摘 要 首先介绍了WOODWARD 505E数字调速器的硬件结构和软件功能，然后讲述了抽汽式蒸汽透平的结构和工作原理。最后结合实际应用，详细描述了天津乙烯装置裂解气压缩机透平和丙烯气压缩机透平转速控制中505E的程序组态及应用情况。
关键词 透平 转速控制 比例/限制器 蒸汽图 抽汽控制 斜面控制
1 引言
天津石化公司烯烃部乙烯装置是由日本东洋公司总承包建设的14万吨/年乙烯装置，于1995年投料开车并于2001年进行了扩能改造，目前的设计生产能力为20万吨/年。它的关键生产设备三大压缩机组即裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机均是由蒸汽透平驱动的。透平转速控制系统采用的是美国伍德沃德(WOODWARD）公司的505（E）电子调速器。
2 WOODWARD电子调速器简介
WOODWARD 505/505E电子调速器是以微处理器为基础的控制器，可以控制各种型号的蒸汽透平。其中，505E调速器可控制单抽蒸汽透平及补汽透平，比505调速器多出抽汽控制功能。二者都可以在现场通过内嵌的菜单式软件组态，既可以作为独立控制器使用也可以与DCS等控制系统相结合使用。
2.1 伍德沃德505E电子调速器硬件介绍
天津乙烯的505E调速器系列号为：8238—009，机箱内有电源卡、CPU卡、带输入/输出端子的I/O卡、继电器输出卡。在505E的盘面上有一个带26个双功能键的操作键盘和一个用来显示操作状态和信息的液晶显示屏。505E电子调速器上主要的输入/输出信号如下：
（1）两个转速输入信号。接收转速测量探头输入的频率信号，信号范围：500Hz～12．050kHz。
（2）4个4～20mA输入信号：抽汽压力信号(用于输入透平抽汽/进汽压力测量信号）、千瓦输入信号、串级输入信号和远程输入信号(用于控制转速参考值）。
（3）6个电流输出信号。有两个输出信号用于控制透平的高压缸阀门（HP阀）和低压缸阀门（LP阀）；其余4个电流输出信号可由用户根据需要在505E编程时选择其它输出功能：如转速测量值、转速参考值、抽汽压力输入值/参考值、高/低压阀斜面位置等。
（4）16个状态输入信号。其中有6个是保留的干触点输入信号，分别为：外部紧急停车信号；报警清除信号；发电机断路器/主断路器辅助触点信号；增加/降低转速参考值等。其它10个是由用户编程定义的干触点输入信号，可由用户根据需要从以下15个信号中选择：外部停车信号、外部启动信号、打开/关闭HP阀信号、打开/关闭LP阀信号、增加/降低抽汽压力参考值、转速测量装置故障超驰、超速实验信号、空载/额定切换信号、投用串级控制、投用远程控制、增加/降低串级信号参考值等。
（5）8个继电器输出信号。第1～3个分别用于调速器报警信号输出、电气超速跳闸信号、调速器停车信号输出；其余5个继电器输出信号可由用户根据具体需要在编程时选择其功能输出：如透平转速已达到最大控制转速、转速开关、远程过程控制、抽汽压力信号故障、HP/LP阀斜面开关及用户设定的与系统操作有关的手动设定值等。
2.2 伍德沃德505E电子调速器控制软件介绍
以微处理器为基础的505E电子调速器在控制系统软件组态上具有很大的灵活性。用户可以根据现场的实际情况灵活地选择合适的控制功能模块组成各种控制系统来满足不同的控制要求。505E电子调速器提供的控制功能程序模块共有17个，在这17个程序模块中，前6个程序模块必须进行组态编程；其余的11个程序模块根据具体的应用确定必须选用或不能选用。这17个程序模块和它们的基本功能介绍如下。
必须选择的模块：透平启动模块(选择透平启动方式）；转速控制模块(选择与转速控制有关的信息）；转速参考模块(选择与转速参考设定点和超速跳闸点有关的数据）；抽汽控制模块(设置抽汽蒸汽图数据及转速控制优先还是抽汽控制优先等）；触点输入模块和停车逻辑模块。
根据需要可选或不能选的程序模块：阀斜面控制模块、Droop模块(设置不等率）、临界转速模块、空载/额定转速控制模块、单位模块、远程控制模块、串级控制模块、继电器输出模块、手阀继电器输出模块(用执行机构输出值来控制继电器输出）、模拟读出模块、RS-232通讯模块。
505E调速器的控制系统一旦选定后，除非透平的控制方案需要改变，否则用户不需要再使用编程方式，而选择运行方式去操作透平，启动和停止机组。
3 伍德沃德505E电子调速器在天津乙烯装置中的应用
天津乙烯的裂解气压缩机GB201和丙烯制冷压缩机GB501的驱动透平是抽汽凝汽式透平.
抽汽式蒸汽透平具有一个高压缸和一个低压缸，各由一阀门控制。驱动主蒸汽通过高压缸阀门（HP阀）进入透平内。在高压缸的下游端可以向外抽取蒸气，并通过减小低压缸阀门（LP阀）的开度加大抽汽量。也可以让蒸汽进入LP级，由LP阀门控制蒸汽进入,即LP阀打开，让大部分蒸汽进入LP级，而少量的蒸汽被抽出。蒸汽从HP阀进入高压缸后，部分蒸汽被抽出，其余蒸汽通过LP阀到低压缸，经过低压缸从尾部排出后进入凝汽器变成凝结水，从而完成一个完整的做功过程。
在这里，我们使用安装在中央控制室的WOODWARD 505E调速器来控制这两台透平的转速, 操作人员可以随时从调速器液晶屏幕上查看转速、抽汽及HP、LP阀等关键数据并进行相应操作，还可在DCS上或通过现场盘按钮实现远程操作，控制透平的运转状态。下面我们以裂解气压缩机透平GBT201和丙烯制冷压缩机透平GBT501为例介绍505E调速器的使用情况。
3.1 裂解气压缩机透平的转速控制
裂解气压缩机透平GBT201是由产自裂解炉的11MPa超高压蒸汽驱动的，中间抽出3.4MPa高压蒸汽的抽汽凝汽式蒸汽透平。505E调速器根据测量到的透平转速信号和进汽压力信号，按照转速控制优先的原则调节透平转速满足压缩机对转速的需要。
我们知道裂解气透平的转速控制主要由505E中的转速控制、抽汽控制、转速参考、比例/限制器、远程控制、阀斜面控制等控制模块组成的控制系统来控制。这些模块将根据我们所作的控制组态来完成透平转速的控制。
3.1.1 控制组态
在GBT201透平的转速控制程序中，我们选择的控制组态为：
（1）TURBINE START（透平启动）：
选择自动方式。打开T&T截止阀后，按调速器键盘上的RUN键，LP阀全开，HP阀将按慢慢打开，直到调速器开始控制透平转速。
（2）SPEED CONTROL（转速控制）：
选择两个MPU，转速齿轮齿数为60，MPU齿比1：1，执行机构(HP和LP阀）接收信号为4～20mA。
（3）SPEED REFERENCE（转速参考）：
设定最大转速参考6961rpm，超速跳车转速6545rpm，最大控制转速6248rpm,最小转速参考5057rpm，速度慢变率（正常调节时的速率）4rpm/sec，速度快变率（临界区使用的速率）10rpm/sec。
（4）EXTRACTION CONTROL（抽汽控制）：
设定抽汽输入取反，给出抽汽数据（用相同的量化单位设定蒸汽图范围），选择转速控制优先，设定最小抽汽输入为0(4mA），最大抽汽输入为18000(20mA）。
（5）CONTACT INPUTS（触点输入）：
选择“外部运行”为4＃触点、“额定/空载”为1＃触点、“启用远程控制”为2＃触点等输入信号。
（6）SHUTDOWN LOGIC（停车逻缉）：
选择HP和LP执行器过流、欠流及抽汽信号丢失等停车逻缉，即当出现其中任一种情况时调速器都将发出停车信号。
（7）VALVE RAMP CONTROL(阀门斜面控制）：
设置HP和LP阀门斜面变化率分别为0.5%/sec和1%/sec。
（8）CRITICAL SPEEDS（临界转速）：
设置两段临界转速，分别为1680～2900 rpm和3100～5000rpm。
（9）IDLE /RATED（空载/额定）：
设置空载转速1000rpm，额定转速5057rpm。当外部的IDLE /RATED开关闭合后，转速将按2rpm/s的速率从1000rpm上升到5057rpm。
（10）UNITS（单位）：
改变压力单位为KPA。
（11）REMOTE PROCESS（远程控制）：
设置4MA和20MA输入时的参考转速及参考转速上下限均为5057rpm和6248rpm，控制速率设定为2rpm/sec。
（12）REALAY OUTPUT（继电器输出）：
设置LP≥99.9％，转速≥700rpm 及转速≥5057rpm时分别对应1＃、2＃和5＃继电器励磁。
（13） HAND VALVES（手阀）：
启用手动蒸汽阀功能，并设定HP≥30％时4＃继电器带电，关回到25％时断电。现场并未使用余外的手动蒸汽阀，这里仅是为配合ESD紧急停车系统而启用的一项辅助功能。
（14）ANLOG READOUT（模拟量读出）：
设置1＃模拟量读出为转速输出，且4～20MA对应0～10000rpm。转速输出信号送至DCS系统显示。
