裂解气压缩机汽轮机调节系统和控制系统工作原理及其

大乙烯裂解气压缩机汽轮机调节系统和控制系统工作原

理及其使用

张昊

（天津石化公司烯烃部，天津300270）

摘要：对天津100万吨/年乙烯装置裂解气压缩机汽轮机调节系统和控制系统工作原理及其应用详细的描述。

关键词：裂解气压缩机汽轮机、调节系统、控制系统

天津100万吨/年乙烯装置裂解气压缩机系统是目前同行业乙烯装置中最大的一套，而且采用国产设备，压缩机和汽轮机分别由沈阳鼓风机厂和杭州汽轮机厂制造，也体现了我国制造业的最高水平。其中杭州汽轮机厂制造的汽轮机产品代号为T7388，产品型号为EHNKS63/80/72，是高进汽参数抽汽凝汽式汽轮机，其性能参数如下：

汽轮机转速 r/min

最大连续：4460

调速范围：3398～4460

危急保安器动作：

电超速脱扣：4906

被驱动机最大连续转速：4460 r/min

转速调节：

该调节系统适合用于带抽汽压力调节、驱动压缩机的汽轮机，它的主要功能是对汽轮机的抽汽压力进行调节，并能根据需要对功率进行调节。转速调节回路是汽轮机调节系统的基本环节，该回路主要由转速传感器（713、715）、

压力变送器（161）、数字式调速器（1310）、电液转换器I/H（1742、1743）、油动机（1910、1911）和调节汽阀(0801、0802)组成。数字式调速器接受来自二个转速传感器变送的汽轮机转速信号，将接收到的转速信号与转速设定值进行比较后输出4-20mA 的电信号给电液转换器，再经电液转换器转换成二次油压，二次油经油动机操纵调节汽阀。数字式调速器的转速设定值接受外部信号控制，即实现转速远程调节。

启动系统：

启动系统与转速调节回路有密切的联系，它由启动阀(1830、1839)和速关阀(2301、2302)组成。启动阀仅用于开启速关阀。速关组合件具有远程自动或手动停机、速关阀试验活动功能。速关阀上的行程开关（ZS587、ZS589）联锁，只有当速关阀完全开启后，才允许投入，冲转汽轮机。汽轮机的启动（冲转）、升速、降速和投自动（转速遥控）等操作均可在数字式调速器的前面板上完成，也可在远控操作板（中控室或就地仪表板）上进行。

抽汽调节：

抽汽压力调节回路隶属于汽轮机调节系统。数字式调速器接受来自压力变送器（161）的4-20mA 电信号，并按抽汽量调节要求输出相应的4-20mA 电信号给电液转换器，后者输出与输入信号成比例的二次油，使高、低压缸调节汽阀的开度反向按比例变化，从而引起抽汽变化，直至蒸汽流量与需要量相适应为止。

保护装置：

电磁阀(2225、2226、2227)冗余配置的先导电磁阀是速关组合件的组成部分。电磁阀接受到各种外部综合停机信号后,立即切断速关油路,使速关阀关闭。手动停机阀（2274）也是速关组合件的组成部分，用于就地手动紧急停机。电磁阀(2228) 用于控制抽汽速关阀（2353）的开启和停机。当机组负荷下降到一定数值或速关油切断时,它们产生相应动作,切断汽轮机与抽汽管网之间

的通路。

2/3 电子超速保护用于汽轮机超速停机。

试验和监视装置：

试验和监视装置包括:

试验装置(1845)，用于在汽轮机带负荷运转时检验速关阀。

电子转速表(727)。

许用试验油压计算用值:

A=0.1893MPa

B=0.724

二、汽轮机调节系统简介

汽轮机调节系统是由转速控制系统、安全保护系统、电子超速系统等部分组成。其功能是使汽轮机的转速能够按照其特性曲线维持不变，它的调节过程是按照比例特性进行的。调速器接受代表转速测量值的一次油压，经与转速给定值比较、放大、输出二次油压。所输出的二次油压信号输入油动机的错油门滑阀调整汽轮机的进汽量，从而使汽轮机的转速稳定于给定转速。在汽轮机启动之前，还要将安全保护系统的油路建立起来，这样才能将速关阀（包括抽汽速关阀）打开挂起来启动汽轮机。汽轮机在正常的运行中，保安系统油路一直保持有高压油，当保安系统中任何一个部件动作，都会使保安系统油路的油压突然降低，使速关阀（包括抽汽速关阀）在弹簧力的作用下迅速关闭，由此来实现对压缩机的保护作用。

此外，由于乙烯装置的裂解气压缩机是采用抽汽冷凝式的汽轮机，所以其调节系统还增加了抽汽压力调节系统，使得抽汽压力按照其调压特性曲线维持不变，压力变送器作为测量值变送单元，将抽汽压力信号变换为相应的电量信号，并传送给接在它后面的电动推进器，后者产生调节信号并进行放大，来调节抽汽量和抽汽压力。

下图是汽轮机控制的说明：

三：错油门与油动机在汽轮机调节系统中的作用

在汽轮机启动之前，首先通过启动装置将启动油接到速关阀的活塞前，使活塞克服弹簧力并将其压向活塞盘，再通过速关装置将速关油通过内侧的接口进入活塞盘后面，速关油压力将活塞盘和活塞一起推到终点位置，阀门也由阀杆提升而开启，来启动汽轮机。在稳定工况时，由汽轮机转子驱动的转速发速器产生的与转速平方成正比的一次油压作为转速测量值输入调速器中的压力变换器。压力变换器与给定值弹簧对比例杠杆的作用力方向相反，当转速变化时都会引起比例杠杆的相应动作。

二次油压通过阻尼器作用于错油门滑阀下面。在调节过程中滑阀位置与二次油压的变化相对应，并使压力油经错油门控制油口进入油缸中的上腔或下腔，于是活塞便产生向下或向上的运动，并通过杠杆系统操纵调节汽阀的

开度大小来改变汽轮机进汽量。当汽轮机转速降低，引起一次油压降低，改

变杠杆力的平衡，从而使随动活塞套筒上下移动，二次油压升高，错油门滑阀随之离开中间位置，向上移动到二次油压与弹簧达到力平衡的新位置。此时错油门打开，压力油进入油缸活塞上腔的控制油口和油缸下腔与回油相通的控制油口。于是，油动机活塞向下移动并使调节汽阀开度增大，增加汽轮机进汽量。与此同时，油动机活塞的下移通过反馈杠杆系统使错油门滑阀上部弹簧压缩，从而使错油门滑阀回复图中初始位置，关闭控制油口，这样油动机活塞停止移动，处于稳定状态，来实现对汽轮机的控制。

在汽轮机的调节过程中，油动机通过错油门将由调速器输出的二次油信号转化为油缸活塞的行程，并通过杠杆系统操纵调节汽阀的开度，使进入汽轮机的蒸汽流量与所要求的流量或功率相适应。错油门从二次油路中得到信号，并控制作为动力的压力油进入汽缸活塞的上腔或下腔来控制阀门开度。错油门与油动机示意图如下：

由图可知油动机主要由错油门、连接体、油缸和反馈系统等组成。双作用油

动机是由油缸体、活塞、活塞杆以及密封体组成，活塞杆上装有反馈导板和

与调节汽阀杠杆相连接的关节轴承。错油门的滑阀和套筒装在其壳体之内，

错油门滑阀的上端是转动盘，转动盘与弹簧座之间装有推力球轴承，弹簧的

作用力取决于与调节螺栓以及杠杆的位置。当外界负荷发生变化时，感应机

构将一次油压通过压力变送器作用到比例杠杆，其另一端的放大器套筒也产

生相应的位移，这样，放大器套筒和随动活塞之间的回油窗口开度就有了变

化，也就是二次油压有了变化。二次油压的变化使错油门滑阀产生上下移动，并通过调节汽阀杠杆使调节汽阀开度发生变化。与此同时，反馈导板、弯曲

杠杆将活塞的运动传递给杠杆，杠杆便产生与滑阀反向的运动使反馈弹簧力

增加，于是错油门滑阀返回到中间位置。

通过活塞杆上调节螺栓调整反馈导板的斜度，可以改变二次油压与活塞

杆行程之间的比例关系。如果反馈导板是直线，那么二次油压与活塞的行程

是线性关系。如果反馈导板是特殊型线，则二次油压与活塞的行程是非线性

关系。而反馈系统的作用是使油动机的动作过程相对稳定，它通过弯曲杠杆、杠杆、活塞杆和错油门滑阀构成的反馈环节。弯曲杠杆一端的滚针轴承顶在

反馈导板上，另一端和受力弹簧作用的杠杆、调节螺栓连接。错油门和油动

机在调节系统中的作用如下图可见：

调节系统框图介绍：

（感应机构）一次油

压降低受力减少波纹管

位移减少

向下位移

进汽增加

行程向下位移阀芯位移增加（反馈机构）（放 大 机 构）

二次油泄油量降低，压力升高，带动随动活塞向下位移

错油门在压油动机时，反馈套筒增大对错油门的作用，达到新的平衡

（动力放大机构）

这样，错油门和油动机在外界负荷变化时就可以完成对调节汽阀的控制。在具体的动作过程中，错油门有一个滑阀的旋转和振动动作：压力油从错油门的入口进入错油门，并经其壳体内的通道，由进油孔进入润滑中心，而后从转动盘中的径向切向孔喷出，由于压力油从转动盘的切线方向连续喷出，所以使错油门滑阀产生旋转运动。通过上方的螺钉调节喷油量的大小，可改变滑阀的转动频率，这一频率可以用专门的测量仪表在螺栓套中测量出来。为了提高油动机的灵敏度，在错油门滑阀旋转的同时，又使其产生轴向振动，这是通过在滑阀下部的回油孔来实现的，滑阀每转动一圈便与回油孔接通一次。这时就有一部分二次油排出，于是引起二次油压下降并导致滑阀下移，当滑阀继续旋转，小孔被封闭时，则滑阀又上移，因此随着滑阀的旋转，滑阀一直重复上述动作，这时就有微量压力油反复进入油缸活塞上腔或下腔，使活塞及调节汽阀阀杆出现微小振动，从而使油动机对调节信号的响应不会迟缓，错油门滑阀振幅可由螺钉调节。

四：控制系统简介：

天津100万/吨乙烯装置裂解气压缩机控制系统CCS由沈阳鼓风机集团自控公司开发和研制，其中硬件由TRICONEX公司提供，软件由INTOUCH组态，主要完成压缩机机组的控制、数据采集、实时监测和联锁保护，同时具有报警，数据记录，打印等功能。本系统还配置了SOE站，用于联锁事件的精确查询。

控制系统的主要功能如下：

1.完成机组开车前允许启动条件的自动检测

机组的允许启动条件为：

润滑油压、油温正常、与机组有关的全部锁定状态消除、与机组有关的阀门位置正常等，如果条件满足，系统将自动给出允许开车指示；

2.启动机组，自动控制机组进入正常的运行状态

当允许启动指示灯亮后，启动机组，经过升速阶段（包括自动越过临界转速），机组达到工作转速后，机组进入正常运行阶段；

3.机组运行后，该系统具有自动/手动切换能力，即可以自动运行，也可以由用户手动操作运行；

4.该系统可以根据压缩机的入口压力，也可以由用户设定转速进行调节，以达到节约能源的目的；

5.具有动态的防喘振能力

系统采用具有国际先进水平的动态防喘振技术，依据机组流量、入口压力、出口压力、入口温度等多参数函数控制，机组的动态防喘振技术使机组具有最大运行空间，在保证机组安全运行前提下提高运行效率。

6.备用油泵，油箱加热器等设备的自动控制功能

在机组运行时，当润滑油总管压力信号低报警时自动启动备用油泵，保证油压正常，确保机组安全运行，备油泵停止采用手动方式。

7.对机组的所有运行参数进行实时的监控和调节，具有报警和联锁停机能力；

8.具有自动正常停机、联锁停机等能力。

在机组正常停机的过程中，控制程序将自动进行机组的卸载工作，并且无论是何种停机控制程序都将在停机后做好善后工作；

9.具有报警联锁信息记录功能，并有第一故障联锁记忆功能。

五：开车过程简述：

1、蒸汽系统暖机暖管完毕。

2、CCS上选择菜单中选择“操作画面”选项，在此画面中可以监控到润滑油泵允许启动的条件，左侧的六个条件都变成了绿色则润滑油泵允许启动的底色变成了绿色表示CCS系统发出了油泵允许启动信号，否则应逐项检查确认满足条件；然后在现场点击主油泵启动按钮启动主油泵，将辅助油泵置于自启动状态。

3、启动复水系统和透平氮封。

4、控制室内在CCS上将联锁系统复位按钮复位，确认投用联锁系统，MMS状态监测正常。

5、在CCS上选择菜单中选择“防喘振控制FIC20002”选项，将防喘振控制FIC20002打到自动位置，在CCS上选择菜单中选择“防喘振控制FIC20004”选项，将防喘振控制FIC20004打到自动位置。

6、在CCS上选择菜单中选择“调速画面”里CCS调速控制台选项：将CCS/DCS

切换开关打到CCS位置；在CCS上选择菜单中选择“调速画面”里CCS调速控制台选项：将冷态/热态切换开关打到冷态位置；在CCS上选择菜单中选择“调速画面”里CCS调速控制台选项：将CCS/就地盘切换开关打到CCS位置。在CCS 上选择菜单中选择“调速画面”里CCS调速控制台选项：将手动/自动切换开关打到手动位置。

7、在CCS上选择菜单中选择“调速画面”里选择“允许启动”选项，出现相对于本机组的各启车条件，所有的开机条件均满足后，发出“压缩机允许启动”条件信号，指示灯由红色变为绿色，否则应逐项检查确认满足启动条件。

8、建立启动油和速关油，慢慢打开T&T阀，关闭启动油。汽轮机的启动条件满足后，在CCS上选择菜单中选择“调速画面”里工作状态控制台选项里序号1：允许启动其右方的指示灯变成绿色，此时点击“启动汽轮机”按钮，启动汽轮机。

9、启动的过程中需要对其进行暖机控制，分为低速暖机600r/min和高速暖机1200r/min两个阶段进行（停留时间见无负荷升速曲线）。

10、暖机完成后点击升速键，进行升速。压缩机需要经过汽轮机和压缩机的临界转速，在临界区间汽轮机的转速升速较快以保护机组的平稳安全运行，机组处于临界区间都会有明显的字体闪烁提示操作者注意机组的运行情况。

11、打开机体排凝， MZV20001和MZV20002一定要关闭；当透平增加转速时（1200r/min以上），投用主喷射器，先投二级再投一级，停开工喷射器。

12、手动升速汽轮机使转速上升至调速器最小调节转速3387r/min，提高转速的同时，检查任何异常的轴振动、噪音、轴承温度等，以确认系统内无故障。

13、调整油系统和复水系统，使其能在特定工况下运行。

14、按照升速曲线升速，继续增加转速至最大连续运行转速4446r/min下运转，如要停车则在CCS上选择菜单中选择“调速画面”选项，点击序号6正常停车按钮，正常停车。

附图：汽轮机升速曲线：

六：结语

天津100万吨/年乙烯装置裂解气压缩机汽轮机系统还采用了一些新技术，如汽轮机顶升油泵和汽轮机壳体电加热等，这些设计都为汽轮机系统更好的运行提供了方便，在这里就不再一一介绍。而调节系统和控制系统是汽轮机运行的核心，作为技术人员对其深入的掌握和研究有着重要的意义，也是大机组能够平稳运行的重要保障。