WOODWARD505控制器结合横河DCS在汽动给水泵中的应用

盛 晖

（中石油克拉玛依石化公司动力厂）

中石油克拉玛依石化公司动力厂汽机车间给水系统原有7台电动给水泵和1台汽动给水泵，2018年拆除1#电动给水泵，改建2#汽动给水泵。使用汽动给水泵可以克服在投入和切出时启动电流大、厂用电负荷变化大的缺点，也可以避免使用电动给水泵时因厂用电中断给锅炉运行带来的风险。同时，3.5MPa中压蒸汽经过主汽门和调节阀进入汽缸冲动叶轮叶片做功后的排汽可以直接作为炼油用的1.0MPa低压蒸汽，不需要将3.5MPa中压蒸汽经过减温减压处理后再外供，达到了节能降耗的目的。

1 2#汽动给水泵控制系统

2#汽动给水泵控制系统主要由B0.55-3.5/1.4型背压蒸汽汽轮机泵、美国新一代WOODWARD505控制器和横河CS3000型集散控制系统（DCS）组成。

1.1 背压蒸汽汽轮机泵

背压蒸汽汽轮机泵中的调速系统、保安系统和润滑油系统与2#汽动给水泵控制系统密切相关。

1.1.1 调速系统

调速系统由WOODWARD505控制器、WOODWARD电液式执行器TG17E、调节汽阀连杆及组合汽阀等部件构成，其中组合汽阀由速关主汽门和调节汽阀组成，二者构成一体，并用螺栓装配在汽缸上。WOODWARD505控制器、进入WOODWARD505控制器的两个转速和WOODWARD电液式执行器TG17E实现了汽轮机转速的闭环自动控制。

1.1.2 保安系统

保安系统是保证汽轮机安全运行，防止发生意外事故的重要装置，主要由危急遮断连杆操纵油缸、危急遮断电磁阀、危急保安器和危急遮断部件组成。其中，危急保安器为飞锤式，装在汽轮机转子的接长轴上，在正常转速时，飞锤产生的离心力小于弹簧的预紧力，当转速达到汽轮机的脱扣转速时，离心力将大于弹簧预紧力而击出，打在危急遮断连杆的击出杆上，使主汽门脱扣而迅速关闭。危急遮断电磁阀为两位两通式电磁阀，接收现场控制柜紧急停机按钮、WOODWARD505控制器和DCS停机信号。

润滑油系统主要向汽轮机滑动轴承供送润滑油，起润滑减磨和冷却作用，保证汽轮机能够长期连续稳定运行。它有两台油泵装置，一台为主油泵，另一台为辅油泵。当油站供油总管油压降到辅油泵启动值0.12MPa（三取二）时，辅油泵启动并报警。若供油总管油压继续下降到0.07MPa（三取二）达到汽轮机停机值时，联锁停机。润滑油系统的报警、控制与联锁通过横河DCS实现。

1.2 WOODWARD505控制器

WOODWARD505控制器是以微处理器为基础的数字式转速调节器，专用于汽轮机的控制，可根据汽轮机的特性和控制参数在WOODWARD505人机界面上进行组态。WOODWARD505控制器功能较多，2#汽动给水泵只应用了其中一部分端子，包括与现场仪表（电液式执行器TG17E和两个转速探头）直接连接的端子、与DCS连接的端子以及与继电器连接的端子，主要实现现场手动启停汽轮机、控制汽轮机转速、紧急停机和现场调试组态功能。

1.3 横河CS3000型集散控制系统（DCS）

中石油克拉玛依石化公司动力厂现改建2#汽动给水泵，考虑到目前DCS机柜测点已满的情况，需要对1#机炉的DCS进行扩容，在现有的DCS机柜间增加一个ANR10D-425/CU2U型远程节点单元，包括3块16通道模拟量输入卡（AI）、1块16通道模拟量输出卡（AO）、1块32通道数字量输入卡（DI）和1块32通道数字量输出卡（DO），并与原控制系统联网。2#汽动给水泵控制系统中除了将汽轮机的两个转速信号、电液转化器信号引入WOODWARD505控制器外，其他信号均引入横河DCS，横河DCS与OODWARD505控制器通过硬线连接方式连接，实现汽轮机远程转速升降速设定、停机控制，并监测转速和WOODWARD505控制器的状态。

2 2#汽动给水泵手动启停

当具备工艺流程条件后，用WOODWARD505控制器人机界面启动汽轮机，按“START”键开机，升速到暖机点1（800r/min）保持20min；按“继续”键，升速到暖机点2（1 600r/min）保持20min；接着再按“继续”键，升速到调节转速下限2 400r/min后，通过“导航”键选中绿色“调整数值”键，继续升速到额定转速2 980r/min，或者按工艺要求升到合适转速。当需要正常停机时，直接按“STOP”键停机，转速给定值将自动逐步减小至0，主汽调节阀开度随即逐步关闭，直至0%，同时主汽门关闭。

3 2#汽动给水泵转速控制

2#汽动给水泵实际使用了4个转速传感器，均安装在汽动泵转子的轴头上。其中两个转速信号直接输入WOODWARD505控制器，经比较后取高值，并与设定的转速值（WOODWARD505面板设定或DCS设定）进行比较，经过PID控制模块运算处理后输出一个20～160mA的电信号给TG17E执行器，使之带动调节汽阀连杆运动，从而将调速器输出的角位移转换为调节汽阀的开度，达到调节汽轮机蒸汽流量的目的，控制汽轮机的转速。另一个转速信号经过变送器输入到现场控制柜的转速表内进行现场显示，剩余一个转速信号经过变送器输入到横河DCS。

4 2#汽动给水泵紧急停机

2#汽动给水泵现场控制柜有两个紧急停机按钮。一个是WOODWARD505控制器人机界面的“EMERGENCY STOP”紧急停机键，另一个是现场控制柜上的红色急停按钮。这两个按钮都是通过硬联锁实现2#汽动给水泵的紧急停机。当需要紧急停机时，按下WOODWARD505控制器人机界面的“EMERGENCY STOP”紧急停机键，转速给定值直接降至0，调节阀开度也会直接降至0%，同时电磁阀失电打开，主汽门脱扣关闭。若紧急停机时直接按下现场控制柜上的红色急停按钮，则电磁阀失电打开，主汽门脱扣关闭，但主汽调节阀不会关闭，还需按下WOODWARD505控制器人机界面的“EMERGENCY STOP”紧急停机键后转速给定值方可降至0，主汽调节阀开度随之降至0%。

横河DCS中还设置了“DCS紧急停机按钮”，通过软逻辑和硬联锁相结合的方式远程实现故障状态下的一键停止汽轮机功能。

5 2#汽动给水泵联锁保护

5.1 软逻辑

2#汽动给水泵在DCS中共有6个联锁回路，分别是：

消费者关于再制造产品的认知程度、环保认同度、价格差异接受度将直接影响其对再制造产品的支付意愿，从而引起市场需求的变化。对此，主要考虑以下问题：认知差异将如何影响再制造产品需求以及基于三者差异，支付意愿如何改变，对需求有何影响。根据研究需要，做如下假设：

a.润滑油总管压力低联锁，联锁条件是3个润滑油总管压力中的2个低于0.07MPa；

b.汽轮机前轴振动高联锁，联锁条件是汽轮机前轴两个振动幅值同时高于95μm；

c.汽轮机后轴振动高联锁，联锁条件是汽轮机后轴两个振动幅值同时高于95μm；

d.汽轮机自由端振动高联锁，联锁条件是汽轮机自由端两个振动幅值同时高于95μm；

e.汽轮机转速高联锁，联锁条件是3个汽轮机转速中的2个高于3 300r/min；

f.DCS紧急停车联锁，联锁条件是按下DCS紧急停车按钮。

以上6个条件中的任何一个成立都会关闭2#汽动给水泵主汽门和调节汽阀。

当DCS中出现联锁条件发生联锁动作时，DCS输出的“DCS-STOP”信号传送至控制柜接线端子并分成两路，一路使继电器KA10失电，危急遮断电磁阀失电打开，危急遮断连杆的操纵油缸与回油管路接通，从而降低油缸内压力，驱动危急遮断连杆机构动作，使主汽门脱钩而迅速关闭；另一路进入WOODWARD505控制器使转速给定值降至0，调节汽阀开度降至0%。

5.2 硬联锁

如图1所示，现场控制柜急停按钮、WOODWARD505停机信号和继电器KA10失电三者串联（失电串联）在现场停机电磁阀控制回路中，任何一个条件成立都能让危急遮断电磁阀失电打开，主汽门脱钩关闭。其中，2#汽动给水泵现场控制柜内总电源失电和DCS联锁动作都能使继电器KA10失电，且输出“DCS-STOP”信号的继电器采用反逻辑常开触点。

图1 硬联锁控制回路

6 2#汽动给水泵控制系统出现的问题及解决方法

在2#汽动给水泵调试期间发现，横河DCS同一卡件上由WOODWARD505控制器输出到DCS的主汽调阀的阀位设定开度（HZI-2317）、WOODWARD505控制器的给定转速（SVSPD-505）和WOODWARD505控制器实际转速（SPD-505）3个信号始终保持一样的变化幅度，且主汽调阀的阀位设置开度信号会影响到另外两个信号。解决方法是将以上3个信号加安全栅进行信号隔离，经过处理后3个信号均正常显示。

运行初期，2#汽动给水泵速关主汽门开关状态信号受蒸汽高温影响一直显示异常和报警，严重干扰了装置的正常操作。解决方法是对主汽门的接近开关结构进行改造，改造前如图2a所示，经过改造后（图2b）降低了蒸汽高温的影响，主汽门开关状态显示正常。

2019年5月30日，因2#机炉DCS控制柜内风扇故障导致相间短路造成2#机炉UPS的输出开关跳闸。因为2#机炉UPS的输出为2#汽动给水泵现场控制柜提供电源，所以当输出开关跳闸后会导致继电器KA10失电，危急遮断电磁阀失电，WOODWARD505控制器失电，从而造成2#汽动给水泵停机。解决方法是断开故障风扇电源，闭合2#机炉UPS的输出开关，恢复2#汽动给水泵现场控制柜正常供电，以保证2#汽动给水泵的正常运行。

图2 主汽门接近开关改造前后的结构

2020年1月，汽机车间发现位号为PI-2101的2#汽动给水泵主蒸汽进汽压力频繁报警，经过仔细核对，发现2#炉球磨机入口负压的位号也是PI-2101且超过报警高值，因为锅炉和汽机装置一共有4套控制系统分成7个域已经联网，监控汽机装置的HIS0463、HIS0264、HIS0764操作站均安装了多项目软件包，能够显示4套控制系统的所有测点参数报警信息。此情况实际为2#炉球磨机入口负压报警，但是在3个操作站却显示为2#汽动给水泵主蒸汽进汽压力报警。解决方法是将2#汽动给水泵主蒸汽进汽压力的位号修改为PI2101，修改后2#汽动给水泵主蒸汽进汽压力报警消失。

2019年8月22日和2020年3月31日各出现一次由现场转速变送器输入到DCS的转速（SI-2353）超过联锁值3 300r/min的现象，导致原汽轮机转速高联锁（二取一）软逻辑输出跳闸信号，2#汽动给水泵联锁停机。考虑到单个转速可能出现测量错误的可能性，经过现场仔细核对查找，发现转速变送器输入到DCS的转速（SI-2353）和转速变送器输入到现场控制柜转速表的转速这两个转速的信号线均受到高温烘烤，控制电缆的外层绝缘已经熔化。解决方法是将两根转速信号线进行绝缘处理，同时将控制柜转速表的输出信号（SI-2354）引入DCS，汽轮机转速高联锁由二取一逻辑变更为三取二逻辑，在提高保护可靠性的同时，保证了2#汽动给水泵的正常运行。

7 结束语

2#汽动给水泵从暖机启动到升速至额定转速以及正常停机均完全由WOODWARD505控制器根据设定程序来完成，大幅降低了工作人员劳动强度，缩短了机组开机和停机时间。在DCS操作站、WOODWARD505控制器人机界面和现场控制柜都能实现紧急停机，快速应对突发事件。除2#汽动给水泵本体机械安全保护装置外，DCS与WOODWARD505控制器通过软逻辑和硬联锁相结合的方式，保障了机组安全运行。通过解决2#汽动给水泵从建设调试到正常运行出现的一些问题，为2#汽动给水泵今后安全运行积累了宝贵的经验。