空分配套膨脹機轉速受干擾的處理

舒效偉 祁 星 潘梁偉 劉明威

（1.河南開元空分集團有限公司，河南 開封 475004；2.河南天方藥業有限公司，河南 駐馬店 463000）

出口阿爾及利亞的KDONAr-5000/1900/150 型空分設備由河南開元空分集團設計、制造，采用常溫分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、規整填料上塔和全精餾制氬流程。整套裝置包括：空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、增壓透平膨脹機系統、分餾塔系統、氧氣壓縮系統、氮氣壓縮系統、儀表控制系統、電氣控制系統等。空分裝置所需的大部分冷量由增壓透平膨脹機提供，使空氣冷卻到-183°C 時氧氣液化，-185°C 時氬氣液化，-195.8℃時氮氣液化，以此來分離三種產品氣，所以增壓透平膨脹機是保證整套設備穩定運行的心臟。空分設備自2014年6月投運，總體運行穩定，氧氣及氮氣的產量和純度均滿足合同要求。2014年7月，在調氬階段，空分設備配備的1臺膨脹機（共2臺）因轉速信號發生異常，連鎖引起膨脹機跳車，嚴重影響空分設備的正常運行。

1 膨脹機原理及監測轉速儀表特點

圖1 油軸承增壓透平膨脹機

增壓透平膨脹機主要由膨脹機通流部分、增壓機部分和機體三部分組成。膨脹機通流部分是獲得低溫的主要部件，包括蝸殼、噴嘴、膨脹輪和擴壓器；增壓部分是透平膨脹機功率消耗元件；機體起著傳遞、支撐和隔熱的作用［1］。由膨脹輪、增壓輪和主軸等旋轉零件組成的部件稱為轉子。膨脹輪和增壓輪懸掛在主軸兩端，為雙懸臂式轉子。透平膨脹機將來自上游的高壓氣體膨脹為低壓氣流，連續不斷地將動能轉化為機械能。高速氣流使葉輪旋轉，再通過由軸承支撐的轉軸將機械能傳遞給壓縮機制動消耗。工質在透平膨脹機的通流部分中膨脹獲得動能，并由工作輪輸出外功，從而降低了膨脹機出口工質的內能和溫度。

膨脹機生產廠家為成都深冷，智能轉速儀表型號XJP-48T105，規 格0～50000r/min，輸 出4～20mA，供 電220VAC；磁電傳感器型號SZMB-9-160，外徑M16×1，長度160mm，2脈沖/轉，帶10m電纜。

XJP-48T105 型智能轉速表用于膨脹機的轉速就地顯示，變送的4～20mA 信號送入DCS 系統進行遠程顯示。磁電傳感器的工作原理是當鐵芯端面近處有轉動的導磁齒輪時，磁路中的磁阻變化引起磁通量變化，在感應線圈內產生感應電動勢，輸出近似正弦波的電信號。

2 故障現象分析

圖2 膨脹機轉信號在DCS上的歷史趨勢

如圖2 所示，膨脹機的轉速呈現出無規律的急劇變化趨勢，而且這種異常峰值的出現只有在DCS 系統的歷史趨勢上能查到，機旁柜的轉速表上采樣周期慢，顯示不出這種異常現象。

結合膨脹機轉速歷史趨勢的判斷，分析最大可能原因是信號源受到了外部信號的干擾。

3 故障處理

采取排除法，首先需排除是否由轉速探頭引發的問題，分別對轉速儀表進行了調校，更換了轉速探頭，重新安裝確定轉速探頭安裝的間隙距離為1.5 絲，改變了探頭到機旁柜轉速表屏蔽電纜的走向，膨脹機開啟，轉速顯示依舊有急劇變化趨勢，轉速探頭排除；其次需排除是否由轉速儀表到DCS 機柜卡件的電纜引發的問題，重新就近拉了一條新屏蔽電纜（不走橋架），因為懷疑橋架某個地方有干擾，處理完開啟膨脹機，轉速顯示依舊有急劇變化趨勢，屏蔽電纜排除；再者需排除是否是DCS卡件的問題，在另外一個新卡件上接入轉速信號，在DCS 組態上建立新點，轉速顯示依舊有急劇變化趨勢，DCS卡件排除。

通過以上三個方案的處理，膨脹機轉速指示顯示和以前一樣，有急劇的變化趨勢，這說明導致轉速異常的干擾信號來自于現場干擾源，膨脹機附近有許多大電流、大功率設備，如分子篩純化系統電加熱器、低壓泵機組等，這些都是膨脹機轉速信號的主要干擾源；考慮到這些情況，檢查現場電氣接地情況，把智能轉速表裝到中控室，延長轉速探頭的延長電纜。經過這兩方面的處理，膨脹機轉速指示恢復正常，證明確實是現場大電流、大功率設備干擾了智能轉速表。

4 結語

目前，阿爾及利亞現場空分設備配套的膨脹機運行正常，解除了空分設備可能隨時面臨停車的危險，保證了鋼廠的用氧量，確保了鋼廠的經濟效益。

［1］湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2001.