摘要:詳細(xì)闡述燃?xì)廨啓C(jī)入口導(dǎo)葉閥位間斷性跳變的故障現(xiàn)象,通過檢修發(fā)現(xiàn),閥位變送器引出線外層增加的保護(hù)導(dǎo)管黃臘管造成了閥位變送器引出線磨損而接地,通過更換新的閥位變送器,使問題得到徹底解決。pAw壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
重慶建峰化工股份有限公司一化合成氨裝置的空氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)為 5001 系列單軸式燃?xì)廨啓C(jī),2004 年控制系統(tǒng)改造為 TS3000 系統(tǒng)。該系統(tǒng)#大的優(yōu)點(diǎn)在于其軟件和硬件都采用 “三取二”表決的三重冗余結(jié)構(gòu),安全可靠。
1 問題的提出
2017 年 8 月 12—13 日,燃?xì)廨啓C(jī)空氣入口導(dǎo)葉(IGV)1# 閥位變送器(LVDT1)反饋顯示 間 斷 性兩次從 74 °跳變到 67 °左右, 一段時(shí)間后恢復(fù),隨后 3 個(gè)月間斷性出現(xiàn)類似情況。
燃?xì)廨啓C(jī)入口導(dǎo)葉設(shè)置 2 個(gè)閥位變送器反饋(LVDT1 和 LVDT2) 信號(hào), 由于測量誤差,LVDT2略低 2 °~5 °,2 個(gè)信號(hào)經(jīng)高選后作為測量值進(jìn)入控制系統(tǒng)。 燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)選擇 LVDT1, 一旦LVDT1 跳變到低值,控制系統(tǒng)將選擇 LVDT2 作為測量值。這將引發(fā)入口導(dǎo)葉閥位波動(dòng),燃?xì)廨啓C(jī)瞬間出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng),排氣溫度一定幅度上升,并迫近聯(lián)鎖值,給工藝運(yùn)行帶來影響。多次排查無果,無奈之下,用機(jī)械方法調(diào)整了LVDT1 和 LVDT2 偏差值,但仍然無法解決 LVDT1階躍下降和燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行波動(dòng)問題。
2 原因分析
2.1 控制原理[1]
該空氣壓縮機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)入口導(dǎo)葉控制是在MARK-Ⅳ控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造而成,原 MARK-Ⅳ控制系統(tǒng)集成了伺服放大卡, 三控制器 R / S / T分別輸出-8~+8.0 mA 直流電, 分別驅(qū)動(dòng)由三線圈電磁力疊加而成的伺服閥, 作用在油動(dòng)機(jī)上構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)入口導(dǎo)葉。 伺服閥中任意 1 個(gè)或 2個(gè)線圈因故障造成電流中斷, 但只要 1 個(gè)線圈能正常工作,也能驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)正常調(diào)節(jié),體現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)“三取二”設(shè)計(jì)理念的高度容錯(cuò)性。因 TS3000 控制系統(tǒng)輸出標(biāo)準(zhǔn) 4~20 mA 信號(hào),與原 MARK-Ⅳ控制系統(tǒng)輸出-8~+8.0 mA 直流電不符,因此在改造時(shí)增加了 3 個(gè)好立伺服放大卡,取代了原集成在 MARK-Ⅳ控制系統(tǒng)中伺服放大卡的功能,信號(hào)制也發(fā)生了相應(yīng)的變化:新系統(tǒng)中3 塊伺服卡接收來自控制器模擬輸出卡的標(biāo)準(zhǔn) 4~20 mA 控制信號(hào), 作為 IGV 閥位控制指令;4 線制的 LVDT1 由卡 1 提供 3 000 Hz/ 5 V 交流電源,并反饋 0~2.5 V 交流信號(hào)回卡 1, 在卡 1 內(nèi)部轉(zhuǎn)換成4~20 mA 信號(hào),同時(shí)還分別送到卡 2 和卡 3,作為LVDT1 的信號(hào);同理,4 線制的 LVDT2 由卡 2 提供3 000 Hz/ 5 V 交流電源, 并反饋 0~2.5 V 交流信號(hào)回卡 2,在卡 2 內(nèi)部轉(zhuǎn)換成 4~20 mA 信號(hào),分別送到卡 1 和卡 3, 作為 LVDT2 信號(hào)。 在 3 塊卡中,LVDT1 和 LVDT2 信號(hào)經(jīng)過高選后作為入口導(dǎo)葉閥位測量信號(hào), 控制指令和測量信號(hào)在 3 塊卡中經(jīng) PID 運(yùn)算后分別輸出-8~+8.0 mA 直流電的控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)伺服閥線圈及后續(xù)機(jī)構(gòu),組成三冗余控制系統(tǒng)。伺服回路原理如圖 1 所示。
2.2 檢查過程
1) 在燃?xì)廨啓C(jī)在線運(yùn)行的情況下, shou先判斷LVDT1 性能不穩(wěn)定,而造成測量值階躍下降。由于更換 LVDT 后需調(diào)試伺服卡,重新寫入數(shù)據(jù),因此無法在線更換 LVDT,只能采用調(diào)整機(jī)械零位的方法,消除 LVDT1 和 LVDT2 偏差值。但隨后又出現(xiàn)LVDT1 測量值階躍下降, 故障的根本原因沒有找到,問題沒得到解決。
2) 對(duì) LVDT1 測量回路進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)伺服卡對(duì) LVDT1 供電電壓偏低,正常值應(yīng)為 5 V 交流電,實(shí)測只有 1.5 V 左右交流電, 判斷伺服卡有故障。由于伺服卡更換后需要對(duì)入口導(dǎo)葉全行程進(jìn)行調(diào)試,因此,燃?xì)廨啓C(jī)將無法在線更換,只能堅(jiān)持運(yùn)行。
3) 2017 年 10 月,利用短暫停車機(jī)會(huì),檢查伺服卡。將 LVDT1 供電接線拆除,測量伺服卡供電電壓為 5 V 交流電,正常,判斷卡件正常,確定后端回路有接地現(xiàn)象,電纜、LVDT1 均有可能。因時(shí)間緊迫,沒有進(jìn)行處理,仍堅(jiān)持運(yùn)行。
4) 裝 置 大 修 期 間 , 對(duì)伺服卡后端電纜和LVDT1 進(jìn)行徹底檢查。對(duì)電纜絕緣、阻值檢查,正常。拆掉 LVDT1 后,發(fā)現(xiàn) LVDT1 到接線箱引出線加裝了一層黃臘管, 該線是由于此處環(huán)境溫度高達(dá) 60 ℃,為保護(hù) LVDT1 的引出線而加裝的。黃臘管外徑為 6 mm, 其外層金屬保護(hù)管內(nèi)徑為 8 mm,而接線箱格欄端頭內(nèi)徑只有 5 mm, 造成黃臘管端頭在格欄端頭受阻且被壓縮,LVDT1 的引出線就因內(nèi)部張力而拉伸,并擱置在格欄端口的直角上。燃?xì)廨啓C(jī)長時(shí)間運(yùn)行帶來高頻振動(dòng), 該直角就如一把較鈍的鋸子長時(shí)間磨損引出線, 使得 4 根引出線中信號(hào)反饋線黃線的絕緣層破裂而接地,成為事故的根本原因。
2.3 電路原理
LVDT 內(nèi)部原理圖如圖 2 所示。
從圖 2 可以看出,LVDT 內(nèi)部有三組線圈,勵(lì)磁線圈 L 紅黑兩端連接到 3 000 Hz/ 5 V 交流電源,感應(yīng)線圈由 L1 和 L2 反相串聯(lián)構(gòu)成,其黃藍(lán)兩端輸出電壓 E0(0~2.5 V 交流電)閥位測量信號(hào)。勵(lì)磁線圈與感應(yīng)線圈間設(shè)有鐵磁性鐵芯連到入口導(dǎo)葉閥桿上,當(dāng)入口導(dǎo)葉閥位變化時(shí),中間鐵芯在 LVDT內(nèi)位置隨之移動(dòng), 改變感應(yīng)線圈 L1 和 L2 感應(yīng)電壓, 從而輸出相對(duì)應(yīng)輸出電壓 E0, 即閥位測量信號(hào),并對(duì)應(yīng)相應(yīng)閥位。若 LVDT 勵(lì)磁線圈 L 輸入電源電壓 Ei 及頻率穩(wěn)定時(shí), 閥位變送器輸出電壓 E0等于 L1、L2 及抽頭線圈 L 抽三線圈電壓矢量和,即:
E0=EL -EL +E 抽
當(dāng)黃線接地時(shí),勵(lì)磁線圈 L 的抽頭接地,相當(dāng)于在抽頭的部分線圈上并聯(lián)了一個(gè)接地電阻,勵(lì)磁線圈總阻抗減小, 從而導(dǎo)致了勵(lì)磁線圈 L 電流增加,抽頭部分線圈電流減小,根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知:EL 增加,EL 減小。 同時(shí), 如果 LVDT 黃線接地,E 抽將減小, 且減小的程度與接地電阻大小相關(guān),當(dāng)完全接地時(shí),E抽≈0,EL 增加量、EL 減小量也將達(dá)到#大值,LVDT 輸出電壓 E0 下降達(dá)#大值,LVDT 閥位測量誤差達(dá)#大值,造成階躍下降。
3 處理措施及效果
據(jù)查證用戶數(shù)據(jù)手冊(cè),LVDT 的引出線本身就是針對(duì)高溫環(huán)境設(shè)計(jì)和選材的, 沒必要進(jìn)行額外保護(hù)。因此在大修時(shí)更換新 LVDT, 就不加裝黃臘管,調(diào)試伺服卡并重新寫入數(shù)據(jù)后,LVDT1 測量值完全正常[2-3]。燃?xì)廨啓C(jī)在大修后開車,入口導(dǎo)葉控制完全正常。
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