超速保护系统在全密度装置压缩机控制中的应用

尹万利

(中国石油大庆石化公司塑料厂)

超速保护系统在全密度装置压缩机控制中的应用

尹万利

(中国石油大庆石化公司塑料厂)

介绍美国压缩机控制公司的透平超速保护系统在全密度装置核心压缩机中的应用，详细阐述超速保护系统的工作原理和应用。

透平超速保护系统 压缩机 全密度装置

循环气压缩机是全密度装置的核心设备，在压缩机电力故障后，因工艺设计要求必须用循环气作为动力来驱动透平使压缩机继续运转10min，完成反应器的终止剂注入过程，避免反应器超温爆聚。在此过程中需要准确控制透平速度，防止超速导致压缩机损坏甚至发生生产安全事故。全密度装置中应用的是美国压缩机控制公司的超速保护系统(Overspeed Prevention，OSP)，实现机械保护使透平安全运行。

1 系统构成

如图1所示， OSP系统由测速系统、超速保护系统、中间继电器、超速跳车电磁阀、透平驱动阀和超速跳车切断阀组成。

图1 OSP系统组成示意图

2 系统功能

2.1 测速系统

如图2所示，测速系统主要由速度齿轮和3个磁传感器组成，用于测量透平的转速。磁传感器所测量的频率信号取决于透平的转速和速度齿轮的齿数，则透平平均旋转速度N(r/min)的计算式为：

N=(FP)/T

式中F——测量频率，r/s;

P——常数，P=60s/min；

T——齿轮齿数。

图2 测速系统组成示意图

2.2 超速保护系统

如图3所示，超速保护系统由监视模件、3个独立的速度模件、频率输入模件、数字输入模件和继电器板组成。

图3 超速保护系统组成示意图

监视模件主要用于超速保护系统的组态、参数设置、Modbus通信、监视速度模件的操作及发出超速跳车指令等，还可以利用系统自带的LED显示来查看系统故障报警信息。

3个独立的速度模件不仅能独自监视一个磁传感器信号，并且能显示当前速度或设定值。

频率输入，共有3个磁传感器输入，用于有源或无源磁传感器MPU-1、MPU-2和MPU-3。电压为12V(DC)的输入端用于有源探头。

1.3 统计学处理 采用SPSS17.0软件进行数据分析，计量资料若服从正态分布以表示，采用Student′s t检验；反之，用中位数(25%～75%)表示采用非参数秩和检验。计数资料以百分率表达，采用卡方检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

数字输入，3路数字输入用于远程启动、远程紧急停车和远程复位。

继电器板主要用于超速跳车输出和报警输出。

2.3 中间继电器

中间继电器控制透平跳车电磁阀，起中间隔离作用。

2.4 超速跳车电磁阀

超速保护系统设有两个超速跳车电磁阀，正常情况下该电磁阀一直带电，超速跳车时该电磁阀失电，关闭超速跳车切断阀。

超速跳车切断阀只有开和关两个位置，正常生产时一直处于全开状态，超速跳车时关闭。

3 超速保护系统工作原理

超速保护系统的工作原理如图4所示，该系统通过解码3个不同的磁传感器的频率信号测得透平的转速，每个磁传感器都位于透平主轴上的一个平衡齿轮附近，每次一个齿旋转一圈的时间都作为一个频率周期送至速度模件。3个速度模件分别对3个磁传感器的信号进行运算并且与每个速度模件的设定点比较，通过监视模件的三取二表决系统发出控制指令，当3个中的两个发出超速信号时，超速保护系统发出跳车指令，激活跳车继电器，使跳车电磁阀失电，关闭跳车阀，使透平跳车。

图4 超速保护系统工作原理

4 在全密度装置的应用

如图5所示，全密度装置在发生三型“杀死”时逻辑输出使透平驱动电磁阀失电切断仪表风，控制透平驱动阀HV4003-9(FO事故开)在调试好的时间内全开，循环气驱动透平并带动压缩机运行，使“杀死”剂随循环气进入反应器终止反应。

图5 三型“杀死”时的逻辑

如图5所示，如果在三型“杀死”启动30s内速度没有达到300r/min，超速保护系统会发出指令触发超速跳车即故障安全跳车，关闭透平跳车阀OSV4003-16。如果在三型“杀死”启动后透平转速3个中有两个超过了3 267r/min则会发生超速跳车，关闭透平跳车阀OSV4003-16，透平停止运行。

综上所述，超速保护系统在透平控制中起到了关键的机械保护作用。

5 结束语

美国CCC公司的超速保护系统目前已成功应用于某全密度装置的循环气压缩机透平控制中。应用该系统之后，避免了压缩机电力故障跳车后透平驱动状态下超速而引起的设备损坏和严重的安全生产事故。学习和熟练掌握超速保护系统的结构、各部件的作用、工作原理和跳车过程对生产、维护和故障处理会起到关键作用。

尹万利(1964-)，技师，从事仪表维护班组管理工作，yinwl1@petrochina.com.cn。

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