。各項材料到位后，在不影響正常制氮作業任務的前提下，先后對2臺NPU300和1臺NPU600制氮車臺上發電機啟動線路進行了改造。（電路圖見圖4、圖5）

（六）確定安裝位置。對制氮操作面板的實際位置情況進行了現場測量，制作一塊用于固定交流電壓表、頻率表的板面，在兩塊表的上方安裝四個用于檢測的LED指示燈，安裝在電氣控制箱外的上方，以滿足操作、監控、錄取數據等要求。（見圖6）

圖4 改造前的發電機控制電路

圖5 改造后的發電機控制電路

圖6發電機監控與制氮設備PLC操控面板在同一平臺上

五、改造后現場運行及效果評價

改進后，經過近一年的集氣站制氮作業現場進行檢驗改裝效果，操作員在制氮操作面板上，就能進行所有的操作和監控，不但減輕操作員工的勞動強度，也從技術方面有效地解決制氮作業中啟、停發電機，巡檢發電機而發生高處墜落帶來了潛在的風險。

表3：發電機啟動次數及運行時間表（2012.3-2013.4）

從減少勞動強度方面進行分析：

改造前：每半小時檢查（巡檢）1次，每次爬2遍，一般制氮作業為4小時，共計：A1=4×2×2=16遍；

改造后：每半小時檢查（巡檢）1次，每次爬1遍，一般制氮作業為4小時，共計：A2=4×2×1=8遍；

A1＞A2，以上數據說明，改造后減少了員工勞動強度50%。

從降低風險方面進行分析：

用安全風險評價—LEC定量評價法進行分析

計算公式：D=L×E×C

式中：D－風險值，危險性；

Ｌ－發生事故的可能性大??；

Ｅ－處于危險環境的頻繁程度；

Ｃ－事故產生的后果。

L、E、C的值分別按照下述表格確定。

改造前：D1=L×E×C=3×6×3=54

改造后：D2=L×E×C=1×3×3=9

D1＞D2，從以上數據來看，改造后安全風險值明顯降低，風險由一般風險降低為輕微風險級別，從而提高了員工操作安全性。

六、結論

NPU300（600）制氮車臺上發電機啟動操作系統改造后，既滿足了制氮作業過程中兩地啟、停發電機的要求，減輕了員工的勞動強度，同時又大大降低了高處作業帶來的安全風險。

【參考文獻】

[1]梁澤慶柴油發動機自動預熱器http://www.docin.com/p-356229032.html

[2]山東臨工營銷公司服務部發動機結構與原理 http://www.docin.com/p-390247512.html