WOODWARD ProTech GⅡ超速保護器在裂解氣壓縮機中的應用

東立明 杜 勇 張衛峰

(1.中國石油蘭州石化公司電儀事業部,蘭州 730060；2.蘭州工業學院,蘭州 730050)

某石化廠裂解裝置GB-201機組為裂解氣壓縮機，是乙烯裝置中的關鍵機組，其運行可靠性直接關系到乙烯裝置的產品質量。在裂解氣壓縮機超速保護聯鎖方面，原系統采用的是JAQUET FT2000超速保護系統，該超速保護聯鎖包含儀表自身故障和速度二選一，存在聯鎖誤動(儀表故障)和拒動(探頭故障)的風險，且JAQUET FT2000不具備轉速顯示和信號遠傳功能，儀表維護操作人員無法監測轉速的測量情況。

隨著控制系統技術的不斷發展，運行穩定和聯鎖動作可靠的WOODWARD ProTech GII超速保護器應運而生，其具備獨立模塊三取二功能和轉速顯示、信號遠傳功能，通過不同組合可以靈活運用各種類型的測速探頭，在實際使用中有較好的經濟效益和技術優勢。基于WOODWARD ProTech GII超速保護器的優點，筆者將其應用在裂解氣壓縮機的控制中，以彌補原超速保護系統的不足。

WOODWARD ProTech GII是一個超速保護設備，設計用于在檢測到超速或超加速度事件后安全地關斷蒸汽透平、燃氣透平及水輪機等設備。可通過有源或無源探頭(磁阻式傳感器)精確地監測透平轉子的速度和加速度并觸發一個停機指令到透平關斷閥或相應的關斷系統。

WOODWARD Protech GII超速保護器系統模塊邏輯功能如圖1所示。WOODWARD ProTech GII超速保護器由3個獨立的A、B、C速度監測模塊組成，輸出部分采用三取二表決邏輯的雙冗余跳閘繼電器輸出。3個獨立的速度監測模塊可接收高壓電源輸入(90～240V(AC))或低壓電源輸入(18～32V(DC))。同時獨立的報警繼電器、4～20mA轉速輸出和Modbus通信使該超速保護器很容易整合到任何透平系統中。WOODWARD ProTech GII超速保護器的日志功能可以記錄所有跳閘、報警、關斷閥響應次數和超速事件。跳閘日志功能使用一個滾動緩存能夠記錄最后50次的跳閘或報警事件、最后20次的超速事件和這些事件發生的時間。

2 雙電源冗余供電配置

供電模塊采用雙電源冗余供電配置(圖2)，將電氣提供的UPS供電和市電供電分別接入對應的24V(DC)穩壓源，再將輸出并接于3個模塊的3個獨立2A空開，以實現雙電源冗余供電[1]，如遇一段電氣供電丟失、一塊穩壓源故障或一個空開跳閘等故障時，可確保WOODWARD Protech GII超速保護器系統供電的可靠性和運行的穩定性，不造成機組聯鎖停車。WOODWARD Protech GII超速保護器系統供電配置須符合HG/T 20513-2000《儀表系統接地設計規定》和HG/T 20509-2000《儀表供電設計規定》的要求。

圖1 WOODWARD Protech GII超速保護器系統模塊邏輯功能

圖2 WOODWARD Protech GII超速保護器系統供電配置

3 速度信號分析

3.1 輸入信號類型

無源、有源探頭均適用于輸入通道(選擇可通過前面板組態實現)。無源探頭：WOODWARD ProTech GII超速保護器不提供探頭工作電源。有源探頭：WOODWARD ProTech GII超速保護器提供24V(DC)探頭工作電源。

輸入信號規格見表1、2。

表1 無源輸入信號規格

本次改造選擇有源輸入模式。

3.2 轉速傳感器與接線方式

WOODWARD ProTech GII超速保護器適用于3種轉速傳感器：被動式磁感應單元、主動式接近傳感器和渦流探頭。

本次改造選擇的是渦流探頭。渦流探頭基于法拉第電磁感應原理[2]。渦流探頭前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變磁場。當被測金屬靠近此交變磁場時，在金屬表面將產生感應電渦流，與此同時該電渦流場產生一個方向與頭部線圈磁場方向相反的交變磁場，兩磁場間的反作用將使頭部線圈高頻電流的幅度和相位發生改變(即線圈的有效阻抗)。此變化與被測金屬的磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數有關。

表2 有源輸入信號規格

WOODWARD ProTech GII超速保護器的前面盤組態為有源方式，測量參數為頻率。WOODWARD Protech GII超速保護器渦流探頭的接線方式如圖3所示。

圖3 WOODWARD Protech GII超速保護器渦流探頭接線示意圖

4 聯鎖邏輯分析

原WOODWARD Protech GII超速保護器速度探頭單點聯鎖邏輯設置不合理。當儀表故障、儀表輸入信號線未接好或電源出現故障而不能正常向WOODWARD Protech GII供電時，易造成系統聯鎖動作。因此聯鎖邏輯不能真實反映現場大型機組的實際運行狀態。筆者將速度探頭單點聯鎖邏輯改為A、B、C三選二聯鎖邏輯，避免了儀表系統聯鎖誤動作。

5 結束語

WOODWARD Protech GII超速保護器通過電

源模塊實現了雙電源冗余供電配置及速度信號聯鎖邏輯合理設置等改造。在中國石油蘭州石化某大型裂解氣壓縮機機組中的實際應用結果表明：改造后的機組運行穩定，聯鎖動作可靠，杜絕了儀表誤動作故障?？蔀轭愃葡到y的儀表安全維護提供借鑒。

[1] 李楨.自動化儀表系統供電方案的改進[J].石油化工自動化,2008,44(6):72～74.

[2] 牛薇.基于電渦流原理的轉速傳感器的設計[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2014.