本实用新型涉及化工设备技术领域，特别是涉及一种合成氨系统控制保护装置。
背景技术：
在化肥企业生产过程中，在合成氨车间，将含有一氧化碳的氢气h2通过压缩机进行压缩，然后将压缩后的气体送到缓冲罐进行存储，缓冲罐经管道连接脱碳罐，缓冲罐中的混合气体经过脱碳罐时，由脱碳罐中的热钾碱溶液去除氢气h2中的一氧化碳，热钾碱溶液需要适当加热以增加反应速度。
然后，将去除一氧化碳后的氢气h2与来自空气分离装置获得的氮气n2一起输送到合成塔的底部，由合成塔内腔底部的气体分布器进行充分混合，再逐次经过合成塔内催化剂层生成氨气nh3，由合成塔的顶部输出。其中，氢气h2与氮气n2化合生成氨气nh3的反应为放热反应。
由于化肥生产量大，氢气h2的压缩需要较大功率的压缩机，而带动大功率的压缩机又需要高压同步电机，高压同步电机不仅功率高，而且运行转速平稳，功率因素高，还可以向电网提供一定无功补偿；
高压同步电机的启动方式采取异步降压的启动方式，有的采用水阻柜降压启动或固态软启动的方式。当同步电机异步启动完成后，触发控制电路检测到同步电机达到90％额定转速时，如图2或图3中的测速传感器s1或测速传感器s2进行检测，将速度信号进行a/d转换成数字信号传入单片机。单片机接到信号，经过比较运算后，输出开关指令到三相半控整流桥，触发三相半控整流桥，通过三相半控整流桥的开闭，使三相半控整流桥向励磁绕组提供励磁电源，并产生励磁转矩，使高压同步电机达到同步运行。当高压同步电机启动、停机时，励磁绕组产生感应电压，需要通过灭磁回路对励磁绕组中产生的感应交变高压进行吸收，称之为灭磁，否则会使励磁装置因过电压而击穿或烧毁。
现有技术的缺陷是，现有技术如图3所示，该灭磁回路中采取的是利用可控硅kq8、功率二极管d41、灭磁电阻rf3所组成的续流放电回路，吸收掉励磁绕组中的能量。
当采用图3所示的灭磁回路时，其高压同步电机在异步启动时，灭磁回路中将有直流分量i2形成，该直流分量i2电流较大，会引起转子与定子旋转磁场产生相对运动，即脉冲振动，冲击高压同步电机。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型的目的是提供一种合成氨系统控制保护装置，使带动压缩机的高压同步电机的灭磁电流得以极大的减小，消除或减小高压同步电机的脉冲振动，保护合成氨系统。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种合成氨系统控制保护装置，包括压缩机，压缩机设置有原料氢进气阀v01，压缩机还设置有原料氢出气阀v02，压缩机经原料氢出气阀v02连接有缓冲罐，缓冲罐通过管道经脱碳罐连接到合成塔的底部，合成塔的底部还设置有氮气进口，合成塔内设置有气体分布器和至少两层催化剂层，气体分布器设置于合成塔的内腔底部，气体分布器上方平行间隔设置所述催化剂层，合成塔的顶部设置有氨气出口；所述压缩机连接有高压同步电机，其特征在于，所述高压同步电机连接有励磁保护回路，所述励磁保护回路包变压器t1，变压器t1经高压开关qf1连接高压电源，变压器t1经三相半控整流桥为高压同步电机的励磁绕组l1提供励磁电流，三相半控整流桥连接有触发控制电路，所述励磁绕组l1还连接有灭磁回路，所述灭磁回路包括灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2、可控硅kq4、功率二极管d4，可控硅kq4的a极经灭磁电阻rf1连接励磁绕组l1的正极，可控硅kq4的k极经灭磁电阻rf2连接励磁绕组l1的负极，可控硅kq4的g极连接触发控制电路；可控硅kq4的a极还连接功率二极管d4的负极，功率二极管d4的正极连接可控硅kq4的k极。
通过上述的结构设置，原料氢进气阀v01用于向压缩机输入含有一氧化碳的氢气h2，经压缩机压缩后，经原料氢出气阀v02进入缓冲罐中存储，缓冲罐通过管道连接脱碳罐，脱碳罐再经管道连接到合成塔的底部，脱碳罐中装有热钾碱溶液，含有一氧化碳的氢气h2经热钾碱溶液去除其中的一氧化碳，氢气h2送入合成塔的内腔底部，合成塔的底部还设置有氮气进口，用于输入来自空气分离装置的氮气n2，氢气h2和氮气n2经气体分布器混合均匀后，再在催化剂层的作用下合成为氨气nh3。
触发控制电路控制三相半控整流桥的通断，三相半控整流桥为高压同步电机的励磁绕组l1提供励磁电流，触发控制电路包括单片机或plc控制器控制三相半控整流桥的触发，该部分属于现有成熟技术，不属于本申请改进范围。
励磁绕组l1的正向感应电流经灭磁电阻rf1、导通的可控硅kq4、灭磁电阻rf2吸收；触发控制电路控制可控硅kq4的通断；
励磁绕组l1的反向感应电流经灭磁电阻rf2、功率二极管d4、灭磁电阻rf1吸收；
通过上述的结构设置，灭磁回路中的直流分量i2被灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2极大的削弱，使高压同步电机灭磁电流得以极大的减小，消除或减小了高压同步电机的脉冲振动，有利于保护合成氨系统。
所述高压同步电机设置有定子控制电路，所述定子控制电路包括高压启动开关柜、水电阻柜以及高压运行开关柜，所述高压启动开关柜设置有启动开关qf3，所述水电阻柜设置有水电阻，所述高压运行开关柜设置有运行开关qf4，运行开关qf4的一端连接高压电源，另一端连接高压同步电机的定子绕组；所述启动开关qf3的一端连接高压电源，另一端经水电阻柜的水电阻后连接到高压同步电机的定子绕组，以启动所述高压同步电机。
启动高压同步电机时，首先闭合启动开关qf3，高压电源经水电阻柜的水电阻后连接到高压同步电机的定子绕组，启动高压同步电机，高压同步电机启动成功后，将运行开关qf4闭合，高压电源经运行开关qf4直接为高压同步电机的定子绕组供电，再将启动开关qf3断开。
关闭高压同步电机时，断开运行开关qf4。
所述高压同步电机还设置有失速保护电路，所述失速保护电路包括速度继电器n、时间继电器、中间继电器以及开关qf5；
其中开关qf5与运行开关qf4联动，同时闭合或同时打开；
所述运行开关qf4经中间继电器的常闭开关连接到高压同步电机；
速度继电器n与高压同步电机输出轴相连，速度继电器n的常闭开关ks的一端经开关qf5连接电源，速度继电器n的常闭开关ks的另一端经通电延时时间继电器的线圈接地；通电延时时间继电器的常开开关的一端连接电源，另一端经中间继电器的线圈接地。
该处的速度继电器n不同于图2或图3中的测速传感器s1或测速传感器s2，后者用于连接触发控制电路的单片机。
其中速度继电器n与高压同步电机输出轴直接连接或经减速机构连接，当将运行开关qf4闭合，开关qf5也闭合。在额定转速运行时，速度继电器n检测到高压同步电机等于额定转速时，速度继电器n的常闭开关ks断开，通电延时时间继电器的线圈断电，通电延时时间继电器的常开开关断开，中间继电器的线圈断电；中间继电器的常闭开关保持闭合，高压同步电机继续运转。
由于通电延时时间继电器的延时作用，该延时时间是大于高压同步电机由启动到达额定转速的时间的，在启动时起防止中间继电器误动作的作用。
当高压同步电机由于励磁电路发生故障时，高压同步电机的速度小于额定转速时，速度继电器n的常闭开关ks闭合，通电延时时间继电器的线圈得电，通电延时时间继电器的常开开关延时闭合，中间继电器的线圈得电；中间继电器的常闭开关断开，高压同步电机断电。
中间继电器的常闭开关有一个时间延迟，当三相半控整流桥或触发控制电路出现故障时，失速保护电路动作，保护高压同步电机。
显著效果:本实用新型提供了一种合成氨系统控制保护装置，使带动压缩机的高压同步电机的灭磁电流得以极大的减小，消除或减小高压同步电机的脉冲振动，电路简单，有助于保护合成氨系统。
附图说明
图1为本实用新型的结构图；
图2为本实用新型励磁保护回路的电路图；
图3为原励磁保护回路的电路图；
图4为本实用新型定子控制电路的电路图；
图5为加热装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-图5所示，一种合成氨系统控制保护装置，包括压缩机1，压缩机1设置有原料氢进气阀v01，压缩机1还设置有原料氢出气阀v02，压缩机1经原料氢出气阀v02连接有缓冲罐2，缓冲罐2通过管道经脱碳罐3连接到合成塔4的底部，合成塔4的底部还设置有氮气进口，合成塔4内设置有气体分布器41和至少两层催化剂层42，气体分布器41设置于合成塔4的内腔底部，气体分布器41上方平行间隔设置所述催化剂层42，合成塔4的顶部设置有氨气出口；所述压缩机1连接有高压同步电机5，所述高压同步电机5连接有励磁保护回路，所述励磁保护回路包变压器t1，变压器t1经高压开关qf1连接高压电源，变压器t1经三相半控整流桥为高压同步电机5的励磁绕组l1提供励磁电流，三相半控整流桥连接有触发控制电路，所述励磁绕组l1还连接有灭磁回路，所述灭磁回路包括灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2、可控硅kq4、功率二极管d4，可控硅kq4的a极经灭磁电阻rf1连接励磁绕组l1的正极，可控硅kq4的k极经灭磁电阻rf2连接励磁绕组l1的负极，可控硅kq4的g极连接触发控制电路；可控硅kq4的a极还连接功率二极管d4的负极，功率二极管d4的正极连接可控硅kq4的k极。
通过上述的结构设置，原料氢进气阀v01用于向压缩机1输入含有一氧化碳的氢气h2，经压缩机1压缩后，经原料氢出气阀v02进入缓冲罐2中存储，缓冲罐2通过管道连接脱碳罐3，脱碳罐3再经管道连接到合成塔4的底部，脱碳罐3中装有热钾碱溶液，含有一氧化碳的氢气h2经热钾碱溶液去除其中的一氧化碳，氢气h2送入合成塔4的内腔底部，合成塔4的底部还设置有氮气进口，用于输入来自空气分离装置的氮气n2，氢气h2和氮气n2经气体分布器41混合均匀后，再在催化剂层42的作用下合成为氨气nh3。
触发控制电路控制三相半控整流桥的通断，三相半控整流桥为高压同步电机5的励磁绕组l1提供励磁电流，触发控制电路包括单片机或plc控制器，控制三相半控整流桥的触发，该部分属于现有成熟技术。
如图2所示，三相半控整流桥由可控硅kq1、可控硅kq2、可控硅kq3、功率二极管d1、功率二极管d2、功率二极管d3组成；
励磁绕组l1的正向感应电流经灭磁电阻rf1、导通的可控硅kq4、灭磁电阻rf2吸收；触发控制电路控制可控硅kq4的通断；
励磁绕组l1的反向感应电流经灭磁电阻rf2、功率二极管d4、灭磁电阻rf1吸收；
通过上述的结构设置，灭磁回路中的直流分量i2被灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2极大的削弱，使高压同步电机灭磁电流得以极大的减小，消除或减小高压同步电机的脉冲振动，保护合成氨系统。
图2为本实用新型励磁保护回路的电路图；
图3为原励磁保护回路的电路图；原励磁保护回路的灭磁回路中的直流分量i2很大，灭磁回路为图3中虚线框内部分，极易引起高压同步电机5的脉冲振动，损坏高压同步电机5。
图2中的虚线框内部分为改进后的灭磁回路。
经过改进，高压同步电机5的直流分量被灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2极大的削弱。
所述高压同步电机5设置有定子控制电路6，所述定子控制电路6包括高压启动开关柜61、水电阻柜62以及高压运行开关柜63，所述高压启动开关柜61设置有启动开关qf3，所述水电阻柜62设置有水电阻gsdq-3000，所述高压运行开关柜63设置有运行开关qf4，运行开关qf4的一端连接高压电源，另一端连接高压同步电机5的定子绕组；所述启动开关qf3的一端连接高压电源，另一端经水电阻柜62的水电阻gsdq-3000后连接到高压同步电机5的定子绕组，以启动所述高压同步电机5。
启动高压同步电机5时，首先闭合启动开关qf3，高压电源经水电阻柜62的水电阻gsdq-3000后连接到高压同步电机5的定子绕组，启动高压同步电机5，高压同步电机5启动成功后，将运行开关qf4闭合，高压电源经运行开关qf4直接为高压同步电机5的定子绕组供电，再将启动开关qf3断开。
水电阻柜62部分均为现有成熟技术。
关闭高压同步电机5时，断开运行开关qf4。
所述高压同步电机5还设置有失速保护电路，所述失速保护电路包括速度继电器n、时间继电器、中间继电器以及开关qf5；
其中开关qf5与运行开关qf4联动，同时闭合或同时打开；
所述运行开关qf4经中间继电器的常闭开关ka1-2连接到高压同步电机5；
速度继电器n与高压同步电机5输出轴相连，速度继电器n的常闭开关ks的一端经开关qf5连接电源，速度继电器n的常闭开关ks的另一端经通电延时时间继电器的线圈kt1-1接地；通电延时时间继电器的常开开关kt1-2的一端连接电源，另一端经中间继电器的线圈ka1-1接地。
其中速度继电器n与高压同步电机5输出轴直接连接或经减速机构连接，当将运行开关qf4闭合，开关qf5也闭合。高压同步电机5在正常运行时，速度继电器n检测到高压同步电机5等于额定转速时，速度继电器n的常闭开关ks断开，通电延时时间继电器的线圈kt1-1断电，通电延时时间继电器的常开开关kt1-2断开，中间继电器的线圈ka1-1断电；中间继电器的常闭开关ka1-2保持闭合，高压同步电机5继续运转。
通电延时时间继电器具有时间延迟作用，避免高压同步电机5启动时的误触发。
当高压同步电机5由于励磁电路发生故障时，高压同步电机5的速度小于额定转速时，速度继电器n的常闭开关ks闭合，通电延时时间继电器的线圈kt1-1得电，通电延时时间继电器的常开开关kt1-2延时闭合，中间继电器的线圈ka1-1得电；中间继电器的常闭开关ka1-2断开，高压同步电机5断电。
中间继电器的常闭开关ka1-2有一个时间延迟，当三相半控整流桥或触发控制电路出现故障时，失速保护电路动作，保护高压同步电机5。
灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2的阻值选择，可按转子在80摄氏度时其励磁绕组l1电阻的6～8倍来进行选择。
上述阻值选择便于灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2更好的消耗掉感应电流。
所述脱碳罐3设置有加热装置7，所述加热装置7包括集热管71、放热管72、温控器73，集热管71套在合成塔4的外部，放热管72套在脱碳罐3的外部并高于集热管71，集热管71通过闸阀连接放热管72，温控器73用于检测脱碳罐3的温度，温控器73根据脱碳罐3的温度控制闸阀的开关；
集热管71和放热管72中装有导热油或水。
导热油或水起循环导热作用。
合成塔4内氢气h2与氮气n2化合为放热反应，温度和压力较高，集热管71套在合成塔4的外部，用于吸收合成塔4外部的热量，经导热油传递到放热管72，放热管72释放热量给脱碳罐3内的热钾碱溶液，促进热钾碱溶液吸收一氧化碳。温控器73用于检测脱碳罐3的温度，当脱碳罐3内的温度大于温度阈值时，温控器73控制闸阀的关闭；当脱碳罐3内的温度低于温度阈值时，温控器73控制闸阀的打开；
通过上述的结构设置，有利于节约能源。
所述集热管71、放热管72均呈螺旋状，集热管71的上端经第一连接管74连接放热管72的上端，所述闸阀包括第一电磁闸阀741和第二电磁闸阀751，第一连接管74设置有第一电磁闸阀741，集热管71的下端经第二连接管75连接放热管72的下端，第二连接管75设置有第二电磁闸阀751；温控器73设置有温控开关k0，温控开关k0控制第一电磁闸阀741和第二电磁闸阀751的通断电。
所述集热管71、放热管72、第一连接管74、第二连接管75均由薄壁铜管制成，导热效率高，抗热胀冷缩的能力强。
通过上述的结构设置，将集热管71、放热管72均设置成螺旋状，有利于提高集热和放热的效果。当脱碳罐3内的温度大于温度阈值时，温控器73控制控制第一电磁闸阀741和第二电磁阀751断电，关闭第一连接管74、第二连接管75；当脱碳罐3内的温度低于温度阈值时，温控器73控制第一电磁闸阀741和第二电磁阀751的通电，接通第一连接管74、第二连接管75。
温控器73采用rsa-111t温控仪或ctl系列智能温控器。均为现有成熟产品。
上述温控器73方便设置温度，温控器73设置有温控开关k0。
还包括金属屏蔽罩50，金属屏蔽罩50接地，所述高压同步电机5、励磁保护回路、灭磁回路均设置于金属屏蔽罩50中，金属屏蔽罩50设置有排气孔以及过孔50a，高压同步电机5的主轴伸出过孔50a与压缩机1相连。金属屏蔽罩50还设置有人方便进出的铁门。
金属屏蔽罩50防止高压同步电机5产生的电火花引燃泄漏的氢气和一氧化碳。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
1.一种合成氨系统控制保护装置，包括压缩机(1)，压缩机(1)设置有原料氢进气阀v01，压缩机(1)还设置有原料氢出气阀v02，压缩机(1)经原料氢出气阀v02连接有缓冲罐(2)，缓冲罐(2)通过管道经脱碳罐(3)连接到合成塔(4)的底部，合成塔(4)的底部还设置有氮气进口，合成塔(4)内设置有气体分布器(41)和至少两层催化剂层(42)，气体分布器(41)设置于合成塔(4)的内腔底部，气体分布器(41)上方平行间隔设置所述催化剂层(42)，合成塔(4)的顶部设置有氨气出口；所述压缩机(1)连接有高压同步电机(5)，其特征在于，所述高压同步电机(5)连接有励磁保护回路，所述励磁保护回路包变压器t1，变压器t1经高压开关qf1连接高压电源，变压器t1经三相半控整流桥为高压同步电机(5)的励磁绕组l1提供励磁电流，三相半控整流桥连接有触发控制电路，所述励磁绕组l1还连接有灭磁回路，所述灭磁回路包括灭磁电阻rf1、灭磁电阻rf2、可控硅kq4、功率二极管d4，可控硅kq4的a极经灭磁电阻rf1连接励磁绕组l1的正极，可控硅kq4的k极经灭磁电阻rf2连接励磁绕组l1的负极，可控硅kq4的g极连接触发控制电路；可控硅kq4的a极还连接功率二极管d4的负极，功率二极管d4的正极连接可控硅kq4的k极。
2.根据权利要求1所述的合成氨系统控制保护装置，其特征在于：所述高压同步电机(5)设置有定子控制电路(6)，所述定子控制电路(6)包括高压启动开关柜(61)、水电阻柜(62)以及高压运行开关柜(63)，所述高压启动开关柜(61)设置有启动开关qf3，所述水电阻柜(62)设置有水电阻，所述高压运行开关柜(63)设置有运行开关qf4，运行开关qf4的一端连接高压电源，另一端连接高压同步电机(5)的定子绕组；所述启动开关qf3的一端连接高压电源，另一端经水电阻柜(62)的水电阻后连接到高压同步电机(5)的定子绕组，以启动所述高压同步电机(5)。
3.根据权利要求2所述的合成氨系统控制保护装置，其特征在于：所述高压同步电机(5)还设置有失速保护电路，所述失速保护电路包括速度继电器n、时间继电器、中间继电器以及开关qf5；
其中开关qf5与运行开关qf4联动；
所述运行开关qf4经中间继电器的常闭开关连接到高压同步电机(5)；
速度继电器n与高压同步电机(5)输出轴相连，速度继电器n的常闭开关ks的一端经开关qf5连接电源，速度继电器n的常闭开关ks的另一端经通电延时时间继电器的线圈接地；通电延时时间继电器的常开开关的一端连接电源，另一端经中间继电器的线圈接地。
4.根据权利要求1所述的合成氨系统控制保护装置，其特征在于：所述脱碳罐(3)设置有加热装置(7)，所述加热装置(7)包括集热管(71)、放热管(72)、温控器(73)，集热管(71)套在合成塔(4)的外部，放热管(72)套在脱碳罐(3)的外部并高于集热管(71)，集热管(71)通过闸阀连接放热管(72)，温控器(73)用于检测脱碳罐(3)的温度，温控器(73)根据脱碳罐(3)的温度控制闸阀的开关；
集热管(71)和放热管(72)中装有导热油。
5.根据权利要求4所述的合成氨系统控制保护装置，其特征在于：所述集热管(71)、放热管(72)均呈螺旋状，集热管(71)、放热管(72)均由铜管制成。
技术总结