WOODWARD ProTech GⅡ超速保護器在裂解氣壓縮機中的應(yīng)用

東立明 杜 勇 張衛(wèi)峰

(1.中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部,蘭州 730060；2.蘭州工業(yè)學(xué)院,蘭州 730050)

某石化廠裂解裝置GB-201機組為裂解氣壓縮機，是乙烯裝置中的關(guān)鍵機組，其運行可靠性直接關(guān)系到乙烯裝置的產(chǎn)品質(zhì)量。在裂解氣壓縮機超速保護聯(lián)鎖方面，原系統(tǒng)采用的是JAQUET FT2000超速保護系統(tǒng)，該超速保護聯(lián)鎖包含儀表自身故障和速度二選一，存在聯(lián)鎖誤動(儀表故障)和拒動(探頭故障)的風(fēng)險，且JAQUET FT2000不具備轉(zhuǎn)速顯示和信號遠傳功能，儀表維護操作人員無法監(jiān)測轉(zhuǎn)速的測量情況。

隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，運行穩(wěn)定和聯(lián)鎖動作可靠的WOODWARD ProTech GII超速保護器應(yīng)運而生，其具備獨立模塊三取二功能和轉(zhuǎn)速顯示、信號遠傳功能，通過不同組合可以靈活運用各種類型的測速探頭，在實際使用中有較好的經(jīng)濟效益和技術(shù)優(yōu)勢。基于WOODWARD ProTech GII超速保護器的優(yōu)點，筆者將其應(yīng)用在裂解氣壓縮機的控制中，以彌補原超速保護系統(tǒng)的不足。

WOODWARD ProTech GII是一個超速保護設(shè)備，設(shè)計用于在檢測到超速或超加速度事件后安全地關(guān)斷蒸汽透平、燃?xì)馔钙郊八啓C等設(shè)備。可通過有源或無源探頭(磁阻式傳感器)精確地監(jiān)測透平轉(zhuǎn)子的速度和加速度并觸發(fā)一個停機指令到透平關(guān)斷閥或相應(yīng)的關(guān)斷系統(tǒng)。

WOODWARD Protech GII超速保護器系統(tǒng)模塊邏輯功能如圖1所示。WOODWARD ProTech GII超速保護器由3個獨立的A、B、C速度監(jiān)測模塊組成，輸出部分采用三取二表決邏輯的雙冗余跳閘繼電器輸出。3個獨立的速度監(jiān)測模塊可接收高壓電源輸入(90～240V(AC))或低壓電源輸入(18～32V(DC))。同時獨立的報警繼電器、4～20mA轉(zhuǎn)速輸出和Modbus通信使該超速保護器很容易整合到任何透平系統(tǒng)中。WOODWARD ProTech GII超速保護器的日志功能可以記錄所有跳閘、報警、關(guān)斷閥響應(yīng)次數(shù)和超速事件。跳閘日志功能使用一個滾動緩存能夠記錄最后50次的跳閘或報警事件、最后20次的超速事件和這些事件發(fā)生的時間。

2 雙電源冗余供電配置

供電模塊采用雙電源冗余供電配置(圖2)，將電氣提供的UPS供電和市電供電分別接入對應(yīng)的24V(DC)穩(wěn)壓源，再將輸出并接于3個模塊的3個獨立2A空開，以實現(xiàn)雙電源冗余供電[1]，如遇一段電氣供電丟失、一塊穩(wěn)壓源故障或一個空開跳閘等故障時，可確保WOODWARD Protech GII超速保護器系統(tǒng)供電的可靠性和運行的穩(wěn)定性，不造成機組聯(lián)鎖停車。WOODWARD Protech GII超速保護器系統(tǒng)供電配置須符合HG/T 20513-2000《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)定》和HG/T 20509-2000《儀表供電設(shè)計規(guī)定》的要求。

圖1 WOODWARD Protech GII超速保護器系統(tǒng)模塊邏輯功能

圖2 WOODWARD Protech GII超速保護器系統(tǒng)供電配置

3 速度信號分析

3.1 輸入信號類型

無源、有源探頭均適用于輸入通道(選擇可通過前面板組態(tài)實現(xiàn))。無源探頭：WOODWARD ProTech GII超速保護器不提供探頭工作電源。有源探頭：WOODWARD ProTech GII超速保護器提供24V(DC)探頭工作電源。

輸入信號規(guī)格見表1、2。

表1 無源輸入信號規(guī)格

本次改造選擇有源輸入模式。

3.2 轉(zhuǎn)速傳感器與接線方式

WOODWARD ProTech GII超速保護器適用于3種轉(zhuǎn)速傳感器：被動式磁感應(yīng)單元、主動式接近傳感器和渦流探頭。

本次改造選擇的是渦流探頭。渦流探頭基于法拉第電磁感應(yīng)原理[2]。渦流探頭前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)被測金屬靠近此交變磁場時，在金屬表面將產(chǎn)生感應(yīng)電渦流，與此同時該電渦流場產(chǎn)生一個方向與頭部線圈磁場方向相反的交變磁場，兩磁場間的反作用將使頭部線圈高頻電流的幅度和相位發(fā)生改變(即線圈的有效阻抗)。此變化與被測金屬的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。

表2 有源輸入信號規(guī)格

WOODWARD ProTech GII超速保護器的前面盤組態(tài)為有源方式，測量參數(shù)為頻率。WOODWARD Protech GII超速保護器渦流探頭的接線方式如圖3所示。

圖3 WOODWARD Protech GII超速保護器渦流探頭接線示意圖

4 聯(lián)鎖邏輯分析

原WOODWARD Protech GII超速保護器速度探頭單點聯(lián)鎖邏輯設(shè)置不合理。當(dāng)儀表故障、儀表輸入信號線未接好或電源出現(xiàn)故障而不能正常向WOODWARD Protech GII供電時，易造成系統(tǒng)聯(lián)鎖動作。因此聯(lián)鎖邏輯不能真實反映現(xiàn)場大型機組的實際運行狀態(tài)。筆者將速度探頭單點聯(lián)鎖邏輯改為A、B、C三選二聯(lián)鎖邏輯，避免了儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖誤動作。

5 結(jié)束語

WOODWARD Protech GII超速保護器通過電

源模塊實現(xiàn)了雙電源冗余供電配置及速度信號聯(lián)鎖邏輯合理設(shè)置等改造。在中國石油蘭州石化某大型裂解氣壓縮機機組中的實際應(yīng)用結(jié)果表明：改造后的機組運行穩(wěn)定，聯(lián)鎖動作可靠，杜絕了儀表誤動作故障。可為類似系統(tǒng)的儀表安全維護提供借鑒。

[1] 李楨.自動化儀表系統(tǒng)供電方案的改進[J].石油化工自動化,2008,44(6):72～74.

[2] 牛薇.基于電渦流原理的轉(zhuǎn)速傳感器的設(shè)計[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.