高压防爆开关

高压防爆开关（精选五篇）

高压防爆开关 篇1

关键词：矿井,高压开关,综合保护器,防爆,抗干扰,TMS320LF2407A

0 引言

煤矿井下变电站综合自动化是煤矿井下电力系统的发展趋势, 井下高压防爆开关 (简称高爆开关) 的智能化是井下变电站综合自动化的关键。高爆开关在井下承担着所有井下用电设备的供电任务, 高爆开关综合保护器是高爆开关的核心组件之一, 它可对高爆开关进行监控和保护, 能及时将井下高爆开关所带供电线路的电气参数、运行参数、电量信息、设备工况以及故障信息上传到地面调度中心, 同时也能够接收地面调度主站发出的遥控、定值设定和信号复归等命令, 实现远程操作功能, 从而实现井下变电站的无人值守。早期的高爆开关保护器多是以分立元件组成的继电器保护器, 逐渐发展到数码显示的电子式综合保护器, 再到以采用单片机为核心的微机型综合保护器, 而现在采用DSP+CPLD为架构的硬件设计是综合保护器比较流行的设计。早期的保护器存在难以精确整定保护定值和保护延时等问题, 或受制于处理器速度, 保护的实时性较差, 不能做比较复杂的运算。为此, 笔者设计了一种高爆开关综合保护器, 采用DSP数字信号处理芯片作为保护器CPU, 很好地解决了上述问题[1]。

1 综合保护器工作原理

高爆开关综合保护器是保障煤矿井下电力系统安全稳定运行的重要装置之一, 它们在煤矿井下6/10 kV电力系统中得到了广泛的应用。煤矿井下6/10 kV电力系统基本上都是不接地或小电流接地系统, 一般相间短路配置为三段过电流保护, 接地配置为零序电流保护, 还配置有绝缘监视、瓦斯闭锁保护等。在该保护器中配置包括三段过电流保护、反时限过电流保护、两段零序电流 (可投功率方向) 保护等。综合保护器采用交流采样技术, 将来自高压开关互感器的大电压电流模拟信号经AD采样后离散成数字信号, 采用快速傅里叶算法计算模拟量的有效值后, 然后将计算出来的有效值与设定的定值经过保护逻辑判断比较, 产生所需要的保护开关量输出信号驱动板上的继电器, 带动相应的高爆开关机构动作, 从而实现切除线路故障、保护安全供电等功能, 同时其具有显示和通信接口, 可以就地查看高爆开关所带线路电气参数, 投入和退出线路所需保护, 以及记录所发生的故障信息等, 同时还可以接收来自上位机的控制信息, 完成遥控和定值整定等功能[2]。

2 综合保护器硬件设计

该综合保护器主要由开关电源、I/O板、CPU板和液晶板组成, 如图1所示。液晶板通过一根5芯电缆与保护器主体的DB9液晶接口相连。

综合保护器硬件平台采用DSP+CPLD为核心, CPU选用TI公司生产的TMS320LF2407A[3], CPLD选用ATERLA公司生产的EPM7032AETC-44, 另外还有大容量RAM存储器、实时时钟、铁电存储器等主要芯片。I/O板的作用是将来自现场的高电压、大电流交流电气量经辅助变流器隔离并转换成电压信号送入二阶低通滤波单元, 滤除高次谐波后形成符合输入要求的电压信号送入CPU板的AD转换电路;开入和开出部分均采用光电耦合, 完成保护开出与遥控开出。

保护器主体有以下几个接口:模拟量输入接口、开入量输入接口、开出量输入接口、液晶显示接口、通信接口, 分别对应保护器所要具备的相应功能。液晶显示器硬件采用C8051F系列高速单片机为CPU, 上有通信接口和按键接口, 显示器通过CAN总线与保护器主体交换信息, 主要完成保护器的参数显示和整定功能。

3 综合保护器软件设计

软件开发环境为TI公司开发的CCStudio3.1, 采用C语言编程及模块化设计, 具备很强的可移植性和继承性。软件采用1+3模式, 即1个中断加3个任务, 保护采样计算及保护判断在中断级完成。3个任务:下位机侦听处理任务 (串口通信任务) 、人机界面处理任务 (显示器CAN总线通信任务) 、测量计算任务。每个任务对应一个模块文件, 这样使得程序结构清晰, 各模块之间分工明确。

测量计算任务:主要完成对测量值的计算, 包括计算测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、零序电流等;测量值更新周期为20 ms。串口通信任务:接收处理外部通信传来的信息, 如上位机周期下传的信息, 包括遥信、查询和校时命令;上位机的菜单命令信息, 包括取事件、取定值、取测量值、取装置信息、遥控命令、取遥信状态以及取全遥测量等。显示器CAN总线通信任务:根据当前的键值决定液晶显示, 人机界面主要分为定值信息、实时数据、手动操作、故障查询、系统信息、累计数据等一级菜单, 能够完成对整定值的设置、启动密码的设置、时间日期的设置、手动合闸、手动分闸、查看事件记录、查看开入端子状态以及查看当前测量值的信息等。采样中断模块程序流程如图2所示, 测量计算任务程序流程如图3所示, 串口通信任务程序流程如图4所示, 显示器CAN总线通信任务程序流程如图5所示。

4 综合保护器抗干扰对策

由于煤矿行业的特殊性, 煤矿电气设备的电磁兼容标准一直没有强制实施, 煤矿的许多技术都是由地面应用成熟的技术发展而来, 造成了煤矿行业装备的技术面貌相对比较落后。地面继电保护装置一般都执行国家强制性电磁兼容标准, 但煤矿井下设备由于历史及现实的原因造成电磁兼容标准还没有强制执行。设计的第一代高爆开关综合保护器在现场使用过程中, 保护装置液晶屏有时会出现花屏、错屏问题, 经过电磁兼容性测试, 发现是综合保护器抗干扰性能指标低造成的。为了检验保护器抗干扰性能, 用保护器测量变频器输出到电动机的电流, 在电动机启动到稳定运行过程中, 发现保护器测量电流值跳动较大, 上下偏差约为40%。

为了找出综合保护器抗干扰最薄弱之处, 对保护器做了大量的电快速瞬变脉冲群抗扰度实验, 实验条件为对保护器电源端口加5 kHz重复频率、持续时间为1 min、不同等级幅值的正、负脉冲群。当脉冲群幅值为500 V时, 保护器正常;将脉冲群幅值加到600 V时, 保护器出现了液晶屏闪烁和继电器乱跳现象;将脉冲群幅值设为1 000 V时, 保护器死机, 不能正常复位。在同样的实验条件下, 对保护器的模拟量输入接口和开入量输入接口施加脉冲群干扰信号, 发现从模拟量输入接口加脉冲群干扰信号时, 保护器的抗干扰能力比加在电源端口还要差, 这时脉冲群幅值为500 V时, 保护器就已经开始表现出不正常, 还会不时发生复位现象;脉冲群干扰加在开入量输入接口时, 保护器的抗干扰能力要强得多, 只有当脉冲群幅值达到3 000 V以上时, 保护器才会偶尔出现复位现象。上述实验说明, 保护器抗干扰薄弱环节在电源端口和模拟量输入接口上。

为了找到切实有效的措施来提高保护器抗干扰能力, 重复上述实验并在保护器上加一定的抗干扰措施。实验结果:在电源端口输入线套上了磁环, 再用1 000 V脉冲群试机, 发现这次保护器恢复正常, 没有出现死机现象, 套1个磁环情况下, 脉冲群幅值在1 400 V时保护器才会发生液晶屏闪烁现象, 在电源端口上再增加1个磁环后, 保护器在2 400 V脉冲群干扰下也能正常运行。除了电源端口外, 对模拟量输入接口和开入量输入接口做同样的实验, 发现保护器的抗干扰能力明显增强。这说明保护器抗干扰薄弱环节还是在电源端口和模拟量输入接口上, 充分说明了磁珠类器件运用得当即可有效降低电磁干扰。在实验中, 将互感器的屏蔽端子用粗线焊接并可靠连接到地, 这时再对模拟量输入接口施加干扰, 保护器抗干扰性能大为改善。同样的实验条件, 屏蔽端子没接地且脉冲群幅值为500 V时, 保护器就开始表现异常, 而屏蔽端子接地后脉冲群幅值加到1 200 V时, 保护器才开始出现异常。

通过充分实验及反复摸索, 找到了提高保护器抗干扰性能的办法: (1) 首先在结构上将原先的综合保护器采用26芯航空插头, 所有信号线从一个端子出线改为将模拟信号、开入信号、开出信号分为不同的接口出线, 解决它们之间的串扰问题; (2) 在实验中发现是否将互感器的屏蔽端子可靠接地, 对保护器抗干扰能力的提高影响较大, 良好可靠的接地可显著提高保护器的抗干扰水平; (3) 在开入量输入接口和电源端口上分别加装磁珠, 将模拟部分供电和数字部分供电彻底分开, 最后在主板上一点连接, 对外端口不但用光耦隔离, 还加装了TVS管等抗干扰元件; (4) 在软件上不但采用了指令冗余、软件陷阱、看门狗等常见手段, 还采取数据有效性分析、多次重复计算、自动校核等软件措施, 使综合保护器能自动纠错, 自动识别和排除干扰, 防止干扰引起保护器误动作[5,6]。

通过这一系列措施, 重新改进的综合保护器的抗干扰性能得到了大幅提高, 通过了电快速瞬变脉冲群四级测试。用保护器测量变频器输出到电动机的电流, 在电动机启动到稳定运行过程中, 测量电流值跳动稳定在2%左右。

5 结语

综合保护器是煤矿井下高爆开关一个非常关键的组件, 它集保护、测量、控制和通信于一体, 不但能及时切除线路发生的故障, 还可以将开关工作状况传送到监控主机。本文介绍了高爆综合保护器的组成及工作原理、硬件设计、软件设计, 并对应用过程中保护器出现的抗干扰问题进行了细致的分析和研究, 针对保护器抗干扰薄弱环节提出了有效的措施。实际应用表明, 该保护器接线方便, 动作正常, 没有出现拒动误动现象, 抗干扰性能也有了明显的改善, 没有再出现原来保护器所表现的抗干扰问题, 达到了预定的设计目标。

参考文献

[1]单亚娟, 郑建勇, 曹晓华.TMS320F240 DSP处理器在电动机微机保护装置设计中的应用[J].电力系统及其自动化学报, 2003, 15 (1) :67-69.

[2]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:水利电力出版社, 1994.

[3]刘和平, 严利平, 张学锋.TMS320LF240X DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[4]程利军, 邓慧琼.微机保护抗电快速瞬变脉冲群干扰研究[J].电力自动化设备, 2002, 22 (6) :6-9.

[5]侯慧, 游大海, 尹项根.基于DSP的微机型继电保护抗干扰研究[J].电力自动化设备, 2006, 26 (4) :4-6.

沈阳高压开关的有功之臣 篇2

廖汉，乍一听，还以为是个中国人。他可是个响当当的老外——，德国前ABB公司技术总裁、国际中高压开关设计大师级专家，2006年以来担任沈阳华利能源设备制造有限公司首席技术顾问后，才改叫这个名的。廖汉先生2008年和2009年分别获得“辽宁友谊奖”和中国政府“友谊奖”两个代表省和国家授予外国专家的最高荣誉奖，可见他为沈阳做出的业绩非同一般。

致力于技术攻关与技术创新，指导开发出具有我国自主知识产权的新产品

多年来，我国东北电网的配网等级是72.5kV，由于以前国内没有72.5kV开关设备产品，东北电网一直在用110kV产品代替使用，造成设备成本过高。而且我国输配电成套开关设备中72.5kV以上电压等级气体绝缘成套设备均为全封闭组合电器(GIS)，户外安装使用，占地面积大，设备造价高，设备维护费用高，安全性差。而新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)由于产品小型化，结构模块化，免维护，户内安装使用，具有很高的可靠性、环保性和安全性，已成为气体绝缘成套设备发展趋势。但是C-GIS产品特别是72.51KV以上产品由于技术含量高，生产难度较大，目前在国内尚无生产，126kV C-GIS产品国际尚无生产。

怎么办?引进海外人才智力成为了华利公司的目标。2006年，沈阳华利能源设备制造有限公司率先启动“72.5kv、126kV新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)”项目时，华利人将目光投向了德国，廖汉自然是合适人选。

廖汉自2006年担任沈阳华利能源设备制造有限公司首席技术顾问以来，致力于72.5kV、126kV新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)的技术攻关和技术创新。他带领中外科技人员，解决了本项目关键技术和工艺问题，主要攻克了目前国内还难以解决的高电压C-GIS产品的绝缘问题、充气单元焊接结构强度、充气单元绝缘气体泄压技术等技术难题，确保了产品性能要求。

在廖汉先生的参与和指导下，目前，72.5kV新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)项目已攻克各技术难点，顺利地完成了样机试制和样机型式试验工作并即将投产，并于近日通过了国家级新产品技术鉴定。该产品具有自主知识产权，是国内外首台(套)将真空灭弧室的固封工艺应用于72.5kV电压等级的C-GIS产品，填补国际空白，技术水平处于国际领先水平。

72.5kV新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)产品的研制成功，结束了东北电网没有72.5kV配套电压等级开关设备和我国高压输配电成套设备无C-GIS成套设备的历史。

注重培养人才，为提高我方专业技术人员自主创新能力做积极贡献

“顾问”，顾名思义，就是不光是“顾”，还要“问”。廖汉就充分做到了这一点。作为沈阳华利公司聘请的首席技术顾问，他注重对我方技术人才的培养，对公司技术人才业务水平的提高起到了很大的推动作用。如，廖汉及外方专家团队成员多次通过培训、报告会形式为公司技术人员讲解开关设备制造领域中的最新设计理念、发展趋势以及先进的工艺制造方法等，使技术人员学习掌握了新理论、新技能、新工艺、新方法。廖汉及外方专家团队成员除以身作则、身先士卒外，还注重在工作实践中精心指导，将自己的知识和经验毫无保留地传授给公司相关人员，使华利公司技术人员、质检人员、操作者基本掌握了产品生产过程、产品检验过程的有关知识和技能，为今后产业化生产积累了宝贵的经验。

在中外专家的密切合作下，通过对72.5kV新型环保气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)产品研发和生产技术的消化和吸收，公司研发团队技术人员现已基本上消化吸收了这一全新产品的设计精髓，自主创新能力大为提高，一支具有较强自主创新能力的核心技术团队正在形成。如，在样机生产、试制过程中，公司技术人员灵活运用廖汉所传授的技能，解决了一些在外方看来也比较难解决的工艺问题，取得了满意效果。在将要进行的126kV气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)产品研发过程中，公司设计团队已具备可以参与总体方案设计，可以独立进行施工图设计,样机生产、试制、试验等工作的能力。

对此，沈阳华利能源有限公司的总经理和副总经理都说，如果不是廖汉把多年来积累的高压开关设备制造方面的技术和有关经验无私地传授给了我们，还为我们培养了一批创新型人才，我们是不可能那么快就把这几个产品研制出来的。

高压洗涤器防爆筒体的防爆 篇3

关键词：高压洗涤器,防爆筒,防爆板,破裂,爆炸,氢含量,温度

高压洗涤器是荷兰斯塔米卡邦二氧化碳汽提工艺尿素装置的重要设备之一,它利用高压甲铵泵送来的低压吸收循环系统的甲铵溶液,在高压状态下吸收尿素合成塔气相中的NH3和CO2,使NH3和CO2在高压系统直接被吸收,返回高压甲铵冷凝器,循环利用。它工作的好坏直接影响高、低压,解吸水解系统的稳定运行和系统消耗,也决定着高压系统能否安全运行。

1 高压洗涤器结构及工作原理

荷兰型厂高压洗涤器主要由上部精馏吸收段、中部防爆空间、下部浸没式列管冷凝器和底部气体分布器组成,见图1。

从高压洗涤器结构图可以看出,高压洗涤器分为五个部分,上部为填料洗涤段,中部为鼓泡段,下部为浸没式列管冷凝段,球体部分为防爆空间和底部气体分布器。合成塔来的合成气,由球体上部N1进入防爆空间。球体中间是填料洗涤段筒体,填料洗涤段筒体上开6个深2 mm的槽,代替爆破板起防爆作用;洗涤后的尾气有爆炸的可能,一旦爆炸,防爆筒体就破裂,使爆炸后的高压气泄入合成气体中。

防爆空间由一层隔板将冷凝后易形成爆炸性气体的高浓度H2、O2与未经冷凝的高浓度NH3、CO2相对安全气体隔开,隔板上有6个导爆槽(防爆板),每个防爆板车有一道环形沟槽,规格为7 mm×600 mm×2 mm(宽×高×厚),沟槽壁厚2 mm,承受上下压差约0.5 MPa。万一发生爆炸,则6个导爆槽首先爆破,两种气体混合稀释,迅速脱离爆炸区,避免事故扩大,破坏整个设备。

N1—气体入口;N2—气体出口;N3—惰性气体入口;N4—惰性气体出口;N5—甲铵液入口;N6—甲铵液出口;N7—冷却水入口;N8—冷却水出口;N9—放空口;N10—排液口;N11—防爆膜接口;N12—蒸汽进口;N13—冷却液出口;N14—放空口;N15—人孔;N16—温度计口

防爆球体外有伴热蒸汽管,防止物料低温冷凝结晶。N2为防爆空间合成气出口,出N2的合成气,沿高压洗涤器外管道从N3进入高压洗涤器下部气体分布器。甲铵泵送来的甲铵液,由顶部N5进入液体分布器,对出高压洗涤器的尾气进行洗涤吸收。洗涤液经循环漏斗口,沿中心循环管流至液封槽,溢流到高压洗涤器底部,合成气经气体分布器分散至甲铵液中,甲铵液与合成气充分混合后,进入冷却列管中。在冷却列管内部分NH3与CO2被冷凝吸收,其反应热被壳侧高调水带走。列管内是气液共存,故其密度小于中心循环管内的液体而自行循环。

然后,气液混合物便从冷却管上端进到中部鼓泡段。在此,未被冷凝吸收的气体分离出来,进入鲍尔环填料段,与高压甲铵泵送来的稀甲铵溶液逆向接触,NH3和CO2继续被吸收,剩余的气体通过N4和高压洗涤器气相阀减压后送到低压吸收塔,充分吸收后放空。吸收了NH3与CO2的浓甲铵液,从溢流套筒的顶端溢流至环隙,而后从管N6送出;还有一部分则流入循环漏斗,与填料吸收段来的甲铵液汇合,沿中心循环管返回到高压洗涤器底部,这样,强化溶液循环,从而提高冷却管的冷却效果。

2 高压洗涤器防爆筒体爆炸破裂的现象

总结各厂发生高压洗涤器防爆筒体爆炸破裂的现象如下:高调水无温差或温差极小;同等负荷下高压系统压力升高,升高曲线为锯齿形;甲铵泵送水仍畅通;高压洗涤器出液出气温度上升;高洗出气阀前后温差缩小;低压吸收塔满液,进出液温差缩小,且压力上升。

晋城某厂在2011年1月1日凌晨5:00尿素系统封塔后开车。当打开高压洗涤器尾气排放阀HV2202时,发现高压洗涤器出气温度急剧上升,当时判断已经出问题;为进一步证明,系统投料开车后,发现高压洗涤器无热负荷,高调水进、出无温差,高压洗涤器下液温度和高压洗涤器出气温度偏高。减负荷仍然无法维持。通过认真分析,判断是高压洗涤器防爆筒体爆炸。停车排塔、置换、降温后,拆开高压洗涤器防爆球体人孔后发现,防爆筒体破裂,鲍尔环散落在球体内。见图2。

3 高压洗涤器防爆筒体爆炸的原因及预防措施

高压洗涤器爆炸一般发生在开停车阶段和其他非正常生产状态下(如短期停车、保温保压、减负操作,打水冲洗防堵等),高压洗涤器爆炸可分为化学爆炸和物理爆炸。

高压洗涤器防爆筒爆炸事故大体分两种:一种是外爆炸型,另一种是内压型。外爆炸型是由于在高压洗涤器防爆筒内部有大量惰性气体积存,由于静电、撞击、加热等原因引起爆炸,是导爆槽向外破裂或变形(属于化学爆炸)。内爆炸型是由于高压洗涤器列管和中心管堵塞,防爆筒外侧与合成塔气相连通,而防爆筒内侧与低压系统连通,并通过下液管与高压喷射器吸气室连通;由于列管和中心管堵塞,在防爆筒内侧与低压系统连通和高压喷射器的抽吸作用下,防爆筒的内外产生负压差,将防爆筒压破变形(属于物理爆炸)。

3.1 防爆筒体物理爆炸原因及预防措施

(1)结晶堵塞管道、设备。高压洗涤器结晶是非常危险的,如果处理不及时,防爆筒体有被压破的危险。在停车(特别是断电、断蒸汽等)时,高压洗涤器防爆球体到高压洗涤器底部U型管经常因排放不尽,引起结晶堵塞,造成防爆筒体内外压差增大,防爆筒体破裂爆炸;高压洗涤器在运行或开车过程中,也会因高调水温度控制太低,列管内甲铵逐渐结晶,使防爆筒体内外压差增大,引起爆炸。

预防措施 加强日常巡回检查,确保高压洗涤器排放阀门畅通。系统封塔操作过程中,控制好高调温水温度;封塔后,要及时打开高压洗涤器排放阀门,确认排净后,再关闭阀门并冲洗管线。开车前须检查确认高压洗涤器底部畅通无堵塞。正常生产时控制好高调水温度。

(2)防爆筒体导爆槽因腐蚀减薄或加工缺陷,不能承受应受压差导致爆炸。导爆槽中央薄壁厚度仅为2 mm,而尿素高压设备的年腐蚀速率一般在0.03～0.05 mm,故需要定期检查。

预防措施 ① 防爆板材质宜选用25-22-2,加工时,防爆板沟槽宜采用圆弧过渡,避免应力腐蚀;② 停车排放后应保证升温钝化质量与时间;③ 开停车及生产中避免系统局部超温,确保防腐空气或添加的H2O2量,防止不锈钢表面钝化膜活化,加剧腐蚀;④ 当系统运行时间达到或超过一年时,一旦停车检修,应对防爆板进行检查。

(3)开车和生产中系统升压过快,高压洗涤器气相阀关闭过猛、CO2倒流、合成塔满液、高调水泵跳车等原因使高压系统压力突升;或生产和停车时,高压洗涤器气相阀开启幅度过大,卸压过猛等造成防爆筒体内外压差过大,被压破或拉裂(国内绝大多数厂家高压洗涤器防爆板破损均属此类型)。

预防措施 严格控制高压系统的升降压速率在指标内(6 MPa/h)。系统封塔操作过程中,应采取分步缓慢关闭高压压力调节阀的操作方式,确保防爆板两面受压均衡。

3.2 防爆筒体化学爆炸原因及预防措施

可燃物、助燃物(氧化剂)和点火源是燃烧和爆炸的三个基本条件,统称三要素。尿素生产过程存在化学爆炸三要素:可燃性气体、助燃物、点火源。

3.2.1 可燃气体

脱碳工序无论采用化学方法还是物理方法,送到尿素装置的原料气CO2中都含有H2、CO和CH4之类的可燃性气体;送入尿素的液氨中也溶有H2、CH4之类的可燃性气体。

预防措施

(1)严格控制好原料氨和CO2的纯度

保证生产中有充足合格的氨和CO2。合成系统送往尿素的氨应供充足,不得断氨,不能使弛放气窜入尿素系统,尽量使新鲜NH3通过球罐后再送尿素,严禁直接送氨。原料纯度要求:CO2≥98.5%(体积分率,下同),N2≤0.4%,H2≤0.3%,总硫≤1×10-6;NH3≥99.8%、油≤10×10-6。

一旦CO2气中H2含量超标,生产中必须降低高压洗涤器的冷凝程度,增大高压系统氨碳比,增加高压洗涤器的尾气排放量,确保不发生爆炸。

(2)保证脱氢装置运行正常

脱氢催化剂在使用过程中易发生硫、CO、NH3、油中毒,积炭,从而使催化剂失活,造成入塔气体中H2含量增高,高压洗涤器尾气中H2含量增高,可能使尾气组成进入爆炸范围内。因此,要加强入合成塔CO2气体中H2含量的分析,监控催化剂的活性,失活后要及时更换;加强CO2压缩机排油水;严格控制原料CO2气体中硫、CO、NH3的进入,保证脱氢催化剂的正常使用。

(3)防止形成爆炸组成

由于混合气体中NH3含量对爆炸区域影响较大,NH3含量增加,爆炸范围缩小;反之,爆炸范围扩大。因此在生产中控制好高压洗涤器的洗NH3程度,就可使尾气处于爆炸范围外。

在高压系统开车出料时,减氨过早,如汽提塔未带上负荷,其壳侧高压蒸汽压力PIC904未提起就减氨,致使尾气氨含量下降,由于惰气总量不变,故氢气含量相对上升;低压汽包压力降低过早,使高压甲铵冷凝器内NH3、CO2过度冷凝,减少了合成塔出气量,进入高洗后形成可爆气体;甲铵泵打水过早过多,过早停高调水夹套蒸汽,或高调水温降低,使高压洗涤器内气体冷凝量加大,出气进入爆炸范围。

预防措施 控制高压洗涤器内混合气体中氢和氧的浓度,使之处于爆炸范围之外。主要是对高压洗涤器操作温度的控制,控制了温度也就是控制了气体中氨的浓度,温度高气体中氨含量就高,氢和氧的浓度也相应低,爆炸范围缩小;反之,温度低氢和氧则高,爆炸范围扩大。所以,严格按照工艺指标要求的温度操作,控制好高压洗涤器的洗NH3程度,就可使尾气处于爆炸范围外。生产中加强高调水温度控制,保证高压洗涤器下液温度不小于155 ℃,高压洗涤器惰气排放温度要大于120 ℃,减负荷时要及时提高高调水温度。

正常生产时,通过调节高调水温度不低于110 ℃,调节高压甲铵泵的加水量与负荷相适应来严格控制高压洗涤器出液温度不低于155 ℃,就可使尾气组成处于爆炸范围外。

封塔保温保压期间,特别是在停蒸汽的情况下,一般要求尿素排塔停车。如果不能,则高压气相部分要保持流通,避免高压洗涤器气相阀HV202全部关闭,控制高调水温不低于125 ℃,防止系统中的NH3、CO2充分冷凝吸收,气体中的O2、H2浓度升高,形成爆炸性气体。

投料时,控制高调水温不低于125 ℃,要提高出料时合成液的温度,并使之尽快达到正常。如果出液温度较低,在合成液显示液位后,可短时间增大排放量,使高压洗涤器压力降低,使混合气体爆炸范围缩小。如此温度低于150 ℃,洗涤器尾气就可能进入燃爆区,此时一遇火源或静电就会出现尾气燃爆。而引起洗涤器出液温度突然下降的根本原因是出料时合成液温度低,与之平衡的合成气中NH3和CO2含量减少,在洗涤器尾气排放量不变的情况下,洗涤器内吸收的NH3和CO2减少,甲铵生成反应热随之减少,其出液温度下降。虽然系统出料时易造成洗涤器尾气燃爆,但如果操作得当,完全可以避免。

停车封塔过程中HV2202要始终要留2%的开度,不关死HV2202切断阀,冲洗HV2202前后应适量;开车过程中,应开大HV2202,保证高洗尾气不进入爆炸范围;CO2中氢≥1%不能投料开车;出料时保证高调水温度TR2207不低于125 ℃,停车封塔期间TR2207不低于120 ℃;开车时,甲铵泵投入系统前及时开HV2202;出料后,减氨不要减得过快,一定要在高压汽包压力提上去后,再逐渐降低;出料后,不要过快过早降低汽包压力,要等汽提塔带上负荷,大量物料由此返回,高压洗涤器工作稳定,高调水温差大于8 ℃时,再降低压汽包压力与该负荷相对应。

3.2.2 助燃物

为了设备和管道的防腐,需向原料CO2气体中添加空气(O2),CO2汽提法空气添加量为CO2混合气体的3%～4%(使氧含量为0.6%～0.8%)。

预防措施 严格控制CO2气体中的氧含量。在满足设备、管道防腐需要的情况下,尽量减少空气(O2)的加入量,正常生产时要控制加氧指标在低限(0.6%)。

3.2.3 点火源

(1)冲击

工艺设备和管道在安装和维修过程中,会残留焊瘤、焊渣、砂粒,高压洗涤器鲍尔环填料吸附的结炭层脱落碎屑,这类固体粒子与气体一起高速流动,在弯头、缩口等变向处冲击壁面,其动能转变为热量成为点火源。

预防措施 工艺设备和管道在安装和维修完毕后要清理吹扫干净内部杂物。

(2)静电

气体在设备和管道内高速流动与壁面摩擦即产生静电,静电会积聚在尖端和孤立体上(例如阀芯,两端导电不好的管段等),当这些孤立带电体附近的电场强度超过气体的破坏电场强度时,即产生某种放电现象。

设备、管道等接地措施效果不好,造成高压洗涤器内静电积聚,静电在可燃气体中产生放电现象(如果静电接地效果好,会及时导出),电能转化成为热能从而使可燃性气体的温度上升或进入系统的油聚积达到自燃,而引起爆炸。

预防措施 建立良好的接地系统,防止静电积聚。并定期检验接地系统,有无损坏,螺丝是否松动,并要掌握接地电阻的变化情况,使接地系统始终保持完好状态。其次,要防止油进入系统。

4 高压洗涤器防爆筒体日常操作常见问题

(1)如在升温钝化时发现高压洗涤器下液温度大于合成塔气相温度,则说明高压洗涤器进口管堵塞,应立即处理,以免压破防爆板。

(2)在用CO2进行系统升压时,应缓慢增加压力,不能过快。

(3)在投料过程中应注意高压洗涤器气相阀HPV2202不能猛开猛关。

(4)CO2不能提前退出系统,那样会使高压洗涤器内部二氧化碳浓度低,生成甲铵液后NH3过剩。

(5)在停车冲洗高压洗涤器时,控制好高压洗涤器尾气排放阀HPV2202。具体操作为,在用甲铵泵冲洗高压洗涤器时,高压洗涤器尾气排放阀HPV2202开度大于15%,防止NH3、CO2被充分吸收,防爆筒内可燃气体(H2、O2)浓度急剧增加,达到爆炸极限。

(6)停车时中压蒸汽压力波动大,高调水提温速度过慢,NH3、CO2被充分冷凝,会增加可燃气体浓度;或者高调水温度低,造成高压洗涤器列管结晶堵塞。具体操作为,在停车前打开高调水夹套蒸汽阀,提高调水进液温度至125 ℃。停车后高压洗涤器内热负荷减小,通过加热方法维持高调水温度在高限,防止高调水温度低,高压洗涤器内过度吸收冷凝或结晶堵塞。

(7)在停车时高压洗涤器一定要排放冲洗干净并彻底排放积液。具体操作为,停车时首先打开高压洗涤器排放阀,排放高压洗涤器内部甲铵液,然后一台甲铵泵打循环,另一甲铵泵打水至高压洗涤器。同时,液氨退出系统,用冲洗水泵冲洗氨管线。此操作维持15 min。甲铵泵与氨管线冲洗同时停止,目的是让冲洗高压洗涤器的水通过高压喷射器带离高压洗涤器,同时也冲洗了甲铵泵出口管线、高压洗涤器下液管线、高压喷射器出口管线。注意高压洗涤器下液管线两个温度点TR2205、TR2215和高压喷射器出口管线温度点TR2214,是否同步、同趋势变化。由此可判断高压洗涤器相关管线是否畅通。最后通过排放双阀间导淋排出的是气,说明高压洗涤器内部积液排净。高压系统停车后,合成塔仍有从溶液中释放出来的气体进入高压洗涤器。如果设备中有积液,容易使其浓度提高而结晶堵塞列管。(在甲铵泵向高压洗涤器打水和冲洗水泵冲洗氨管线时,蒸汽冷凝液泵的其他用户停止使用冷凝液。因为蒸汽冷凝液用量过大,将影响甲铵泵和冲洗水泵入口冷凝液的压力,如果入口压力低影响到泵的打量,最终影响到冲洗效果。)

(8)封塔过程中控制好高压洗涤器尾气排放阀HPV2202开度。具体操作为,在封塔过程中高压洗涤器尾气排放阀HPV2202开度在2%～5%,严禁HPV2202全部关闭,防止系统中的NH3、CO2被充分冷凝吸收,气体中H2与O2的浓度增高,形成爆炸性气体,H2含量进入爆炸极限范围。投料开车打开HV2202时,由于开阀过快或气体摩擦导致起火引爆气体。

(9)排塔过程中高压洗涤器尾气排放阀HPV2202大幅度打开,会使高压洗涤器防爆筒内的气体形成高速流体,高速流体产生静电引起爆炸。

5 结 语

高压防爆开关 篇4

关键词：高压防爆电磁阀,轴销,螺钉,断裂

电磁阀是气田开发中井口生产管线上常用的一种自动控制装置,接受控制信号后实现开启和关闭,从而对管道中的流体介质进行控制。

某厂生产的型号为ZD-80/25-E, 通径80mm,压力25MPa高压防爆电磁阀共20只, 按照合同约定在进行阀门入库质量检验时,有2只电磁阀密封试验中各有一M8mm×30mm的螺钉断裂 (图1),有

1 检验方法及结果

1.1 断口宏观分析

原始轴销和断裂轴销宏观形貌 (图3), 从图3观察,断裂轴销分3部分,没有明显的伸长或弯曲,无缩颈,断口平齐而光亮,有金属光泽,属于脆性断裂。

原始螺钉和断裂螺钉形貌(图4),从图4观察,4只电磁阀密封试验后无法正常启闭。

为了解事件的原因, 对不合格的6只电磁阀进行解体检查, 发现每只电磁阀中均有一Φ6mm×55mm的轴销断裂(图2)。慎重起见,又对测试合格的电磁阀进行复查,发现有8只电磁阀轴销断裂,此事引起使用单位的高度重视, 要求通过分析找出断裂原因。螺钉断裂部位距端部8mm,断口表面无裂纹和夹渣物, 最终撕裂在中间部位, 初步判定螺钉是被拉断的。

1.2 化学成分分析

为了确认螺钉和轴销的材质成分, 采用电火花直读光谱 仪对螺钉 和轴销进 行成分测 试 , 轴销Φ6mm×55mm的化学成分见表1(质量分数),符合GB/T 699-2008《优质碳素结构钢》标准中45钢的技术要求[1,2],内六角螺钉M8mm×30mm的化学成 分见表2(质量分数),符合10B33材料的技术要求,与制造厂提供的材质证明书相符。

1.3 金相分析

对断裂的螺钉和圆轴销断口处分别取试样,抛光经4%硝酸酒精溶液侵蚀,进行夹杂物、晶粒度以及显微组织分析。螺钉的金相组织(图5)为回火索氏体及白色沿晶界分布的铁素体。圆轴销的金相组织(图6)为珠光体和白色沿晶界分布的铁素体。由此可见,材料组织成分均匀,也无晶间裂纹。

1.4 硬度及强度分析

由于断裂螺钉和圆轴销残块的尺寸较小, 无法进行拉伸试验,因此对其进行布氏硬度检验,结果螺钉的平均硬度为148HB。按照GB/T 11721-1999《黑色金属硬度与强度换算法》标准进行换算后[3],其抗拉强度约为506N/mm2,满足有关标准和技术要求对该螺钉用钢的强度要求[4]。

1.4.1 螺钉的强度校核

查看机械设计手册[5],M8螺钉的最 大承受载荷35 500N,公称压力25MPa时,丝杠受力9 500N。

如果轴销断裂, 阀门的压力直接作用在主阀芯上,密封试验压力27.5MPa时,单个螺钉最大承受载荷51 993N,导致压盖螺钉断裂。

1.4.2 轴销强度校核

轴销许用剪切力:

/%

/%

式中 :τp为45# 钢轴销的 许用剪切 应力 ,τp=80MPa;d为轴销的直径 ,d=8mm;Z为轴销数量 ,Z=1个。

当关闭阀门力矩360N·m(通过手轮或手柄施加断开扭矩不超过360N·m)时,作用在轴销上的作用力为90 000N。

可见,在正常关闭力矩下,轴销是安全的。当关闭力矩超过一定值时,将会导致轴销剪切断裂。

2 原因分析

电磁阀是利用电磁线圈产生的磁场来拉动阀芯,从而改变阀门的通断。从原理上分直动式、分布直动式、先导式3大类。对于直动式电磁阀(图7)通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;断电时,电磁力消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。手动开启阀门时,丝杠12上移,阀门在内压作用下阀组件上移,阀门开启;丝杠12下移时,弹簧压缩簧压缩,阀门关闭。轴销9主要限制丝杠12的行程,通过力矩保护,避免阀门损坏。阀门在进行密封试验时,操作人员按照惯例,用管钳对阀门进行紧固,当关闭力矩增大到一定程度,阀门在关闭过程中,销轴中心部位承受较大的压应力,当压应力超过销轴的许用应力,轴销9被剪断。丝杠继续下移,主弹簧13压缩,丝杠12推动主阀芯组件5下移。电磁阀密封试验时,主弹簧13已经压缩,失去弹力, 阀门内部的压力通过主阀芯组件5直接作用在丝杠12上, 提升组件10和内六角螺钉11同时带压,阀组件承受较大的轴向载荷,螺钉超过其许用应力而拉断。

1.阀体 2.螺钉法兰 3.平衡套组件 4.O 型密封圈 5.主阀芯组件6.阀盖组件 7.提升座 8.丝杠套 9.轴销 10.提升组件 11.内六角螺钉12.丝杠 13.主弹

3 结语

1)从以上分析可以看出,电磁阀关闭力矩过大,轴销断裂,主阀芯组件自由移动行程缩短或为零;压力试验时, 主阀芯组件承受较大推力, 导致螺钉断裂。

2)电磁阀正常使用时严 禁手动操 作 ,手动状态进行密封试验,应注意关闭力矩不能太大,如果阀门不能完全关闭,既有力矩设定的原因,也有行程控制的原因,不能简单地认为阀门质量不好。

高压防爆开关 篇5

关键词：增安型,正压外壳型,复合防爆,电机

1 概述

大部分石化装置所在区域属于气体爆炸危险Ⅱ区环境,作为在危险、易燃易爆场所区域内使用的防爆电机,要求其运行时不能产生电火花。防爆电机通常用于驱动泵、风机、压缩机和其它传动机械的动力设备,广泛应用于石油天然气、石油化工、煤矿、冶金、纺织、粮食加工、造纸、医药、燃油加油站、城市煤气、交通等行业和场所。近年来,随着生产的发展和我国经济的快速增长,国家重点建设工程中一系列重大基础设施项目的推进,存在爆炸危险的场所也在不断增加,对防爆电机的需求也表现出增长的态势。随着防爆电机在危险场所的使用量增加,已经从单一防爆电机型式转变为两种复合防爆电机型式。本文结合用户订单,介绍了一种增安型和正压外壳型复合防爆电机的设计。

2 复合防爆电机的特点

2.1 增安型电机简介

增安型电机的设计应符合标准GB3836.3-2010《爆炸性环境第3部分:由增安型“e”保护的设备》。在正常运行条件下,增安型电机不产生点燃爆炸性气体混合物的电弧、火花或高温危险,通过采取一些机械、电气和热的保护措施,使电机避免在正常或认可的过载条件下出现点爆现象。

但增安型电机的外壳不具备气密封性,电机如长期不运行,外部的气体有可能渗入电机内部,而在增安型电机启动时,有可能出现电火花,所以,GB3836.3-2010《爆炸性环境第3部分:由增安型“e”保护的设备》标准中规定,保证启动前电机外壳内无危险介质,一般采取的措施为电机预留吹扫口或带增安启动预吹扫装置,增加开机前的预吹扫功能。

2.2 正压外壳型防爆电机简介

正压外壳型防爆电机的设计应符合标准GB3836.5-2004《爆炸性气体环境用电气设备第5部分:正压外壳型“p”》。在电机启动前,对其进行预吹扫,将电机外壳内危险易燃、易爆气体的危险等级,置换到适合电机安全运行的级别。在电机开始运行后,通过电机自带正压吹扫装置,对电机进行保压及泄露补偿,使电机外壳内气压始终高于外界压力50Pa以上,从而阻隔外部爆炸性气体进入电机内部,避免燃烧和爆炸发生。

2.3 复合防爆电机特点

本文介绍的增安型和正压外壳型复合防爆电机,定子绕组和转子部分按照增安型标准设计,电机外壳和整机的气密性按照正压外壳型标准设计;防爆标志为ExeⅡCT3 Gc/ExpzdeⅡCT3 Gc;要求电机作为增安型电机运行时,允许的堵转时间为tE时间,电机启动前对电机内部进行预吹扫,电机平稳运行后吹扫取消,节省用户现场气源用量;当电机作为正压外壳型运行时,允许堵转时间不大于20s,电机运行时,正压吹扫装置提供保压功能,并对电机内部进行泄露补偿。用户可以根据现场环境和所带负载情况,来选择电机具体的运行防爆型式。

3 设计要点

3.1 电磁设计

复合防爆型电机的电磁计算按《三相异步电动机电磁计算程序》进行,在电磁方面主要考虑增安型电机运行时的特殊性,tE时间和最小径向单边气隙要求;绝缘设计要求;特殊的防电晕设计;电机定子热负荷和电流密度,满足B级温升的考核要求;鼠笼铜条转子的笼条及端环的电流密度设计等。

设计结果:三圆为1060/700/360,铁心长1100,槽配合为72/56,接法为4极2路,节距为1-16,Y接,热负荷2577,堵转电流倍数计算值为5.36,tE时间8.07s,电机设计最小径向单边气隙δ’=(定子最小内径-转子最大直径)÷2=3(mm),大于最小径向单边气隙(mm)δ=1.852mm,设计最小径向单边气隙合格。

3.2 结构设计

该复合防爆型电机为箱式结构,滑动轴承,带定子、轴承测温及空间加热装置,主接线盒带磁平衡电流互感器。电机的铁心由硅钢片50W470冲压叠而成,定子绕组为扁铜线模压成型,F级绝缘,下线后经VPI真空浸漆处理,以保证绝缘的可靠性。转子采用铜条转子,具有良好的起动性能。外风路采用封闭式空-水冷却结构;内风路为对称风路结构,有2个离心式内风扇,当电机运转时,内风扇搅动电机内腔的热空气至机座顶部的冷却器中,经冷却器冷却回至电机内腔。此种通风结构能够有效地降低定转子的温度,以满足增安型电机的要求。

同时考虑电机外壳的气密封性,机座为钢板焊接结构,内部布置排气管(如图一所示);冷却器上装有泄压阀(如图二所示),带正压吹扫装置。设计要点:

①考虑电机外壳可能与外部环境发生气体交换的部位,对机座与冷却器连接处粘贴三元乙丙橡胶密封条,主引接线出线处、测温和加热器出线处采用密封格兰连接,端盖与机座处为取止口配合,轴承带有正压气密封装置;

②通过正压吹扫装置以一定的流量进行吹扫,使电机内部易燃、易爆气体在冷却器上的泄压阀处排出,当电机内部压力达到一定值时,吹扫装置进入保压状态,气源需要以一定的泄漏补偿量值对电机进行连续吹扫,保证电机内部压力始终大于外部,阻隔外部环境中易燃易爆气体进入电机内部。

3.3 送审取证

该复合防爆型电机需要分别取证,即分别提供增安型和正压外壳型电机的送审资料。在取证时,要按照两种防爆要求准备一个样机,定子绕组部分贴纸,根据温升计算tE时间是否合格;同时检测电机的气密封性情况,判断电机的泄漏量是否合格。最后,取证样机合格后,同时颁发增安型和正压外壳型防爆电机的防爆合格证。

4 结束语

随着经济的发展,煤矿、石油化工等行业对电机的防爆要求越来越高,单一防爆型式电机已逐渐不能满足市场需求,增安型和正压外壳型复合防爆型式电机的设计与开发,可以满足用户在同一使用环境下,根据现场气源和电机运行情况,来选择电机以何种防爆型式来工作,从而降低生产使用成本,也为多种复合防爆电机的设计开发奠定了基础。

参考文献

[1]中国国家标准委员会.GB3836.3-2010爆炸性环境第3部分:由增安型“e”保护的设备.

[2]中国国家标准委员会.GB3836.5-2010爆炸性气体环境用电气设备第5部分:正压外壳型“p”.