MACS系統(tǒng)在天鐵空分廠汽輪拖動(dòng)空壓機(jī)一體化上的應(yīng)用
一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
天鐵集團(tuán)空分廠兩臺(tái)汽輪空壓機(jī)NG25/20、ENK/56/60/75是97年投產(chǎn),汽輪空壓機(jī)分別是由杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NG25/20(背壓式0.16MW)、ENK50/56/75(抽氣式0.93MW)汽輪機(jī)與開封空壓機(jī)廠生產(chǎn)的離心式空壓機(jī)相配套。汽輪機(jī)為變、定轉(zhuǎn)速背壓式(抽汽式)工業(yè)汽輪機(jī)。空分裝置容量為15000m3/h,以汽輪機(jī)拖動(dòng)空氣透平壓縮機(jī),采用液氧內(nèi)壓縮工藝流程,主要用于富氧煉鐵。原調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓調(diào)節(jié)方式,對(duì)空壓機(jī)出口的風(fēng)壓和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速及抽汽實(shí)現(xiàn)控制,通過放空閥來維持空壓機(jī)出口風(fēng)壓,以滿足不同工況下進(jìn)風(fēng)要求,汽輪機(jī)的變轉(zhuǎn)速范圍為4828~5964r/min,可調(diào)抽汽壓力為0.49/0.59Mpa,排氣壓力0.008Mpa。
該系統(tǒng)改造,采用的設(shè)備是杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司的MACS集散控制系統(tǒng),采用高壓自容式純電調(diào)來取代原液壓調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)中的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng),原保安系統(tǒng)保留并增加了自動(dòng)控制電磁閥和相應(yīng)閥塊。改造的目標(biāo)是在集控室完成空壓機(jī)、壓縮機(jī)、空分設(shè)備的啟動(dòng)、停機(jī)、正常運(yùn)行和事故處理及數(shù)據(jù)上層監(jiān)控。改造的范圍包括:順序控制系統(tǒng)(SCS);數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS);拖動(dòng)汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH);拖動(dòng)汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)(ETS);空分控制系統(tǒng);與廠管理網(wǎng)(MIS)的通訊系統(tǒng)。改造的物理測(cè)點(diǎn)數(shù)為500點(diǎn)左右,僅保留以下常規(guī)操作和監(jiān)視設(shè)備:緊急停機(jī)按鈕、ETS復(fù)位按鈕、DEH手操盤。改造時(shí)間從2007年11月21日至12月29日,歷時(shí)40天。為了做好這次改造,天鐵空分廠的工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量細(xì)致的工作,并參加了設(shè)備選型、測(cè)點(diǎn)分站、方案設(shè)計(jì)、算法組態(tài)、動(dòng)靜態(tài)調(diào)試等全過程。
二、系統(tǒng)配置及功能
(1)系統(tǒng)硬件配置
·現(xiàn)場(chǎng)控制站3套,其中拖動(dòng)汽輪機(jī)2套,完成空壓機(jī)和壓縮機(jī)的控制和ETS保護(hù);空分1套,完成空分設(shè)備的控制和保護(hù)。另有電源控制柜一面,空分?jǐn)U展柜一面。
·服務(wù)器兩臺(tái)(冗余配置),完成歷史數(shù)據(jù)的管理和系統(tǒng)裝載等功能。
·操作員站3臺(tái),其中一臺(tái)為空分操作站,兩臺(tái)為汽機(jī)操作站,畫面可相互轉(zhuǎn)換。
·通訊站一套(服務(wù)器兼),與廠管理網(wǎng)MIS進(jìn)行通訊。
·液壓部套1套:伺服油動(dòng)機(jī),供油系統(tǒng),保安系統(tǒng)。
(2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置
·第一層控制網(wǎng),在現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi),由PROFIBUS-DP組成,用于站內(nèi)數(shù)據(jù)的交換。
·第二層系統(tǒng)網(wǎng),位于I/O站間及I/O站和服務(wù)器間,為100M以太網(wǎng),用于I/O站間的數(shù)據(jù)交換及I/O站和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。
·第三層管理網(wǎng),位于操作員站(工程師站)和服務(wù)器間,為100M以太網(wǎng),用于操作員站和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。
(3)測(cè)點(diǎn)分站原則
這次改造中,測(cè)點(diǎn)的分站采用工藝系統(tǒng)和功能兼顧分站的原則,這種分站具有所需測(cè)點(diǎn)少、站間引用少的優(yōu)點(diǎn)。
(4)控制功能實(shí)現(xiàn)
▲DAS部分
·完成參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的顯示報(bào)警、歷史曲線記錄、事故追憶、報(bào)表打印等功能。
▲SCS部分
·完成所有設(shè)備的手動(dòng)操作功能;
· 完成順控設(shè)備聯(lián)鎖的功能,工作備用的互聯(lián)及低參數(shù)聯(lián)啟備用等功能;
·完成盤車裝置順序啟停控制功能;
▲DEH部分
·完成轉(zhuǎn)速、送風(fēng)和放風(fēng)控制;
·完成超速試驗(yàn)、閥門活動(dòng)試驗(yàn)、閥門嚴(yán)密性等試驗(yàn);
·完成103%、110%超速保護(hù)及風(fēng)機(jī)出口超壓保護(hù)功能;
·仿真模擬功能;
·緊急手動(dòng)功能;
▲ETS部分
·完成拖動(dòng)汽機(jī)危急保護(hù)跳閘的功能;
▲空分部分
·預(yù)冷系統(tǒng);
·純化系統(tǒng);
·膨脹機(jī)系統(tǒng);
·主換熱器系統(tǒng);
·分餾塔系統(tǒng);
三、改造特點(diǎn)
● 集控室的布置采用以CRT為操作平臺(tái)的環(huán)境,取掉原來的金屬盤臺(tái)和立屏,取掉大量的常規(guī)儀表和操作開關(guān),取掉所有的熱工信號(hào)。隨著自動(dòng)化水平的提高,改造集控室布置,使信息中心化是發(fā)展的趨勢(shì);
● 由于MACS系統(tǒng)采用了先進(jìn)的編譯下裝原理,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備組態(tài)、報(bào)表圖形、控制方案等的無(wú)擾下裝。
● 控制效果理想:作為統(tǒng)一的被控對(duì)象,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,控制周期最小設(shè)置50ms;控制精度高,轉(zhuǎn)速控制精度<±2rpm/m,解決了大范圍轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制問題。
● 液壓部套為分體自容式油動(dòng)機(jī),EH油站和油動(dòng)機(jī)分開,透平保安系統(tǒng)與自容式液壓部套分離,沒有硬件上的聯(lián)系,這樣安裝方便,不用考慮透平油污染造成伺服閥卡澀問題,同時(shí)解決了老式油動(dòng)機(jī)提升力不夠反映不靈敏和寄生反饋的問題。
● 人機(jī)界面統(tǒng)一:該系統(tǒng)中DEH、ETS、空分控制功能相對(duì)獨(dú)立,但集中控制,其上層畫面可相互切換,畫面風(fēng)格統(tǒng)一。數(shù)據(jù)共享方便:底層數(shù)據(jù)可以互相引用,節(jié)省了部分物理點(diǎn),對(duì)站間引用免去了硬接線連接。
●基于和利時(shí)公司新一代DCS系統(tǒng)產(chǎn)品整合起來的一體化系統(tǒng)還具有如下特點(diǎn):采用PROFIBUS-DP總線技術(shù),全方位的冗余技術(shù):主控單元冗余、系統(tǒng)電源冗余、I/O模塊可冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余、測(cè)速模塊三取二冗余、LVDT冗余,主控單元、I/O模塊均可帶電插拔,模塊智能化、小型化,液壓系統(tǒng)采用的電液轉(zhuǎn)換器具有抗污染能力強(qiáng)、無(wú)卡澀、運(yùn)行穩(wěn)定的性能,具有針對(duì)空分行業(yè)的圖庫(kù)以及標(biāo)準(zhǔn)功能塊,具有在線調(diào)試與仿真功能、強(qiáng)大的趨勢(shì)、報(bào)表和日志管理功能。
四、改造后主要技術(shù)指標(biāo)
·轉(zhuǎn)速控制范圍:60~6363r/min(小機(jī)60~14100r/min)
·轉(zhuǎn)速控制精度:≤+2r/m
·轉(zhuǎn)速不等率:3%~6%范圍內(nèi)在線可調(diào)
·空壓機(jī)出口壓力精度:≤+0.01MPa
·升速率控制精度:+0.1%
·控制系統(tǒng)不靈敏度:<0.06%
·DEH裝置MTBF:≥20000小時(shí)
·系統(tǒng)可用率:≥99.9%
五、經(jīng)濟(jì)分析
機(jī)組控制室盤臺(tái)的改造,取消了沿用10年的國(guó)外老系統(tǒng),監(jiān)視運(yùn)算設(shè)備全面升級(jí),提高了性能,節(jié)約了許多備品備件費(fèi)用。由于MACSV系統(tǒng)所用的模塊都可帶電插拔,這大大縮短了消缺時(shí)間,及時(shí)消除安全隱患,為機(jī)組安全、穩(wěn)定發(fā)電提供了保障。拖動(dòng)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改為數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH),提高了汽機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,減少了機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)次數(shù),經(jīng)濟(jì)效益大為提高。
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