液動(dòng)執行機構在催化裂化裝置的應用

　　電液執行機構具有控制準確、穩定性好、可靠性較高的特點(diǎn)，在催化裝置中應用越來(lái)越廣，本文從工作原理、運行中出現的問(wèn)題及處理進(jìn)行了論述并提出了相應改進(jìn)方案，并對電液執行機構的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

　　隨著(zhù)催化裂化裝置運行周期不斷延長(cháng)，關(guān)鍵設備運行穩定性、可靠性能對運行周期直到?jīng)Q定性作用，電液執行機構就是催化裝置中關(guān)鍵調節控制設備之一，它在裝置滑閥、蝶閥、機組靜葉調節系統和汽輪機調速系統上大量應用。如在反、再系統單動(dòng)滑閥控制催化劑的循環(huán)量，保證反、再系統的能量平衡;再生器出口的雙動(dòng)滑閥或蝶閥控制再生器壓力，保證反、再系統的壓力平衡;在軸流風(fēng)機系統采用電液執行機構對靜葉角度進(jìn)行調節，控制主風(fēng)系統流量;在汽輪機組調速器系統電液執行機構也逐步開(kāi)始應用，調節汽輪機組轉數以控制反應系統壓力。在正常生產(chǎn)條件下，要求電液執行機構工作狀態(tài)穩定、控制平穩、可靠性高，在故障狀態(tài)下動(dòng)作準確，尤其是在自保投用情況下動(dòng)作一定準確、使控制主體迅速達到自保位置，保證裝置安全、保護機組。本文依據電液執行機構在運行中的問(wèn)題及處理進(jìn)行了探討，提出了具體的改進(jìn)方案，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了簡(jiǎn)述。

1、電液執行機構的工作原理

　　電液執行機構是由電氣控制系統、電液伺服油缸、油泵及位移傳感器等組成。當電氣控制系統輸入端接受4-20mA輸入主令信號經(jīng)規格化處理轉換為0-10V電壓信號，同時(shí)接受位移傳感器現場(chǎng)測得的實(shí)際閥位，經(jīng)過(guò)規格化處理轉換為0—10V電壓信號，二者在伺服放大器中比較產(chǎn)生差值信號，經(jīng)電壓放大、功率放大后驅動(dòng)電液伺服閥，控制油缸的運動(dòng)方向，從而帶動(dòng)執行機構按照規定位置動(dòng)作，直至輸入信號與位移傳感器反饋信號偏差值為零，這時(shí)伺服閥的控制電流也接近零，伺服閥蕊處于中位，無(wú)液壓油輸出，使油缸中活塞停留在與輸入信號相對應的位置上，從而達到電液執行機構自動(dòng)控制的目的。

2、滑閥、蝶閥電液執行機構運行中故障處理及改進(jìn)措施

2.1、液壓控制元件運行中的問(wèn)題

2.1.1、電液伺服閥

　　伺服閥作為液壓控制元件是非常關(guān)鍵的元件，它的性能決定控制精度和動(dòng)態(tài)的穩定性，它的可靠性決定了整個(gè)控制系統的使用壽命。它的作用是將較小的電功率信號轉換成較大的液壓功率輸出，實(shí)現信號的電/液轉換，即完成放大作用。

　　早期電液伺服閥采用的是雙噴嘴擋板式結構，其對液壓油清潔度要求較高，必須保證清潔度NASI638A不低于7級，在運行過(guò)程中易出現閥堵塞現象，造成執行機構誤動(dòng)作，嚴重的出現閥位跑“單向”，造成工藝生產(chǎn)較大波動(dòng)�，F階段射流管結構伺服閥應用較多，其結構上采用干式力矩馬達，整體焊接，射流管為先導極，滑閥閥蕊作功放，是一種高性能力反饋兩組方向流量控制閥，具有抗污染能力強、可靠性高、分辨率高的特點(diǎn)，尤其是在射流管堵塞狀態(tài)下，伺服閥一般保持原閥位，基本上避免了跑“單向”現象的出現，安全性有了很大的提高。

　　在實(shí)際運行過(guò)程中液壓油使用也是影響伺服閥運行狀態(tài)的因素之一，在北方地區或冬季使用N32低凝液壓油，熱帶地區或夏季使用N46抗磨液壓油，液壓油過(guò)濾精度在5um左右，運行油溫在20-50℃之間。在液壓油初次使用前，應保證液壓油經(jīng)泵—過(guò)濾器—油箱—泵循環(huán)半小時(shí)以上，方可投伺服閥，避免液壓油污染伺服閥。

2.1.2、閥位傳感器

　　位移傳感器是閉路電路控制系統中的重要元件，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統的控制精度和可靠性，現投用有外置滑片電阻式、電感式直線(xiàn)、角位移傳感器和內置式電感式傳感器等。它的作用是輸出閥位反饋信號，反饋信號與輸入信號經(jīng)伺服放大器轉換成電壓信號并進(jìn)行對比形成輸出信號，控制執行機構的動(dòng)作。傳感器出現故障時(shí)，電液執行機構產(chǎn)生誤動(dòng)作直至系統鎖位，閥動(dòng)作的幅度視伺服放大器上閥位跟蹤帶寬和跟蹤時(shí)間的設定值而定。

　　滑片電阻式傳感器主要故障是在滑片與導電片接確處之間產(chǎn)生磨損，造成接確不良，輸出信號跳躍，工作狀態(tài)不穩定，這種形式的傳感器故障較多，應進(jìn)行改進(jìn)否則投用可靠性低。外置式電感傳感器其故障主要為電氣緊固件松動(dòng)、線(xiàn)圈質(zhì)量問(wèn)題或老化產(chǎn)生的故障，其運行故障較滑片電阻式傳感器低。

　　內置式電感線(xiàn)圈傳感器其傳感器固定于油缸內，工作穩定性、可靠性能較高，運行中出現問(wèn)題主要是密封件泄漏，液壓油泄漏到電阻內，造成接確電阻增加，使閥位反饋信號產(chǎn)生偏差可中斷，使其不能正常工作。

2.1.3、伺服油缸

　　伺服油缸首先要保證缸體耐壓強度高，其次是保證缸筒與活塞之間極小的間隙和導向套適應小間隙，保證活塞密封環(huán)的可靠性。

　　運行中出現的主要問(wèn)題是活塞密封環(huán)老化損壞，導致兩油缸串油，雖故障出現幾率較低，但依據故障現象較難判斷故障原因。由于蝶閥和滑閥伺服油缸的結構和密封環(huán)不同，故障的現象也存在較大差異�；�閥油缸的活塞桿是雙側存在，蝶閥油缸的活塞桿是單側存在，當調節信號給出(開(kāi)/關(guān))時(shí)，活塞先往調節方向運動(dòng)，而后由于油缸活塞密封環(huán)老化損壞兩油缸串油導通，導致油缸兩側油壓平衡，滑閥活塞兩側面積相同，導致滑閥不動(dòng)作;而蝶閥活塞面積不同(活塞桿是單側存在)，無(wú)活塞桿側承受壓強較大，導致閥向有活塞桿側運動(dòng)，直至蝶閥鎖位油缸兩側進(jìn)油停止，蝶閥運行位置由鎖位設定的跟蹤帶寬、跟蹤時(shí)間而定。所以當活塞密封環(huán)老化損壞后，滑閥的故障現象是先向調節方向運行后停止不動(dòng);蝶閥的故障現象是先向調節方向運行后向有活塞桿側運行，直至鎖位電磁閥動(dòng)作鎖位，油缸兩側達到平衡位置而停止運動(dòng)。

2.1.4、其它液壓件(油泵、電磁換向閥)

　　液壓泵是液壓系統的重要動(dòng)力元件，它的質(zhì)量好壞直接影響到液壓控制系統的可靠性，早期使用較多的是國產(chǎn)葉片泵，其油壓不穩定、油封泄漏、調節范圍窄、工作噪音大，給使用、維護帶來(lái)極大不利，后改用進(jìn)口變量柱塞泵，其排量的調節是依靠壓力補償進(jìn)行的，因此輸出壓力平穩，具有性能可靠、噪音低、運行周期長(cháng)的特點(diǎn)。電磁換向閥是控制機構中大量存在的元件，其出現故障的頻率較多(尤其是鎖位電磁換向閥)，主要故障是閥蕊卡死，原因是由于油質(zhì)污染和在流動(dòng)死區的沉積，使液壓油經(jīng)電磁換向閥向油缸供油，造成閥的誤動(dòng)作。此故障的檢查較易，泄掉油系統壓力后打開(kāi)伺服機構，手按動(dòng)電磁換向閥的兩側檢查回彈性，如不能正�；貜椬C明電磁換向閥堵塞，解體清理后回裝即可。

2.2、電氣儀表系統的故障

　　隨著(zhù)儀表元件的技術(shù)不斷提高，早期儀表元件耐低溫能力差、工作穩定性較差，現階段無(wú)論是蘭州石化機械廠(chǎng)生產(chǎn)的電液執行機構還是九江儀表廠(chǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，伺服放大器質(zhì)量都比較過(guò)關(guān)。

3、電液執行機構在機組靜葉調節系統上的應用

3.1、工作原理

　　由于電液執行機構的使用穩定性高，調節靈活使其應用范圍擴大，現國內軸流風(fēng)機靜葉調節系統也相繼采用了電液執行機構，主要工作方式為：電液伺服控制油路和電磁調節油路并聯(lián)使用，通過(guò)靜葉自動(dòng)/靜葉鎖位的切換，執行兩種工作狀態(tài)。靜葉伺服控制系統液壓保護裝置通過(guò)液壓鎖緊方式，控制電液伺服閥的進(jìn)出油路和負載油路，當軸流風(fēng)機處于正常狀態(tài)時(shí)，液壓鎖電磁換向閥處于導通狀態(tài)，電液伺服控制系統隨調節器信號及負載情況及時(shí)調節靜葉角度，達到適當風(fēng)量。當由于非常原因(伺服控制系統中某控制元件發(fā)生故障，或其它干擾因素)使靜葉角度與設定值偏差較大或完全失控時(shí)，鎖位電磁閥換向閥上電通電，使液壓鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷電液伺服閥進(jìn)出油路和負載油路，即時(shí)將靜葉就地鎖定。這時(shí)如果靜葉角度與所要求的位置偏差較大，可以啟動(dòng)另一電磁換向閥調節，以點(diǎn)動(dòng)方式對靜葉角度進(jìn)行修正，控制伺服油缸左、右移動(dòng)，使靜葉角度增大或減小，達到指定的位置。以使靜葉不會(huì )完全失控，可以繼續維持軸流風(fēng)機工作。

3.2、本系統的缺點(diǎn)

　　由于考慮到安全運行的要求靜葉角度25℃和緊急停車(chē)要求靜葉保位(一般在60℃左右)，在電液執行機構中有信號丟失、反饋信號丟失鎖位，無(wú)信號偏差鎖位功能，當因故障靜葉角度發(fā)生較大的變化時(shí)無(wú)鎖位功能，只能人為調整控制鎖位，使本系統的安全性存在隱患，這是本系統的致命缺陷，這就要示電液執行機構尤其是伺服閥的可靠性極高，整個(gè)系統的工作穩定性要保證。

　　改進(jìn)方案可結合滑閥、蝶閥控制系統，增上鎖位電磁閥，在反饋信號與輸入信號偏差較大時(shí)進(jìn)行鎖位，在投自保時(shí)自動(dòng)解鎖并控制閥位到相應位置。

4、電液執行機構使用幾點(diǎn)意見(jiàn)

4.1、關(guān)于電液執行機構在故障斷電狀態(tài)下鎖位電磁閥工作方式的選擇問(wèn)題

　　由于滑閥、蝶閥在催化裝置中的重要作用不言而喻，因此在故障狀態(tài)下執行機構的安全性能是非常重要的，要考慮到斷電情況下閥的動(dòng)作情況，一般來(lái)說(shuō)鎖位電磁換向閥為上電解鎖，掉電鎖位，保證在故障斷電情況下保持閥位避免對生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，但這就對電磁閥的上電工作性能要求較高，要使用可靠性高電磁換向閥。

4.2、UPS電源的應用

　　為防止斷電故障后閥誤動(dòng)作和不可調的狀態(tài)，如有條件應增上UPS電源為儀表控制系統提供電源，確保在系統停電的故障狀態(tài)下，利用蓄能器的油壓控制閥位達到安全位置。

4.3、維護方便性

　　正常時(shí)伺服放大器面板上顯示10個(gè)參數，主要為電源電壓、伺服閥工作電壓、偏差信號等，九江儀表廠(chǎng)在顯示面板增上鎖位電磁閥的工作狀態(tài)(燈亮上電解鎖/燈滅掉電鎖位)，對于操作人員的操作和維護帶來(lái)極大便利，對于故障判斷增加了手段。

4.4、關(guān)于電液執行機構關(guān)鍵電氣儀表控制板卡的更換

　　隨著(zhù)裝置運行周期不斷延長(cháng)，對設備的可靠性、穩定性及檢修過(guò)程中的平穩性要求更高，由于伺服放大器上的儀表控制板卡尤其是主放大板和反饋板在裝置開(kāi)工前相應參數調校完畢，并進(jìn)行全行程調試合格，如果正常生產(chǎn)中發(fā)生故障需要更換，重新調試的可能性非常小，即使可以調整參數但準確性非常低，而且不能進(jìn)行全行程調試，因此建議在裝置停工調試時(shí)對關(guān)鍵特閥準備二塊相同的板卡，調試后一用一備，確保故障后平穩更換投用。

4.5、自保狀態(tài)的調節方式

　　電液執行機構在自保狀態(tài)下的工作方式，主要由通過(guò)電磁換向閥調節、電液伺服閥或兩者同時(shí)動(dòng)作調節方式。其中兩者同時(shí)動(dòng)作調節方式更為可靠，一方面動(dòng)作速度快，另一方面確保在某一元件發(fā)生故障時(shí)也能保證自保動(dòng)作正常。

4.6、電液執行機構的日常調節

　　有的裝置特閥如煙機入口蝶閥或主旁路雙動(dòng)滑閥，長(cháng)期處于一個(gè)位置，一方面傳感器地此位置易卡，另一方面油缸油循環(huán)不流暢，易發(fā)生元件堵塞現象，應對執行機構進(jìn)行經(jīng)常性的小范圍圖調整，保證整個(gè)系統的正常運行。

5、執行機構的發(fā)展

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)日趨完善和廣泛應用，利用微機對電-液系統進(jìn)行控制已成為機械行業(yè)實(shí)現機電一體化的一種重要手段，數字控制在當前被認為是實(shí)現對液壓系統高速，高精度控制的最理想的方法之一。

5.1、數字式智能型執行機構

　　隨著(zhù)可編程控制器和PLC控制系統的大量應用，以可編程控制器或PLC做主控制器的執行機構出現并投用，其工作特點(diǎn)如下：

　　(1)參數調節與整定信號通過(guò)數字寫(xiě)入方式，輸入、輸出和中央處理部分完全隔離，全數字控制，解決了原模擬信號受環(huán)境及電磁干擾的問(wèn)題，工作穩定性得到較大提高。

　　(2)跟蹤失調是依據分析信號變化和閥位的運動(dòng)趨勢而動(dòng)作，使自鎖動(dòng)作更加準確，起到了真正的鎖位保護作用，提高了整個(gè)系統的可靠性。

　　(3)增加了伺服閥的自動(dòng)調校功能，使其工作穩定性得到較大提高。

　　(4)故障顯示準確，基本做到了每個(gè)故障對應相應故障代碼，使故障判斷準確性提高。

5.2、液壓缸的數字控制設計

　　數字閥可直接與微機接口而無(wú)需D/A轉換裝置，與單純的伺服閥和比例閥相比，具有結構簡(jiǎn)單，工藝性好，成本低，抗污染性強，重復性能好，工作穩定可靠，能耗小等優(yōu)點(diǎn)，因而在自動(dòng)控制系統中獨樹(shù)一幟。

　　從流體控制的觀(guān)點(diǎn)分，可分為連續流體控制和脈沖流體控制兩種，在連續流體控制中，將運算處理的數字信號，經(jīng)D/A轉換為電氣或機械信號，經(jīng)過(guò)模擬式動(dòng)作通過(guò)閥來(lái)控制流量。例如，由線(xiàn)性放大器驅動(dòng)伺服閥和比例閥。

　　另一方面，脈沖流體控制是通過(guò)與位移信號相對應的一組脈沖信號直接使閥作斷-通動(dòng)作，形成間斷的脈沖流體，從而達到控制平均流量輸出的目的。

　　用2個(gè)高速閥控制受壓面積不同的單桿式液壓缸(圖1)。閥V1和V2為常閉狀態(tài)，液壓缸不動(dòng)。當V1或V2通電時(shí)，閥被打開(kāi)，液壓缸將向右或向左移動(dòng)，其移動(dòng)速度的控制是根據目標位置與實(shí)際位置之差，用PWM信號控制流量來(lái)達到目的，差值減小，脈沖寬度變短從而減速。

　　PWM控制位置程序的基本思路是：把目標位置信號r與實(shí)際位置y之差e作為模擬電信號，通過(guò)A/D轉換器將數量化后的ek輸入微機;乘上增益kp，計算出接通閥的脈寬時(shí)間(t=kpek)，由此來(lái)確定通電時(shí)間;而根據ek的符號可判定應打開(kāi)的閥(u1，u2)。為了提高控制缸位置的精度和穩定性，把死區寬度δ、使閥動(dòng)作的最小脈沖寬度t1及計算時(shí)間t2均輸入隨機存取存儲器。圖是用PWM操縱的兩個(gè)高速電磁閥控制液壓缸的程序框圖。

　　進(jìn)入數字時(shí)代以后工程控制數字化已成為了必然的發(fā)展趨勢，在電液控制技術(shù)領(lǐng)域應用數字閥實(shí)現直接數字控制是數字化的理想解決方案。擬開(kāi)展的研究方向通過(guò)發(fā)展出新型的系列數字閥，并將其應用于電液控制系統，通過(guò)數字控制器對液壓系統輸出的動(dòng)力參數實(shí)現直接數字控制，從而達到電液控制技術(shù)數字化的目的，并形成具有自主知識產(chǎn)權的、獨特的電液數字伺服的控制方案。