风机联锁设计问题及风机运行问题探讨

2017-05-22李晓娜

中国设备工程 2017年9期

关键词：鼓风机制氢永磁

李晓娜

（黑龙江省大庆油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇车间，黑龙江大庆 163411）

风机联锁设计问题及风机运行问题探讨

李晓娜

（黑龙江省大庆油田化工有限公司甲醇分公司二甲醇车间，黑龙江大庆 163411）

本文主要针对制氢装置转化炉系统风机联锁设计问题以及风机在实际运行过程中存在的问题进行讨论，根据装置实际运行情况提出修改意见及建议，对化工装置设计与实际应用相结合具有借鉴与指导意义。

鼓风机；引风机；联锁；紧急停工；负压；风量

本文涉及的制氢装置以天然气为原料，采用蒸汽转化、中温变换和PSA气体分离技术生产纯氢气。该装置转化炉系统鼓风机和引风机均采用离心式风机，悬臂支撑，风机的负荷调节采用永磁调速器，风机的控制由DCS 实现，机组不带PLC。化工装置联锁保护是为了保证装置安全运行，本套制氢装置对关键设备联锁保护、紧急停车系统以及重要的安全联锁保护设置了SIS（安全仪表）系统。

1 风机紧急停工联锁设计

1.1 紧急停工因果表（如表1）

因果表是工艺提供的逻辑联锁说明，联锁逻辑图是仪表专业根据因果表进行的转换（表1）。

表1 紧急停工因果表

因果表说明：（1）装置某一紧急停工条件触发，引风机、鼓风机联锁停机。（2）引风机负压低低联锁，引风机停机，装置紧急停工。（3）引风机负压高高联锁，引风机停机，装置紧急停工。（4）鼓风机流量低低联锁，鼓风机停机，装置紧急停工。

1.2 风机联锁设计逻辑图

图1为SIS系统中风机联锁设计逻辑图。

图1 风机联锁设计逻辑图

风机开机条件：风机电机轴承已润滑，叶轮与机壳无摩擦，同时确认润滑系统油脂均匀分散；所有螺栓螺丝已拧紧；风机内无异物；手动转动叶轮，叶轮自由转动；防护罩已安装，且螺栓已拧紧；风机检查门或观察窗已闭合；机壳内无冷凝水，无异物掉落；风机转向与铭牌标示相符。

根据风机联锁设计逻辑图可知：满足风机开机条件、主电机启机条件，且风机无联锁停机信号的情况下可以启机运行，风机启动后通过DCS控制永磁调速机构，实现对风机转速的调整即引风机负压及鼓风量的调整，进而保证转化炉负压在控制指标内。

2 风机紧急停工联锁设计存在的问题

生产装置的联锁系统必须保持完好，联锁除按程序批准摘除或临时停运外，必须全部投用。

由上述紧急停工因果表与风机联锁设计逻辑图得出结论：装置正常运行过程中，引风机负压低低、高高联锁及鼓风机流量低低联锁动作的结果是装置联锁“紧急停工”；装置发生停工联锁动作时，“紧急停工”信号锁停风机，这在逻辑关系中即为因果关系互锁，若按照上述逻辑关系进行风机紧急停工联锁组态，将导致风机无法启机运行，即按照此种逻辑设计组态，那么在装置实际运行过程中，要想启动风机就必须先将引风机负压低低、高高联锁及鼓风机流量联锁摘除，否则风机无法启机。这不符合设备实际运行要求，更起不到对设备的保护作用。

3 修改后风机联锁逻辑图

针对上述问题并结合装置实际运行经验，我们与设计人员进行沟通，提出了修改意见，并在实际运行中进行检验。

图2 修改后风机联锁逻辑图

图2 中，我们将风机启机条件中的SIS系统“紧急停工”信号修改为“风机手动紧急停机信号”，避免了风机启机受“紧急停工”信号限制的缺陷，解除了风机联锁因果互锁关系，实现了带联锁启机，满足了实际生产需要。

4 风机在实际运行中存在的问题

4.1 永磁调速工作原理

本套制氢装置风机负荷调节采用永磁调速器。永磁调速器一般有三个部分组成，一是和电机连接的导磁体；二是与负载连接的永磁铁，这两个转动体之间有一定的空间间隙；三是一个调节器，通过调节器调节两个转体之间空间的间隙的大小，通过负载扭距的调节实现负载输出速度的控制。永磁调速器是通过扭距来实现速度的控制，电机输出到永磁调速器的扭距和永磁调速输出的扭矩是相等的。这样，我们可以根据负载实际运行过程中扭矩的大小来调整电机的输出端。如负载要求扭矩小，电机输出的扭矩小，相应输出功率也小。永磁调速输入速度和输出速度是一样的，永磁调速器俩个转子之间的空气间隙的存在，输出的速度要比输入速度小，这叫滑差。滑差的大小决定了传递的扭矩的大小也就达到了速度控制的目的。

4.2 问题描述

制氢装置烘炉期间，引风机启动后永磁调速系统在控制输出为“零”的情况下负压即可达-255Pa（负压低低联锁值-400Pa，高高联锁值 -10Pa），此时立即启鼓风机调整鼓风量，控制炉膛负压达到控制指标要求的-50Pa左右，此时鼓风量为38000Nm3/h。在整个烘炉期间，直到最后炉温达到600℃，引风机输出最大也仅为5%，负压可调整余地小。但是38000 Nm/h的空气量相对于燃烧所需仍然偏大（烘炉期间燃料天然气最高达到585 Nm3/h），转化炉氧含量分析仪始终处于超量程状态（AI05231控制值≤2%干基，高报4.5，低报1.0，量程0～10）。

表2 燃烧相关设计数据与实际数据统计表

由表2数据可以看出：（1）装置开工初期空气量过剩，但为了保证转化炉负压在控制指标范围内，空气量不能在降低，这样就导致火嘴燃烧不好，且易熄灭（烘炉期间共发生21次火嘴熄灭情况）。（2）因为空气量过剩，增点火嘴过程中，负压波动较大（+70～-450 Pa），需要摘除负压联锁保证装置继续运行，致使设备失去保护。（3）开工期间鼓风机长时间高负荷运行，能耗增加，造成浪费。

4.3 建议措施

装置设计之初风机系统采用永磁调速，重点是考虑到尽管永磁调速投资较高，但可靠性比变频调节高。风机设计数据更多考虑的是以及满足正常生产需要为主，对于装置开工初期条件并未考虑全面，导致风机在刚启机运行功率较大，导致上述问题发生。

为此，装置开工初期，为了保证转化炉负压控制指标，烧嘴点火前需将50台烧嘴风门全部打开降低风压，保证转化炉顺利点火。

针对此问题建议在装置设计阶段，全面考虑装置正常运行、开停工运行以及长期低负荷状态下运行等多种数据参数，并结合永磁调速原理，将引、鼓风机的永磁调速起动“0”点前移，最小输出功率进一步降低，以便控制初始负压，保证装置开工初期的负压调节余量，最大限度的保证装置安全平稳运行。