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1、电子调速器在大型透平离心式压缩机中的应用The Application of Electronic Governor in Large Scale Turbine-Compressor Control（中国石化工程建设公司，北京 100101）薛阳，黄步余摘要：以大型乙烯装置裂解气压缩机为例，结合 WW505E 的功能特点，着重介绍了电子调速器在抽气式透平中对转速，抽气压力（或流量）的 控制。 关键词：电子调速器；手动开车模式；半自动开车模式；自动开车模式；抽气式透平；加气式透平；抽/加气式透平二元制冷压缩机、三元制冷压缩机等。无论是哪种透平离心式压缩机，透平机的转速控制、抽气控制一般采用 W
2、W505E电子调速器来完成。乙烯装置透平裂解气压缩机典型的控制 及流程如图 1 所示。从乙烯装置裂解气压缩机透平控制流程图，人们可以看到调速器输出了两个 20160mA 的信号，分别通过两个相互 独立的 WW723 备份系统控制调速阀(GCV)和抽气阀(ECV)， 由 WW505E 调速器内部比例/积分/微分(PID)调节器对它们进 行控制，分别控制转速和抽气压力。抽气阀调节器的输入信 号来自抽气管线上的压力变送器，设定值则通过 WW505E 键 盘 ADJ 键直接给出，调速阀调节器信号来自于两个转速探头， 其设定值则采取三种给定方式：(1) 来自就地盘的两个升/降 速按钮；(2) 来自裂解气
3、压缩机一段吸入罐罐顶压力的远传信号；(3) 调速器软件组态给出 软设定值。在透平机共安装六个转速探头，其中两个转速信号直接进调速器，参与转速控Abstract: This paper takes “Turbine-Charge gas Compressor”as an exampleand combine with the function of WW505E to emphatically introduce the control of electronic governor for speed and extract pressure (or flowing).Key words: el
4、ectronic governor; manual start up mode; semi-automatic start up mode; automatic start up mode; extraction turbine; admissionturbine; extraction/admission turbine1流程及控制方案简介超速停车 OVER SPEED TRIP低压阀（抽气阀）LOW PRESSURE(LP) VALVE (EXTRACTION VALVE)制，同时实现二取一的超速保护逻辑，然后将二取一结果送 入紧急停车系统 ESD 作为压缩机安全联锁保护的条件，另 外一个
5、转速信号先进本特利 (BENTLY)转速模块，然后再经过信号分配器输出两路 420mA 的信号分别送到 DCS和就地仪表盘转速指示，其余 三个转速信号进入三取二的超速跳车系统中，三取二表决后，其信号进入 ESD 系统参与压EXHACST STEAM排气蒸汽TO ESD 去紧急停车系统图 1 抽气式透平控制流程在大型石油化工装置中，透平离心式压缩机被广泛应 用，例如乙烯装置裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机、缩机的停车联锁。设备 WW723 是 WW 505E 的后援系统，当正常工作时， WW505E 输出 20160mA 的调节信号经 WW723 送到抽气阀(ECV)和调速阀(GCV)，同时
6、 WW723 始 终跟踪着 WW505E 的信号，当 WW505E 发生故障时，自动切换到 WW723 系统，由操作人员手动操作 WW723 对调速阀(GCV)和抽气阀(ECV)进行控制。2WW505E 电子调速器功能WW505E 调速器是基于 32 位微处理器技术的电子调速 单元，它主要用来控制抽气式透平、抽/加气式透平和加气式收稿日期 ： 20040628作者简介：薛阳（1969），男，北京人，现任中国石化工程建设公司 电控室控制系统工程师，曾参与多套大型乙烯装置工程自动化控制系统 的设计工作；黄步余（1942），男，江苏人，现任中国石化工程建设 公司副总工程师，从事石油化工自动化设计工作
7、，曾发表多篇专著和文 章，曾获国家及省部级科技进步奖。I2 OUT OF 3 三取二 OVER SPEED 超速TRIP MODULE 跳车系统 PROTECH 203外部停车 EXTERNAL TRIP调速器复位 GOV.RESETELECTRONIC GOVERNOR(WWG 505E) 电子调速器（20-160mA）WW723BACKUP（20-160mA）过程转速设定 PROCESS SPEED SETPOINT升速按钮 SPEED RAISE（20-160mA）WW723BACKUP（20-160mA）蒸气降速按钮 SPEED LOWERTRIP AND 主汽阀 THROTTLE V
8、ALVE入口电源 POWER SUPPLY公共报警 COMMON ALARMINLE抽气蒸汽 EXTRACTION STEAMT STEAM高压阀（调速阀） CHECK VALVE)PICSI高压阀（调速阀）HIGH PRESSURE(HP) VALVE(GOVERNOR VALVE)透平的速度，具有灵活的编程功能，用菜单式软件引导工程师进行编程，还可以与装置的 DCS 系统联合使用或作为一个 独立的操作单元。WW505E 的控制参数有：透平的入口压力和流量，透平的排放压力和流量，透平转速和抽气压力（或流量）、加气 压力（或流量），所以调速器除了调节透平转速外，同时还用 来控制透平的抽气压力或
9、流量。WW505E 除了完成以上控制任务外，它还具有丰富的输 入/输出端口，可组态定义的操作键盘，可以与其它控制系统 配合，进行数据传递，完成对透平转速的串级控制、开车时的升速/降速控制、与 WW723 后援系统的相互切换，以及参 与 ESD 系统的安全联锁等。3 实际应用3.1 转速控制和抽气控制在 WW505E 中，无论是转速控制还是抽气控制，都是 将输入的信号与设定值在 PID 控制器中进行比较，然后分别 产生一个输出信号送到“比率/限制器(Ratio/Limiter) ”模块 中，再由它分别通过“HP（高压侧）”和“LP（低压侧）”经 由“LSS（低选总线）”送至 GCV 和 ECV
10、来完成调节控制， 其原理图如 2 所示。程由比率逻辑完成。限制器逻辑则是在透平达到某一操作极限时才起作用，它将根据优先权的选择来决定维持哪一种操 作方式，对于抽气式透平来说，它有两个控制阀即 GCV 和 ECV，能同时控制两个参数，当透平达到某一操作极限时， 如阀门全开或全关，调速器仅对一个参数实施控制，通常选 择转速控制的优先权高于抽气控制，当透平达到某一操作极 限，WW505E 实施转速控制，取消抽气压力的控制，直到透 平远离操作极限时为止。实际上根据不同的透平系统、不同的工艺操作要求，WW505E 提供了多项选择，用户完全可以根据实际要求和需 要灵活的进行组态。3.2 蒸汽透平机开车WW
11、505E 为蒸汽透平机的开车提供了三种模式，即手动 模式、半自动模式、自动模式。这三种模式应在开车前组态定义，当发出“RUN”命令，转速设定和 HP 阀（GCV）的限制器将由 WW505E 自动执行或由操作人员手动操作执行， 到底是哪一种，取决于事先组态定义好的开车模式。下面简单介绍一下三种开车模式：(1) 手动模式 复位：将所有报警和跳车信号复位，这时 WW505E将斜坡打开 LP 阀限制器使它达到最大位置。 发出“RUN”命令：这时 WW505E 将斜坡开启 HP阀使它按照组态好的“HP Valve Limiter rate（高压阀限制器 率）”开到最大位置。同时，转速设定值也将从零按照“
12、Rate to Min”的比率升至“最小控制转速”设定值。 按控制比率打开 TTV（主蒸汽阀）：直到转速达到 “最小控制转速”时，WW505E 的 PID 将会通过对 HP 阀（GCV）的控制，从而接管对透平转速的控制。 将 TTV（主蒸汽阀）打开到 100%：这时转速将保 持在“最小控制转速”，直到操作人员或已编程的自动程序继 续执行操作。(2) 半自动模式 复位：将所有报警和跳车信号复位，WW505E 将斜 坡打开 LP 阀限制器使它达到最大位置。 打开 TTV（主蒸汽阀）。 发出“RUN”命令：这时转速设定值也将从零升至 “最小控制转速”设定值。 提升 WW505E HP 阀限制器到控制
13、比率：当转速提LSS低选线高压阀 低选线 限制器 LSSHP ACTUATOR+转速设定点实际转速PID-ACTUAL SPEED+PID-辅助设定点辅助输入 抽气/加气设定点抽气/加气 输入AUX INPUT选线+PID-E/A需求量设定点LP ACTUATOR 低压阀 执行机构图 2 电子调速器控制原理图中可以看到， WW505E 的比率 / 限制器 从图 2(Ratio/Limiter)共有两个输入端，其中一个输入信号来自转速和辅助 PID 的低选总线，另一个输入来自内部软开关，这个 软开关将在需求量设定点(Demand setpoint)和抽/加气设定点 (E/A SETPOINT)P
14、ID 之间进行切换选择，需求量设定点仅用 于加气式或抽/加气式透平中，对于乙烯装置的裂解气压缩机 透平，选择抽/加气设定点 PID 信号。另外在比率/ 限制器 (Ratio/Limiter)模件中有两个逻辑，一个是比率(Ratio)逻辑， 另一个是限制器(Limiter)逻辑，各有不同的作用。比率逻辑利 用比率/限制器的两个输入产生两个输出，分别去控制 HP 执 行机构和 LP 执行机构，并同时控制 HP 和 LP 之间的相互影 响使其达到最小化。乙烯裂解气压缩机的抽气式透平，工艺 上要求调速器控制转速，抽气压力或流量对它的影响要达到 最小，当需要提高转速时 GCV 和 ECV 都要打开，以提高透 平的输出，抽气压力或流量保持恒定；当需要提高抽气压力 或流量时，ECV 的开度逐渐减小，更多的抽气蒸汽通过抽气 管线排出透平，同时 GCV 打开保持透平输出的恒定，这一过升到“最小控制转速”时，WW505E 的 PID 将会通过对阀（GCV）的控制，从而接管对透平转速的控制。 提升 WW505E HP 阀限制器到 100%：转速将保持 在“最小控制转速”，直到操作人员或已编程的自动程序继续 执行操作。(3) 自动模式 复位：将所有报警
