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离心式压缩机转速波动故障处理

供稿:中国工控网 2016/5/4 9:21:03

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  • 关键词: 增压机 转速 调速 离心式压缩机
  • 摘要:重整装置氢气增压机是蒸汽透平驱动的两级压缩机,装置检修后,转速控制出现较大波动,本文主要阐述了转速波动的处理方法。

1 引言

  重整装置氢气增压机(K581)由美国埃理奥特公司设计制造,蒸汽透平驱动的两级压缩离心压缩机,K581压缩机控制系统(CCS)使用美国Triconex公司三重模块化冗余(TMR)的Tricon系统。K581压缩机是连续重整装置的核心设备,其作用是将重整反应产生的氢气经过两级压缩增压后进入再接触罐提纯,一部分氢气供装置自用,一部分氢气送至PSA提纯,剩余部分氢气送出装置并入含氢管网。

2 故障现象及影响

2.1故障现象

  装置大检修后,K581压缩机转速运行控制产生了波动(如图一)。红色曲线为压缩机转速设定值,绿色曲线为压缩机实际运行转速;压缩机的实际转速不能及时跟踪转速设定值,呈现锯齿状的等幅振荡。

2.2故障影响

  K581压缩机转速运行波动幅度在200rpm左右,波动大时在300rpm左右。K581转速运行波动问题对压缩机组设备安全造成一定的隐患,容易造成汽轮机内部部件产生疲劳裂纹。

3 故障分析

3.1 调速系统结构

  K581压缩机转速调节系统主要由Tricon控制系统、控制油系统,油动机和调节汽阀四部分构成(如图二)。Tricon控制系统通过内部PID运算输出控制电信号。控制油系统提供稳定的符合设计要求的动力油压,主要由油箱、油泵、过滤器、冷却器、三通温控阀和自立式压力调节阀等部件构成。压缩机转速调节是通过改变调速汽阀的开度,调节进入汽轮机的蒸汽流量来实现的。而调节汽阀又是由油动机经由传动机构来带动的。

图二

  油动机又叫伺服马达,是带动调速汽阀的执行机构。K581压缩机的油动机主要由电液转换器、伺服油缸、活塞、反馈凸轮及提升臂等部件组成。在控制电信号作用下,电液转换器通过力矩马达伺服阀产生油压差并作用于滑阀两端。滑阀上下移动改变活塞两端油压力使之上下移动,最终转换为输出轴的上下移动。输出轴通过杠杆与伺服油缸导向杆连接,进而改变油缸活塞两端油压,带动阀杆、提升臂移动,进而调节阀门开度。

  K581压缩机的调速汽阀由五组阀座、阀芯构成(如图三)。每组阀芯,阀座的尺寸和安装位置不一样。每组阀芯与提升横梁之间有固定的装配间隙。调速汽阀的总行程为1.695英寸,1#阀芯与提升横梁的间隙为0.06英寸,2#阀芯的间隙为0.329英寸,3#阀芯的间隙为0.649英寸,4#阀芯的间隙为0.974英寸,5#阀芯的间隙为1.344英寸。这样就保证了调速汽阀的5组阀芯按0~100%行程依次开启。

图三 

3.2转速调节

  K581压缩机转速调节采用串级控制方案(如图四)。主回路为压力控制回路(PIC5817),主被调参数为一级增压机入口分液罐(D582)压力(PT5817),主设定值为重整产物分离罐(D581)重整反应压力控制器(PIC5815)的输出,主调节器采用比例-积分控制算法;副回路为速度控制回路(SIC5851),副被调参数为汽轮机转速,副设定值为PIC5817的输出,副调节器采用比例-积分控制算法。当主回路设定值与主被调参数产生偏差时,主控制器经过比例-积分算法产生相应的输出做为副回路的设定值。副控制器经过比例-积分算法产生相应的输出,通过Trcion3806E模块输出20–200 mA信号作用在WOODWARD TM-25LP电液转换器上。电液转换器通过杠杆改变油动机活塞两端油压差,最终操纵调节汽阀的开度,相应的改变压缩机的转速。

图四

4 故障解决

  通过对K581压缩机转速调节系统的检查分析,主要有两方面原因造成转速波动:1、控制油压力不稳定;2、控制器PID参数设置不合理。

4.1控制油压力不稳定问题

  控制油压力主要由自立式调节阀控制,设定压力为650KPa。此阀门由美国费希尔公司设计制造,型号为EZ655/3A,公称通径为1 英寸,快开流量特性,阀后压力控制,法兰连接,压力调节范围:78~174psi 。由于此阀门执行机构膜片破裂,阀门调节作用不稳定,导致控制油压力波动。对自立式调节阀下线维修,更换膜片后,控制油压力稳定在650KPa。

4.2 控制器PID参数整定

  初始PID参数设置为比例度Pb=50,积分时间Ti=5,压缩机转速呈现出等幅振荡锯齿状曲线。保持积分时间Ti=5不变,增大比例度Pb=90,振荡幅度减小,周期缩短。继续增大比例度Pb=120,增加积分时间Ti=6.5,振荡周期增大,过渡曲线明显改善。适当增大比例度,减小比例作用;增加积分时间,减弱积分作用,通过多个PI参数组合,多周期观察,得到比例度Pb=160,积分时间Ti=6.8。这时压缩机转速调节比较平稳(如图五)。

图五

5 总结

  控制油压力稳定后,对控制器PID参数进行重新整定,从压缩机转速控制曲线中可以看出,整个转速控制过渡过程及时、平稳。当转速设定值改变时,通过控制器PID调节后,实际转速能平稳的跟随设定值变化。这说明调节回路品质较差时,可以通过精细调整PID参数来修正和弥补,使控制基本达到稳定性能。


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审核编辑(王静)
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