集成一體化靜葉執行器在主風機組軸流機的應用

王 星

（大慶石化建設有限公司，黑龍江大慶 163000）

1 軸流機靜葉系統存在的問題

催化裂化主風機組是催化裂化核心設備之一，由煙氣輪機、軸流風機、變速箱、電機組成，其中軸流風機由西安陜鼓動力股份有限公司制造。軸流風機靜葉調節系統采用動力油站液壓調節系統進行控制，包括獨立的動力油站、蓄能器、電加熱器、伺服調節閥組件、油冷器和執行油缸等部件。

軸流機是催化裂化裝置流化反應的關鍵動力設備，每天需頻繁調節靜葉角度來控制生產需要的主風流量。靜葉角度控制出現問題會造成生產波動甚至裝置停工等事件。原靜葉調節系統的組成結構比較繁雜，故障發生率較高，從生產裝置開工至今已經使用了18 年，在長期的運行中存在著伺服閥卡澀、動力油泄漏、靜葉角度漂移等問題。前兩年還曾經出現過軸流風機靜葉突發較大故障，靜葉開度竟由46°直接達到全開狀態，大量空氣進入含油氣的再生器會給生產裝置帶來爆炸安全事故。近幾年來軸流機靜葉角度的故障頻頻出現，故障頻率明顯上升，經常出現卡澀、角度漂移等現象，給生產帶來極大困擾。

為了處理靜葉問題，技術人員通過改型、升級各種部件來增強靜葉角度運行的穩定性，先后更換過油泵、伺服調節閥、回訊器、放大器，還專門安裝了靜葉保護模塊，但是沒有解決靜葉的安全運行問題，不能實現安全平穩的長周期運行。靜葉調節系統的故障嚴重影響到主風機組的安全運行，靜葉角度故障造成的主風流量波動嚴重時會造成裝置停工或設備閃爆事故。

同時，原靜葉調節系統還存在如下問題：需要油泵提供12 MPa 動力油壓進行調節，要求油泵必須連續運轉，耗費電能較高；冬季低溫時對潤滑油溫度控制時需要使用電加熱器，耗費電能；夏季潤滑油溫度升高需投用水冷器耗費循環水費用；密封點多，泄漏多，大部分無法在線處理，一些泄漏點只能觀察運行，一旦泄漏擴大就造成動力油壓降低，達到聯鎖動作值后機組將聯鎖動作停機；泄漏的潤滑油還會污染自然環境。由于原系統結構特點，需對各部件進行維護，如每年更換濾芯、每月對蓄能器試壓、每周對水冷器查水、開機前聯鎖校驗、對機封的維修、電機的維修、漏油點的處理等，不僅操作工作量較大，同時存在一定的風險。

2 軸流機靜葉系統的技術改造

為保證機組的平穩安全運行，節能降耗，增加設備運行的可靠性，生產技術人員經過多年的調研探索與實踐，采用集成一體化靜葉執行器對軸流機靜葉系統進行了改造，有效解決液壓系統的各項缺陷。

2.1 改造內容

采用集成一體化靜葉調節機構代替原液壓調節系統，取消油站、伺服閥、伺服馬達等部件，新增REXA 執行器、控制箱。

執行器是由控制箱、動力油缸與動力模塊等部件組成的機電液一體化自動化智能型設備。控制箱安裝在易于維護人員操作的方位。每個動力油缸與軸流風機靜葉連桿相連接，并固定在原伺服油缸的位置。在一側的動力油缸上安裝著動力模塊，兩個動力油缸通過不銹鋼管道與動力模塊相連接[1]。

在生產裝置開工前，對調節系統進行安裝調試，改造后的靜葉調節靈活、順暢，無卡澀、漂移等故障現象，現場設備集成式設備基本無需維護，取消了原系統的復雜部件及管路、定期換油、夏季冷卻、冬季加熱等，消除了泄漏點，節省水、電等能耗費用和原各部件的維護費用。該系統高效、低耗、環保、可靠，大大提升了機組及催化裂化裝置運行的安全性和平穩性。

2.2 與同類技術的綜合比較

目前，國內催化裂化軸流風機靜葉的調節系統主要有電液調節系統與液壓調節系統，而液壓調節系統屬上一代產品。目前，新建生產裝置中的軸流風機優先采用電液調節系統，國內也有一些地區生產企業的重要軸流風機采用集成式靜葉調節系統代替液壓調節系統。

集成式靜葉調節系統在國內2011 年首次應用，但目前國內應用還不是很多。調查發現，國內首套集成靜葉執行器運行至今無維護，目前屬于該行業國內領先水平。

2.3 該改造的技術創新點

集成一體化執行器是機電液一體化的自動化程度比較高的智能型執行器，執行器接受DCS 或控制器發出的控制指令，執行器內部的智能控制系統將當前位置的反饋信號與控制指令進行比較，當兩者偏差大于設定的死區時則輸出指令使電機旋轉，驅動風機靜葉轉動起來；當兩者偏差小于死區時，則輸出電機停止旋轉指令、電機停止動作，使動力油缸自動保持位置，完成調節過程[2]。

當油泵停止作業時，高壓油通過右側液壓鎖FMV1 與左側液壓鎖FMV2 封閉液壓缸兩側的進油和排油，使執行器處在保位狀態（圖1）。

當執行器接收到左移信號時，電機驅動油泵順時針旋轉，向對應的系統側供油，在高壓油的作用下開啟FMV1 與FMV2，液壓缸左側通過FMV2 排油至油泵入口，高壓油通過FMV1 進入液壓缸右側，驅動液壓缸活塞向左側運動輸出位移，信號消失油泵停轉，該動作過程結束，執行器在新的平衡位置下保位[3]，工作原理如圖1b）所示。

當執行器接收到右移信號時，電機驅動油泵逆時針旋轉，向對應的系統側供油，在高壓油的作用下開啟FMV1 與FMV2，液壓缸右側通過FMV1 排油至油泵入口，高壓油通過FMV2 進入液壓缸左側，驅動液壓缸活塞向右側移動輸出位移，信號消失油泵停轉，該動作過程結束，執行器在新的平衡位置下保位（圖1）。

圖1 運行原理

3 創新的科學價值

（1）該執行機構車間只需購買與軸流機靜葉油缸相連的執行器集箱，然后再自行組織進行油管路、儀表管路、電纜的鋪設，即可完成該設備的安裝，大大減少了過去動力油站需要打基礎、安裝機泵、油箱、冷卻器、蓄能器、加熱器、執行模塊等一系列部件。

（2）集成一體化靜葉調節系統，密封點數量大幅減少，消除了泄漏點造成的低標準，并且無需操作工根據環境溫度頻繁調節電加熱器和水冷器，明顯降低能耗、減少操作工日常維護量。

（3）取消原調節系統的油站、油泵、蓄能器、水冷器、過濾器、伺服閥等部件，減少日常維護工作量及這些部件發生故障的概率。

（4）集成一體化靜葉調節系統調節靜葉角度準確、靈活，并且解決了原液壓系統的缺陷，對催化裝置的安全平穩運行起到關鍵作用。

4 實施應用及效益情況

集成一體化靜葉調節系統在催化裂化裝置的軸流機應用效果較好，可以滿足軸流風機的調節需求，有效的解決了傳統液壓調節系統的缺陷，采用電子產品代替機械部件也是技術發展的趨勢，電子器件無需維護、沒有磨損、智能化程度高、調節靈活，可以在多數軸流風機上應用。

集成一體化靜葉調節系統有效解決了原獨立油站式調節系統的各項弊端，自2017 年安裝使用至今未出現過任何故障，新結構簡單、密封點少、維護量少、能耗低等。

傳統的液壓調節系統包括油箱、電泵（一開一備）、蓄能器2臺、過濾器2 臺、水冷器1 臺、伺服馬達、電加熱器、各種儀表及管路。改造后上述設備全部停用，直接經濟效益：

（1）電機：15×24×365=131 400×0.67=88 038 元。

（2）電加熱器：2×24×150×0.67=7200×0.67=4824 元。

（3）循環水：3×24×215=14 400×0.42=6048 元。

（4）每三年更換兩臺伺服閥，每臺伺服閥75 000 元，則平均每年50 000 元。

（5）靜葉故障需主風機組停車處理，備機運行，主備機切換檢修按7 d 計算，主風機正常運行時發電1400 kW·h，7 d 停運發電減少1400×24×7×0.67=157 584 元。

（6）備機運行耗電：700×24×7×0.67=78 792 元。

（7）備機運行時處理量3000 t/d（主風機運行時4000 t/d），參渣比不變，若噸油利潤按860 元計算，則（4000-3000）×860×7=6 020 000 元。

因此，由傳統靜葉調節系統改造成集成一體化靜葉調節機構每年可節約6 405 286 元。

5 結論

（1）集成一體化靜葉執行器采用機電液一體化的自動化程度比較高的智能型設計，集成一體化的形式取消了龐大而繁雜的液壓站系統，消除了設備與管道的泄漏點，降低綜合能耗。

（2）采用該執行器后，液壓油在全封閉的環境內流動，徹底解決了因液壓系統開式循環導致的油液污染問題，滿足環境保護的要求。

（3）取消了伺服閥等液壓閥組，解決了伺服閥卡澀、漂移等問題。

（4）在不需要執行機構發生動作時，其執行器保持在原位不動，電機設備停止運轉，無需反復啟動電機設備，從而有效延長了電機設備的使用壽命，減少了設備采購費用。

（5）免油站減少潤滑油的動、靜密封點，集成式靜葉執行器幾乎沒有泄漏點，大大減少了現場低標準和對環境的影響。

（6）該執行器采用集成型模塊化設計，執行機構重量相對較輕、體積比較小、組成結構比較緊湊，方便操作人員進行維修和維護。

總之，集成一體化靜葉調節系統在催化裂化裝置的軸流機應用效果較好，可以滿足軸流風機的調節需求，有效解決了傳統液壓調節系統的缺陷。采用電子產品代替機械部件也是技術發展的趨勢，電子器件無需維護、沒有磨損、智能化程度高、調節靈活，可以在多數軸流風機上應用，該技術可以大范圍推廣。