MVR 蒸汽壓縮機(jī)振動(dòng)控制器故障分析與改造

金 城

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯中天合創(chuàng)能源有限公司）

某礦井水裝置，將煤礦開采過程中的地下水處理為鹽、污泥和合格的循環(huán)水再利用。 該裝置由蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)和硫酸鈉母液處理系統(tǒng)（納濾分鹽）兩部分組成。 預(yù)處理系統(tǒng)是通過化學(xué)除雜的方式去除前端濃縮段富集的鈉、鈣、硅及有機(jī)物等雜質(zhì)離子， 使它們沉淀分離出來由污泥帶走，確保蒸發(fā)結(jié)晶分鹽單元的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行和結(jié)晶鹽品質(zhì)。 后工段納濾分鹽系統(tǒng)是通過沉淀+砂濾+超濾+納濾將緩沖罐母液中的一價(jià)和二價(jià)離子分離開來，納濾產(chǎn)水中以一價(jià)離子為主送至后續(xù)氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步蒸發(fā)、 濃縮、結(jié)晶析出硫酸鈉等； 納濾濃水送至雜鹽干化系統(tǒng)，產(chǎn)生少量雜鹽，打包后集中處理。

1 蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

蒸發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)處理規(guī)模為160m3/h。 將進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶前的廢水pH 值調(diào)節(jié)到4， 堿度降低到50mg/L 左右， 用以降低后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶單元的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；采用兩級(jí)MVR 降膜濃縮工藝（圖1），實(shí)現(xiàn)濃鹽水的濃縮減量控制。

圖1 MVR 蒸發(fā)濃縮段工藝流程簡(jiǎn)圖

預(yù)處理單元來水（蒸發(fā)源水罐）由蒸發(fā)結(jié)晶單元冷凝水余熱經(jīng)板式預(yù)熱器組進(jìn)行加熱升溫，既能提高來水溫度、降低系統(tǒng)整體能耗，又能降低冷凝水溫度， 確保外排冷凝水溫度在40℃以下。 預(yù)熱后的濃鹽水進(jìn)入1#降膜蒸發(fā)器濃縮至50%，密度達(dá)到1 025kg/m3，再轉(zhuǎn)料至2#降膜蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮， 使該罐料液濃縮為23%以上、密度1 050kg/m3的MVR 濃縮液， 出料至后續(xù)結(jié)晶系統(tǒng)。

2 蒸汽壓縮機(jī)系統(tǒng)控制簡(jiǎn)介

蒸汽壓縮機(jī)系統(tǒng)機(jī)組1#、2#兩套機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)539C09A/B 是由威海豪頓華工程有限公司集成，由西門子電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩套機(jī)組系統(tǒng)分別獨(dú)立控制。

現(xiàn)以1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)539C09A 為例介紹其控制流程，如圖2 所示，可以看出，蒸發(fā)濃縮段采用MVR 蒸發(fā)工藝，每次開車時(shí)需要新的一次低壓蒸汽 （0.33MPa、133℃）作為降膜蒸發(fā)器的熱源，1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)和2#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)的作用是將低品質(zhì)的二次蒸汽（10kPa±5kPa/98℃±2℃）壓縮為高品質(zhì)的加熱蒸汽（30kPa±5kPa/105℃±2℃），達(dá)到逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡的目的， 待系統(tǒng)平衡之后， 不需要或僅需要少量的一次蒸汽作為補(bǔ)充蒸汽。

圖2 1#蒸汽壓縮機(jī)控制流程簡(jiǎn)圖

機(jī)組主要參數(shù)包括電機(jī)軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、齒輪箱軸振動(dòng)、齒輪箱軸轉(zhuǎn)速及蒸汽壓縮機(jī)電流等，在DCS 中實(shí)現(xiàn)控制與聯(lián)鎖。其中，電機(jī)電流信號(hào)C09A-CE 和油箱壓力PS-010 開關(guān)量信號(hào)直接通過現(xiàn)場(chǎng)接線箱送至控制系統(tǒng)，其他蝸殼振動(dòng)等11 個(gè)信號(hào)均集中到現(xiàn)場(chǎng)儀表箱， 通過變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA 信號(hào)送到DCS。

539C09A 機(jī)組風(fēng)機(jī)蝸殼振動(dòng)傳感器VE-010（量程0～20mm/s）檢測(cè)的是速度信號(hào)，選用德國(guó)申克B&K VIBRO AS-062 型產(chǎn)品，兩線制。 振動(dòng)速度信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)儀表箱內(nèi)的VC-920 振動(dòng)控制器輸出4～20mA 信號(hào)到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和聯(lián)鎖功能，如圖3 所示。 圖中溫度等參數(shù)標(biāo)注的數(shù)值是機(jī)組在運(yùn)行過程中某個(gè)時(shí)段正常時(shí)的實(shí)際顯示值 （取整）， 同時(shí)各參數(shù)均注明了聯(lián)鎖值，TC-101 即為1#機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)。

539C09A 機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)共有電機(jī)軸承和繞組溫度、風(fēng)機(jī)蝸殼溫度、齒輪箱振動(dòng)和轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流等13 個(gè)聯(lián)鎖輸入信號(hào)。 其中，蝸殼振動(dòng)VT-010、 電機(jī)電流C09A-CE 和潤(rùn)滑油冷卻器出口壓力都分別有3、5、15s 的延時(shí)， 所有檢測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的是單點(diǎn)聯(lián)鎖，保護(hù)機(jī)組安全，只要有其中任何一個(gè)信號(hào)觸發(fā)聯(lián)鎖，機(jī)組均停車。

3 VC-920 振動(dòng)控制器故障現(xiàn)象

圖3 蒸汽壓縮機(jī)聯(lián)鎖邏輯

VC-920 振動(dòng)控制器是用來測(cè)量、監(jiān)控和顯示軸承或機(jī)殼振動(dòng)的儀器，顯示的測(cè)量值即為振動(dòng)速度的有效值（單位mm/s），其數(shù)值直接在顯示3位數(shù)的儀器上讀取。 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，連接現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)速度傳感器，通過積分法，在振動(dòng)加速傳感器投入使用時(shí)，完成相應(yīng)振動(dòng)速度值的轉(zhuǎn)換。 為了發(fā)送超出測(cè)量值的信號(hào)，提供兩個(gè)超出總范圍的可調(diào)極限值LN1/LN2（未使用），基于短時(shí)間超出極限值，可以為每個(gè)極限值激活一個(gè)響應(yīng)延遲，以便阻止故障信號(hào)出現(xiàn)，通過發(fā)光二極管顯示破壞極限通道；OK 狀態(tài)燈正常顯示綠色，如果通道出現(xiàn)OK 故障，OK 指示的LED 燈熄滅， 如圖4 所示。此處，VC-920 振動(dòng)控制器僅作為振動(dòng)變送器功能使用， 是將蝸殼振動(dòng)VE-010 速度信號(hào)通過SIG、COM 接入（有源信號(hào)24V（DC）），將mm/s 速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA 信號(hào)輸出到DCS。

圖4 VC920 振動(dòng)控制器示意圖

VC-920 振動(dòng)控制器安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表箱，固定在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組旁， 由于蒸汽壓縮機(jī)機(jī)組所在廠房為半封閉場(chǎng)所， 無空調(diào)等恒溫保護(hù)設(shè)施， 雖然VC-920 說明書上要求的環(huán)境溫度為0～5℃，但是夏天現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度較高， 再加上控制器自身工作產(chǎn)生熱量，影響了控制器的使用壽命。連續(xù)運(yùn)行不到1 年，539C09A 振動(dòng)控制器便出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)VC-920 顯示“ヒ05”代碼故障信息，輸出超量程，觸發(fā)聯(lián)鎖， 機(jī)組停車。 通過查詢VC-920 說明書，“ヒ05” 代碼表示OK 監(jiān)控失效， 控制器存在誤差函數(shù)，運(yùn)算電路板故障，需返廠維修。同時(shí)對(duì)VE-101振動(dòng)速度傳感器和回路進(jìn)行檢查，結(jié)果正常。

4 VE-101 振動(dòng)速度傳感器和信號(hào)傳輸改造

由于沒有VC-920 振動(dòng)控制器備件， 而且返廠維修過程漫長(zhǎng)，為了不影響生產(chǎn)，保障礦井水裝置正常運(yùn)行，對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度傳感器和信號(hào)傳輸方式進(jìn)行改造， 取消原現(xiàn)場(chǎng)VC-920 振動(dòng)控制器。

原振動(dòng)速度傳感器B&K VIBRO AS-062，兩線制，傳輸信號(hào)為速度信號(hào)，通過現(xiàn)場(chǎng)VC-920 振動(dòng)控制器轉(zhuǎn)換成4～20mA 信號(hào)后送到DCS。

改造后使用一體化振動(dòng)速度傳感器177230-01-01-CN，美國(guó)本特利產(chǎn)品，兩線制，通過一體化變送器直接將4～20mA 信號(hào)傳輸?shù)紻CS。 所不同的是，DCS 輸出端子板應(yīng)接有源節(jié)點(diǎn)， 給現(xiàn)場(chǎng)供24V（DC）恒流源。

TUA711-AIO16 為16 路模擬量轉(zhuǎn)接端子板，主要使用在采用轉(zhuǎn)接方式接線的場(chǎng)合， 配合MB745-S11 基座使用，可接入一塊非冗余的模擬量輸入卡AI713 或模擬量輸出卡AO713； 配合MB746-S11 基座使用， 可接入一對(duì)冗余的AI713或AO713。 端子板采用DIN 導(dǎo)軌方式安裝，支持單邊進(jìn)線，通過模塊DB37 接口，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送到AD 轉(zhuǎn)換器（控制系統(tǒng)的設(shè)備元件）。

4.1 改造前的設(shè)計(jì)

原VE-101 振動(dòng)速度傳感器到MV920 振動(dòng)控制器之間的信號(hào)傳輸為振動(dòng)速度信號(hào)， 通過MV920 后轉(zhuǎn)換成4～20mA 信號(hào)到TUA711-AIO16轉(zhuǎn)接端子板， 經(jīng)DB37 電纜線實(shí)現(xiàn)與模擬量輸入卡AI713 的連接后，進(jìn)DCS（本裝置未使用安全柵），傳感器接線如圖5 所示。

圖5 改造前VE-101 傳感器到控制系統(tǒng)接線示意圖

4.2 技術(shù)改造

針對(duì)以上分析主要對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)改造： 一是現(xiàn)場(chǎng)側(cè)將VE-101 振動(dòng)速度傳感器信號(hào)改造成一體化帶變送的4～20mA 信號(hào)（VT-101），現(xiàn)場(chǎng)取消了VC-920 振動(dòng)控制器， 僅利用現(xiàn)場(chǎng)的接線端子板，現(xiàn)場(chǎng)不再對(duì)傳感器供電；二是需要DCS 側(cè)給現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)傳感器提供24V（DC）配電，以完成信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的工作。 由于VC-920 振動(dòng)控制器輸出到DCS 的是有源信號(hào)（無需系統(tǒng)再提供電源），所以DCS 側(cè)不需考慮配電，應(yīng)接無源節(jié)點(diǎn)。 改經(jīng)造VT-101 傳感器的接線如圖6 所示。

圖6 改造后VT-101 傳感器到控制系統(tǒng)接線示意圖

5 結(jié)束語

礦區(qū)采煤過程中需要抽排大量的地下水，如果直接外排會(huì)引起水質(zhì)惡化， 造成水環(huán)境污染，將礦井水處理、凈化并加以利用，不僅可以滿足生產(chǎn)和生活用水，還可以創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 蒸汽壓縮機(jī)是裝置蒸發(fā)結(jié)晶工段的核心設(shè)備，其運(yùn)行效果直接關(guān)系到蒸發(fā)結(jié)晶所需的濃縮料液質(zhì)量。 筆者通過對(duì)振動(dòng)速度傳感器和系統(tǒng)信號(hào)傳輸方式進(jìn)行改造，不但保障了儀表檢測(cè)的穩(wěn)定性， 還提高了儀表維護(hù)人員的工作效率，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，減少了裝置的非計(jì)劃停車次數(shù)。