液力耦合器在阿特劳炼油厂芳烃联合生产装置中的应用

薛 明

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南 洛阳 471012)

•生产与实践•

液力耦合器在阿特劳炼油厂芳烃联合生产装置中的应用

薛 明

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南 洛阳 471012)

离心压缩机是工业生产中的重要设备，一般用于提升气体流体压力，为装置生产运行提供动力。以哈萨克斯坦阿特劳炼油厂芳烃联合装置的离心机为例，介绍了液力耦合器的工作原理及调速方式。

液力耦合器；勺管；VEHS

0 前言

中石化洛阳工程有限公司总包的《哈萨克斯坦阿特劳炼油厂有限责任公司芳烃生产联合装置交钥匙工程》(以下简称“芳烃联合装置”)是中国石化在中亚市场的第一个EPCC总包项目，是中国石化打开中亚市场的关键。项目主要包括一套100万t/a重整装置以及一套50万t/a PX装置。这两套装置中有3套离心机组均采用电机驱动与液力耦合器调速的方式组合，但配置形式有所不同，其中一台采用图1(a)所示的形式配置，即电动机+液力耦合器+齿轮箱+离心压缩机，压缩机设计转速较高所以选用此种配置；另外两台采用图1(b)所示的形式配置，即电动机+齿轮调速型液力耦合器(内嵌齿轮箱)+离心压缩机，压缩机设计转速较低故选用此种配置。

图1 配置形式

压缩机流量及排出压力的控制一般是通过对进口节流或采用汽轮机调速等方式进行，但随着节能及操作运行费用的重要性越来越引起人们的注意，使得很多压缩机组改为采用液力耦合器进行调速的模式。除了节省蒸汽和减少能量损失外，采用液力耦合器更重要的原因是：电机可空载启动，减少启动电流，缩短启动时间，这就减少了电机配电系统的投资和启动时对配电系统的冲击。

1 液力耦合器工作原理

芳烃联合装置所用的耦合器是VOITH公司生产的SVTL型调速耦合器以及R.K.M型齿轮式变速液力耦合器，下面以SVTL型调速耦合器为例阐述其工作原理。

1.1 设计结构

调速耦合器的结构及主要部件如图2所示。

1.油箱壳体 2.泵轮轴 3.泵轮 4.涡轮轴 5.涡轮 6.转动外壳 7.工作油腔 8.勺管腔 9.调心滚子轴承10.径向轴承 11.滚动轴承 12.充油泵 13.勺管14.冷油器 15.易熔塞 16.油箱

1.2 功率传递

耦合器液力传动基于泵轮和涡轮的相互作用。电机通过输入轴带动泵轮旋转，液体被离心式泵轮高速甩出进入涡轮即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。即电机的机械能由泵轮变成液体的动能，涡轮再将液体的动能转变成机械能。耦合器的泵轮和壳体组成工作腔，涡轮被包含在工作腔内，由于泵轮和涡轮并不接触，所以没有任何磨损。

1.3 转速调节

液力耦合器依靠支撑在勺管支座上的勺管的开度来调节转速。通过改变勺管的位置，耦合器的工作油量得到改变，这样就达到无级变速的目的。勺管位置在耦合器勺管油腔的最深处时(0位)，循环工作油量最小，输出转速最小。勺管位置在耦合器油腔的最外延时(100%位)，循环工作油量最大，输出转速最大。

2 液力耦合器的调速控制

改变勺管位置即可调节转速，而控制勺管位置则依靠福伊特电液位置控制器VEHS(Voith Electro Hydraulic Positioning Control)。

2.1 VEHS结构

VEHS能准确并连续地控制液力耦合器的勺管或者变矩器的导叶位置，其主要由电磁执行机构，双向缸体，电子位置感应器组成。如图3所示。勺管或导叶的实际位置由双向缸体上的电子位置传感器记录；电磁执行机构集成PID控制器和磁力控制器，用于控制3位4通阀。

p1.带压控制油管 T.回油管 A.油管 B.油管 W：主控器给定(4～20 mA对应0～100%)X.实际值反馈(4～20 mA对应0～100%) x0、x1、Kp、FM、F1、F0、TD：定位器参数

2.2 VEHS动作方式

VEHS内部控制回路比较实际位置值X(actual position，由位置传感器发出)和主控W(position setpoint，如DCS)发出的给定值，信号偏差由磁力驱动器(magnetic force controller)校正，磁力F的改变作用于3位4通阀阀芯的位置。控制油从3位4通阀向双向缸体流入或流出，从而改变勺管或导叶的位置。当活塞在双向缸体移动时，位置传感器(position pickup)感应到活塞的位置，向定位器发送信号X。X值与主控发送信号W相比较，W-X的差值逐渐减小，则磁力F也逐渐减小。直到当W=X时，3位4通阀阀芯处于阀体的中间位置，此时VEHS 保持稳定。

2.3 定位器参数设定

定位器的控制响应通过Kp(比例系数)设定。其他的参数已经在工厂预设完毕，一般不必更改。定位器参数：FM，当W-X=0时设定电磁阀中位；x0，零位设定，S=最小值，W=4 mA；x1，满位设定，S=最大值，W=20 mA；Kp，比例系数，顺时针方向增加比例系数；TD，微分时间，顺时针方向增加微分时间。

3 常见故障

3.1 输出转速故障

3.1.1 在勺管位置稳定的情况下输出转速不稳定

故障原因：工作油起泡(冷油器温度的下限太低，导致空气溶解度太高)；充油泵吸收气体；压力不断变化。处理措施：将油箱内的工作油升温至>45 ℃；检查油位和充油泵；检查系统，放气孔和稳定情况。

3.1.2 在自动控制的情况下输出转速不稳定

故障原因：控制机构运作不正常。处理措施：调整控制机构。

3.1.3 输出转速失控

故障原因：勺管或者勺管执行机构被堵塞；勺管执行机构发生错误。处理措施：检查勺管的滑动情况，去除堵塞物；检查勺管执行机构。

3.1.4 不能达到最大输出转速

故障原因：勺管没有在100%位；易熔塞已经响应；泵的需求功率过大。处理措施：检查勺管最大位移；更换新的易熔塞；校对系统的功率参数，检查泵运转的稳定性。

3.2 压力故障

3.2.1 启动时润滑油压力过低

故障原因：润滑油泵电机没有正确的连接；外部的润滑油供量过高；油路有泄漏；双筒滤油器堵塞。处理措施：检查连接情况；调整节流孔；检查油位及管路的泄漏情况；切换滤油器，清理滤油筒；检查压差监控计。

3.2.2 双筒滤油器压差太大

故障原因：双筒滤油器堵塞。处理措施：切换滤油器，清理滤油筒。

3.2.3 正常运转时润滑油压力过低

故障原因：双筒滤油器堵塞；外部的润滑油供量过高；辅助润滑油泵的止回阀被堵塞(辅助润滑油泵反转运行)。处理措施：切换滤油器，清理滤油筒；调整节流孔；检查止回阀。

3.2.4 充油泵压力过低

故障原因：油箱中的油温<45 ℃，导致空气溶解度过高；油位过高；工作油起泡(油温太低；工作油中水分含量过高；空气溶解度过高，错误的工作油类型)。处理措施：将油箱内的工作油温度提升到45 ℃以上；检查油位，将油位调整到正常范围。检查易熔塞；检查油的杂质含量，离心分离出杂质，必要时更换工作油。

3.3 温度故障

3.3.1 在正常运行时耦合器温度过高

故障原因：冷水额定流量过低；冷却水温度过高；冷油器被污染；调速耦合器的运行情况不符合特征曲线。处理措施：增加冷凝水的额定流量；检查温控阀；检查并清洁冷却系统；在特征曲线环境下运行调速耦合器(检查易熔塞)。

3.3.2 轴承温度过高

故障原因：轴承被损坏；润滑油温度过高；润滑油压力过低。处理措施：检查静音运行的情况；检查轴承，必要时替换；检查冷油器，切换滤网清洗滤筒；检查润滑系统；切换双筒滤网清洗滤筒检查压差监控器；检查油位；增加润滑油压力。

4 结语

阿特劳芳烃联合装置中的压缩机所配套使用的液力耦合器不仅在控制转速方面非常简单和方便，而且其控制可靠，具有良好的稳定性和可维修性。使用调速型液力耦合器提高了效率，降低了投资费用，减少了检查和维护费用，从而增加了运行经济性，是值得推广的转速调节方式。

2017-02-06

薛 明(1983-)，男，工程师，从事生产过程自动化控制工作，电话：0379-66992123。

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