比例阀控制电液执行机构在主风机导叶系统的应用.pdf

0c t ．2 00 9 5 4 化肥设计 Ch e mi c a l Fe r t i l i z e r De s i g n 第4 7卷第 5期 2 0 0 9年 1 0月 比例 阀控制 电液执行机构 在 主风机 导叶 系统 的应用 赵斌 ， 郭俊杰。 1 ． 中石油塔里木石化分公 司， 新疆 库尔勒8 4 1 0 0 0 ； 2 ． 环球科技开发有限公 司 ， 江西 九江3 3 2 0 0 8 摘要 在主风机调节系统导叶执行机构技术改造中采用比例阀控制电液执行机构， 以解决伺服 阀堵塞及油温高 的问题。改造方案为 ①液压缸油路由开环控制改为闭环控制； ②伺服阀执行机构改为比例阀控制； ⑧液压 系统采 用压 力循环控 制 论述 了技改后 P L C控制 系统和联锁控 制 系统的特 点、 优势 以及 液压控制 系统的． 5 - 作 原理 ； 从 生 产使 用和经济效益方面总结 了改造效果。 关键词 主风机导叶 系统 ； 比例阀控 制机构 ； P L C控制 ； 液压控制 中图分类号 T P 2 7 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 48 9 0 1 2 0 0 9 0 5 0 0 5 4 0 3 App l i c at i o n o f El e c t r o - Hyd r a u l i c Ac t ua t o r Co nt r o l l e d by Pr o po r t i o n a l Va l v e i n Gu i de Bl a de Sy s t e m o f Pr i m a r y Fa n Z H AO B i n ，G U O J u n j i e 1 ．C h i n a P e t r o l e u m T a l i m u P e t r o c h e m i c a l S u b c o m p a n y ， X i a n 8 4 1 0 0 0 C h i n a ； 2 ．J i u j i a n g C i t y G l o b a l S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y De v e l o p m e n t C o m p a n y L t d ． ， J i u j i a n g J i a n g x i 3 3 2 0 0 8 C h i n a Ab s t r a c t I n t e c h n i c a l r e f o r m a t io n f o r g u i d e b l a d e a c t u a t o r o f P r i ma r y f a n a d j u s t me n t s y s t e m， t h e e l e c t r o - h y d r a u l i c a c t u a t o r c o n t r o l l e d b y p r o p o r t i o n a l v a l v e w a s u s e d i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m s c o n c e r n i n g b l o c k a g e o f s e r v o v a l v e a n d h ig h t e m p e r a t u r e o f o i l ．R e f o r ma t i o n s c h e m e s w e r e a s f o l l o w s T h e o i l l i n e o f h y d r a u l i c c y l i n d e r w a s c h a n g e df r o m o p e n e d r i n g c o n t r o l t o c l o s e d r i n g c o n t r o l ； ②T h e c o n t r alfor a c t u a t o r o f s e r v o v a l v e w a s c h a n g e d b y p r o p o r - t i o n al v a l v e ； ③T h e p r e s s u r e c i r c u l a t i o n me t h o d w a s u s e d for c o n t r o l o f h y d r a u l ic s y s t e m．A u t h o r h a s d i s c u s s e d t h e c h a r a c t e r i s t i c ，s u p e ri o ri t y i n t h e P L C c o n t r o l s y s t e m a n d i n t e r l o c k c o n t r o l s y s t e m a f t e r t e c h n ic a l r e f o rm a ti o n a n d w o r k i n g p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m ，t h e r e f o mmti o n e f f e c t w a s s u mma ‘ r i z e d f r o m a s p e c t s o f p r o d u c t i o n a p p l i c a t i o n a n d e c o n o mi c b e n e f i t ． Ke y wo r d sg u i d i n g b l a d e s y s t e m o f p rima ry fan；c o n t r o l me c h a n i s m o f p r o p o r t i o n a l v a l v e；P LC c o n t r o l ；h y d r a u l i c c o n t r o l 1 主风机导叶系统存在的问题 塔里木石化公司主风机 自 1 9 9 8年 6月投用 以 来运行情况总体 良好 ， 但主风机系统中导叶执行机 构存在一些影响机组平稳运行的隐患， 具体如下。 1 主风机使用 的导 叶控制及执行机构 动作 不灵活， 容易出现卡位或跑位现象 。 2 切换到“ 液压手动操作” 模式后， 将立刻偏 离现正确位置 2 。一 5 。 ， 且手动调节忽急忽缓 ， 无法 准确控制导叶位置 ， 从而无法准确调节主风量。导 叶跑位造成了主风流量的大幅度波动 ， 并引起 了机 组的喘振和超速 ， 严重影响机组安全运行。 3 液压系统油泵功率较高 1 5 k W ， 长期处 于高负荷运行状态。 4 液压系统 占用空问较大 ， 不便于修理和维 护 ， 且静密封泄漏点较多 ， 污染了周围的环境。 5 主要部件质量差 ， 易损 坏， 运行 中无法进 行修理和更换。 6 系统的伺服阀抗油污染能力差 ， 冬季阀门 易出现卡涩， 影响机组的正常调节控制。 2 技术 改造 内容 2 0 0 8年大修期间， 对主风机导叶系统进行 了改 造 ， 采用 比列阀控制电液执行机构， 改造 内容如下。 1 保 留原液压缸 ， 将其由开环控制改为闭环 控制 ， 更新位移传感器。 2 将原系统改进为结构紧凑 、 集油路与仪表 于一体的智能型比例 阀控制电液执行机构 。 3 将原伺服阀执行机构改为 比例阀控制。 作者简介 赵斌 1 9 7 2年 一， 男， 江苏沛县人 ， 1 9 9 5年毕业于华东石 油大学自动化系工业过程自动化专业， 工程师， 从事化工仪表技术 服务工作。 第5期 赵斌 等 比例阀控制电液执行机构在主风机导叶系统的应用 ． 5 5． 4 为减小原液压系统 占用空间 ， 将液压油泵 由2台改为 1台， 油泵 的功率 由 1 7 k W 改为 5 k W。 5 在进 、 回油管路各增加 1个阀门， 以便 出现 故障时可通过关闭此 阀门， 将导叶执行机构 与机组 断开 ， 对系统进行检查修复。 3 新 系统 特点 1 B L FI I I B智能型 比例电液控制机构电液 控制 阀为 比例阀， 输出流量正 比于 比例阀控制绕组 的输入控制信号 ， 属于线性控制系统。 比例 阀与伺 服阀相比， 其抗 污染能力强 、 运行平 稳 、 工作 可靠 。 油站采用压力循环控制 ， 液压系统控制在额定压力 下运行 ， 适合 长期稳定操作 。整个 系统 由油 站、 防 爆 电控箱、 防爆电源箱 、 防爆接线箱等部件组成 ， 都 组装在控制柜内， 以便于集中控制与维修保养 。 2 比例 阀对 工作油液 清洁度要求 比伺 服 阀 低 ， 抗污能力强。根据国外对 同类产品所建议过滤 精度要求 ， 比例阀为 I S O A A 0 0 6 ， 代号 1 6 ／ 1 3 ， 伺服阀 为 I S 0 4 4 0 6 ， 代号为 1 5 ／ 1 1 。比例阀一般采用粒径为 1 0 m 全 流量过滤器就能达到液压系统 中油液清 洁度要求 ， 从而避免了喷嘴堵塞所造成控制 系统失 灵的故障 。 3 比例阀与伺服阀均为线性控制特性， 其差 异在 于 动频 特 性 ， 比例 阀 为 1 0 Hz ， 而 伺 服 阀为 3 0 H z 。对实际动频特性不超过 1 H z的控制 系统而 言 ， 采用 比例阀 ， 对系统 的控制精度 和系统稳定度 具有足够裕度。 4 本设备采用压力循环控制系统 ， 即 当液压 系统达到工作压力上限时 ， 油泵 就卸荷 ， 油泵 电机 处于轻负荷运行 。当液压 系统压 力达到工作压 力 下限时 ， 油泵 就加载 ， 油 泵 电机 处 于带 负荷 运行 。 对不需要 频繁 操作 的控制 系统 ， 具 有节 约能源 消 耗 、 降低油温 、 延长电机油泵使用寿命等特点。 4 P L C控 制系统 4 ． 1 阀位控制系统 阀位控制系统采用 P L C控 制 ， 具有体 积小、 功 能强 、 程序设计简单 、 使用维修方便 、 抗 干扰能力强 等特点。仪表室的 4～2 0 mA 自控信号 s P 、 位移传 感器的信号 阀位信号 P V分别经 I ／ O端子输入 S一 2 3 5 A ／ D模数 转换模 块 ， 并将 s P 、 P V信号进 行 P I D运算 ， 其数字量运算结果再 由 S一2 3 5 D ／ A数模 转换模块 ， 在其输 出端 R、 V端子 输 出一1 0 V～ 0 V～1 0 V 。此 一1 0 V～ 0 V～1 0 V 作为德 国派克公 司专 门给 比例 阀设计 配套 的功率 放大器作输入信号， 根据预先设置的编程指令运 算 ， 由9 ／ 1 0或 1 1 ／ 1 2端子输出信号控制比例阀各线 圈 ， 使相应 油道开通 ， 可控制 阀门的运行 。P L C控 制系统原理见图 1 。 仪表室控制信号 4 2 0 mA 自保信号 调节器信号 P L C 控制 系统 E 位机控制信号 C P U 、 A／D、 综合报警信号 D／ A 阀位回讯信号 4 2 0 mA 图 1 P L C控制 系统原理 4 ． 2 联锁控制系统 联锁控制系统主要 由 P L C的 S一 2 2 4主机和扩 展卡 2块 来完成。比例 阀 S V 1由主控制室 s P控 制的前提条件是 电磁 阀 D V 1带 电， 而 电磁 阀 D V1 带电与否由自控信号 s P和阀位信号 P V所控制， 自 控信号 s P与阀位信号 P V的差值 AV不超差。只有 这 3个信号工作条件都正常 ， D V1才带 电， 从 而保 证主控制室对 比例阀有效控制 。只要 3个信 号 中 有 1 个不正常， 系统都要 由主控制室将控制方式转 为其他控制方式 ， 即进入 自锁状态。3个信号就是 自锁条件。这些 自锁和其他报 警信号经一次元 件 采集后均送入 P L C系统按预先组态好 的程序运行 ， 且修 改编程 和控制 方案极 为方便 ， 无特 殊情况 硬 件 ， 一般 不需修改 、 更换或添加。P L C正常工作 中 基本不需要维护 。 5 液压控 制 系统工作原理 液压控制系统工作原理见 图 2 。 图 2 液压控制 系统 工作 原理 1 一 蓄能器 ； 2 一蓄能 器 ； 3 一压 力变 送器 ； 4 一精滤 器 ； 5 一油 泵 电机 ； 6 一油泵 ； 7 一伺服油缸 5 6 化肥设计 2 0 0 9年第4 7卷 1 油泵电机拖动油泵 ， 经过截止 阀 Ml ， 将油 箱中低压油抽入油泵 内， 产生 的高压油经过单 向阀 v 4 、 精滤器、 截止阀 M 2 ， 送人蓄能器 1和蓄能器 2 ， 储存并建立系统压力。当系统压力达到工作压力 上限时， 由压力变送器所带触点转为断开 ， 经过 P L C 判断 ， 使卸荷电磁 阀 D V 3失 电， 则油泵所排出的油 经电磁 阀 D V 3回流至油 箱 ， 油泵 电机处于轻载运 行， 液压控制系统处于由蓄能器 1和蓄能器 2所建 立起 的压力下运行。随着阀门的不断运行 ， 系统压 力下降， 当降至工作压力下限时， 压力变送器 已断 开的触点又闭合 ， 经 P L C判断 ， 使卸荷 电磁 阀 D V 3 得电， 则油泵所排 出的油向液压系统供油 ， 直至达 到系统工作压力上限。溢流阀 A V用 以调整额定压 力 ， 以确保液压控制系统安全运行。 2 油站来的高压油经过控制油路块 ， 进入电 磁阀 D V 1的 P端 ， 若操作方式设置 自控 ， 系统操作 条件正 常， 电磁 阀 D V1带电。高压油通过 D V 1的 相应油道 ， 进入液控单 向阀 V 1 、 v 2 、 V 3的控制端， 使其呈双 向流通状态 ， 油道变为通道， 则高压油经 过液控单向阀 V 1 进入比例阀 S V I的 P端。此时只 需改变比例阀 S V 1 相应控制绕组的控制电流幅值 ， 就能改变比例阀 S V I的 2个输出 口的流向与流量 ， 即操作伺服油缸活塞移动的方 向与速度 ， 实施阀门 开与关的操作 。若操纵方式设置在现场或系统产 生故障时， 则 电磁阀 D V 1失 电， 使液控单向阀 V 1 、 V 2 、 V 3控制 口接低压 ， 切断 比例阀 S V 1的供 油油 道 ， 使伺服油缸活塞不能移动 ， 实施就地锁定。此 时高压油经过电磁阀 D V1的相应油道 ， 进人手动操 作阀 S V 2的 P端 ， 操纵手操阀 S V 2的手柄方 向， 就 能改变手操阀 S V 2的 2个输出 口的流向， 实施阀门 开或关操作 ， 通过调节调速阀 T V可调节 阀门开或 关 的运行速度 。 3 电磁阀 D V 2用于系统 自保 快关 运行操 作， 一旦接受自保 快关 运行信号， 电磁阀 D V 2 带 电， 系统高压油经过 电磁阀 D V 2的油道 ， 不管系统 处于何种操作方式和系统是否处于 自锁状态均实 施快速关闭 打开 操作。 6 改造效果 1 比例阀油泵等主要部件由国外进 口， 其工 作状态稳 定 ， 使用周期 较长。 由于新 系统空 间紧 凑， 油路开环控制改为闭环控制， 静密封泄漏点较 少 ， 减少 了润滑油的消耗 ， 避免了油温高的现象 ， 控 制精度大为提高 ， 环境 的污染减轻。新系统无卡位 故障 ， 切换到手动后无 跑位现象 ， 且 能够根据 风量 需要手动调节导 叶位置 ， 平稳操作 ， 保证 了新 型导 叶的控 制 以及执 行 机构 装置 和机 组 的安全 平稳 运行 。 2 应用研究分析表 明， 装置每切断进料 1 次， 将至少造成造经济损失 1 0 0万元。主风机导叶使用 比例阀控制电液执行机构后 ， 平均每年减少 1次因 导叶跑位造成的切断进料事故 ， 减少 2次装置生产 负荷大幅度的波动 。由此计算 ， 每年可减少直接经 济损失 1 3 0万元左右。现系统液压油泵的设计功率 为 1 5 k W， 因其在空负荷下运转的时间长 ， 油泵功率 实际为1 k W， 每小时可节省能耗 1 4 k W， 按每 k W h 电能 0 ． 5元计算 ， 则每年可节省 电费 6万元。由此 可知， 主风机导叶使用闭环控 制后 ， 平均每年可减 少直接经济损失 1 3 6万元左右。由于比例 阀控制 电 液执行机构的先进性和可靠性 ， 使其在石油化工行 业得到迅速推广和广泛使用 。 收稿 日期 2 0 0 9 5 一 o 5 氨合成塔与废热锅炉一体化装置技术 氨合成的催化反应是剧烈 的放热反应 ， 氨合成塔出 口气体的温度高达 3 2 0℃ 。通常为了回收这些热量 ， 在工艺流程设计上 ， 在氨合成 塔后 设置废热锅炉， 氨合成塔与废热锅炉之间以管道相连接。由于连接管道处于高温、 高压和高氢气体的恶劣条件下， 因此所需配管的材质必须强 度高， 耐高压 、 耐高温和抗氢性能好 ， 而且要考虑到管道受热膨胀需要一定的场地 ， 因而其建设费用 、 安全性能成为重要因素。 为了降低投资、 减少占地和提高安全性， 湖南安淳高新技术有限公司成功开发了“ 合成塔废锅～体化装置技术” 。据该公司报道 由于合 成塔与废锅连接成整体， 因此必须慎重考虑一体化装置间在热胀位移和推力、 力矩等方面的变化和影响。该公司在设计中成功地解决了其间 的平衡问题和支承架结构形式等， 圆满地将此技术投入工业使用。 经过山西天泽公司 6 2 4 0 0 mm氨合成塔与 咖1 4 0 0 m m废热锅炉一体化装置和 山西晋丰公 司 0 0 0 m m氨合成塔与 1 2 0 0 m m废热锅炉 一 体化装置的实践运行 ， 证明该一体化装置经济实用 ， 安全可靠 ， 并得到如下经济效益 节约材质 为 1 0M o WVN b 、 压力 3 1 ． 4MP a 、 管径 3 5m m的 合金高压管3 0 m， 减少场地面积 1 0 0 m ， 节省投资 1 0 0万元， 并改善了生产环境， 提高了装置的安全性。 本刊通讯员