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电加热器输 出功率偏低原因分析及改善
时间:2019-04-30 15:35:09        点击量:【173 】次

  电加热器在大型石化反应单元应用十分广泛,并在生产中扮演重要角色。一旦故障将会影响生产 ,严重的可能造成装置停车,给生产带来不小的损失。丙烷脱氢装置内的大功率调功电加热器共计 9 台,主要集中在反应单元,均采用A EG 厂家的Thyro —P 型调功器。

  在装置试生产过程中,工艺人员经常反映调功器 O P 值给到 100%后,温度达不到目标温度,满足不了工艺要求。该调功控制系统采用单闭环 PID 控制 ,工艺介质流量和以往相比没有变化 ,但介质出 口温度略有下降,进而导致偏离工艺目标值 ,即偏差加大。PID 控制器加大调功器的输出功率,而实际输出功率近似为一条直线,其显示值远远小于加热器的设计功率。针对上述现象,本文逐步从设计选型、DCS 组态控制和调功控制模式等方面进行详细分析。


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通过表 1 ,可以看出在额定电压 660V 的 5%以内(即电压波动范围为 627 ~693V ),电加热器的输出功率均大于设计功率。因此,如果设计合理 ,电加热器在供电压为额定电压的情况下,加热器发出的功率是能够完全能满足设计要求的。

1.2 现场测温仪表量程范围及精度检查

经查 ,电加热器的温度变送器采用 hart 协议下装,测温热电偶采用 K 型热电偶,出口测温点为 2 个,温度显示与实测一致,量程和设计院说明书要求一致,可以排除温度传感器显示不准确的可能性。

2 DC S 组态控制分析

现场使用的交流有功功率变送器由苏州迅鹏仪表有限

公 司生产 ,型号 为 YPD —P3 一V 1A 2 一P2 —0 3 ,电压输入 为 0~100V ,电流输入为0 ~5A ,输出信号为 4 ~20mA ,其作用是将电加热器的输 出功率值传送给 DCS。以21EH0301 为例,经查电流互感器变比为 1000/5 ,电压互感器变 比660/100 ,因此变送器输出的 20m A 对应加热器的输出功率应为:

P = 1.73 2 ×66 0 ×1000 = 114 3 .12 kW

即,D CS 接受的4 ~20m A 信号对应加热器实际输出功率的0 —1143.12kW 。由表 1 可知 ,21EH 030 1 可发出的最大功率 801kW < D C S显示最大功率 1143.12kW 。因此,可以排除由于 D ES 量程设置偏小而造成上述缺陷发生的可能性。另外,厂家指出,功率变送器受调功器影响会出现误差 ,传输到 DCS 中控室的 4 ~20m A 信号未经过隔离栅隔离,更会加重误差。询问工艺,在 O P 值最大给定到 90%时,最大功率曾达到过 700kW ,可以断定功率变送器的传送误差应在1m A 左右。lmA 的传送误差引起的功率偏差在 70kW ,数值较小,并不是此次缺陷的根本原因。


3 调功器控制模式分析

3.1  周波控制(全波开关模式)

在固定周期内,通过改变导通的周波数来改变负载的功

率 ,如 图 1 所示 。

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该控制方式谐波小 ,对电网的冲击大,变压器、母排发出“嘀嗒”的周期性响声且电流波动大,但控制效果好、理想灵敏度高,因此较为常用。调试过程中,将默认控制周期 1s 改为0.4s,调功器的灵敏度由2%变化到5% ,变压器“嘀嗒”声变弱 、频率变快,母排已无明显“嘀嗒”声。将控制周期由0.4改为0.2 ,灵敏度由5 %骤降到 10%,变压器“嘀嗒”声依然存在,频率比以前变的更快。


3.2 相角控制(移相角控制模 式)

在一个周期中,通过改变一个正弦波周期的导通时间,来改变控制负载的功率,如图2 所示。

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该控制方式谐波大,对电网造成严重的污染。一般不推  这是周波控制和相角控制的结合,即在某一固定周期相荐使用,但变压器、母排异响全部消失。实际使用中,由于该  应导通周波的起始 阶段和终止阶段采用相角控制(起始阶调功器到现场加热器的距离较长 ,使得加热器分布 电容变  段:导通角从某一最小值逐步增大到最大值,终止阶段:导通大,加之该控制方式电压变化率比周波控制大 ,因此造成该  角从最大值逐步减小为最小值),如图3 所示。加热器的泄漏电流偏大 ,泄漏电流高达 0.5A 。

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由于其控制方式是周波控制与相角控制的结合。因此,其具有周波控制和相角控制的特点,即谐波含量处于两者之间,对电网的冲击也处于两者之间。使用过程中,变压器的“嘀嗒”声已变的非常微弱 ,母排已无明显异响。


4 结论及改善

  在分析了 AEG 调功器各种调功方式优缺点和排除仪表 设置故障后,发现调功器的控制周期已由0.4s 改为0.2s。调功器软启、软停时间没做修改,保持默认值 0.3s。参数下装后,调功器控制逻辑要求控制周期必须大于软启、软停时间0.3s,系统 自动将控制周期更改为 0.32s。然而,此时调功器每个周期的最大调节时间为 0.2s,对应调功器输出的最大功 率为 P⋯ = (0.2/0.32) X P额=0.625P额。在故障发生时,由于加热器运行环境温度降低,造成加热器介质入口温度下降,PID 控制器控制偏差增大,调功器的输出功率跟随增大。当调功器的输出功率增大到 0.625P额时。调功器的输出功率的增加量还没有完全弥补被加热介质在低温下的热量损失,P ID 控制器输出量继续增大,调功器的给定值继续跟随增大。然而,调功器输出功率受到周期最大调节时间的限制已达到调功器的最大输出值 0.625P额,无法跟随控制系统继续增大输出功率,造成被加热介质温度下降,无法满足工艺生产要求。

  现已将软启、软停时间改为 0.1s,控制周期改为 0.2s。更改后,当同一供电源供电的调功器台数大于 3 台时,相应母排变压器 “嘀嗒”声消失,供电变压器电流波动幅度已大幅减小,控制灵敏度及输出功率满足工艺要求。由此可见 ,调功器控制方式的选择及相应参数的配置对加热器的工作状态起着决定性的作用,如果相关参数配置错误,将会导致加热器故障或者影响工艺生产。

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