離心壓縮機調速技術改造

溫劍風

（柳州化工股份有限公司，廣西柳州545002）

1 調速器缺陷分析

某公司103J離心壓縮機的調速控制技術為20世紀70年代產品，調速器結構原理如圖1所示。該調速裝置自投運以來，調速器在運行中頻繁出現波動及故障，嚴重影響了合成氨長周期高負荷的生產。

圖1 103J離心壓縮機調速器原理示意

103J離心壓縮機調速器由于使用年限已久，機械部分大部分零部件嚴重老化，運行過程中出現很多問題，比如，調速器的連接部分經常發生斷裂、脫落，執行機構卡死、松動、膜片老化斷裂，轉換放大器容易受干擾波動等問題。同時，備品備件早已停產，難于購買。日常維護工作量及成本十分巨大，已不利于連續性要求較高的化工生產要求。

調速器無法在中心控制室實現全轉速0～100%調節，控制方式落后，并且調節精度低、質量差。操作工只能在現場通過操作蒸汽控制閥，對機組調整啟動、升速。當機組升速到額定轉速的75%以上時，把現場同步器調至最小時，才能在主控室進入升速操作。主控室的轉速可調范圍只在75%～100%，轉速偏差高達0.5%～2.0%。

針對103J機組存在的各種問題，該公司決定對103J機組現場調速裝置進行全新改造。

2 調速控制系統改造

首先將調速控制系統中的氣動執行器、油動缸、調速彈簧、轉速測量元件及轉換模塊等去除，采用新的油動缸、電液轉換器（DDV閥）、行程傳感器、兩組電磁閥、四組轉速測量探頭及現場轉速顯示表。改造后調速控制系統結構（現場部分）如圖2所示。

2.1 調速控制系統的組成

1）油動缸。其安裝在103-JBT透平機上，通過油動缸里面油路油壓的變化，帶動連桿機構、拖動錯油門動作，從而控制主汽門的開度，實現調整透平機轉速或負荷。

2）DDV閥。該裝置安裝在油動缸上，通過把來自伺服放大器的電流信號轉換成液動信號，即改變DDV閥油路油壓實現轉換調節。其要求油路系統干凈、油質較高，在油路系統的管道上增加1個過濾網。

3）伺服放大器。其安裝在主控室的機柜上，通過現場2組行程傳感器送來的閥位信號，以及安裝在調速器上的4個測速探頭的轉速信號，進行轉換、運算、放大處理，然后輸出直流-10～10 m A信號到電液轉換器，實現調速控制。

4）閥位反饋裝置。即行程傳感器，安裝在油動機閥桿上。當調速器運行時閥桿上的反饋裝置跟著做相應動作，閥位反饋信號的變化送至主控室伺服放大器進行處理，構成閉環控制回路。

圖2 改造后調速控制系統結構示意

5）電磁閥。安裝在機組的油動機上，共有2個電磁閥。當機組正常運行無跳車聯鎖信號時電磁閥帶電，當裝置運行或機組運行異常時，電磁閥失電。泄掉調速油壓，調速器調速閥關閉，切斷高壓蒸汽，機組停車。

6）測速裝置。安裝在機組齒輪箱引出端齒輪上，共有4支探頭，其中1支測速探頭測得的頻率信號送到機組旁邊的測速顯示儀，實現現場就地轉速顯示，其他3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室的PI卡上，在總控室透平壓縮機綜合控制系統（ITCC）上實現“三選一”顯示，機組的超速保護實現“三選二”顯示。

2.2 調速控制系統原理

由安裝在103J機組上的3支測速探頭測得的頻率信號送到主控室調速控制系統，由調速系統根據壓縮機轉數和負荷的要求對機組轉數進行計算后輸出直流4～20 m A調速信號到伺服放大器，經過伺服放大器運算、轉換、放大處理后輸出直流-10～10 m A信號到現場DDV閥上，DDV閥根據信號的變化對油路進行調節。調速信號直接作用在執行機構中的路通閥上，通過DDV閥控制輸入到動力油缸的油的流向達到控制自力油缸動作的目的。由動力油缸帶動控制閥臂控制進汽閥頭調節蒸汽進汽量，以達到汽輪機調節轉數的目的。油動缸動作的行程由反饋行程裝置檢測并將信號送到調速系統進行閉環控制。調速控制系統原理如圖3所示。

圖3 調速控制系統原理示意

3 技術改造效果

103J由機械式調速通過技術改造改為全電子調速取得了良好的效果。主要表現在以下幾方面：

1）經過調速器技術改造，調速操作實現ITCC系統閉環控制，可實現0～100%的全轉速可調，調速精度達0.5‰，大幅提高了機組的運行效率，為化工生產長周期、高負荷安全穩定運行提供了條件。

2）機組從啟動到額定轉速實現全自動升速，確保機組在過臨界轉速范圍3 000～7 500 r/min的安全運行。目前，在主控室現場各配備1名操作人員即可滿足要求，節約了人力資源。

3）ITCC系統內部集成的調速算法可實現調度與防喘振控制之間的解偶、負荷分配等復雜的控制功能，實現遠程控制主汽門開度，減少蒸汽消耗。減輕操作人員的勞動強度，保障人身安全。

4）通過實施生產負荷分配控制，實現合成氨生產負荷合理分配，解決了原來老設備浪費能源的問題。

5）調速系統具有安全性和靈活的人機界面，機組的啟動—調速—過臨界轉速—正常運行—停止運行，由ITCC系統實現安全順控。機組運行時轉速顯示在ITCC系統上實現“三選一”，選取其中的中間值為正常顯示值。當裝置運行或機組運行異常時，聯鎖保護系統在ITCC系統上實現“三選二”聯鎖保護，實現安全緊急停車控制。

4 結束語

調速器的技術改造在該公司的103J和105J機組得到成功運用。目前調速系統運行穩定可靠，各項技術指標均滿足要求，受到操作人員的好評。同時確保裝置內大型機組設備和生產高負荷、長周期安全穩定的運行，為公司創造了年經濟效益超過五百萬元。