氫氣壓縮機(jī)電氣控制優(yōu)化在氯堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)工業(yè)建設(shè)得到快速發(fā)展。氯堿工業(yè)中，氫氣壓縮機(jī)主要作用是對(duì)來自電解工序的高溫濕氫氣進(jìn)行冷卻、凈化、加壓輸送并保持氫氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，保證電解槽安全、平穩(wěn)運(yùn)行。能否做到這一點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵。本文就氫氣壓縮機(jī)電氣控制優(yōu)化在氯堿生產(chǎn)中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：氫氣壓縮機(jī);控制原理;問題分析

引言

氯堿生產(chǎn)中，氫氣處理工序的主要任務(wù)是對(duì)來自于電解工序的高溫濕氫氣進(jìn)行冷卻、凈化、加壓輸送，并保持氫氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，保證電解槽安全、平穩(wěn)運(yùn)行。能否做到這一點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)的選型是關(guān)鍵。

1現(xiàn)狀分析

焦作煤業(yè)（集團(tuán)）開元化工有限責(zé)任公司是以生產(chǎn)離子膜燒堿和三氯氫硅為主的新型化工企業(yè)，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(chǎn)，在整個(gè)燒堿生產(chǎn)過程中，氫氣壓縮機(jī)發(fā)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(tái)氫氣壓縮機(jī)，2開1備運(yùn)行，此3臺(tái)氫氣壓縮機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)主要設(shè)備均為施耐德公司生產(chǎn)的ATS48C系列軟啟動(dòng)器，控制方式為DCS遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場操作柱就地操作2種控制方式組成。現(xiàn)場操作柱就地操作控制可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)與停止，DCS遠(yuǎn)程控制只允許遠(yuǎn)程停止，不允許遠(yuǎn)程啟動(dòng)設(shè)備，這是由工藝性質(zhì)決定的。在實(shí)際使用過程中，原控制回路存在一定的缺陷，導(dǎo)致多次停車事故，繼而引發(fā)氯氫處理工序聯(lián)鎖停車事故，下面就原控制回路存在的問題及改進(jìn)方案進(jìn)行簡單的介紹。

2氫氣壓縮機(jī)整體描述

氫氣壓縮機(jī)采用D型對(duì)稱平衡性結(jié)構(gòu)，兩列一級(jí)壓縮，氣缸均為雙作用，無油潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無油潤滑操作運(yùn)行。整機(jī)結(jié)構(gòu)合理，布局緊湊，動(dòng)力平衡性能優(yōu)異，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，振動(dòng)小、噪聲低。機(jī)組密封性能良好，易損件壽命長。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為隔爆型異步電機(jī)，電機(jī)軸通脹套聯(lián)軸器與壓縮機(jī)曲軸相連。機(jī)組備有完善的安全保護(hù)和聯(lián)鎖裝置，確保壓縮機(jī)的長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)壓縮機(jī)處于危險(xiǎn)工況時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)。機(jī)組設(shè)有進(jìn)氣緩沖器、冷卻器及潤滑系統(tǒng)等輔助設(shè)備。

3氫氣壓縮機(jī)電氣控制原理

當(dāng)主回路電源開關(guān)QF處于送電狀態(tài)時(shí)，控制電源L2和N得電后，軟啟動(dòng)器ATS48C控制面板顯示正常狀態(tài)RDY時(shí)，說明軟啟動(dòng)器處于正常啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕SB2啟動(dòng)時(shí)，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(jié)點(diǎn)KA1閉合并自保，中間繼電器KA1長期得電，同時(shí)中間繼電器KA1另一組輔助觸點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)主接觸器線圈KM得電，主接觸器KM主回路吸合，軟啟動(dòng)器得電，同時(shí)通過主接觸器延時(shí)輔助觸點(diǎn)KM接通，軟啟動(dòng)器開始啟動(dòng);當(dāng)軟啟動(dòng)電流下降至正常運(yùn)行電流時(shí)，啟動(dòng)旁路接觸器KM1，切至旁路運(yùn)行，啟動(dòng)結(jié)束。另外通過Ma+和Ma-將電流信號(hào)傳至DCS，通過主接觸器輔助觸點(diǎn)KM（線號(hào)：23、24）將電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)傳至DCS。在DCS控制系統(tǒng)中（工藝聯(lián)鎖條件之一），原DCS采集信號(hào)為主接觸器KM輔助觸點(diǎn)（線號(hào)：23、24）作為DCS判定氫氣壓縮機(jī)是否正常運(yùn)行的依據(jù)。

4壓縮機(jī)性能描述

（1）性能保證。壓縮機(jī)軸功率偏差≤+3%;壓縮機(jī)排量無負(fù)偏差;機(jī)組噪聲按GB/T4980—2003標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量≤85dB（聲壓級(jí)）。機(jī)身振動(dòng)烈度符合GB/T7777—2003標(biāo)準(zhǔn)，壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)速度有效值≤4.5mm/s。（2）壽命保證。壓縮機(jī)在現(xiàn)場環(huán)境條件及規(guī)定操作條件下，整機(jī)使用壽命≥20a。

5存在的問題及改進(jìn)方案

5.1氫壓機(jī)氣水分離器水串進(jìn)后冷和水霧捕集器

正常運(yùn)行時(shí)，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(jī)，給氫壓機(jī)氣水分離器補(bǔ)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(yùn)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(jī)氣水分離器加水旁通打開，將氣水分離器液位投自動(dòng)（實(shí)際運(yùn)行時(shí)冷凝液量大于氣水分離器耗水量），當(dāng)氣水分離器液位達(dá)到高限時(shí)，自動(dòng)排水閥門打開排水，液位達(dá)到低限時(shí)，自動(dòng)排水閥門關(guān)閉。當(dāng)氫氣冷凝液不能滿足氫壓機(jī)氣水分離器用水時(shí)，就需要將氫氣后冷卻器和水霧捕集器下冷凝液閥門關(guān)閉，加純水閥門打開，將氣水分離器加水旁通關(guān)閉，加水調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)，當(dāng)氣水分離器液位達(dá)到低限時(shí)加水調(diào)節(jié)閥打開加水，當(dāng)氣水分離器液位達(dá)到高限時(shí)，加水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。存在問題：由于經(jīng)常性調(diào)節(jié)及改變補(bǔ)水方式，導(dǎo)致氫氣后冷卻器和水霧捕集器下冷凝液閥門內(nèi)漏，當(dāng)采用純水補(bǔ)水時(shí)，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(dǎo)致氫氣總管壓力波動(dòng)，甚至產(chǎn)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(shí)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(dòng)及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場排查，及時(shí)調(diào)整合成爐配比，避免過氯停車。

5.2針對(duì)主接觸器觸點(diǎn)的改造

2018年1月3日，氯氫處理工序1#氫氣壓縮機(jī)C-551A出現(xiàn)多次正常操作后不能啟動(dòng)的現(xiàn)象。問題發(fā)生后對(duì)機(jī)組開關(guān)柜再次進(jìn)行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)在最初的控制原理中，主接觸器輔助觸點(diǎn)KM為動(dòng)合觸點(diǎn)，在主接觸器線圈得電后，主接觸器主觸點(diǎn)及輔助觸點(diǎn)吸合，如果主觸點(diǎn)的動(dòng)作慢于輔助觸點(diǎn)，軟啟動(dòng)器將會(huì)判斷電源缺相而不啟動(dòng)，從而造成了氫氣壓縮機(jī)無法啟動(dòng)現(xiàn)象。針對(duì)這一點(diǎn)，該公司將動(dòng)合觸點(diǎn)更換成延時(shí)閉合觸點(diǎn)，使輔助觸點(diǎn)的動(dòng)作稍慢于主觸點(diǎn)的動(dòng)作，保證在主觸點(diǎn)完全吸合后輔助觸點(diǎn)再動(dòng)作，從而避免了類似事故的發(fā)生。

5.3氫壓機(jī)本機(jī)回流自動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣源管脫落

事故原因：氫壓機(jī)C回流閥儀表氣源管接頭松動(dòng)，導(dǎo)致氣源管噴開，回流閥全開，氫氣總管壓力低低報(bào)警，聯(lián)鎖停車。防范措施：（1）儀表維修人員加強(qiáng)對(duì)全廠氣源管的巡檢力度;將氫壓機(jī)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(duì)氫氣回流閥增加鎖位閥。（2）各分廠對(duì)具備檢查條件（如停車或單臺(tái)設(shè)備停運(yùn)時(shí)）的氣動(dòng)閥門及時(shí)聯(lián)系儀表人員對(duì)其進(jìn)行檢查，并要求雙方確認(rèn)。

5.4針對(duì)軟啟動(dòng)保護(hù)回路觸點(diǎn)損壞的改進(jìn)

2018年7月13日，氯氫處理工序3#氫氣壓縮機(jī)C-551C再次出現(xiàn)無明顯故障和無故障記錄的事故停機(jī)，導(dǎo)致燒堿一期連鎖停車，經(jīng)查后發(fā)現(xiàn)保護(hù)回路中軟啟動(dòng)器內(nèi)部的R1A和R1C保護(hù)觸點(diǎn)損壞，斷開控制回路停車，聯(lián)鎖一期電解系統(tǒng)，從而引發(fā)系統(tǒng)聯(lián)鎖停車。經(jīng)查找技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)軟啟動(dòng)器保護(hù)回路中R1A和R1C觸點(diǎn)容量較小、長期分合造成觸點(diǎn)損壞，斷開控制回路停車，且該觸點(diǎn)在軟啟動(dòng)器里面，不易檢測(cè)。為優(yōu)化軟啟動(dòng)器的保護(hù)回路，做了以下調(diào)整：增加2臺(tái)保護(hù)器EOCR-3E420（該保護(hù)器經(jīng)過該公司多年使用，性能可靠），這2臺(tái)保護(hù)器線圈、常閉點(diǎn)采用并聯(lián)的方式連接，從而增加了保護(hù)觸點(diǎn)的可靠性。通過加裝雙保護(hù)既解決了軟啟動(dòng)保護(hù)回路中R1A和R1C觸點(diǎn)容量小的問題，同時(shí)也增加了保護(hù)觸點(diǎn)的可靠性，避免因軟啟動(dòng)器保護(hù)回路故障引發(fā)聯(lián)鎖停車事故。

結(jié)語

氫氣壓縮機(jī)是氫氣處理崗位的重要設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到系統(tǒng)的平穩(wěn)，一旦氫氣壓縮機(jī)出現(xiàn)問題必將導(dǎo)致氯化氫合成過氯停車等嚴(yán)重事故，所以日常運(yùn)行時(shí)一定要消除所有潛在隱患，保證氫氣壓縮機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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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(dòng)化專業(yè)