超速保護系統在全密度裝置壓縮機控制中的應用

尹萬利

(中國石油大慶石化公司塑料廠)

超速保護系統在全密度裝置壓縮機控制中的應用

尹萬利

(中國石油大慶石化公司塑料廠)

介紹美國壓縮機控制公司的透平超速保護系統在全密度裝置核心壓縮機中的應用，詳細闡述超速保護系統的工作原理和應用。

透平超速保護系統 壓縮機 全密度裝置

循環氣壓縮機是全密度裝置的核心設備，在壓縮機電力故障后，因工藝設計要求必須用循環氣作為動力來驅動透平使壓縮機繼續運轉10min，完成反應器的終止劑注入過程，避免反應器超溫爆聚。在此過程中需要準確控制透平速度，防止超速導致壓縮機損壞甚至發生生產安全事故。全密度裝置中應用的是美國壓縮機控制公司的超速保護系統(Overspeed Prevention，OSP)，實現機械保護使透平安全運行。

1 系統構成

如圖1所示， OSP系統由測速系統、超速保護系統、中間繼電器、超速跳車電磁閥、透平驅動閥和超速跳車切斷閥組成。

圖1 OSP系統組成示意圖

2 系統功能

2.1 測速系統

如圖2所示，測速系統主要由速度齒輪和3個磁傳感器組成，用于測量透平的轉速。磁傳感器所測量的頻率信號取決于透平的轉速和速度齒輪的齒數，則透平平均旋轉速度N(r/min)的計算式為：

N=(FP)/T

式中F——測量頻率，r/s;

P——常數，P=60s/min；

T——齒輪齒數。

圖2 測速系統組成示意圖

2.2 超速保護系統

如圖3所示，超速保護系統由監視模件、3個獨立的速度模件、頻率輸入模件、數字輸入模件和繼電器板組成。

圖3 超速保護系統組成示意圖

監視模件主要用于超速保護系統的組態、參數設置、Modbus通信、監視速度模件的操作及發出超速跳車指令等，還可以利用系統自帶的LED顯示來查看系統故障報警信息。

3個獨立的速度模件不僅能獨自監視一個磁傳感器信號，并且能顯示當前速度或設定值。

頻率輸入，共有3個磁傳感器輸入，用于有源或無源磁傳感器MPU-1、MPU-2和MPU-3。電壓為12V(DC)的輸入端用于有源探頭。

1.3 統計學處理 采用SPSS17.0軟件進行數據分析，計量資料若服從正態分布以表示，采用Student′s t檢驗；反之，用中位數(25%～75%)表示采用非參數秩和檢驗。計數資料以百分率表達，采用卡方檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

數字輸入，3路數字輸入用于遠程啟動、遠程緊急停車和遠程復位。

繼電器板主要用于超速跳車輸出和報警輸出。

2.3 中間繼電器

中間繼電器控制透平跳車電磁閥，起中間隔離作用。

2.4 超速跳車電磁閥

超速保護系統設有兩個超速跳車電磁閥，正常情況下該電磁閥一直帶電，超速跳車時該電磁閥失電，關閉超速跳車切斷閥。

超速跳車切斷閥只有開和關兩個位置，正常生產時一直處于全開狀態，超速跳車時關閉。

3 超速保護系統工作原理

超速保護系統的工作原理如圖4所示，該系統通過解碼3個不同的磁傳感器的頻率信號測得透平的轉速，每個磁傳感器都位于透平主軸上的一個平衡齒輪附近，每次一個齒旋轉一圈的時間都作為一個頻率周期送至速度模件。3個速度模件分別對3個磁傳感器的信號進行運算并且與每個速度模件的設定點比較，通過監視模件的三取二表決系統發出控制指令，當3個中的兩個發出超速信號時，超速保護系統發出跳車指令，激活跳車繼電器，使跳車電磁閥失電，關閉跳車閥，使透平跳車。

圖4 超速保護系統工作原理

4 在全密度裝置的應用

如圖5所示，全密度裝置在發生三型“殺死”時邏輯輸出使透平驅動電磁閥失電切斷儀表風，控制透平驅動閥HV4003-9(FO事故開)在調試好的時間內全開，循環氣驅動透平并帶動壓縮機運行，使“殺死”劑隨循環氣進入反應器終止反應。

圖5 三型“殺死”時的邏輯

如圖5所示，如果在三型“殺死”啟動30s內速度沒有達到300r/min，超速保護系統會發出指令觸發超速跳車即故障安全跳車，關閉透平跳車閥OSV4003-16。如果在三型“殺死”啟動后透平轉速3個中有兩個超過了3 267r/min則會發生超速跳車，關閉透平跳車閥OSV4003-16，透平停止運行。

綜上所述，超速保護系統在透平控制中起到了關鍵的機械保護作用。

5 結束語

美國CCC公司的超速保護系統目前已成功應用于某全密度裝置的循環氣壓縮機透平控制中。應用該系統之后，避免了壓縮機電力故障跳車后透平驅動狀態下超速而引起的設備損壞和嚴重的安全生產事故。學習和熟練掌握超速保護系統的結構、各部件的作用、工作原理和跳車過程對生產、維護和故障處理會起到關鍵作用。

尹萬利(1964-)，技師，從事儀表維護班組管理工作，yinwl1@petrochina.com.cn。

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2016-03-10，

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