关于催化裂化轴流风机静叶控制系统原理及应用探讨

摘 要：轴流式风机中，流体不受离心力的作用，即因离心力作用而升高的静压能为零，其产生的压头远低于离心式。轴流风机运行范围是通过所谓的失效线来确定的，当超过这一界线时，首先在叶片 （轮） 外径处的一些气流发生分离，进而发生旋转失速，进一步严重的话将引起风机"喘振"或“飞动”（飞车）。本文主要探讨催化裂化轴流风机静叶控制系统原理及应用。

关键词：催化裂化 轴流风机 静叶控制

当系统阻力位于失效线上时，也会发生运行不稳定状况，风机不能在稳定的工况点上运行。由于气流不稳定，风机叶片受到气流脉动力激振，而最终导致叶片断裂，但当风机在喘振线（性能曲线上已给出）以下工作时，可保证风机的稳定运行。

一、催化裂化轴流风机的阻塞现象

当轴流式主风机在低压比、大流量下运行，且流量大到动、静叶之间的气速超过临界气速时，风机流道的有效通流能力减少，风机出口压力继续降低，流量不再增加，出现阻塞现象。阻塞多发生在轴流风机的高压段，阻塞时高压叶栅内气流流动紊乱，使叶片和风机排气缸剧烈振动，若延续时间过长同样也会振断叶片。引起催化剂倒流、塌床、和泥，使主风总管阻死无法向再生系統供风。

反阻塞控制和反喘振一样，因为阻塞点难以测量和预料，同样在风机阻塞线上设置一条反阻塞线，通过自动控制使风机只能在反阻塞线上运行，以防发生阻塞。反阻塞线的裕度通常为5-10%。在风机出口管理上设一反阻塞单向快速切断阻尼阀与反逆流阀，参与到两器流化风低流量自保联锁中。也可适当地关闭此阀就能使风机压比增高，在容积流量减少，从而避免阻塞、催化剂倒流引起的高温损机。

二、催化裂化轴流风机静叶控制系统的工作原理

AV型静叶可调轴流风机又称为子午加速风机。由启动电动机或烟气轮机通过联轴器和中间轴带动叶轮旋转做功，介质 （气体） 则通过叶片 （轮） 流道时在子午面上收敛加速，从而获得动能，再经后导叶整流后进入扩压器，此时流速下降，大部分动能转换为静压能，从而满足了系统用风压、风量需求。该控制系统的主要控制方案有静叶开度控制与故障锁位两种，所有的控制功能都由集成在电液控制柜内的 PLC（ 西门子 S-224 型号 ） 或者独立的静叶控制器来完成。AV型静叶可调轴流风机含ANl3～ANS0共23种机号，每种机号可分为13、15、17、19共4种叶片数，每种叶片数又可分为4种叶片安装角，故能满足用户的各种参数要求，从而选出与系统工况具有最佳匹配特性的风机。

1.叶开度控制

中央控制室送出的 4～20mA 控制信号 SP、静叶开度信号 PV 分别输入至 S-235 A/D 模数转换模块，并将 SP、PV 两信号进行 PID 运算，其数字量运算结果再由 S-235 D/A 数模转换模块输出到比例阀功率放大器，根据预先设置的编程指令运算，输出信号的大小控制比例射流指挥阀线圈承受电流大小所产生的位置变化，改变高压动力油流向，驱动活塞运动，通过连杆来带动静叶运行角度。实现叶开度控制。

2.静叶锁位控制

静叶锁位控制由锁位电磁阀 DV1 来实现，当控制信号 SP 丢失，静叶开度反馈信号 PV 丢失，SP 值与PV 值偏差 ΔV过大，液压油压力过低以及停电等状况出现，DV1 失电，将比例阀的液压油回路切断，比例阀将无法实现对静叶开度的控制，实现静叶锁位。这些自锁条件和其它报警信号经一次元件采集后均送入 PLC 或者静叶控制器系统按预先设置好的程序运行，并将锁位报警和其他报警信号送入中央控制室 DCS 上显示。

三、化裂化轴流风机静叶控制系统的应用

在催化裂化装置中，一般在设备损坏、控制失灵、放室阀无故打开、操作失误时，可能发生阻塞现象。若设有反阻塞控制圆路，则在开工时，应将主风机出口蝶阀改遥控，以防止阻塞。风机喘振以后，叶栅丧失压缩气体的功能，如果风机出口有一个储压容器串联在催化裂化装置的再生器、烧焦罐、炉101前的主风管道中，可防止催化剂快速倒流。引起时风机反转。但倒流流量只有顺流流量的几分之一，如果风机仍有原动机拖动，则原动机功率在风机中变成逆流气流的摩擦热。气流被加热，倒回风机，很快就可使风机叶片膨胀、擦缸甚至熔化，转子飞逸。特别是再生器或烧焦罐内含有高温催化剂粉尘或高温气体，倒流后，对主风机破坏性更大，可使机内温度猛升到1000℃，在短短的30～40秒时间内使机组受到十分严重的破坏。

1.转子的特点。AV型风机叶轮采用曲线优化的等强度叶片；传递扭矩及动力的中间轴

只不承受叶轮重量，其两端连接的刚挠性膜片联轴器既可补偿安装找正的误差，又可补偿运行中的轴向热膨胀影响；风机主轴跨度大刚性高，在高速运转下极大的提高了工作性能和风机的临界转速，且拆装非常方便。叶轮检修时的拆装步骤为：1）将机壳上半部拆除。2）将护轴管和空心短管拆除。3）从该处拆卸取出叶轮和转子。回装可按反顺序进行，检修和更换轴瓦非常方便，重装时需转子找正。同样对电机齿轮箱、烟气轮机的连轴系統做平衡修正使整个工作在一条稳定平衡线上，防止不同点的偏振和不平衡引起的壳振发生。

2.冷却系统的特点。油站系统采用电加热升温和冷却水降温；通常采用一备一用，环境温度较高和压力偏低时可自动启动双机同时运行。正常后自动停止备用泵。确保油系統工作。

3.耐磨特性。针对叶片及后导叶易磨损部位进行的区域重点防磨处理，可使叶片表面硬度达HRC55-60；叶轮的流道设计充分考虑了烟气磨粒对叶片表面的入射角和分布均匀性，从无叶根磨损发生，且后导叶为插入结构，维护更换极其方便。先从管状导流器旁把转子套管上的保温层去掉。拆除转子套的上半部分及管状导流器的半边，从可调节导向轮中心筒体的开口处拆开，准备安装起吊工具。从衬套上拧松转子叶轮，用转子叶轮的顶出螺栓将叶轮从衬套中顶出，通过管状导流器的开口端抽出转子叶轮。用检侧工具检查转子叶轮磨损、腐蚀情况，焊缝是否出现裂痕等缺陷。当叶片磨损超过原厚度的1/2时，一般需要换新的风轮。

在控制面板上按下“现场”按钮，便可以进行。操纵手操阀 SV2 的手柄，就能改变手操阀 SV2 两路输出口的流向，进行静叶开关的操作，通过调节调速阀 TV1可调节静叶开/关的运行速度。当电磁阀 DV1 失电时或控制系统出现故障情况下要用现场操作。

四、结语

主风机静叶漂移是一个困扰很多炼油厂催化裂化装置平稳运行的难题，这个案例可彻底解决静叶漂移的根本问题，并进一步完善了操作手段和控制功能。主风机静叶操作灵敏、稳定，对其他轴流式压缩机静叶调节具有很好的借鉴意义。

参考文献

[1] 杨建. 关于催化裂化FCC装置用国产电液执行机构中BD15电液伺服阀使用的几个问题[J]. 微计算机信息，2011（03） .

[2] 李恩朋. 泥浆泵憋泵保护电控方案的设计与实现[J]. 中国设备工程，2011（06） .

[3] 周庆民，李冬辉. 提高采油厂中PLC控制系统可靠性分析[J]. 石油工业技术监督，2012（11） [4] 程为彬，寇莹，程建年，肖飞. 液压绞车恒速度控制的实现[J]. 测井技术，2012（01）.