空分装置中增压透平膨胀机控制_空分装置

　　摘要：增压透平膨胀机是空分设备的核心部机之一，在空分装置中为低温精馏提供充足的冷量，对产品的产量进行有效的调节。本文详细介绍了增压透平膨胀机控制保护的两个总要方面，增压透平膨胀机的防喘振控制、机组油泵控制和主备泵的无扰切换逻辑。
　　关键词：增压透平膨胀机、防喘振、无扰切换
　　中图分类号：TQ116.1 文献标识码:B
　　随着内压缩流程空分设备和液体、液化设备的广泛应用，中压甚至高压等级透平膨胀机使用的越来越多。现代空分设备对膨胀机提出了更全面的保护和自动控制的要求。广西柳钢40000Nm3/h空分内压缩流程选用的CRYOSTAR进口膨胀机，油泵一用一备。这套设备在机组防喘振控制和油泵控制无扰切换提出了更严格的控制要求，以其为原型形成的防喘振保护和油泵切换逻辑非常有代表性。控制系统选用的是美国HONEYWELL公司的PKS 系统。本文就增压透平膨胀机的保护逻辑、防喘振控制和油泵切换逻辑进行详细的阐述。
　　因为增压透平膨胀机膨胀端与增压端之间的相互制约关系使系统发生喘振的概率相对较小，但是喘振是离心增压机的固有特性。所以目前一般进口增压透平膨胀机都进行防喘振保护。柳钢40000Nm3/h空分装置中透平增压膨胀机系统原理如图（1）所示。这套增压透平膨胀机防喘振方案是增压端进出口压差和增压端回流流量以及安全手操器三个控制器输出高选来控制回流阀实现的。主要控制参数如下：
　　PT401膨胀机增压端进口压力
　　PT402膨胀机增压端出口压力
　　PDIC404膨胀机增压端进口压力PT401与出口压力PT402的压差
　　FT410膨胀机增压端入口流量
　　V412膨胀机增压端回流阀
　　SV402 膨胀机紧急切断阀
　　图1增压透平膨胀机简图
　　增压透平膨胀机的主要控制方案如图2所示,控制器FIC412得设定值SP由膨胀机增压端进出口压差的一元一次方程计算得到，防喘振器FIC412、PDIC401和安全手操器输出高选，输出值送给回流阀V412。
　　图2 膨胀机防喘振控制原理图
　　喘振曲线由现场实际测得得喘振点计算得到，将理论喘振线简化为一直线如图3中喘振线所示。然后依据这条喘振线分别按5％、10％得余量计算得到安全线（即快开线）和控制线。正常时控制线根据实时压力计算出相应的流量设定点，FIC412对应不同压力下的流量对V412进行动态控制。当遇到进气流量波动，或者后续系统故障引起气流喘振时，当流量低至安全线，联锁动作回流阀V412电磁阀失电，回流阀V412全开，使得膨胀机增压端运行点快速回到安全区域。具体如图3所示。
　　图3膨胀机喘振控制线
　　增压透平膨胀机的驱动装置是与增压端同轴通转速的膨胀轮，不会出现明显的的转速和高增压比的运行阶段，通过上述防喘振控制方案控制，增压透平膨胀机在现场运行过程中能够平稳的调节，在于到突变状况时能够更好的保护机组本身。
　　柳钢40000Nm3/h空分的增压透平膨胀机油站用的是两台油泵，对于这样一套大机组来说，主油泵与辅助油泵间的无扰切换保护就显得尤为重要。根据CRYOSTAR公司的要求完成的逻辑在油泵启动、联锁停机、主备泵无扰切换等逻辑非常全面、缜密，具体如图4
　　图4增压透平膨胀机油泵保护和切换逻辑
　　这套控制保护逻辑首先包含了油泵启动条件的判断，如密封气压力是否大于12KPa、油温是否大于20℃，油箱液位是否高于12mm。还包含了油泵运行期间增压透平膨胀机故障对油泵的控制，当增压透平膨胀机故障时，SV410失电，紧急切换阀关闭，机器运转停止5分钟后停润滑油泵。最后是油泵切换的判断部分，因为配套的油泵没有固定哪一台为主油泵，一般默认正在运行的油泵为主油泵，在增压透平膨胀机运行中，油压低时，逻辑会这套逻辑会自动判断哪一台油泵在运行，并且自动起动停止的备用油泵。整套逻辑考虑的非常详细，在实际运行中为增压透平膨胀机的平稳运行提供了保障。
　　增压透平膨胀机系统自投运到目前运行状况良好，防喘振系统和逻辑保护系统实时的发挥着总要作用，即保护了设备，又节省了人力成本。
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