風機聯鎖設計問題及風機運行問題探討

李曉娜

（黑龍江省大慶油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇車間，黑龍江 大慶 163411）

風機聯鎖設計問題及風機運行問題探討

李曉娜

（黑龍江省大慶油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇車間，黑龍江 大慶 163411）

本文主要針對制氫裝置轉化爐系統風機聯鎖設計問題以及風機在實際運行過程中存在的問題進行討論，根據裝置實際運行情況提出修改意見及建議，對化工裝置設計與實際應用相結合具有借鑒與指導意義。

鼓風機；引風機；聯鎖；緊急停工；負壓；風量

本文涉及的制氫裝置以天然氣為原料，采用蒸汽轉化、中溫變換和PSA氣體分離技術生產純氫氣。該裝置轉化爐系統鼓風機和引風機均采用離心式風機，懸臂支撐，風機的負荷調節采用永磁調速器，風機的控制由DCS 實現，機組不帶PLC。化工裝置聯鎖保護是為了保證裝置安全運行，本套制氫裝置對關鍵設備聯鎖保護、緊急停車系統以及重要的安全聯鎖保護設置了SIS（安全儀表）系統。

1 風機緊急停工聯鎖設計

1.1 緊急停工因果表（如表1）

因果表是工藝提供的邏輯聯鎖說明，聯鎖邏輯圖是儀表專業根據因果表進行的轉換（表1）。

表1 緊急停工因果表

因果表說明：（1）裝置某一緊急停工條件觸發，引風機、鼓風機聯鎖停機。（2）引風機負壓低低聯鎖，引風機停機，裝置緊急停工。（3）引風機負壓高高聯鎖，引風機停機，裝置緊急停工。（4）鼓風機流量低低聯鎖，鼓風機停機，裝置緊急停工。

1.2 風機聯鎖設計邏輯圖

圖1為SIS系統中風機聯鎖設計邏輯圖。

圖1 風機聯鎖設計邏輯圖

風機開機條件：風機電機軸承已潤滑，葉輪與機殼無摩擦，同時確認潤滑系統油脂均勻分散；所有螺栓螺絲已擰緊；風機內無異物；手動轉動葉輪，葉輪自由轉動；防護罩已安裝，且螺栓已擰緊；風機檢查門或觀察窗已閉合；機殼內無冷凝水，無異物掉落；風機轉向與銘牌標示相符。

根據風機聯鎖設計邏輯圖可知：滿足風機開機條件、主電機啟機條件，且風機無聯鎖停機信號的情況下可以啟機運行，風機啟動后通過DCS控制永磁調速機構，實現對風機轉速的調整即引風機負壓及鼓風量的調整，進而保證轉化爐負壓在控制指標內。

2 風機緊急停工聯鎖設計存在的問題

生產裝置的聯鎖系統必須保持完好，聯鎖除按程序批準摘除或臨時停運外，必須全部投用。

由上述緊急停工因果表與風機聯鎖設計邏輯圖得出結論：裝置正常運行過程中，引風機負壓低低、高高聯鎖及鼓風機流量低低聯鎖動作的結果是裝置聯鎖“緊急停工”；裝置發生停工聯鎖動作時，“緊急停工”信號鎖停風機，這在邏輯關系中即為因果關系互鎖，若按照上述邏輯關系進行風機緊急停工聯鎖組態，將導致風機無法啟機運行，即按照此種邏輯設計組態，那么在裝置實際運行過程中，要想啟動風機就必須先將引風機負壓低低、高高聯鎖及鼓風機流量聯鎖摘除，否則風機無法啟機。這不符合設備實際運行要求，更起不到對設備的保護作用。

3 修改后風機聯鎖邏輯圖

針對上述問題并結合裝置實際運行經驗，我們與設計人員進行溝通，提出了修改意見，并在實際運行中進行檢驗。

圖2 修改后風機聯鎖邏輯圖

圖2 中，我們將風機啟機條件中的SIS系統“緊急停工”信號修改為“風機手動緊急停機信號”，避免了風機啟機受“緊急停工”信號限制的缺陷 ，解除了風機聯鎖因果互鎖關系，實現了帶聯鎖啟機，滿足了實際生產需要。

4 風機在實際運行中存在的問題

4.1 永磁調速工作原理

本套制氫裝置風機負荷調節采用永磁調速器。永磁調速器一般有三個部分組成，一是和電機連接的導磁體；二是與負載連接的永磁鐵，這兩個轉動體之間有一定的空間間隙；三是一個調節器，通過調節器調節兩個轉體之間空間的間隙的大小，通過負載扭距的調節實現負載輸出速度的控制。永磁調速器是通過扭距來實現速度的控制，電機輸出到永磁調速器的扭距和永磁調速輸出的扭矩是相等的。這樣，我們可以根據負載實際運行過程中扭矩的大小來調整電機的輸出端。如負載要求扭矩小，電機輸出的扭矩小，相應輸出功率也小。永磁調速輸入速度和輸出速度是一樣的，永磁調速器倆個轉子之間的空氣間隙的存在，輸出的速度要比輸入速度小，這叫滑差。滑差的大小決定了傳遞的扭矩的大小也就達到了速度控制的目的。

4.2 問題描述

制氫裝置烘爐期間，引風機啟動后永磁調速系統在控制輸出為“零”的情況下負壓即可達-255Pa（負壓低低聯鎖值-400Pa，高高聯鎖值 -10Pa），此時立即啟鼓風機調整鼓風量，控制爐膛負壓達到控制指標要求的-50Pa左右，此時鼓風量為38000Nm3/h。在整個烘爐期間，直到最后爐溫達到600℃，引風機輸出最大也僅為5%，負壓可調整余地小。但是38000 Nm/h的空氣量相對于燃燒所需仍然偏大（烘爐期間燃料天然氣最高達到585 Nm3/h），轉化爐氧含量分析儀始終處于超量程狀態（AI05231控制值≤2%干基，高報4.5，低報1.0，量程0～10）。

表2 燃燒相關設計數據與實際數據統計表

由表2數據可以看出：（1）裝置開工初期空氣量過剩，但為了保證轉化爐負壓在控制指標范圍內，空氣量不能在降低，這樣就導致火嘴燃燒不好，且易熄滅（烘爐期間共發生21次火嘴熄滅情況）。（2）因為空氣量過剩，增點火嘴過程中，負壓波動較大（+70～-450 Pa），需要摘除負壓聯鎖保證裝置繼續運行，致使設備失去保護。（3）開工期間鼓風機長時間高負荷運行，能耗增加，造成浪費。

4.3 建議措施

裝置設計之初風機系統采用永磁調速，重點是考慮到盡管永磁調速投資較高，但可靠性比變頻調節高。風機設計數據更多考慮的是以及滿足正常生產需要為主，對于裝置開工初期條件并未考慮全面，導致風機在剛啟機運行功率較大，導致上述問題發生。

為此，裝置開工初期，為了保證轉化爐負壓控制指標，燒嘴點火前需將50臺燒嘴風門全部打開降低風壓，保證轉化爐順利點火。

針對此問題建議在裝置設計階段，全面考慮裝置正常運行、開停工運行以及長期低負荷狀態下運行等多種數據參數，并結合永磁調速原理，將引、鼓風機的永磁調速起動“0”點前移，最小輸出功率進一步降低，以便控制初始負壓，保證裝置開工初期的負壓調節余量， 最大限度的保證裝置安全平穩運行。

5 結語

聯鎖設計是保證化工裝置安全平穩運行的重要手段，但需要以滿足實際生產需要為前提。若能將理論設計與實際生產情況緊密結合，將更好的發揮安全保護作用。

裝置在設計階段不僅要滿足裝置正常生產需要，更要考慮裝置開停工期間或低負荷運行時參數優化設計，以便實現裝置節能降耗。

[1]制氫裝置設計文件（內部資料）.

TM621

A

1671-0711（2017）05（上）-0042-02