集成一体化静叶执行器在主风机组轴流机的应用

王 星

（大庆石化建设有限公司，黑龙江大庆 163000）

1 轴流机静叶系统存在的问题

催化裂化主风机组是催化裂化核心设备之一，由烟气轮机、轴流风机、变速箱、电机组成，其中轴流风机由西安陕鼓动力股份有限公司制造。轴流风机静叶调节系统采用动力油站液压调节系统进行控制，包括独立的动力油站、蓄能器、电加热器、伺服调节阀组件、油冷器和执行油缸等部件。

轴流机是催化裂化装置流化反应的关键动力设备，每天需频繁调节静叶角度来控制生产需要的主风流量。静叶角度控制出现问题会造成生产波动甚至装置停工等事件。原静叶调节系统的组成结构比较繁杂，故障发生率较高，从生产装置开工至今已经使用了18 年，在长期的运行中存在着伺服阀卡涩、动力油泄漏、静叶角度漂移等问题。前两年还曾经出现过轴流风机静叶突发较大故障，静叶开度竟由46°直接达到全开状态，大量空气进入含油气的再生器会给生产装置带来爆炸安全事故。近几年来轴流机静叶角度的故障频频出现，故障频率明显上升，经常出现卡涩、角度漂移等现象，给生产带来极大困扰。

为了处理静叶问题，技术人员通过改型、升级各种部件来增强静叶角度运行的稳定性，先后更换过油泵、伺服调节阀、回讯器、放大器，还专门安装了静叶保护模块，但是没有解决静叶的安全运行问题，不能实现安全平稳的长周期运行。静叶调节系统的故障严重影响到主风机组的安全运行，静叶角度故障造成的主风流量波动严重时会造成装置停工或设备闪爆事故。

同时，原静叶调节系统还存在如下问题：需要油泵提供12 MPa 动力油压进行调节，要求油泵必须连续运转，耗费电能较高；冬季低温时对润滑油温度控制时需要使用电加热器，耗费电能；夏季润滑油温度升高需投用水冷器耗费循环水费用；密封点多，泄漏多，大部分无法在线处理，一些泄漏点只能观察运行，一旦泄漏扩大就造成动力油压降低，达到联锁动作值后机组将联锁动作停机；泄漏的润滑油还会污染自然环境。由于原系统结构特点，需对各部件进行维护，如每年更换滤芯、每月对蓄能器试压、每周对水冷器查水、开机前联锁校验、对机封的维修、电机的维修、漏油点的处理等，不仅操作工作量较大，同时存在一定的风险。

2 轴流机静叶系统的技术改造

为保证机组的平稳安全运行，节能降耗，增加设备运行的可靠性，生产技术人员经过多年的调研探索与实践，采用集成一体化静叶执行器对轴流机静叶系统进行了改造，有效解决液压系统的各项缺陷。

2.1 改造内容

采用集成一体化静叶调节机构代替原液压调节系统，取消油站、伺服阀、伺服马达等部件，新增REXA 执行器、控制箱。

执行器是由控制箱、动力油缸与动力模块等部件组成的机电液一体化自动化智能型设备。控制箱安装在易于维护人员操作的方位。每个动力油缸与轴流风机静叶连杆相连接，并固定在原伺服油缸的位置。在一侧的动力油缸上安装着动力模块，两个动力油缸通过不锈钢管道与动力模块相连接[1]。

在生产装置开工前，对调节系统进行安装调试，改造后的静叶调节灵活、顺畅，无卡涩、漂移等故障现象，现场设备集成式设备基本无需维护，取消了原系统的复杂部件及管路、定期换油、夏季冷却、冬季加热等，消除了泄漏点，节省水、电等能耗费用和原各部件的维护费用。该系统高效、低耗、环保、可靠，大大提升了机组及催化裂化装置运行的安全性和平稳性。

2.2 与同类技术的综合比较

目前，国内催化裂化轴流风机静叶的调节系统主要有电液调节系统与液压调节系统，而液压调节系统属上一代产品。目前，新建生产装置中的轴流风机优先采用电液调节系统，国内也有一些地区生产企业的重要轴流风机采用集成式静叶调节系统代替液压调节系统。

集成式静叶调节系统在国内2011 年首次应用，但目前国内应用还不是很多。调查发现，国内首套集成静叶执行器运行至今无维护，目前属于该行业国内领先水平。

2.3 该改造的技术创新点

集成一体化执行器是机电液一体化的自动化程度比较高的智能型执行器，执行器接受DCS 或控制器发出的控制指令，执行器内部的智能控制系统将当前位置的反馈信号与控制指令进行比较，当两者偏差大于设定的死区时则输出指令使电机旋转，驱动风机静叶转动起来；当两者偏差小于死区时，则输出电机停止旋转指令、电机停止动作，使动力油缸自动保持位置，完成调节过程[2]。

当油泵停止作业时，高压油通过右侧液压锁FMV1 与左侧液压锁FMV2 封闭液压缸两侧的进油和排油，使执行器处在保位状态（图1）。

当执行器接收到左移信号时，电机驱动油泵顺时针旋转，向对应的系统侧供油，在高压油的作用下开启FMV1 与FMV2，液压缸左侧通过FMV2 排油至油泵入口，高压油通过FMV1 进入液压缸右侧，驱动液压缸活塞向左侧运动输出位移，信号消失油泵停转，该动作过程结束，执行器在新的平衡位置下保位[3]，工作原理如图1b）所示。

当执行器接收到右移信号时，电机驱动油泵逆时针旋转，向对应的系统侧供油，在高压油的作用下开启FMV1 与FMV2，液压缸右侧通过FMV1 排油至油泵入口，高压油通过FMV2 进入液压缸左侧，驱动液压缸活塞向右侧移动输出位移，信号消失油泵停转，该动作过程结束，执行器在新的平衡位置下保位（图1）。

图1 运行原理

3 创新的科学价值

（1）该执行机构车间只需购买与轴流机静叶油缸相连的执行器集箱，然后再自行组织进行油管路、仪表管路、电缆的铺设，即可完成该设备的安装，大大减少了过去动力油站需要打基础、安装机泵、油箱、冷却器、蓄能器、加热器、执行模块等一系列部件。

（2）集成一体化静叶调节系统，密封点数量大幅减少，消除了泄漏点造成的低标准，并且无需操作工根据环境温度频繁调节电加热器和水冷器，明显降低能耗、减少操作工日常维护量。

（3）取消原调节系统的油站、油泵、蓄能器、水冷器、过滤器、伺服阀等部件，减少日常维护工作量及这些部件发生故障的概率。

（4）集成一体化静叶调节系统调节静叶角度准确、灵活，并且解决了原液压系统的缺陷，对催化装置的安全平稳运行起到关键作用。

4 实施应用及效益情况

集成一体化静叶调节系统在催化裂化装置的轴流机应用效果较好，可以满足轴流风机的调节需求，有效的解决了传统液压调节系统的缺陷，采用电子产品代替机械部件也是技术发展的趋势，电子器件无需维护、没有磨损、智能化程度高、调节灵活，可以在多数轴流风机上应用。

集成一体化静叶调节系统有效解决了原独立油站式调节系统的各项弊端，自2017 年安装使用至今未出现过任何故障，新结构简单、密封点少、维护量少、能耗低等。

传统的液压调节系统包括油箱、电泵（一开一备）、蓄能器2台、过滤器2 台、水冷器1 台、伺服马达、电加热器、各种仪表及管路。改造后上述设备全部停用，直接经济效益：

（1）电机：15×24×365=131 400×0.67=88 038 元。

（2）电加热器：2×24×150×0.67=7200×0.67=4824 元。

（3）循环水：3×24×215=14 400×0.42=6048 元。

（4）每三年更换两台伺服阀，每台伺服阀75 000 元，则平均每年50 000 元。

（5）静叶故障需主风机组停车处理，备机运行，主备机切换检修按7 d 计算，主风机正常运行时发电1400 kW·h，7 d 停运发电减少1400×24×7×0.67=157 584 元。

（6）备机运行耗电：700×24×7×0.67=78 792 元。

（7）备机运行时处理量3000 t/d（主风机运行时4000 t/d），参渣比不变，若吨油利润按860 元计算，则（4000-3000）×860×7=6 020 000 元。

因此，由传统静叶调节系统改造成集成一体化静叶调节机构每年可节约6 405 286 元。

5 结论

（1）集成一体化静叶执行器采用机电液一体化的自动化程度比较高的智能型设计，集成一体化的形式取消了庞大而繁杂的液压站系统，消除了设备与管道的泄漏点，降低综合能耗。

（2）采用该执行器后，液压油在全封闭的环境内流动，彻底解决了因液压系统开式循环导致的油液污染问题，满足环境保护的要求。

（3）取消了伺服阀等液压阀组，解决了伺服阀卡涩、漂移等问题。

（4）在不需要执行机构发生动作时，其执行器保持在原位不动，电机设备停止运转，无需反复启动电机设备，从而有效延长了电机设备的使用寿命，减少了设备采购费用。

（5）免油站减少润滑油的动、静密封点，集成式静叶执行器几乎没有泄漏点，大大减少了现场低标准和对环境的影响。

（6）该执行器采用集成型模块化设计，执行机构重量相对较轻、体积比较小、组成结构比较紧凑，方便操作人员进行维修和维护。

总之，集成一体化静叶调节系统在催化裂化装置的轴流机应用效果较好，可以满足轴流风机的调节需求，有效解决了传统液压调节系统的缺陷。采用电子产品代替机械部件也是技术发展的趋势，电子器件无需维护、没有磨损、智能化程度高、调节灵活，可以在多数轴流风机上应用，该技术可以大范围推广。