烟机机组液压控制系统国产化改造

于甫春黄斌/中石化荆门分公司

烟机机组液压控制系统国产化改造

于甫春黄斌/中石化荆门分公司

本文介绍了某型号烟气轮机附属进口液压控制系统及执行机构，并针对系统长年运行老化后存在的问题进行了归纳分析，根据设备现场实际情况提出了可行的国产化改造方案，依据改造后系统长周期的运行实践，对新老系统从原理、机构、运行效果等多方面进行比较，论证了国产化改造的成功应用。

液压烟气轮机；控制系统；执行机构；国产化改造

1 概述

烟气轮机是炼化企业催化装置节能环保的关键机组，特别是在与轴流式风机、发电机形成催化主风三机组后，其在工艺生产中的作用更是无法替代，它的长周期运行与生产指标的完成息息相关。中石化荆门分公司1#催化装置国产烟气轮机配套美国BAFCO公司的液压控制系统和ADAMS公司的蝶阀执行机构，该机组参与再生器压力控制，该控制采用三分程控制方案见图1。

图1 再生器三分程控制回路示意图

由于两器（反应器、再生器）压力平衡对催化裂化装置的重要性，要求正常运行时再生压力控制平稳、精确，事故状态下，要求再生器负荷转移及时、安全。而这都是由三分程控制系统控制烟机进口蝶阀及大小旁路阀完成的，烟机进口蝶阀及大小旁路蝶阀的可靠性对装置安全生产以及机组平稳运行至关重要。

荆门分公司于2004年对烟气轮机（GHH公司，1986年投用）进行了改造更新，主机采用了由兰州炼化机械生产的YLD型烟气轮机，考虑到控制的可靠性及投资经济性，机组沿用了原有进口的液压控制系统及执行结构（液压流程系统原理及系统配置见图2）。机组运行至今，主机部分运行正常，但两套液压控制系统以及相应执行机构，随着使用年限的增加，各种故障问题逐渐显现。虽然在运行中期系统陆续对电机、油泵和传感器等附属设备进行了国产化改造之后，系统也进入了一段平稳运行期。但随着系统内各液压元件日益老化，系统故障又呈现上升趋势，从1995年至2014年，统计因液压系统故障导致烟机停机共计23次，尤其是近几年出现故障问题次数更为频繁，记录汇总液压系统故障现象及停工次数见表1。由于液压系统日益老化，在设计运行压力15MPa工况下工作，油缸内漏导致系统压力不稳定，蓄能器内活塞密封不严导致液压油没有储存足够的油液，油管接头、压力表接头和手动泄压阀等多处密封部位经常漏油，而一些泄漏点在线处理存在较大风险；特别严重的是当烟机机组系统三分程需要应急控制自保时，由于系统压力的不稳定，36"控制阀和36"切断阀可能不会在规定时间（0.6秒）内关闭，将极可能导致烟机超转速“飞车”重大事故的发生；在维护保养方面，由于系统投用时间已尽三十年，部分液压元件已无法找到替代产品，人为故障处理已无法保证系统的正常运行，对原系统在优化的基础上进行改造已经迫在眉睫。

表1 液压系统故障现象及停工次数

图2 美国BAFCO液压系统流程图

2 原液压系统控制原理简介

BAFCO公司的液压控制系统流程图见图2，两套液压控制系统分别控制36"控制阀和36"切断阀执行机构与10"控制阀和20"控制阀执行机构[1-2]。该进口油站油箱最大容积为50加仑油液，油箱内有液位油温等报警变送器，油液经MV-1A（MV-1B）球阀到PU-1（PU-2）油泵输出高压油到CV单向阀，RV溢流阀，RV溢流阀作为安全卸荷油路。而MV-3截止阀手动切断控制36"控制阀油路和36"切断阀油路，油液经FIL精过滤器和MV-2A（MV-2B）截止阀。其中一路到MV-5A（MV-5B）截止阀和SEV-A（SEV-B）比例伺服阀主控制油路，受仪表室信号控制SEV比例伺服阀带动蝶阀阀板转动工作。而另一路油液经MV-8A（MV-8B）截止阀和CV单向阀到FSV-A（FSV-B）故障安全阀应急油路，受FSV-A（FSV-B）应急安全电磁阀控制，作为应急快速“阀关”或“阀开”自保用。36"切断阀控制油路和36"控制阀控制油路中除使用系统蓄能器外，还有自己独立的F.S.ACC蓄能器、PS-A压力表、PS-3A压力变送器和MV9A（MV9B）截止阀等液压元件，确保油路相互独立显示工作。在控制逻辑上，进口液压控制系统不是两台油泵互为备用关系，抗击电网波动及“晃电”事故能力较差.

3 液压控制系统结构改造方案

考虑1#催化烟机在未来几年连续平稳运行，决定对原有两套液压控制系统和四台执行机构进行国产化改造，消除原有系统隐患，满足设备长周期平稳运行要求。在认真研讨、论证并最终确定了改造方案，双蝶阀控制执行机构由蝶阀液压油站和手轮执行机构两部分组成。液压控制系统的油站（见图3、图4），主要由供油部分及控制部分组成，供油部分包括油泵、油泵电机、蓄能器、冷却器、液压集成块、隔爆电控箱和油管线部件等。油站左边为控制部分，包括油站左侧36"切断阀液压控制操作系统，主要由A，C1，D1三个集成块和液压元件等组成，右边为36"控制阀液压控制操作系统，主要由B，C2，D2三个集成块和液压元件等组成。除B集成块没有隔爆装置外，其余A，C1，C2，D1和D2等五个集成块都采用了dⅡBT5等级的隔爆装置，保证了带有电器接线的集成块的安全性。液压操作使用的截止阀、卸荷阀等操作阀件基本全部安装在六大集成块上，而且截止阀操作位置也是一一对称布局，这样便于日常操作及维修。ZX-D-2手轮执行机构（见图5），主要由拨叉曲柄、导向杆、开合螺母、切换手柄、手轮、YM22（YM23）手动卸荷阀和YG1（YG2）缓冲伺服油缸等组成。

图3 控制柜俯视图

图4 控制柜操作正面图

图5 手轮执行机构操作示意图

4 改造后蝶阀液压控制系统工作原理

从改造后蝶阀液压控制系统的液压系统原理图（见图6）可知，该液压系统由油箱，活塞式蓄能器，油泵电机机组，液压集成块A，B，C1，C2，D1，D2，油管线和带有缓冲伺服油缸的手轮执行机构组成。调节控制系统由控制室ESD直接远程控制BL1（BL2）比例伺服阀，达到自动控制目的。自保控制系统分别由CD3（CD4）电磁换向阀控制YG1（YG2）缓冲伺服油缸，达到烟机机组系统三分程控制自保要求。主备油路工作原理一致，从液压集成块A，B液压图中看到，M1（M2）电机驱动P1（P2）压力补偿变量泵为系统提供可靠的液压能源。油液经过D3（D4）单向阀、F4（F5）精过滤器过滤后，使油液清洁度达到NAS8级，其中有一路为安全油路，当油泵压力超过溢流阀设定的安全压力时，YR1（YR2）溢流阀打开卸压。液压系统采用双泵控制，用户可根据需要设定主备油泵，采取互为主辅工作方式。当主泵失效KP1（KP2）压力传感器检测到压力低于设定值后，辅泵自动启动。当其中一路过滤器堵塞后，如F4（F5）精过滤器需更换堵塞的过滤器时，液压系统仍可短时维持工作，只需打开YM8（YM9）截止阀即可更换滤芯。

图6 SKDF-3型液压系统原理图

从C1（C2）液压集成块液压图中看到，油路进入系统主油路通道，液压油经过YM10（YM11）截止阀、D5（D6）单向阀到A1.1，A1.2系统蓄能器保存起来。当远程ESD遥控操作时，A1.1，A1.2系统蓄能器液压油直接作用到BL1（BL2）伺服比例阀，比例伺服阀受控制电流的极性幅度变化控制，从而改变油液的流向和流量，达到控制YG1（YG2）缓冲伺服油缸活塞杆，从而带动拨叉调节控制蝶阀阀位的目的。

从D1（D2）液压集成块液压图中看到，一部分液压油再经过YM14（YM15）截止阀、D7（D8）单向阀到A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）备用蓄能器储存起来，作为“自保”控制的液压油源。A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）备用蓄能器液压油受“自保”DC3（DC4）电磁换向阀控制（正常时“得电”，失电时“自保”），在正常运行时使YKD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控单向阀处于“关闭”状态，系统自保不工作。当烟机机组装置受再生系统三分程控制，仪表室投用“自保”时，“自保”电磁阀失电，液压油经DC3（DC4）电磁阀到YKD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控单向阀的控制腔，使液控单向阀阀芯打开，A2.1，A2.2（A3.1，A3.2）备用蓄能器液压油直接经过YKD9，YKD10（YKD11，YKD12）液控单向阀作用到YG1（YG2）缓冲伺服油缸，使控制碟阀能实现快速“阀关”自保。

液压系统采用独立的“自保”控制系统和ESD远程控制系统，当其中一路自保控制系统或伺服比例阀出现故障时，只需关闭YM12（YM13）截止阀或YM14（YM15）截止阀，可独立进行检修更换工作。考虑液压控制系统液压油压力低故障参与到烟机停机联锁，液压控制系统采用KP3、KP4、KP5三个压力变送器，当三个压力变送器中的其中两个压力变送器检测到压力低时（三选二），烟机停机联锁启动。KP3，KP4，KP5三个压力变送器采用隔离测压方式，利用D7（D8）单向阀隔离，当A1系统蓄能器失压后，压力变送器KP3会报警，KP3，KP4压力变送器因有D7（D8）单向阀隔离，保持各自压力，烟机装置停机联锁不会启动。

5 改造后蝶阀液压控制系统执行机构的优点

在液压控制系统上使用了CD1（CD2）电磁换向阀点动控制BL1（BL2）比例伺服阀操作方式，当BL1（BL2）比例伺服阀出现故障时，只需要点动CD1（CD2）电磁换向阀切断油路，即可在不停泵的前提下更换相应的BL1（BL2）比例伺服阀。这点进口BAFCO公司的液压控制系统是无法实现的。手轮执行在机构设计上，大胆采用了曲柄拨叉直接传到方式，与进口德国ADAMS公司的手轮执行机构“联动”传动方式截然不同，通过新旧执行机构对比（见图7），国产比进口传动力矩大了近1倍左右，这样最终目的是降低了液压系统压力，避免液压系统在长期高压工作时会出现严重漏油现象。液压系统工作压力比进口液压系统降了近三分之一，但其控制蝶阀的扭矩的参数没有降低，紧急自保投用时间没有受到影响。通过安装调试及联动自保工作，在现有10MPa液压系统自保“阀关”或“阀开”蝶阀联动自保工作中，都证明36＂切断阀和36＂控制阀的液压控制系统“阀关”速度及时间完全满足设计要求，10＂控制阀和20＂控制阀的液压控制系统“阀开”速度及时间完全满足设计要求，经检测备用蓄能器的油源足够在自保“阀关”或“阀开”

图7 新旧执行机构对比图

时0.6秒内“关闭”或“打开”蝶阀机构。SKDF-3型蝶阀液压控制系统还有一个突出亮点是：手轮执行机构上配备了较为先进的缓冲伺服油缸，设计缓冲间隙和行程合理，其缓冲零位与蝶阀实际零位一致，经过开工前多次自保试验，证明蝶阀快速“关阀”或“开阀”可靠，对蝶阀本体没有造成冲击。另外，图7中新旧执行机构对比后可以发现，旧的执行机构的拆卸比较麻烦，新的手轮执行机构检修则更加方便快捷，这在设备初次安装过程中也得到了验证。

6 结语

改造最终选用了九江大安公司生产的SKDF-3型液压控制系统，经过长期运行考核，达到了设计和改造目的，液压系统由于全部采用了插装技术，大部分液压元件选用优质进口通用件，液压系统在低压工作时，使液压系统更安全可靠运行。手轮执行机构结构设计新颖，为后期检修拆卸工作带来了便利，所配装的缓冲伺服油缸达到了自保到位时的缓冲效果，且蝶阀能实现在0.6秒内“全关”或“全开”目的。SKDF-3型液压控制系统所采用点动CD1（CD2）电磁换向阀切断油路方法，可在不停电机油泵情况下更换BL1（BL2）比例伺服阀的方式也是较为可靠。综上所述，国产液压控制系统执行机构改造达到了设计要求，能完全替代进口同类的电液控制控制执行机构。

[1]闻邦椿.机械设计手册（第五版）[M].北京：北京机械工业出版社，2010.

[2]徐灏.机械设计手册（第2版）[M].北京：北京机械工业出版社，2000.

Transformation of Domestic Hydraulic ControlSystem in the Flue Gas Fan Unit

Yu Fuchun,Huang Bin/Sinopec Jingmen Branch

This paper has introduced a type of flue gas turbine auxiliary imported hydraulic control system and actuator,and summarized and analyzed the problems caused by the long-term operation of system.According to the actual situation on site,the feasible plan of reforming on domestic production is put forward.Based on the long-term operating practice of the reformed system,and compared with the old system from the aspects of principle, structure,operating effectand others,ithas verified the successful application of localization reform.

Jingmen branch;BAFCO; ADAMS;hydraulic control system; actuator;Application

TP271+.31；TK05

A

1006-8155（2015）04-0090-06

10.16492/j.fjjs.2015.04.078

2015-05-06湖北荆门448039