圖1 100CT2流程
如圖1所示，100CT2是由高壓缸和凝汽缸兩部分組成并配有一對(duì)控制閥組，即高壓閥PV253(HP)和低壓閥PV132(LP) 。高壓蒸汽通過(guò)PV253進(jìn)入透平的高壓缸做功，驅(qū)動(dòng)合成氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，之后部分蒸汽被抽出補(bǔ)入合成氨裝置(3.6MPa)的中壓蒸汽管網(wǎng)，另一部分蒸汽經(jīng)PV132引入透平凝汽缸。
因此PV253與PV132閥的開(kāi)度和高壓蒸汽的耗氣量、透平的轉(zhuǎn)速、抽汽有著密切關(guān)系。同時(shí)由于PV253控制合成氨裝置高壓蒸汽管網(wǎng)的壓力，因此100CT2的穩(wěn)定運(yùn)行是合成氨裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。100CT2的調(diào)速系統(tǒng)采用美國(guó)伍德沃德505調(diào)速器，主要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組的啟動(dòng)控制和運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與抽汽壓力控制。
1、壓力回路儀表的作用
眾所周知，505E主要設(shè)計(jì)功能為機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及抽氣壓力的控制。在505E的作用下，本著速度控制優(yōu)先的原則，通過(guò)改變透平高壓蒸汽進(jìn)氣量與抽汽量的分配來(lái)滿(mǎn)足100C2壓縮機(jī)的進(jìn)氣量(即機(jī)組轉(zhuǎn)度)和高壓蒸汽管網(wǎng)壓力的各自控制要求。其中主要包括2個(gè)不同的控制模塊：
①透平轉(zhuǎn)速的控制模塊；
②高壓蒸汽回路控制模塊，在穩(wěn)定高壓蒸汽壓力恒定的情況下保證一定抽氣量，補(bǔ)充到中壓蒸汽管網(wǎng)。100CT2數(shù)字調(diào)速器505E的控制原理見(jiàn)圖 2。
圖2 100CT2系統(tǒng)505調(diào)速器的控制原理
如圖2所示，PT253為高壓蒸汽管網(wǎng)壓力檢測(cè)的壓力變送器；PT132為100C2入口合成氣壓力檢測(cè)的壓力變送器，2臺(tái)壓力變送器的輸出信號(hào)均送至 505E，作為輔助控制參數(shù)。抽汽PID模塊接受PT253來(lái)的4-20mA電流信號(hào)作為其控制參數(shù)，PID控制放大器將該輸入信號(hào)與給定值比較后生成一個(gè)輸出信號(hào)送至比率限制器。另一個(gè)轉(zhuǎn)速回路接受2個(gè)電磁式傳感器的透平轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)速PID控制放大器與轉(zhuǎn)速給定值比較后送到比率限制器。比率限制器接受來(lái)自轉(zhuǎn)速LSS和抽汽控制PID的輸入信號(hào)，基于透平的性能參數(shù)，比率邏輯通過(guò)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行比率化產(chǎn)生兩路輸出信號(hào)：一路用于控制高壓閥，一路用于控制低壓閥。因此，100CT2的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是動(dòng)力負(fù)荷與熱負(fù)荷，是既獨(dú)立又相互聯(lián)系的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在保證透平速度穩(wěn)定的同時(shí)又要高、中壓蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定。
綜上所述，壓力回路儀表在505E的控制系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。
2、PT253故障分析
505E數(shù)字調(diào)速器在多年使用中充分體現(xiàn)了安全可靠、操作靈活、簡(jiǎn)便、儀表維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。但在裝置運(yùn)行期間曾出現(xiàn)過(guò)505E的壓力回路變送器PT253導(dǎo)壓管、儀表膜盒泄漏等故障，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。PT253采用的是YR-ER102單晶硅壓力變送器，儀表量程為8．9-14．9MPa(g)。其信號(hào)先送入DCS系統(tǒng)顯示，位號(hào)為PI253，然后再進(jìn)505E。PT253測(cè)量回路見(jiàn)圖3，PT253組態(tài)回路圖見(jiàn)圖4。
圖3 PT253測(cè)量回路
圖4 PT253組態(tài)回路
某日，導(dǎo)壓管原焊縫砂眼泄漏蒸汽，根部截止閥填料也輕微泄漏。壓力變送器測(cè)量值偏小，PV253相應(yīng)開(kāi)度減小，抽氣量也相對(duì)減小，PV132也減小，直接影響高、中壓蒸汽管網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。
為保障裝置連續(xù)運(yùn)行，需對(duì)PT253壓力變送器在線(xiàn)維修，但505E沒(méi)有設(shè)置手動(dòng)輸出功能，壓力變送器的輸出信號(hào)既無(wú)法切換旁路，也不允許信號(hào)突變對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生大幅波動(dòng)。因此，決定在DCS側(cè)PT253回路并接可變電阻器，保持PT253回路電流相對(duì)穩(wěn)定。之后，逐漸由可變電阻接替壓力變送器信號(hào)值切除現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器，完成壓力變送器維修。此操作過(guò)程中信號(hào)變化較大，導(dǎo)致合成氨裝置的高壓、中壓管網(wǎng)產(chǎn)生較大波動(dòng)，透平的轉(zhuǎn)速波動(dòng)亦較大。故對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生非常大的影響。
3、在線(xiàn)維修PT253的改進(jìn)方法
在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)調(diào)節(jié)并入回路可變電阻的方法，無(wú)法做到無(wú)擾動(dòng)切換，對(duì)機(jī)組的控制波動(dòng)大，而且操作稍有不慎極易造成裝置停車(chē)，存在較大的安全操作風(fēng)險(xiǎn)。因此，結(jié)合505E壓力測(cè)量回路的特點(diǎn)，利用DCS的先進(jìn)功能，進(jìn)行了系統(tǒng)改進(jìn)，在DCS畫(huà)面中增加模擬手操器功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。圓滿(mǎn)解決了505E壓力測(cè)量回路變送器維修問(wèn)題。
①Foxboro DCS系統(tǒng)概況
錦天化合成氨裝置DCS采用的是美國(guó)Foxboro公司的DCS系統(tǒng)。系統(tǒng)有1臺(tái)工程師站、8臺(tái)操作員站、1臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)、5對(duì)冗余FCP270控制處理機(jī)、 8個(gè)DIN FBM卡件柜、2臺(tái)冗余交換機(jī)，控制處理機(jī)CP處理能力，基本處理周期最快為5ms；系統(tǒng)平臺(tái)為Windows系統(tǒng)，Windows平臺(tái)下的系統(tǒng)軟件擁有龐大的應(yīng)用軟件包，包括系統(tǒng)組態(tài)軟件、綜合控制組態(tài)軟件、系統(tǒng)監(jiān)視軟件、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、FOX-DRAW、應(yīng)用程序接口軟件等，方便進(jìn)行組態(tài)和管理。
②實(shí)施方案
在DCS的CRT畫(huà)面增加手操器HIC253，輸入范圍0-100%，對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)4-20mA。當(dāng)PT253出現(xiàn)故障準(zhǔn)備更換變送器時(shí)，無(wú)擾動(dòng)切換到HIC253控制。并逐漸調(diào)整HIC253到正常的高壓管網(wǎng)壓力時(shí)輸出，穩(wěn)定機(jī)組的控制及高壓、中壓管網(wǎng)的壓力。
PT253帶手操器的DCS方框見(jiàn)圖5，PT253帶手操器組態(tài)回路見(jiàn)圖6，CRT操作畫(huà)面見(jiàn)圖7。
圖5 PT253帶手操器的DCS方框
圖6 PT253帶手操器的組態(tài)回路
圖7 CRT操作畫(huà)面
③手操器應(yīng)用實(shí)例
某日，裝置高壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動(dòng)，壓力最低指示10.3MPa(g) ，但是PT253指示為正常的11.9MPa(g)，抽汽比正常多出了20t/h，達(dá)到90t/h。經(jīng)與高壓蒸汽管網(wǎng)其他壓力表對(duì)比后，確認(rèn)PT253變送器故障為指示不準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查PT253，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)壓管有裂紋高壓蒸汽泄漏，高溫蒸汽吹到壓力變送器，造成PI253指示偏高。505E根據(jù)錯(cuò)誤的PI253輸入信號(hào)，不斷開(kāi)大PV253，增加高壓蒸汽的吸入量，保持轉(zhuǎn)速恒定，同時(shí)PV132關(guān)小，抽汽量巨增，拉低了高壓蒸汽管網(wǎng)的壓力。
針對(duì)變送器出現(xiàn)的故障，操作人員及時(shí)通過(guò)軟按鈕HS253把505E的壓力變送器信號(hào)切到手操器HIC253手動(dòng)控制(HIC253實(shí)時(shí)跟蹤PT253的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換)，切除壓力變送器。同時(shí)參考高壓蒸汽管網(wǎng)壓力其他儀表的示值，手動(dòng)調(diào)節(jié)HIC253的輸出，恢復(fù)高壓管網(wǎng)的正常控制。儀表維修人員維修好壓力變送器后，通過(guò)按鈕HS253切換到PT-253，由壓力自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程的無(wú)擾動(dòng)切換，滿(mǎn)足了505E調(diào)速器壓力控制回路變送器的在線(xiàn)無(wú)擾動(dòng)維修。
對(duì)于大型機(jī)組來(lái)說(shuō)，其控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜工程，不論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都將影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至造成裝置的停車(chē)事故，給企業(yè)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在檢修與日常維護(hù)中應(yīng)重視在線(xiàn)儀表、安全柵、管線(xiàn)、電纜等基礎(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行情況，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
作者：楊俊輝，錦西天然氣化工有限責(zé)任公司
