大型内压缩流程空分设备3台液氧泵无扰动自动切换设计与应用

大型内压缩流程空分设备3台液氧泵

无扰动自动切换设计与应用

张晓鹏，洪梦丽

（杭州杭氧股份有限公司技术中心，浙江省杭州市中山北路592号弘元大厦310014）

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摘要：介绍山东杭氧62500m/h内压缩流程空分设备3台变频液氧泵的工艺运行要求，详细阐述液氧泵间无扰动切换控制的设计方案，总结运行效果。

关键词：大型空分设备；内压缩流程；液氧泵；无扰动切换；设计中图分类号：TB663文献标识码：B

Designandapplicationofnon-turbulentautomaticswitchingoverofthreeliquefiedoxygenpumpsforlarge-sizedinnercompressionprocessairseparationplantZhangXiaopeng，HongMengli

（TechnicalCenter，HangzhouHangyangCo．，Ltd．，HongyuanBuilding，592#NorthZhongshanＲoad，Hangzhou310014，Zhejiang，P．Ｒ．China）

Abstract：Here，theoperationrequirementsofthreeconversionliquefiedoxygenpumpsforShandongHangyang62500m3/hinnercompressionprocessairseparationplantareoutlined，thedesignschemeofnon-turbulentswitchingovercontrolbetweenliquefiedoxygenpumpsisdetailed，andtheoperationeffectsaresummarized．Keywords：Large-sizedairseparationplant；Innercompressionprocess；Liquefiedoxygenpump；Non-turbulentswitchingover；Design

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山东杭氧62500m/h空分设备采用常温分子筛吸附净化、空气增压膨胀机制冷、液氧泵内压缩

以保证为用户提供连续、合格的产品氧。

1液氧泵工艺流程

带后备液氧汽化系统流程，由杭氧自主研发设计、成套。生产的氧、氮、氩等工业气体满足下游兖矿鲁南化工有限公司的各种生产需求。下游化工工艺气化炉要求产品氧稳定不间断供应，一旦出现产品氧少供、断供等情况，就会导致下游工艺因触发压力、流量联锁而停车，造成重大经济损失。因此液氧泵的连续、稳定运行至关重要。所以，采用3台液氧泵（两用一备）带后备液氧汽化器系统流程，

10-17；修回日期：2016-02-24收稿日期：2015-

抽取冷箱液氧至液氧贮槽，通过液氧泵增压后

经主换热器换热汽化，然后通过一根供氧总管输送到下游化工工艺气化炉。下游工艺配有两套气化炉

#

群，1气化炉群设定压力6.0MPa，氧气需求量约33000m3/h；2#气化炉群设定压力4.0MPa，氧气

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需求量约30000m/h。为提高供氧稳定性，防止因液氧泵故障导致减产，空分设备共配备了3台同型号变频液氧泵，设计出口压力6.2MPa、流量

作者简介：张晓鹏，男，1989年生，工程师，2011年毕业于浙江大学电气工程学院自动化专业，现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事空分仪表自控开发、设计工作。

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33000m3/h。3台液氧泵的进口管道相互独立，各自连接到液氧贮槽取液，出口管道汇集到一起送液至主换热器。

3台液氧泵的工艺流程如图1所示。

图13

山东杭氧62500m/h空分设备液氧泵工艺流程简图

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2.1

3台液氧泵无扰动切换控制设计

2.2液氧泵的控制

液氧泵工艺运行要求

A、B、C3台液氧泵两用一备，主泵（工作泵）正常工作时，备用泵冷态低速备用。当1台

液氧泵从停止到运行期间的各种工况状态和工艺操作方式如图2所示。3台泵的控制相同，现以A泵为例来说明。2.2.1

正常启停泵

泵处于停止状态，若允许启动条件满足，则变频器上电，点击启泵按钮控制变频提高转速，关小回流阀，提升负荷至额定转速（或正常运行工况）。当3台泵均已正常启动，选择其中2台泵处于正常运行工况，剩余1台泵处于低负荷惰转工况。此时操作员可以点击3台泵互备按钮HSH-HB601，使泵处于自动切换保护状态。需要停运泵时，则先操作HC601A降低转速，开大回流阀，降低负荷至安全区。然后停泵，变频器断电。泵处于停运状态，3台泵互备自动解除。

主泵出现故障时，低速运转的备用泵自动切换到生产工况，由备用状态转为工作状态。同时故障泵缓慢停运后进行维修，排除故障后作为备用泵低速运转。

当DCS系统检测到工艺惰转信号触发时，相应液氧泵自动进入惰转工况，待工艺允许后，重新加载液氧泵。

液氧泵回流阀PV603（A/B/C）受泵后压力PICA603（A/B/C）控制。当回流阀全开，泵后压力仍高于设计值，或回流阀全关，泵后压力仍低于设计值时，调节泵A、B、C变频器的频率以达到设计工况。

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图2液氧泵运行操作流程图

2.2.2单台泵启停控制逻辑（含故障联锁停车工况）

2.2.3单台泵自动惰转工况

当液氧泵输出频率低于设定惰转频率时（可设定），则一键惰转按钮HSDZ601A生效，将泵从0转速自动提升负荷至设定惰转转速。此时若检测到液氧贮槽液位低LIAS1702.LL等自动惰转条件时，系统不发出惰转信号DZ601A，泵保持当前状态不变。

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满足工艺允许启动条件，且无故障联锁停车信号，允许启停泵。液氧泵启停控制逻辑如图3所示。

当轴承温度低时，启动轴承电加热器；当轴承温度高时，停运轴承电加热器。

图3液氧泵启停控制逻辑图

当液氧泵输出频率高于设定惰转频率时（可设定），则一键惰转按钮HSDZ601A自动失效。此时若检测到工艺惰转条件满足时，系统发出惰转信

号DZ601A，泵转速自动降低到设定惰转转速，泵进入低负荷惰转工况。液氧泵自动惰转控制逻辑如图4所示。

图4液氧泵自动惰转控制逻辑图

2.2.4

液氧泵主、备用泵判断及三种切换控制“A、B泵正常运行，C泵惰转”和“A、C泵正常运行，B泵惰转”两种情况信号功能控制不再详述，具体控制与A泵处于惰转情况一致，只是

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将彼此信号进行互换。下面提及的切换均以B、C泵正常运行，A泵惰转工况为例。

主、备用泵判断：当3台液氧泵正常运行，既无故障也无惰转信号发出时，DCS系统自动识别转速最低的1台泵为惰转泵，剩余2台为正常运行泵。投入互备开关后，切换程序生效，当发生一次切换后，低速备用泵变为工作泵，原工作泵则缓慢降低负荷进入维修状态，互备开关自动解除。故障泵检修完毕后，重新启动作为备用泵，手动投入互备开关。2.2.4.1

电气故障或液氧泵自身故障的切换控制电气故障或液氧泵自身故障信号详见图3，当

GZTOP601A发生或电气反馈故障FKFA发生时，送出泵故障联锁停运信号GZ601A。2.2.4.2

非电气故障或液氧泵自身故障的切换控制（泵后压力参数异常）

在非电气故障或液氧泵自身故障情况下，DCS系统通过液氧泵的正常转速、泵后压力等参数判断液氧泵的故障状态，并在主泵故障状态下实现主、备用泵的切换。当泵在额定转速下运行且泵后压力PICA603低联锁（联锁投入）时，发出切换信号SW601A-B或SW601A-C，启动低速运转的备用泵，同时该泵降负荷到惰转状态，检修确认无故障后作为备用泵低速运转。逻辑控制如图5所示。

运行信号SO601A丢失或自身故障联锁

图5液氧泵故障切换控制逻辑图

2.2.4.3

3台泵正常情况下的一键切换

当3台泵均无故障或惰转信号发出，处于正常换到远程控制，将预设的设定压力赋值给回流阀的SP，然后回流阀PID恢复到本地控制状态，实现自动稳压控制。

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山东杭氧62500m/h空分设备采用美国FOXBOＲODCS系统，系统模块阀门控制如图7所示。

操作状态时，若希望对泵的状态进行切换，可通过点击一键切换按钮来完成。逻辑控制如图6所示。2.3

液氧泵回流阀的控制

液氧泵切换时回流阀的开度缓慢减小，到达预定开度后，投入自动运行。再将回流阀PID控制切

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图6液氧泵一键切换控制逻辑图

图7FOXBOＲODCS系统模块阀门控制回路图

参考文献：

［1］丁丽君，秦洪涛，陈洪亮，等．大型内压缩空分设备

．双泵流程中的两台低温液体泵的自动切换控制［J］39．气体分离，2010（5）：36-［2］王晋华，张莫西．DCS控制系统在空分内压缩流程高

J］．工业仪表与自动化装置，2015压液氧泵的应用［（1）：106-110．

3结束语

3台液氧泵无扰动切换提高了整套系统的安全

性、稳定性，实现了为下游工艺不间断稳定供氧的目的，全自动化控制减少了人工操作任务，提升了系统供氧的稳定系数，为用户提供了多样化的应急措施，大大降低了因液氧泵故障停车引起的经济损失和安全风险。液氧泵无扰动切换控制系统自投用后，运行安全稳定，为用户降低了运行成本。?

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