關(guān)鍵詞 透平轉(zhuǎn)速 控制比例/限制器 蒸汽圖 抽汽控制 斜面控制
1 引言
天津石化公司烯烴部乙烯裝置是由日本東洋公司總承包建設(shè)的14萬(wàn)噸/年乙烯裝置，于1995年投料開車并于2001年進(jìn)行了擴(kuò)能改造，目前的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為20萬(wàn)噸/年。它的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備三大壓縮機(jī)組即裂解氣壓縮機(jī)、丙烯制冷壓縮機(jī)、乙烯制冷壓縮機(jī)均是由蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的。透平轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用的是美國(guó)伍德沃德(WOODWARD）公司的505（E）電子調(diào)速器。
2 WOODWARD電子調(diào)速器簡(jiǎn)介
WOODWARD505/505E電子調(diào)速器是以微處理器為基礎(chǔ)的控制器，可以控制各種型號(hào)的蒸汽透平。其中，505E調(diào)速器可控制單抽蒸汽透平及補(bǔ)汽透平，比505調(diào)速器多出抽汽控制功能。二者都可以在現(xiàn)場(chǎng)通過內(nèi)嵌的菜單式軟件組態(tài)，既可以作為獨(dú)立控制器使用也可以與DCS等控制系統(tǒng)相結(jié)合使用。
2.1伍德沃德505E電子調(diào)速器硬件介紹
天津乙烯的505E調(diào)速器系列號(hào)為：8238—009，機(jī)箱內(nèi)有電源卡、CPU卡、帶輸入/輸出端子的I/O卡、繼電器輸出卡。在505E的盤面上有一個(gè)帶26個(gè)雙功能鍵的操作鍵盤和一個(gè)用來(lái)顯示操作狀態(tài)和信息的液晶顯示屏。505E電子調(diào)速器上主要的輸入/輸出信號(hào)如下：
（1）兩個(gè)轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)。接收轉(zhuǎn)速測(cè)量探頭輸入的頻率信號(hào)，信號(hào)范圍：500Hz～12．050kHz。
（2）4個(gè)4～20mA輸入信號(hào)：抽汽壓力信號(hào)(用于輸入透平抽汽/進(jìn)汽壓力測(cè)量信號(hào)）、千瓦輸入信號(hào)、串級(jí)輸入信號(hào)和遠(yuǎn)程輸入信號(hào)(用于控制轉(zhuǎn)速參考值）。
（3）6個(gè)電流輸出信號(hào)。有兩個(gè)輸出信號(hào)用于控制透平的高壓缸閥門（HP閥）和低壓缸閥門（LP閥）；其余4個(gè)電流輸出信號(hào)可由用戶根據(jù)需要在505E編程時(shí)選擇其它輸出功能：如轉(zhuǎn)速測(cè)量值、轉(zhuǎn)速參考值、抽汽壓力輸入值/參考值、高/低壓閥斜面位置等。
（4）16個(gè)狀態(tài)輸入信號(hào)。其中有6個(gè)是保留的干觸點(diǎn)輸入信號(hào)，分別為：外部緊急停車信號(hào)；報(bào)警清除信號(hào)；發(fā)電機(jī)斷路器/主斷路器輔助觸點(diǎn)信號(hào)；增加/降低轉(zhuǎn)速參考值等。其它10個(gè)是由用戶編程定義的干觸點(diǎn)輸入信號(hào)，可由用戶根據(jù)需要從以下15個(gè)信號(hào)中選擇：外部停車信號(hào)、外部啟動(dòng)信號(hào)、打開/關(guān)閉HP閥信號(hào)、打開/關(guān)閉LP閥信號(hào)、增加/降低抽汽壓力參考值、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置故障超馳、超速實(shí)驗(yàn)信號(hào)、空載/額定切換信號(hào)、投用串級(jí)控制、投用遠(yuǎn)程控制、增加/降低串級(jí)信號(hào)參考值等。
（5）8個(gè)繼電器輸出信號(hào)。第1～3個(gè)分別用于調(diào)速器報(bào)警信號(hào)輸出、電氣超速跳閘信號(hào)、調(diào)速器停車信號(hào)輸出；其余5個(gè)繼電器輸出信號(hào)可由用戶根據(jù)具體需要在編程時(shí)選擇其功能輸出：如透平轉(zhuǎn)速已達(dá)到最大控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速開關(guān)、遠(yuǎn)程過程控制、抽汽壓力信號(hào)故障、HP/LP閥斜面開關(guān)及用戶設(shè)定的與系統(tǒng)操作有關(guān)的手動(dòng)設(shè)定值等。
2.2伍德沃德505E電子調(diào)速器控制軟件介紹
以微處理器為基礎(chǔ)的505E電子調(diào)速器在控制系統(tǒng)軟件組態(tài)上具有很大的靈活性。用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況靈活地選擇合適的控制功能模塊組成各種控制系統(tǒng)來(lái)滿足不同的控制要求。505E電子調(diào)速器提供的控制功能程序模塊共有17個(gè)，在這17個(gè)程序模塊中，前6個(gè)程序模塊必須進(jìn)行組態(tài)編程；其余的11個(gè)程序模塊根據(jù)具體的應(yīng)用確定必須選用或不能選用。這17個(gè)程序模塊和它們的基本功能介紹如下。
必須選擇的模塊：透平啟動(dòng)模塊(選擇透平啟動(dòng)方式）；轉(zhuǎn)速控制模塊(選擇與轉(zhuǎn)速控制有關(guān)的信息）；轉(zhuǎn)速參考模塊(選擇與轉(zhuǎn)速參考設(shè)定點(diǎn)和超速跳閘點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)）；抽汽控制模塊(設(shè)置抽汽蒸汽圖數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)速控制優(yōu)先還是抽汽控制優(yōu)先等）；觸點(diǎn)輸入模塊和停車邏輯模塊。
根據(jù)需要可選或不能選的程序模塊：閥斜面控制模塊、Droop模塊(設(shè)置不等率）、臨界轉(zhuǎn)速模塊、空載/額定轉(zhuǎn)速控制模塊、單位模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、串級(jí)控制模塊、繼電器輸出模塊、手閥繼電器輸出模塊(用執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出值來(lái)控制繼電器輸出）、模擬讀出模塊、RS-232通訊模塊。
505E調(diào)速器的控制系統(tǒng)一旦選定后，除非透平的控制方案需要改變，否則用戶不需要再使用編程方式，而選擇運(yùn)行方式去操作透平，啟動(dòng)和停止機(jī)組。
3伍德沃德505E電子調(diào)速器在天津乙烯裝置中的應(yīng)用
天津乙烯的裂解氣壓縮機(jī)GB201和丙烯制冷壓縮機(jī)GB501的驅(qū)動(dòng)透平是抽汽凝汽式透平.
抽汽式蒸汽透平具有一個(gè)高壓缸和一個(gè)低壓缸，各由一閥門控制。驅(qū)動(dòng)主蒸汽通過高壓缸閥門（HP閥）進(jìn)入透平內(nèi)。在高壓缸的下游端可以向外抽取蒸氣，并通過減小低壓缸閥門（LP閥）的開度加大抽汽量。也可以讓蒸汽進(jìn)入LP級(jí)，由LP閥門控制蒸汽進(jìn)入,即LP閥打開，讓大部分蒸汽進(jìn)入LP級(jí)，而少量的蒸汽被抽出。蒸汽從HP閥進(jìn)入高壓缸后，部分蒸汽被抽出，其余蒸汽通過LP閥到低壓缸，經(jīng)過低壓缸從尾部排出后進(jìn)入凝汽器變成凝結(jié)水，從而完成一個(gè)完整的做功過程。
在這里，我們使用安裝在中央控制室的WOODWARD505E調(diào)速器來(lái)控制這兩臺(tái)透平的轉(zhuǎn)速,操作人員可以隨時(shí)從調(diào)速器液晶屏幕上查看轉(zhuǎn)速、抽汽及HP、LP閥等關(guān)鍵數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)操作，還可在DCS上或通過現(xiàn)場(chǎng)盤按鈕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，控制透平的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。下面我們以裂解氣壓縮機(jī)透平GBT201和丙烯制冷壓縮機(jī)透平GBT501為例介紹505E調(diào)速器的使用情況。
3.1裂解氣壓縮機(jī)透平的轉(zhuǎn)速控制
裂解氣壓縮機(jī)透平GBT201是由產(chǎn)自裂解爐的11MPa超高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)的，中間抽出3.4MPa高壓蒸汽的抽汽凝汽式蒸汽透平。505E調(diào)速器根據(jù)測(cè)量到的透平轉(zhuǎn)速信號(hào)和進(jìn)汽壓力信號(hào)，按照轉(zhuǎn)速控制優(yōu)先的原則調(diào)節(jié)透平轉(zhuǎn)速滿足壓縮機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的需要。
我們知道裂解氣透平的轉(zhuǎn)速控制主要由505E中的轉(zhuǎn)速控制、抽汽控制、轉(zhuǎn)速參考、比例/限制器、遠(yuǎn)程控制、閥斜面控制等控制模塊組成的控制系統(tǒng)來(lái)控制。
這些模塊將根據(jù)我們所作的控制組態(tài)來(lái)完成透平轉(zhuǎn)速的控制。
3.1.1控制組態(tài)
在GBT201透平的轉(zhuǎn)速控制程序中，我們選擇的控制組態(tài)為：
（1）TURBINESTART（透平啟動(dòng)）：
選擇自動(dòng)方式。打開T&T截止閥后，按調(diào)速器鍵盤上的RUN鍵，LP閥全開，HP閥將按慢慢打開，直到調(diào)速器開始控制透平轉(zhuǎn)速。
（2）SPEEDCONTROL（轉(zhuǎn)速控制）：
選擇兩個(gè)MPU，轉(zhuǎn)速齒輪齒數(shù)為60，MPU齒比1：1，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(HP和LP閥）接收信號(hào)為4～20mA。
（3）SPEEDREFERENCE（轉(zhuǎn)速參考）：
設(shè)定最大轉(zhuǎn)速參考6961rpm，超速跳車轉(zhuǎn)速6545rpm，最大控制轉(zhuǎn)速6248rpm,最小轉(zhuǎn)速參考5057rpm，速度慢變率（正常調(diào)節(jié)時(shí)的速率）4rpm/sec，速度快變率（臨界區(qū)使用的速率）10rpm/sec。
（4）EXTRbbbbbbCONTROL（抽汽控制）：
設(shè)定抽汽輸入取反，給出抽汽數(shù)據(jù)（用相同的量化單位設(shè)定蒸汽圖范圍），選擇轉(zhuǎn)速控制優(yōu)先，設(shè)定最小抽汽輸入為0(4mA），最大抽汽輸入為18000(20mA）。
（5）CONTACTbbbbbS（觸點(diǎn)輸入）：
選擇“外部運(yùn)行”為4＃觸點(diǎn)、“額定/空載”為1＃觸點(diǎn)、“啟用遠(yuǎn)程控制”為2＃觸點(diǎn)等輸入信號(hào)。
（6）SHUTDOWNLOGIC（停車邏緝）：
選擇HP和LP執(zhí)行器過流、欠流及抽汽信號(hào)丟失等停車邏緝，即當(dāng)出現(xiàn)其中任一種情況時(shí)調(diào)速器都將發(fā)出停車信號(hào)。
（7）VALVERAMPCONTROL(閥門斜面控制）：
設(shè)置HP和LP閥門斜面變化率分別為0.5%/sec和1%/sec。
（8）CRITICALSPEEDS（臨界轉(zhuǎn)速）：
設(shè)置兩段臨界轉(zhuǎn)速，分別為1680～2900rpm和3100～5000rpm。
（9）IDLE/RATED（空載/額定）：
設(shè)置空載轉(zhuǎn)速1000rpm，額定轉(zhuǎn)速5057rpm。當(dāng)外部的IDLE/RATED開關(guān)閉合后，轉(zhuǎn)速將按2rpm/s的速率從1000rpm上升到5057rpm。
（10）UNITS（單位）：
改變壓力單位為KPA。
（11）REMOTEPROCESS（遠(yuǎn)程控制）：
設(shè)置4MA和20MA輸入時(shí)的參考轉(zhuǎn)速及參考轉(zhuǎn)速上下限均為5057rpm和6248rpm，控制速率設(shè)定為2rpm/sec。
（12）REALAYOUTPUT（繼電器輸出）：
設(shè)置LP≥99.9％，轉(zhuǎn)速≥700rpm及轉(zhuǎn)速≥5057rpm時(shí)分別對(duì)應(yīng)1＃、2＃和5＃繼電器勵(lì)磁。
（13）HANDVALVES（手閥）：
啟用手動(dòng)蒸汽閥功能，并設(shè)定HP≥30％時(shí)4＃繼電器帶電，關(guān)回到25％時(shí)斷電?，F(xiàn)場(chǎng)并未使用余外的手動(dòng)蒸汽閥，這里僅是為配合ESD緊急停車系統(tǒng)而啟用的一項(xiàng)輔助功能。
（14）ANLOGREADOUT（模擬量讀出）：
設(shè)置1＃模擬量讀出為轉(zhuǎn)速輸出，且4～20MA對(duì)應(yīng)0～10000rpm。轉(zhuǎn)速輸出信號(hào)送至DCS系統(tǒng)顯示。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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