催化裂化烟机入口高温蝶阀及其电液执行机构工作原理及故障分析

东方风光

催化裂化烟机入口高温蝶阀是催化裂化装置能量回收机组的关键设备，对控制再生器压力、保护烟机起着重要作用。为保证能量回收机组的平稳和长周期运转，要求烟机入口高温蝶阀具有耐高温和耐磨蚀性能，同时要求其电液执行机构有较高的灵敏度和准确度，操作灵活可靠，在事故状态下能快速关闭等特点。目前烟机入口蝶阀使用的电液执行机构可分为弹簧复位式单作用和双作用两种，均采用数字式控制系统，配置为一阀一站，独立分体式结构。


以某炼油厂引进的催化裂化装置烟机入口高温蝶阀为例，介绍了该烟机入口蝶阀液压系统在调试过程中出现的问题以及解决方案。


1 工作原理


该烟机入口高温蝶阀采用带弹簧的单作用电液执行机构，执行机构由控制系统、单作用油缸、拨叉机构以及角位移传感器等作为反馈元件组成电液位置伺服控制系统。图1是电液执行机构系统控制。

图1 电液执行机构系统控制

电气控制系统的输入端接受4～20mA输入信号，经规格化处理转换成0～10V电压信号，并同时接受角位移传感器检测到的实际阀位信号，经处理后也转换成0～10V电压信号，二者在位置放大器中进行比较，其差值经放大后作为电液伺服阀的指令信号，驱动电液伺服阀，控制伺服油缸按指定的方向运动。同时通过传动机构将伺服油缸的直线位移转换为阀板的角位移，直到输入信号与反馈信号偏差为零，使其停止在与输入信号相对应的位置上，达到位移与信号的平衡。


2 液压系统功能


该液压系统由油箱、主辅油泵、主辅油泵电机、双联过滤器、蓄能器和集成油路等组成，为满足蝶阀的工艺操作要求，蝶阀电液执行机构必须具备调节、在紧急状态快速关闭（ESD）、锁位、手动液压操作等功能。


2.1 调节功能
图2为烟机入口蝶阀正常工作状态时的液压原理。该液压油路为双泵配置，互为主备，当油压低时备泵自启。调节回路进粗过滤器1依靠电动机3驱动齿轮泵2进双联过滤器7、伺服阀10、先导式两位两通液压阀12和手动阀13，将液压油送入液压油缸。常开锁位电磁阀11作为液压阀12的先导阀来控制其连通/切断。通过蓄能器9、溢流阀5和卸荷电磁阀6来稳定泵出口压力。正常状态下，锁位电磁阀20，ESD电磁阀19A和19B为带电状态，插装阀15关闭。

图2 正常工作状态时的液压原理

2.2 快速关闭和锁位功能
图3为烟机入口蝶阀快速关闭状态时的液压原理，该电液执行机构为双ESD电磁阀（19A和19B）冗余设计，任一电磁阀失电，蝶阀快速关闭。插装阀15接通，开始卸油，同时，伺服阀10执行关阀动作，油缸的液压油通过手动阀13、液压阀12和伺服阀10以及插装阀15快速回油箱。

图3 快速关闭状态时的液压原理

当跟踪失调、输入信号丢失、反馈信号丢失和控制电源丢失等故障出现时，控制系统锁位。为避免误动作，主控室和现场会分项报警，电磁阀11和锁位电磁阀20断电，切断进回油路，蝶阀保持原位。排除故障后，执行机构恢复正常工作。


2.3 手动液压功能
图4为烟机入口蝶阀手动液压原理，当液压系统调试或出现故障时，切换到手动状态，手动阀13和手动/自动检测开关17切换到手动位置，使用手动泵21调节阀门开度。

图4 手动液压原理

3 现场调试发现的问题分析及改进方案


正式投用前对烟机入口高温蝶阀及其电液执行机构的调节、锁位、快速关闭、手动液压操作功能进行测试，发现电液执行机构存在以下问题。


3.1 自动-手动切换中出现扰动
电液执行机构分别测试自动控制状态和手动模式时，各功能运行稳定。但由自动控制状态切换手动状态时，实际检测到的阀位信号波动较大，与给定信号存在偏差。
对系统液压原理分析，发现自动-手动切换中出现扰动是由于切换时，液压油通过蓄能器16、手动阀17和手动阀13反窜回液压缸，从而引起阀门开度突然变大。
改造方案是在液压回路中加装一管式单向阀，阻断窜回液压缸回路。通过多次调试，确认该方法有效消除了自动-手动切换中出现的扰动现象，改造效果良好。图5为改造后烟机入口蝶阀简化的液压原理。

图5 改造后液压原理

3.2 阀位漂移现象
在阀门调试过程中多次出现中控室突然接到阀门全开或阀门开大信号，几秒后阀门又复位到指定阀位的信号等阀位波动现象，并且此现象出现的频率以及阀门开度变化没有规律性。


针对上述问题，从整个控制回路上进行排查。问题可能出现在以下部分：①电气元件接触不良；②阀位变送器故障；③中控室给定信号存在干扰；④阀位反馈信号存在干扰（阀位信号反馈给中控室）；⑤变送器反馈信号存在干扰（阀位信号反馈给控制系统）；⑥控制系统中元器件存在问题。


排除方案：①重新对系统有关元器件、插装件、接线端子以及端子之间的内部接线进行检查确认，并再次进行调试复查，发现上述问题依然存在。②更换阀位变送器后发现上述阀位漂移现象仍有发生。③现场加装信号记录仪，分别对中控室给定信号、阀位反馈信号、变送器反馈信号进行现场检测记录来判断是否为线路干扰引起的波动。通过中控室检测数据和现场记录仪数据对比，排除了信号干扰波动引起问题的可能。最终确定问题出现在电气控制系统部分。更换电气控制单元，阀位波动问题得到解决。


4 结论


蝶阀电液执行机构作为烟机入口高温蝶阀的控制系统，可靠性要求很高，需要具备调节性能好、紧急动作快的特点，所以对电液执行机构应合理配置。


（1）在调节回路中并联备用比例阀。当主调节回路伺服阀故障时，可通过备用比例阀进行位置调节。
（2）出厂时，增加稳定性测试，提高其抗干扰能力。
（3）自动-手动切换操作时，应先使用手动泵建立油压，再把手动阀13和手动阀17切换到手动状态，以免引起阀位波动。
（4）随着国产电液执行机构技术的成熟，引进阀门配套的电液执行机构完全可以国产，不必与阀门一起进口，以节省费用和便于维修。