工艺液氧泵的控制探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 工艺液氧泵的控制探讨 摘要：在大型空分装置中，液氧 内压缩空分装置占有的比例最大，来自 主冷低压液氧通过液氧泵加压后，通过 高压主换热器复热至设计温度后作为产 品氧气送用户使用。文章介绍了大型空 分装置工艺液氧泵的控制功能、实施方 法、操作方式，从而保障工艺稳定运行。 中国论文网 /8/view-12911747.htm 关键词：空分液氧泵系统；时序 控制；联所逻辑控制；外给定 PID；阀 门开度记忆；工艺液氧泵 文献标识码： A 中图分类号：TP273 文章编号： 1009-2374（2017）04-0054-02 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2017.04.028 目前在大型空分装置中，液氧内 压缩空分装置占有的比例最大，来自主 冷低压液氧通过液氧泵加压后，通过高 压主换热器复热至设计温度后作为产品 氧气送用户使用；液氧泵配置两台，其 中一台正常运转，另一台处于惰转备用 状态，当工作的液氧泵故障时，惰转备 用泵在短时间内提升到工作运转状态， 保证后续工艺用氧的需要。 液氧泵系统是空分装置的最重要 的组成部分，它是时序控制和联锁逻辑 及外给定 PID 控制的结合，本系统的控 制是保证空分装置长期稳定运行的关键 之一，对于大型空分装置在设计该程序 时和阀门选型方面必须经过充分的考虑 以满足工艺和用户提出的控制要求，确 保空分装置运行稳定，保证后续氧气的 正常供应。 图 1 为兖矿国宏化工 60 万吨甲 醇项目 30000Nm3/h 空分液氧泵工作情 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 况，正常运行的液氧泵后压力 8.0MPa、泵前 0.2MPa、转速 3389rpm，惰转备用泵后压力 0.33MPa、泵前 0.2MPa、转速 300rpm，若是正常运行的泵由于某种原 因出现故障，惰转备用泵在 10 秒内从 当前工况达到正常的工艺用氧的压力和 流量使后面煤汽化系统用氧不受影响， 后续用氧的最低使用压力 6.5MPa，如 果低于此压力，气化炉将不能正常工作， 这样就会造成后续生产停运，损失就很 大，为了保证正常生产不受影响，除了 设备本身可靠外，在液氧泵的控制上做 了以下的程序控制功能来满足工艺的用 气要求。 1 单台氧泵程序控制的主要功能 1.1 液氧泵加热器的控制 加热器通过 DCS 系 y 的操作画 面能手动启停控制，通过按画面上的对 话框“启动”、 “停车”按钮，弹出对话框 “是否要启动 ”或“是否要停车”，如果要 启动或要停车选定“ 是” 如果不需要启动 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 或不需要停车选定“ 取消”，就可以完成 手动启停操作，也能避免误操作；加热 器的控制同时受液氧泵的轴承温度的控 制要求：当温度小于等于 5时自动启 动加热器进行加温，当温度大于 25时 停止加温。 1.2 液氧泵风扇的控制 与加热器相同，在 DCS 系统的 操作画面能手动启停控制，操作方法也 类似；液氧泵启动之前先启动风扇，也 就是风扇有运行指示后氧泵才允许启动， 风扇运行信号消失氧泵联锁停车。 1.3 液氧泵本身的联锁停车 1.3.1 启动条件：风机运行、轴 承温度大于 -40 、进口阀开度大于 95%、 空分预冷系统联锁解除条件同时满足才 允许启动液氧泵。 1.3.2 停车条件：风机停运、轴 承温度大于 120、迷宫温度低于- 150、氧气出冷箱温度低于 0、出口 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 压力高于 8.9MPa、空分预冷系统联锁 停车、紧急停车台停车信号条件之一满 足时液氧泵联锁停车，从而保障设备安 全，停车时使进出口阀的电磁阀失电关 闭氧泵进出口调节阀（同时程序置 4mA 信号输出给现场阀门定位器，阀门为故 障关，保障电磁阀失电和定位器的输入 信号同步） 、关氧泵回流阀（程序置 20mA 信号输出给现场阀门定位器，阀 门为故障开，使氧泵与冷箱其他设备隔 离） 。 1.4 变频调速控制 液氧泵的转速是通过变频调速进 行控制的，变频器的给定值为外给定， 由 DCS 系统输出 420mA 信号到变频 器，变频器根据此给定信号进行转速的 调节，同时变频器把转速信号反馈给 DCS 进行显示，方便操作。 1.5 电机的电流 液氧泵运行的电流信号进 DCS 显示，根据电流大小可以作为判断运行 泵是否故障。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 1.6 进出口阀门的电磁阀控制 电磁阀在不参与联锁或调试过程 中可以手动操作让其得电（可操作阀门 的开度大小） 、失电（关闭阀门） ，在投 入联锁后电磁阀的控制不受人为操作影 响，联锁信号才能让其得电或失电。 2 两台液氧泵互为备用的控制功 能 2.1 操作画面按钮及操作参数设 置 对加热器、风机均设“启动” 、 “停 止”按钮，对液氧泵设 “启泵 ”、 “停泵”按 钮，对每台泵设“ 独 立/互备”按钮，对电磁阀设“ 得电 允许操作”、 “失电全关”按钮，为了防止 误操作，每个按钮的操作均需确认才生 效。 2.2 操作画面参数设置和显示 为了方便在不同工况下的操作， 在操作界面上对每台泵的转速、进出口 阀门的开度、回流阀的开度、泵出口压 力调节回路的 PID 调节器的外给定设定 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 值在权限许可下可以进行修改，界面上 同时显示设定值和当前运行的值。 2.3 互为备用程控说明 以一号液氧泵正常运行二号液氧 泵惰转备用加以说明。 2.3.1 参数设置：两台泵运行达 到各自的运行参数后做如下设置： （1）把两台液氧泵的“ 独立 /互备” 按钮 设置为互备方式，操作画面显示“互备” ； （2）二号泵转速输出的设定值设为正 常工作泵的转速值：3389rpm；（3）二 号泵出口阀的开度设为正常工作泵出口 阀的开度：100%；（4）二号泵回流阀 的开度设为正常工作泵回流阀的开度： 20%；（ 5）二号泵出口压力 PID 调节 的外给定值设为正常工作泵的出口压力 值：8.0MPa。 2.3.2 正常工作的泵故障可能是 如下的原因：泵工作得是否正常最终反 映在出口压力和输送量上，若是泵工作 在额定转速工况附近，用氧量保持不变 的情况下出口压力值偏离工况比较大， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 说明泵有故障，故障可能是以下原因引 起：汽蚀或喘振、迷宫密封异常、电气 故障等原因；泵若汽蚀对泵的损害最大， 可能会对叶轮造成不同程度的损坏，汽 蚀时也会使振动增大，同时由于低温液 体离心泵在安装过程中可能会出现一定 的偏差，导致在运转过程中转子不对中， 产生不平衡力从而造成零部件松动、局 部温度过高诱发振动及喘振，在泵的工 作中若是出现以上严重对泵有损坏的可 能或对后续用氧造成影响的情况时必须 在短时间内把惰转备用泵投入额定工作 状态、停运故障泵来保证工艺的稳定和 设备的安全，切换后两泵的互备自动转 为独立运行，待故障泵维修后，重新启 动作为备用，此时需要手动投入互备按 钮。 2.3.3 惰转备用泵自动投入 额定工况的过程：（1）转速给定：程 序设计时把操作画面上设定的正常工况 下运行的转速自动赋值给 DCS 的 AO 输出去作为变频器的设定值，变频器按 照新的设定参数去控制液氧泵的变频电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 机，使变频电机在 10 秒内从当前的转 速达到额定转速，进入正常的工作状态， 泵切换时由程序进行给定，切换完成权 限交给操作员；（2）氧泵出口阀控制： 惰转备用泵的出口阀是关闭的，靠回流 量来维持其惰转工况的，当转为主工况 时出口阀的电磁阀带电，同时把操作画 面上阀门的开度值自动赋值给 DCS 的 AO 输出，使阀门开到设定开度；（3） 氧泵回流阀控制：惰转备用泵工况回流 阀是按出口压力为惰转压力设定值进行 PID 自动调节控制的，阀门开度比较大， 当转为主工况时，阀门的开度在 35 秒（时间可调）内按照时间斜率预关到 主工况运行时的设定开度，出口压力的 设定值自动赋值为主工况的设定值，延 时 68 秒（时间可调）投入闭环自动 调节，并对压力的控制进行限幅控制， 保证压力稳定在 7.58.5MPa 之间，从 而来保证后续工况大于 6.5MPa 的使用 压力和液氧泵的安全运行，泵切换时由 程序进行给定，切换完成通过出口压力 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 自动控制，权限交给操作员。 3 液氧泵的操作 低温液氧泵长期工作在低温工况， 其操作有严格的操作程序，每台泵在独 立程序控制中单独启动，启动前需要做 如下的主要准备工作。 3.1 启动前的准备 3.1.1 液氧泵接触的是氧介质需 要禁油，因为氧气和油混合会引起火灾 或爆炸的危险，因此需要确认脱脂情况。 3.1.2 密封气的确认：迷宫密封 液氧泵需要通干燥的密封气进行密封， 通常为干净干燥的氮气或干燥的仪表空 气。 3.1.3 确认泵的转动方向，多级 离心泵一般为逆时针方向（单级泵多为 顺时针方向） ，结合使用说明书确认。 3.1.4 启动加热器，加热器的控 制按照轴承温度情况进行自动控制，小 于 5自动启，大于 25停加热器；启 动风机。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 3.1.5 液氧泵的预冷：打开进液 阀和与之有关的手动阀，对泵进行预冷， 关闭氧泵的回流阀和出口阀，预冷时间 通常为：60 分钟左右。 3.2 启动 充分预冷后启动液氧泵，打开泵 出口阀、回流阀的开度一般控制在 70% 80%、打开冷箱外面的氧气放空 阀、关闭氧气送气阀，并行升压，通过 DCS 输出信号慢慢给变频器加载使泵从 低转速达到额定转速，调节回流阀和氧 气放空阀的开度，使压力达到泵的工作 压力，稳定后把氧泵回流阀和氧气放空 阀投入自动调节，若后续工况需要用氧， 进行氧气放空阀和氧气送气阀的切换， 慢慢打开氧气送气，同时慢慢关闭氧气 放空阀，稳定后投入自动，氧气放空阀 通过压力进行控制、氧气送气阀通过用 氧量的流量进行控制；惰转泵启动时泵 的出口阀是关闭的，通过回流阀控制其 惰转工况，两泵都运行稳定后把它们均 投入互备状态，程序设计时先运行的泵 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 为主泵，当运行的主泵故障时惰转泵转 为主泵，故障泵处理好后变为惰转备用 泵。 3.3 停泵 正常停泵：按下画面上的停车按 钮并确认，切断液氧泵电机的电源，缓 慢关闭氧泵的进出口阀、缓慢关闭回流 阀，打开相应的手动液体排放阀、加温 复热液氧泵到常温；联锁停泵自动完成 进出口阀、回流阀关闭工作。 4 结语 两台液氧泵的互为备用的自动切 换大大提