旋转设备正常运行的有力保障--大型旋转机械的控制、保护系统中GS滑板控制阀的应用

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》(化工) 发布时间:2010-07-05


图1 滑板式控制阀阀体部分结构示意图。

在石油化工、电力、钢铁冶金等行业的工艺生产过程中,大型旋转机械设备都得到了广泛的应用,如汽轮机、发电机、压缩机、电动机、风机、燃气轮机、TRT透平等。作为生产工艺流程中的核心设备,除了设备本身的保护装置以外,还需要设置必要的控制系统和检测联锁保护系统,以确保其正常运行。

针对石油石化、电力行业中大型旋转机械设备(除了设备本身的保护装置外),在工艺生产过程的设计上,都对其设置了必要的控制系统和检测联锁保护系统,如负荷调节、防喘振调节等控制系统,主轴的温度检测与联锁系统、润滑油温的检测与联锁系统、润滑油压的检测与联锁系统、轴振动轴位移检测与联锁系统等,以确保对大型旋转机械设备的控制与保护,使其能够安全、正常的运行。

大型旋转机械设备具有转速和动能高、工况动态瞬间变化大的特点,因此这些必要的控制系统、检测联锁保护系统在设计理念上,对自身运行速度有着很高的要求。目前均已采用了数据采样快、响应时间短的DCS、ESD、PLC等具有冗余系统的自动化硬件,对控制阀也选用响应时间短、反应灵敏的高速气缸式切断阀、滑板式控制阀等。

GS滑板式控制阀的优势

由德国舒伯特控制设备公司设计制造的GS滑板式控制阀系列就满足了响应时间短,反应灵敏的要求,完全能够应用于大型旋转机械设备的控制与保护系统。

GS滑板式控制阀,在阀体内装有两块与介质流向垂直的滑板,两块滑板上开有相同宽度不同长度的节流槽,一块滑板固定在阀体内部,另一块是与阀杆连接并紧贴固定滑板的可移动滑板,执行机构所受的信号通过阀杆连接的动滑板位移来改变两块滑板之间节流槽的流通面积大小,从而达到控制介质流量的目的(如图1所示)。


图2 独山子炼油厂的瓦斯气体鼓风机系统的带控制点流程示意图。

GS滑板式控制阀在结构上大幅减小了传统直行程单座阀在使用过程中所受到的不平衡力,因此GS滑板式控制阀执行机构比同口径同压力等级的任何直行程单座阀要小。滑板上节流槽孔的宽度在10mm以内,缩短了阀杆位移的行程,增大了行程长膜片气室的容量。可实现快速打开关闭,快速调节其控制阀的反应速度。

实际应用

在独山子炼油厂鼓风机系统中的应用

鼓风机的自动控制系统设计已趋向完善和成熟。但不论控制方案如何变化,都需要针对该类设备的特殊控制系统,如对鼓风机会有反飞动控制回路。鼓风机的正常稳定运行对整个生产装置的顺利运行有着极为重要的意义。鼓风机的能力往往都大于其应用部位的应用最大量,鼓风机在空载运行时会发出尖叫声,机体抖动,严重的会产生飞车事故。因此反飞动控制回路的合理设置及控制回路响应速度就显得非常重要。

新疆独山子炼油厂仪表与设计单位经过研究,最终选择了由上海源冠自控设备有限公司代理销售的德国舒伯特控制设备公司专利设计制造的GS滑板式控制阀,应用在鼓风机的控制系统。

GS滑板式控制阀的阀内件创新的设计,节约了原材料和能耗,降低了制造成本;另外,GS滑板式控制阀可控性好,响应快,低泄漏保障了安全生产,完全能满足大型旋转机械所具有的转速和动能极高、工况动态瞬间变化极大的特点;GS滑板式控制阀结构轻巧,所需安装空间小,维护维修劳动强度低(一台PN40/DN100的控制阀两人即能轻松地完成装卸)。

实际投运后,鼓风机的控制系统及GS滑板式控制阀运行良好,保证了鼓风机负荷的稳定和输出压力的稳定,从未产生鼓风机飞动现象,并具有良好的节能效果。


图3 重庆川维厂的螺杆压缩机油压保护系统的带控制点流程示意图。

在重庆川维厂压缩机油压保护系统中的应用

川维厂的4台螺杆压缩机机组是引进美国AC公司的成套设备,是川维厂的关键设备。溢流阀位于螺杆压缩机冷却润滑密封油系统的主辅油泵出口管道上,其作用是稳定冷却润滑密封油系统的油压。两台油泵一用一备,出口管与溢流阀进口相连,溢流阀的排出口与油箱相连,在减压阀前设一根小管连接溢流阀的控制端。

正常工作时,溢流阀的回流量为2m3/h,当两台油泵同时运行时,溢流阀的最大流量为15m3/h。两台油泵同时运行过程中,如有一台油泵紧急停车,要求溢流阀的压力降在1.5s内不能超过200kPa,否则将引起压缩机停车。

压缩机投入运行后,在机组的冷却润滑密封油系统中,原设计的由一台基地式调节器和一台控制阀所组成的油压控制回路不能满足油泵切换时的工况,主辅密封油泵切换时溢流阀响应不够及时,造成冷却润滑密封油系统油压突降,导致了机组低油压联锁停车。已成为影响全厂安全、长期稳定、满载运行的重要隐患。

如何能解决好这个原设计上的致命弱点呢?

首先,选用自力式的控制阀以替代原控制回路,所选的自力式控制阀必须是满足响应时间短,反应要灵敏的要求。依据着这样的原则,最终选择了由上海源冠自控设备有限公司代理销售的德国舒伯特控制设备公司设计制造的GS滑板式控制阀,应用在螺杆压缩机油压保护系统中。经过改造后的油压保护系统采用GS滑板式控制阀系列中的自力式溢流阀,在实际使用中完全满足了工况要求,运行良好,达到了预期效果,消除了隐患。

以上的两个应用实例都说明GS滑板式控制阀系列能够满足大型旋转机械设备的控制与保护系统的要求,在使用过程中,GS滑板式控制阀受不平衡力小、响应时间短,反应灵敏度高。另外,GS滑板式控制阀泄漏小、关闭严密,为安全生产和节能降耗提供了有力的保障。

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