氫氣壓縮機電氣控制優化在氯堿生產中的應用

摘要：科技的進步，促進工業建設得到快速發展。氯堿工業中，氫氣壓縮機主要作用是對來自電解工序的高溫濕氫氣進行冷卻、凈化、加壓輸送并保持氫氣系統壓力穩定，保證電解槽安全、平穩運行。能否做到這一點，氫氣壓縮機穩定運行是關鍵。本文就氫氣壓縮機電氣控制優化在氯堿生產中的應用展開探討。

關鍵詞：氫氣壓縮機;控制原理;問題分析

引言

氯堿生產中，氫氣處理工序的主要任務是對來自于電解工序的高溫濕氫氣進行冷卻、凈化、加壓輸送，并保持氫氣系統壓力穩定，保證電解槽安全、平穩運行。能否做到這一點，氫氣壓縮機的選型是關鍵。

1現狀分析

焦作煤業（集團）開元化工有限責任公司是以生產離子膜燒堿和三氯氫硅為主的新型化工企業，所擁有的20萬噸/年離子膜法燒堿裝置于2011年8月建成投產，在整個燒堿生產過程中，氫氣壓縮機發揮著不可忽視的重要作用。開元化工氯氫處理工序共有3臺氫氣壓縮機，2開1備運行，此3臺氫氣壓縮機的電力驅動主要設備均為施耐德公司生產的ATS48C系列軟啟動器，控制方式為DCS遠程控制與現場操作柱就地操作2種控制方式組成。現場操作柱就地操作控制可實現設備的啟動與停止，DCS遠程控制只允許遠程停止，不允許遠程啟動設備，這是由工藝性質決定的。在實際使用過程中，原控制回路存在一定的缺陷，導致多次停車事故，繼而引發氯氫處理工序聯鎖停車事故，下面就原控制回路存在的問題及改進方案進行簡單的介紹。

2氫氣壓縮機整體描述

氫氣壓縮機采用D型對稱平衡性結構，兩列一級壓縮，氣缸均為雙作用，無油潤滑結構設計，無油潤滑操作運行。整機結構合理，布局緊湊，動力平衡性能優異，運轉平穩可靠，振動小、噪聲低。機組密封性能良好，易損件壽命長。驅動電機為隔爆型異步電機，電機軸通脹套聯軸器與壓縮機曲軸相連。機組備有完善的安全保護和聯鎖裝置，確保壓縮機的長周期安全運轉。當壓縮機處于危險工況時，能自動發出聲光報警及自動停機。機組設有進氣緩沖器、冷卻器及潤滑系統等輔助設備。

3氫氣壓縮機電氣控制原理

當主回路電源開關QF處于送電狀態時，控制電源L2和N得電后，軟啟動器ATS48C控制面板顯示正常狀態RDY時，說明軟啟動器處于正常啟動準備狀態。按下啟動按鈕SB2啟動時，控制回路中中間繼電器線圈KA1得電，通過中間繼電器KA1中一組自保持節點KA1閉合并自保，中間繼電器KA1長期得電，同時中間繼電器KA1另一組輔助觸點閉合，驅動主接觸器線圈KM得電，主接觸器KM主回路吸合，軟啟動器得電，同時通過主接觸器延時輔助觸點KM接通，軟啟動器開始啟動;當軟啟動電流下降至正常運行電流時，啟動旁路接觸器KM1，切至旁路運行，啟動結束。另外通過Ma+和Ma-將電流信號傳至DCS，通過主接觸器輔助觸點KM（線號：23、24）將電機的運行信號傳至DCS。在DCS控制系統中（工藝聯鎖條件之一），原DCS采集信號為主接觸器KM輔助觸點（線號：23、24）作為DCS判定氫氣壓縮機是否正常運行的依據。

4壓縮機性能描述

（1）性能保證。壓縮機軸功率偏差≤+3%;壓縮機排量無負偏差;機組噪聲按GB/T4980—2003標準測量≤85dB（聲壓級）。機身振動烈度符合GB/T7777—2003標準，壓縮機機械振動速度有效值≤4.5mm/s。（2）壽命保證。壓縮機在現場環境條件及規定操作條件下，整機使用壽命≥20a。

5存在的問題及改進方案

5.1氫壓機氣水分離器水串進后冷和水霧捕集器

正常運行時，氫氣后冷卻器冷凝液和水霧捕集器捕集下來的冷凝液通過管線排放到指定氫壓機，給氫壓機氣水分離器補水（氣水分離器水分消耗主要為氫氣壓縮輸送過程中氫氣帶走量），運行方式為將氫氣后冷卻器和水霧捕集器排冷凝液閥門打開，氫壓機氣水分離器加水旁通打開，將氣水分離器液位投自動（實際運行時冷凝液量大于氣水分離器耗水量），當氣水分離器液位達到高限時，自動排水閥門打開排水，液位達到低限時，自動排水閥門關閉。當氫氣冷凝液不能滿足氫壓機氣水分離器用水時，就需要將氫氣后冷卻器和水霧捕集器下冷凝液閥門關閉，加純水閥門打開，將氣水分離器加水旁通關閉，加水調節閥投自動，當氣水分離器液位達到低限時加水調節閥打開加水，當氣水分離器液位達到高限時，加水調節閥關閉。存在問題：由于經常性調節及改變補水方式，導致氫氣后冷卻器和水霧捕集器下冷凝液閥門內漏，當采用純水補水時，純水通過此閥門倒串回氫氣后冷卻器和水霧捕集器（純水壓力>0.4MPa，氫氣總管壓力70kPa），導致氫氣總管壓力波動，甚至產生液封，造成停車。解決方法：（1）給氫氣后冷卻器和水霧捕集器下冷凝液閥門增加雙閥控制。（2）崗位人員巡檢每小時檢查氫氣后冷卻器和水霧捕集器視鏡，杜絕冷凝液積聚。（3）DCS崗位人員密切注意氫氣總管壓力，如遇波動及時聯系現場排查，及時調整合成爐配比，避免過氯停車。

5.2針對主接觸器觸點的改造

2018年1月3日，氯氫處理工序1#氫氣壓縮機C-551A出現多次正常操作后不能啟動的現象。問題發生后對機組開關柜再次進行了詳細檢查，發現在最初的控制原理中，主接觸器輔助觸點KM為動合觸點，在主接觸器線圈得電后，主接觸器主觸點及輔助觸點吸合，如果主觸點的動作慢于輔助觸點，軟啟動器將會判斷電源缺相而不啟動，從而造成了氫氣壓縮機無法啟動現象。針對這一點，該公司將動合觸點更換成延時閉合觸點，使輔助觸點的動作稍慢于主觸點的動作，保證在主觸點完全吸合后輔助觸點再動作，從而避免了類似事故的發生。

5.3氫壓機本機回流自動調節閥氣源管脫落

事故原因：氫壓機C回流閥儀表氣源管接頭松動，導致氣源管噴開，回流閥全開，氫氣總管壓力低低報警，聯鎖停車。防范措施：（1）儀表維修人員加強對全廠氣源管的巡檢力度;將氫壓機氣源管全部改為PO管，氣源管與球閥連接方式改為快速接頭;將氫氣回流閥反饋桿加粗;對氫氣回流閥增加鎖位閥。（2）各分廠對具備檢查條件（如停車或單臺設備停運時）的氣動閥門及時聯系儀表人員對其進行檢查，并要求雙方確認。

5.4針對軟啟動保護回路觸點損壞的改進

2018年7月13日，氯氫處理工序3#氫氣壓縮機C-551C再次出現無明顯故障和無故障記錄的事故停機，導致燒堿一期連鎖停車，經查后發現保護回路中軟啟動器內部的R1A和R1C保護觸點損壞，斷開控制回路停車，聯鎖一期電解系統，從而引發系統聯鎖停車。經查找技術資料發現軟啟動器保護回路中R1A和R1C觸點容量較小、長期分合造成觸點損壞，斷開控制回路停車，且該觸點在軟啟動器里面，不易檢測。為優化軟啟動器的保護回路，做了以下調整：增加2臺保護器EOCR-3E420（該保護器經過該公司多年使用，性能可靠），這2臺保護器線圈、常閉點采用并聯的方式連接，從而增加了保護觸點的可靠性。通過加裝雙保護既解決了軟啟動保護回路中R1A和R1C觸點容量小的問題，同時也增加了保護觸點的可靠性，避免因軟啟動器保護回路故障引發聯鎖停車事故。

結語

氫氣壓縮機是氫氣處理崗位的重要設備，其穩定運行直接關系到系統的平穩，一旦氫氣壓縮機出現問題必將導致氯化氫合成過氯停車等嚴重事故，所以日常運行時一定要消除所有潛在隱患，保證氫氣壓縮機安全穩定運行。

參考文獻

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作者簡介：閆利利，女，1978年，漢，河南省焦作市，本科，助理工程師，從事電氣及化工儀表自動化專業