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关于电动执行器在油田热采锅炉上的应用

    油田热采锅炉的燃烧器风门与燃料量控制,一直采用的是气动执行器控制,气动控制需要有空压机设备、压缩空气干燥设备、压缩空气传输管线、气动执行器、调节阀定位器和电-气转换器、空气过滤减压器等,这些设备的维护保养,难度和工作强度都比较大。气动控制还存在着对压缩空气的空气质量要求较高(气体中不能含有固体颗粒和水分,这些杂质会造成执行机构损坏或动作不到位等危害)和控制精度低(难以保证燃料进入最佳的燃烧状态,过剩空气系数大,热损耗大),由于空压机的长期运行,所消耗的电量也非常可观。再就是燃烧器上的气动执行机构使用时间长了,许多线性已经很差,无法修复。

    为了彻底解决这些问题,经过选型采用了美国霍尼韦尔生产的Herculine2000型智能电动执行器,采用这种电动执行器,不但维护简单,控制精度高,更重要的是节约了大量的电能和设备的维护工作量,有很广阔的推广前景。

    1 电动智能执行器的工作原理及特性

    电动执行器内部采用微处理器基础的电子部分连续监测执行器的各种参数:运行、安全、执行器位置等,并对输入信号作出反应。当需要动作时,电子单元激发马达驱动电路上的有关构件来定位马达,马达位置确定是通过非接触式位置传感器来实现的,并且由电子部分连续监测。


    双级减速蜗轮蜗杆齿轮箱以及可变速马达控制器(倒相器)组成连续负载等级的、精确的、高级定位器。蜗轮蜗杆还起着制动的作用,当出现反冲时它的最大制动力矩可达标称力矩的二倍以上。

    执行机构可以连续接4~20mA调制信号输入,位置比例信号(三线/PAT)及4~20mA位置反馈信号。内部平衡、位置反馈及模拟反馈电位计输出由非接触式位置传感器完成。

    主要特性:

    (1)马达/齿轮系统提供精确定位并具备即开即停特性。

    (2)非接触式位置传感减少了维护量,提高了控制性能。

    (3)采用连续负载马达,永不烧毁。

    (4)全行程速度最快达到十秒。

    (5)体积小,力矩大(425~5500磅/英尺)。

    (6)高精度:典型0.25%,全量程。高重复性:典型0.2%,全量程。

    (7)输入算法可编程为线性、方根、用户定义的21点的特殊算法,用于满足特殊的控制要求。

    (8)死区可以编程设置为全量程的0.2~5%。

    (9)所有执行器均配备半径和位置可调整的输出转臂。可选择包括连接件及各种配套件等。

    (10)坚固的工业等级外壳。

    (11)简单而成熟的设计意味着低维护量和高可靠性。

    2 燃烧器控制改造

    热采锅炉燃料和风门控制系统改造就是用电动执行器替代阀门定位器、气马达、大小火开关和电气转换器,实现控制锅炉风门开度、燃料蝶阀和点炉过程。

    主要的技术指标:

    (1)电源110V、

    (2)输入4~20A、用于控制风门开度和燃料阀开度。

    (3)输出为两个限位输出,用于反馈风门的大火和小火位置是否到位,以此来控制点火程序器的运行。

    (4)电动执行器的执行角度150°,执行时间为90S。可键盘控制、调节。

    图1所示为改造前气动控制流程,图2 所示为改造后电动控制流程。

    油田热采锅炉用电动执行器改造,简化设备节省的设备材料主要有:空气压缩机、配套空气管线、气动执行器、电气转换器、阀门定位器、空气过滤减压器、压力报警开关。改造时增加的设备:电动执行器(含支架和连杆)、电源线10米、控制信号线4米、穿线管若干。改造后具有以下优点:

    (1)由于改造后,湿蒸汽发生器不存在气动控制系统,可使空压机设备及其附属设备停用,不仅节约了电能,还节约了大量的维护费用和维护工作量。

    (2)原控制系统由于多年的使用,阀门定位器、气马达已超过了使用年限,且修复困难,必须更换;用电动执行器替代它们,就成本来说,比原来的便宜。

    (3)用电动执行器控制,精度比原来高,干扰源减少,抗干扰能力加强。

    (4)由于改造后无气源,减少了空气压缩设备和噪音污染。

    (5)改造后调试维护方便,降低了员工的劳动强度。

    目前电动执行器全部是安装在没有水处理设备的供热站和简配站。经过一年的运行和跟踪调查,我们认为湿蒸汽发生器进行电动执行器改造可以大面积推广。

    3 改造效果分析

    经济效益:

    (1)现安装的21台电动执行器,一年节约电费和维护费用达到95万元。

    (2)由于原控制系统元件已超过了使用年限,必须更换;用电动执行器替代原部件仅材料成本来就节约一半:电动执行器单价为3万元,而原控制系统为6万元。

    社会效益:

    (1)提高了热采锅炉安全运行的可靠性,改善了燃烧工况。

    (2)使用电动执行器后,使控制过程和控制部件大量的简化,控制过程变得简单、精确、维护方便。

    (3)为触摸屏技术、中控技术在将来应用奠定基础。

    (4)改造后调试维护方便,降低了员工的劳动强度