NEW ANTISURGE SYSTEM MANUAL

 

K‐421   

L

Modified HP and LP Servomotor Control

Modified Trip Oil Circuit

I‐15OST

Redundant SOVs

3‐way Cock Valve(12.01)

Drain Drain Drain

P‐422

Main Oil Filters

Oil Tank

All Drains

IH

IH

Drain

DrainExistingOil Filter(17.02.1)

Duplex Oil Filter (New)

Drain

Drain

Electronic Speed

Governor

SIC251

PIC251

HP ESV Actuator (1.01.2)

LP ESV Actuator (1.02.2)

Seal Steam Controller04‐PCV‐252 (5.03)

Drain

Drain

Drain

2.5 – 4.5 kg/cm²

1.5 – 3.0 kg/cm²

4‐20mAHP Servomotor

(17.26)

LP Servomotor(17.27)

Remove connection to CVCM

Remove connection to Micro Filter / Speed

Governor

Orifice(13.16)

Adjustable Orifice

Stop Valve(14.21)

SOV(11.31)

(14.16.2)

(14.16.1)

Throttle Valves

(13.21)

Stop Valve(14.15)

Remove connection to Secondary Steam

Controller

New SOV

DRAWN BY

MUDASSIR MEHMOOD

TITLE

TK‐421 Control Oil CircuitDESCRIPTION

Control Oil circuit for TK‐421 Electronic Speed Governor

DATED

TK‐421 Control Oil Circuit

Legend

Hydraulic Signal

Instrument Signal

Modification

Existing Equipment

New Equipment

1. Fine Filter (17.02.2)2. Speed Governor (17.31)3. CVCM (11.62)4. Pressure Transducer (11.05)5. Isolation Valves (14.23)

6. Isolation Valve (14.15)7. Orifice (13.15)8. Secondary Steam Controller (17.28)9. Lube Oil Pressure Security (11.36)10. Overspeed Trip Security (11.57)

Items removed from the circuit

Oct 7, 2009

Twin Filter

LP Steam Valve

HP Steam Valve

Drain Assembly

1" tube to G¾“ male x 8

ball valve 1 inch NPTF x 4

2 inch pipe

2 inch flanges

1.5 inch pipe

1 inch tube

Pipe Tee1.5" x 1" x 1"

NPTF

Pipe Tee1" x 1" x 1"

NPTF

1" tube to ¾” BSPP male

1" tube to 1" NPTF male x 14

1" tube to ¾” BSPP male

1" male to 6mm tube

1" male to 6mm tube

6mm tube to ½” NPTM

Nipple ½” NPTM

Tx

½” NPTF

6mm tube to ½” NPTM

Nipple ½” NPTM

Tx

½” NPTF

2" pipe 1" socket x 4

2" socket

BILL OF QUANTITIES# Item Description Qty (ea)1. 2" pipe flanges 22. Pipe tee 1.5" x 1" x 1" NPTF 13. Pipe tee 1" x 1" x 1" 24. Full-bore ball valve 1" NPTF 45. Connector 1" tube to 1" NPTF 146. Connector 1" tube to ¾” BSPP male 27. Connector 1" tube to G¾” male 88. Connector 1" male to 6mm tube 29. Connector 6mm tube to ½” NPTM 210.Two way manifold ½” NPTF 211.Nipple ½” NPTM 212. 1" socket 413. 2" socket 114. 1" tube 1 lot15. 1" pipe 1 lot16. 1.5" pipe 1 lot17. 2" pipe 1 lot

1" pipe

K-421 Control Oil Circuit Sketch

I/H convertor adapter plate

ISNTRUMENTS FOR K‐421 ANTISURGE SYSTEM

Sr No.

Tag No. Description Service JB No.Installation 

Drawing No.Range 

Pressure Transmitter Kg/cm2

1 04‐PI‐1 Suction pressure of the compressor Air 04‐E‐14 INST‐PS‐04‐02 ‐0.13‐0.13

2 04‐PI‐3 Discharge pressure of the compressor Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐02 0‐603 04‐PI‐4 Extraction Pressure Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐02 0‐12.5

4 04‐PI‐31 Pressure for mass flow control Air 02‐E‐2 INST‐PS‐04‐02 0‐45

04‐PIC‐251 LS Prsessure Control Steam 04‐E‐14 INST‐PS‐04‐01 0‐5Flow Transmitter mmWC

1 04‐FI‐1A Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐04 0‐20002 04‐FI‐1B Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐04 0‐20003 04‐FI‐2A Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐04 0‐12504 04‐FI‐2B Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐04 0‐12505 04‐FI‐31 DP across Orifice  02‐FE‐31  Air 02‐E‐1 INST‐PS‐04‐03 0‐3700

Temperature Transmitter oC1 04‐TI‐1‐20 Suction temperature of  comprssor Air 04‐E‐14 INST‐PS‐04‐05/06 0‐1002 04‐TI‐1‐21 Extraction air temperature Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐05/06 0‐1003 04‐TI‐1‐22 Discharge temperature of  comprssor Air 04‐E‐13 INST‐PS‐04‐05/06 0‐2504 02‐TI‐31 Temperature for mass flow control  Air 02‐E‐2 INST‐PS‐04‐05/06 0‐250

DP across nozzle 04‐FE‐1 in the discharge of compressorDP across Orifice 04‐FE‐2 in the air extraction line 

 

SYSTEM OVERVIEW K‐421   

Project Overview The project consists of replacing the current control system with  the CCC Series 5 Duplex Vanguard integrated control system, which will provide  

1. Antisurge Control,  2. Performance Control,  3. Speed Control,  4. Steam Induction Control  5. Overspeed Prevention.  

The Series 5 hardware will  be  interfaced with hardwired  I/O,  the  customer DCS  through serial  communication  and with  one PC  through Ethernet  communication.  The PC will  be running Compressor Controls Corporation’s TRAINVIEW operator interface software. The Guardian  overspeed  prevention  system  will  be  interface  with  hardwired  I/O  and  the Guardian  front  face  keypad.  The  CCC  Series  5 Vanguard  hardware  and  Guardian will  be mounted in a control panel provided by FFC and will be  located in the control room. FFC provides 110VAC 50Hz source from a UPS which powers the Series 5 control system. 

Control System Description The Series 5 Vanguard Control  System Rack 1 architecture  is  identified  in  the  following table: 

 

 

System Description 1.4.1 Primary Control Objectives The  following  is  a  list  of  the  primary  control  objectives  of  the  Compressor  Controls Corporation control system. 

 Antisurge control for the compressor   Mass flow control 

 Steam turbine speed control   Steam turbine induction steam control   Overspeed prevention 

 1.4.2 Secondary Control Objectives The  following  is  a  list  of  the  secondary  control  objectives  of  the  Compressor  Controls Corporation control system. 

Compressor discharge pressure limiting control  1.4.3 Control System Features The following is a list of the control system features as implemented in the initial Systems Engineering  design.  These  features may  or may  not  be  implemented  in  the  final  control system  configuration.  Please  refer  to  the  CCC  Control  Application  User  Manuals  for  a detailed description of these features. 

Transmitter out of range detection (transmitter failed)  Fallback control strategies for failed transmitters  Set point high and low clamps  Output high and low clamps  Redundant antisurge, speed, performance, and logic control loops  Bumpless transfer between controlling the primary and secondary(limited) process 

variable  Serial communications for data and alarm transfer to the DCS 

1.4.3.1 Antisurge Control System Features The antisurge control loop modulates an antisurge valve. The antisurge valve tends to open when the DEViation of  the operating point  is negative. The antisurge valve tends to close when  deviation  of  the  operating  point  is  positive.  The  antisurge  control  algorithm calculates the operating point’s deviation using the surge control line as a reference value of 0.0. The three primary antisurge control loop components are: 

Proportional + Integral response increases the blow‐off rate any time the operating point moves left of the Surge Control Line (SCL) by opening the antisurge valve. 

The Recycle  Trip  open‐loop  response  ratchets  the  antisurge  valve  open when  the operating point moves left of the Recycle Trip Line (RTL) using a stepped response. 

The Safety On response moves  the Surge Control Line  to  the right  if  the operating point moves to the left of the Safety On Line (SOL). 

 Other antisurge control features are: 

Emergency shutdown response  Normal shutdown response  Manual operation while in STOP  Manual override (automatic transition to auto) for compressor protection 

    

1.4.3.2 Performance Control System Features  Set point high and low clamps  Override of manual when limiting control actions are necessary  Tracking compressor speed   Bumpless  transfer  when  the  speed  governor’s  set  point  source  is  switched  from 

local to remote control 1.4.3.3 Speed Control System Features 

Median select between three magnetic pickups  High select among two magnetic pickups  Single select among one magnetic pickup  Shutdown on loss of all magnetic pickups  Critical speed range avoidance  Secondary Overspeed prevention  Recording the turbine’ s highest attained speed after a shutdown  Coordinated  start  /  stop  /  shutdown  sequencing  with  steam  turbine  induction 

controller 1.4.3.4 Steam Induction Control System Features 

 LS Steam Header pressure control   Coordinated start / stop / shutdown sequencing with speed controller 

1.4.3.5 Overspeed Prevention System Features  Primary overspeed prevention  Three independent speed modules for two‐out‐of‐three voting   Supervisor module with alphanumeric display   Four DPDT trip relays and one DPDT alarm relay   Redundant power supply modules   Reset discrete input from Vanguard logic control   Start discrete input from Vanguard logic control 

 

 

 

 

 

 

Automatic Load and Unload (Start­Up and Shutdown) Since human response times are relatively slow, it is generally much smoother and safer to bring  compressors  on‐line  under  automated  control  rather  than  manual  control.  Under manual  control,  opportunities  exist  for  erratic  operation  and  surge  damage  to  the compressor. With  a  suitable  automated  control  algorithm/sequence,  compressor  loading and unloading are smooth and repeatable processes.  Normal Operation Start­Up Sequencing 1.5.1.1 Resetting Reset  the  speed  controller  and  overspeed  prevention  system  by  pressing  the  RESET command  from the DCS or via Trainview Reset button. Reset any alarms by accepting all alarms from the Alarm Screen in TrainView. The speed controller will enter the Ready To Run state (assuming the ESD and Start Permissive discrete inputs are healthy).  

1.5.1.2 Speed Controller Note: The  following commands can be given to the Speed Controller via discrete  inputs  from the Local Control Panel, DCS, Trainview PC or Modbus communications.  If the speed controller is not already reset at this time, the speed controller must be reset as described above. The START command is given and the speed controller will ramp open the governor valve to control turbine speed to a configurable Idle1 speed(1000RPM). The START command is also sent to the overspeed prevention system to start the fail safe timer.  Note: The speed controller and overspeed prevention system is configured with a fail safe timer, which requires the turbine speed to reach at least 200 RPM within 60 seconds of asserting the speed controller Start discrete. If the turbine speed does not reach 200 RPM within 60 seconds, the speed controller and overspeed prevention system will self initiate a shutdown. This  fail  safe  timer  function  insures  that  the  speed  controller  or  overspeed  prevention system will  self  initiate  a  shutdown  in  the  event  that  turbine  shaft  speed  sensors do not provide valid speed signals upon start sequencing of the turbine.  After the turbine has warmed up at the Idle 1 speed (1000 RPM) , the Idle 2 speed (2200 RPM)  command  is  given  and  the  speed  set  point  will  increase  automatically  to  a configurable Idle 2 speed. After the turbine has warmed up at the Idle 2 speed, the Idle 3 speed (4400 RPM) command is given and the speed set point will increase automatically to a configurable Idle 3 speed. After the turbine has warmed up at the Idle 3 speed, the Rated speed command is given and the speed set point will increase automatically to CCC Rated speed.  Automatic speed sequencing to any idle speed or CCC Rated speed may be  interrupted at any time by asserting either the Speed Lower/Raise commands or Idle speed commands. Once the speed sequencing is interrupted, the Lower/Raise/Idle commands can be used to manually decrease or increase the speed set point as required for continued start‐up of the turbine. If the ramp is interrupted within a critical speed band, the speed set point will be set to either the low or high end of the critical band (depending upon the speed set point ramp direction). When the turbine speed reaches the CCC Rated speed, the Speed Lower/Raise commands can be used to further adjust the turbine speed set point. The  following  speed  control  mode  selections  are  available  to  the  operator  through  the TrainView PC, discrete inputs or DCS Modbus serial communications. Reset – If the ESD signal is absent and the Start Permissive signal is present when the Reset button is pressed the controller will transfer to the Ready state. Start – The controller will ramp the steam valve open in an open loop response until either the minimum speed is detected by the pickups or the maximum start level is reached by the steam valve. Once the minimum control speed is detected by the pickups the controller will transfer  to  the  accelerate mode  and  the  steam valve will  be  controlled by  the  speed PID control block and the set point will ramp to the Idle 1 level. Idle 1 – The speed control set point will be set equal to the Idle 1 speed level. Note:    the speed controller will stay at the selected idle level until the operator selects another Idle or Rated speed level. 

Idle 2 – The speed controller set point will be set equal to the Idle 2 speed level. Note: the speed controller will stay at the selected idle level until the operator selects another Idle or Rated speed level. Idle 3 – The speed controller set point will be set equal to the Idle 3 speed level. Note: the speed  controller  will  stay  at  the  selected  idle  level  until  the  operator  selects  the  Rated speed level. Rated – The speed controller set point will be set equal to the Rated level. Stop –  The  speed  controller will  enter  the  Local  set  point mode  and  ramp  the  set  point down to zero rpm. ESD  –  This  command  is  used  to  trip  the  unit.  The  output  of  the  speed  controller  will immediately go  to 4 mA and close  the steam valve. The compressor anti  surge valve will immediately open. Remote/Local – This command is used to select the source of the speed set point. When in Local the set point is selected either automatically by the speed controller during periods of Startup  /  shutdown or by  the operator  through  the use of  the Raise  and Lower buttons. When  in  the  Remote  set  point mode  the  speed  controller  set  point  is  controlled  by  the output  of  the  CCC  performance  controller  or  the  analog  remote  set  point  from  the  DCS. When the speed controller is in the Local set point mode, the CCC performance controller and DCS will be in the Tracking mode. Analog Set point – This command is used to select an analog input as the remote set point to  the  speed controller  from  the DCS. The  remote  set point  is only valid when  the  speed controller  is  running  in  the  normal  operating  speed  range  between  minimum  and maximum governor. Raise – This command is used to increase the speed set point while the speed controller is in the Local set point mode. Lower – This command is used to decrease the speed set point while the speed controller is in the Local set point mode.  1.5.1.3 Antisurge Controller From the STOP state, the Antisurge Controller begins automatic control when the following conditions are satisfied: 

the rotational speed N rises above a configurable Run/Stop threshold (typically set slightly above or below minimum governor speed) 

 the Run/Stop discrete input is closed   Once  all  the  above  conditions  are  met,  the  controller  begins  ramping  its  output 

towards  the  fully  closed  position.  The  controller  will  then  transition  to  the  RUN state 

 1.5.1.4 Performance Controller The Performance controller requires no startup sequencing as it is always in Run mode and the  speed  controller  will  only  respond  to  the  performance  controller  output  when  the speed controller is switched from Local Setpoint mode to Remote Setpoint (cascade) mode.    

1.5.1.5 Steam Induction Controller Sequencing The  induction  controller  output  will  remain  at  zero  through  the  speed  control  start‐up sequencing. Induction control is disabled (idle) when the turbine speed is below minimum governor. Automatic induction control is enabled (run) via Modbus serial communications and is enabled after the turbine speed is at or above minimum governor (5393 RPM). Once induction control is enabled, the induction controller ramps up its output to the induction steam valve until induction pressure set point is satisfied.  1.5.2 Normal Stop 1.5.2.1 Steam Induction Controller Sequencing Induction pressure control is disabled (idle) by any of the following: • Modbus serial communications, • the companion speed controller indicating a STOP condition; • the companion speed controller speed signal dropping below minimum governor. When  the  induction  pressure  controller  switches  to  the  disabled  (idle)  state,  it  ramps closed the induction steam valve.  1.5.2.2 Performance Controller The performance controller remains in the Auto/Run state.  1.5.2.3 Speed Controller The  turbine  is  sequenced  off‐line  using  the  Speed  Controller  functions  Idle  or  Stop. Requesting Idle or Stop will transition the Speed Controller to Local Set point Mode. Selecting Stop causes the following to occur: • the speed controller ramps down the speed set point 

• when the speed set point reaches the configured minimum control speed (approximately 200 rpm), the speed set point and control output are set to 00.0 and the controller enters the Shutdown state The stop sequencing may be interrupted at any time by asserting either the  speed  Lower/Raise  commands.  Once  the  speed  sequencing  is  interrupted,  the Lower/Raise/Idle/Rated  commands  can  be  used  to  manually  decrease  or  increase  the speed  set  point  as  required  for  continued  sequencing  of  the  turbine.  If  the  ramp  is interrupted within a critical speed band, the speed set point will be set to either the low or high end of the critical band (depending upon the speed set point ramp direction). 1.5.2.4 Antisurge Controller The antisurge controller unloads the compressor by ramping open the antisurge valve. The antisurge controller is signaled to the Stop state by: • the speed controller indicating a Stop condition • the Run/Stop discrete input is opened •  the  speed  controller  speed  signal  dropping  below  a  configurable  Run/Stop  threshold (typically set slightly above or below minimum governor speed) When the antisurge controller switches to the Stop state, it ramps open the antisurge valve. The ramp rate is configurable.    

1.5.3 Emergency Shutdown (ESD) The  following  emergency  shutdown  descriptions  are  limited  to  the  CCC  ESD  control actions. 1.5.3.1 Speed Controller ESD control actions are initiated by: •  Speed  controller  initiated  ESD  due  to  loss  of  all  speed  sensors  or  speed  controller secondary electronic overspeed trip detection • selecting ESD from the TrainView HMI speed controller faceplate. • Total Trip discrete input from PLC opens • ESD discrete input from the LCP opens ESD control actions are: • speed set point and output immediately set to 00.0; • Vanguard Shutdown discrete outputs to PLC open  1.5.3.2 Overspeed Prevention System ESD control actions are initiated by: 

• two‐out‐of‐three voting overspeed detection; • loss of two‐out‐of‐three speed sensors; • two‐out‐of‐three speed modules fault; ESD control actions are: • Guardian Trip discrete outputs open to solenoid valves and PLC.  1.6 Control System Interface 1.6.1 TRAINVIEW Workstation Interface The  TrainView  Workstation  consists  of  a  PC  loaded  with  software  interface  tools  to configure and display the Series 5 Vanguard control system. The PC connects to the Series 5 Vanguard  control  system  using  Ethernet  communications.  The  Series  5  Configurator software package is used to read and write control system parameter configuration files. The Series 5 TrainView software package serves as the HMI and provides graphic display screens,  which  are  used  as  an  operator  interface  to  the  control  system.  The  real  time graphic  display  screens  provide  process  monitoring  and  control  of  the  process  using control  system  diagrams,  controller  faceplates,  controller  trends,  alarms  and  archive events.  The  graphic  displays  allow  the  operator  to  read  and  write  values  to  Series  5 Vanguard control system variables such as controller set points, manual outputs, start/stop sequencing commands and acknowledging/clearing of system alarms. 

 

COMMISSIONING K‐421   

Compressor Start  

Turbine­driven Compressors   a. Connect a PC to controller(s) that has CCC’s high‐speed recording tools installed.  b. When started for the first time under CCC control, the following should apply:  •  The  Performance  controller  should  be  in  Manual  Mode  with  output  corresponding  to minimum governor speed.  • The Antisurge controller should be in Manual Mode with output corresponding to full opening of the recycle valve. 

Surge Testing   Machines with Variable Speed or Guide Vanes  Test Guidelines  Normally, three surge points at minimum are required to adequately describe surge curve. k‐factor  tends  to  increase with  increasing speed or opening of guide vanes  (Slope of  the Surge Line decreases).  It  is desirable  to perform surge tests on gas that  is most similar  to gas used during normal process, since  location of SLL (SURGE LIMIT LINE) can shift due to changes in gas composition.  Recommended procedure involves closing the recycle valve by gradually lowering k‐setting in the Antisurge controller until compressor surges.  In a correctly designed system, response of RT  algorithm  should  take  compressor  out  of  surge  within  the  first  surge  cycle,  while  SO algorithm  should  not  allow  surge  cycle  to  repeat.  In  order  to minimize  process  disturbance during surge testing, it is desirable to isolate compressor from the process.  

1. Ensure  that  the  Antisurge  controller  receives  all  necessary  signals.  Check  signals either  against  calculations  or  other  indicators  (such  as  gauges  mounted  in  the piping) to ensure that they appear to be correct.  

2. If  high  frequency  noise  on  the  flow  signal  is  excessive  (DEV  swings  more  than approximately  +/‐.05),  slightly  (usually  less  than  1/4  of  the  damping  adjustment range) increase transmitter damping. However, extreme caution should be taken so as not  to  filter out  frequencies  comparable  to  surge  frequency  (1‐2Hz). Controller filter time constant can be increased, but should remain below 00.5 seconds. 

3. With  the Antisurge controller  in Manual Mode and recycle valve  fully open, adjust antisurge  controller  settings  so  that  DEV  is  slightly  positive  (around  .10).  Enter conservative settings for PID parameters.  

4. With  PC  and  CCC’s  high‐speed  recording  tools  running,  put  controller  into Automatic  Mode.  Monitor  response  as  controller  brings  DEV  to  zero.  Make  any necessary adjustments based on speed of response.  

5. Bring margin of safety  to zero (if not already zero) by small  increments. Adjust PI tuning based on response.  

6. Test RT response. Measure delay between movement of controller output and flow response.  Set  Recycle  Trip  time  delay  accordingly.  Normally,  measure  it  as  time between initiation of RT response and 1/3 of full change in S.  

7. Reduce k‐factor by small increments. Monitor any available indication, such as vibration monitor, for signs of approaching surge. If excessive vibration appears, stop current test and use high vibration point as the surge point.  

8. Reduce k until compressor surges. Note the k‐factor at which surge occurred. Save PC recording file.  

9. Increase k by about 50%; reset SO. Increase speed (guide vane position) to next testing speed and repeat surge test.  

10. Increase k by about 50%; reset SO and repeat test at maximum speed (guide position).  

11. Perform calculations for the appropriate characterizer. Characterizer should normally be monotonic and as smooth as possible.  

12. Surge test records are contained in the PC using CCC’s recording tools. These files are placed on the network under appropriate project number. 

Compressor Performance Tuning  Control System Tuning  

1. Establish tuning for antisurge protection. Turn off derivative response. Induce disturbances. Obtain Proportional Gain and Integral Reset for fastest response without overshoot. Induce Recycle Trip. Turn on and adjust derivative response.  

2. Establish tuning for Performance control. Induce disturbances by changing set point. Obtain Proportional Gain and Integral Reset for approximately 1/4 decay ratio (Ziegler‐Nichols method).  

3. Establish decoupling coefficients between controllers.  4. Induce disturbance, such as Recycle Trip, and monitor system response. Make 

any fine tuning adjustments. 

Load Sharing Systems.  The Master controller supplies "S" set points to each Load Sharing controller. The Main control action  takes  place  through  the  feedforward  signal  from  the  Master  to  each  Load  Sharing controller. Use the following procedure to set up a Load Sharing system:  

1. Configure Master controller for Load Sharing.  2. Set correct control loop directions.  3. Set preliminary PID tuning parameters in the Master.  4. Configure Load Sharing controllers.  5. Set preliminary PID parameters in the Load Sharing controllers. Large filters could be 

used to further slow down response to "S" changes.   Use the following procedure to tune the system once compressors have been started:  

1. Adjust PID parameters of the Master controller by inducing set point changes so as to obtain as near to critically damped response as possible (do not overshoot).  

2. If compressors react differently (i.e. equal changes in master's output produce different changes in the PV of the Load Sharing controllers), adjust gain coefficients.  

3. If power consumption appears to be unequal, adjust appropriate coefficients in the Load Sharing controllers. 

 

 

Speed Controller Commissioning  Checkout of a Simplex Steam Turbine System  

1. A point‐to‐point wiring check of the whole system shall be accomplished.  2. Check power to controller.  3. Power up controller. 4. Check analog outputs.  

Check controller configuration.  • correct output is being used 4‐20mA, 0‐200mA, or BI‐Polar  correct function is 

being used   Output shall be checked all the way to the end device (i.e. I/P, I/H, etc.).   Check actuator connection.  

• stroke actuator before connecting to linkage  • determine if actuator stroke is correct (adjust as needed)  • connect and inspect linkage (linkage shall be non‐binding and free), stroke 

actuator  • correct stroke as needed  

5. Check of discrete inputs.   Check controller configuration.  

• correct function assignment  • correct contact assignment  

Ensure each discrete input is reaching the controller, by operating the end device (pushbutton, limit switches, etc.).  

6. Check of analog inputs.   Check controller configuration.   Check field input module configuration (make any needed adjustments).   Check incoming analog signal.   Check controller display to ensure controller is interpreting signal correctly. 

7. Check of discrete outputs.   Check controller configuration.  

• relay configuration  • contacts used  • functional assignment  

Check field output module configuration.  • check power being used (controller power and customer power)  • cycle relay, if possible, to assure that end device works  

8. Check frequency inputs.   Check controller configuration.  

• frequency channels being used  • number of teeth on signal gear  • ratio of signal gear rotation to turbine shaft rotation  

Check signal gear and magnetic pickups.  • gap between pickups and signal gear  • number of teeth on signal gear  • ratio of signal gear rotation to turbine shaft rotation  

When starting turbine, ensure controller is receiving correct frequency input on each channel.  

9. Check speed values configured in controller.  10. These shall be verified with customer.  11. Check communication.  

To/from controllers.   To/from computer system. 

12. Check turbine overspeed trip system.  13. Check and confirm all other parameters not mentioned in above text. 

 

SYSTEM CHECK LIST  K‐421   

SYSTEM CHECK OUT PROCEDURES 1. Inspection of the Controllers and Panel  

a. Measure supply voltage to the controllers to verify that it is within appropriate range.  

b. Check continuity between Safety Ground Bar and AC power ground in the panel.  

c. Visually inspect controllers for any damage that might have occurred during shipping or installation.  

d. Power up the controllers and insure all is normal.  e. Check that temperature inside the panel complies with CCC specifications.  f. If any damage or functionality problems are encountered, do the following:  

• Investigate cause of damage/failure.  • Determine if damage/failure is covered under CCC warranty.  • Notify Des Moines office of the failure.  • Obtain replacement unit or component either from Des Moines or from 

customer spare parts stock.  2. Controller Setup  

a. Ensure that controllers have correct software/firmware.  • If software/firmware needs to be updated, install or download.  

3. Field Checks  a. Piping layout • Check the location of the recycle line relative to compressor discharge and 

suction. Large distances/volumes could imply slower response by the control system.  

• Check valve should be located downstream of the recycle line take‐off point. b. Flow measuring device • Check that the flow measuring device is installed in sufficiently long straight 

run of pipe.  • Ensure that taps are placed correctly. Flow transmitter should be installed 

above the taps.  c. Recycle valve • Inspect impulse piping, making sure that supply tubing and tubing connected 

directly to the actuator is of sufficient diameter (larger than 1/2"). Boosters should have either internal or external adjustable bypasses. Quick exhausts are not desirable. Quick exhaust in series with a booster is also not desirable. Distance between I/P and valve positioner should not exceed 2‐3 feet.  

• Connect portable current source to the valve I/P. Test speed of stroke by stepping output from 4mA to 20mA and back. Opening time should be 2 seconds or less. Closing time is not as critical, but should also be approximately 2 seconds to maximize controller PID loop speed of response. Check for correct calibration of the I/P unit.  

• Slowly change control signal and make sure that valve position follows smoothly. Check hysterisis by noting control signal and corresponding valve position while moving signal in opposite directions. Check dead zone. Change control signal by a step (approximately 20% magnitude). Note overshoot, any oscillations, and settling time.  

• Overshoot in response to a step change should be less than roughly 25% of  the magnitude  of  a  step.  There  should  not  be  any  oscillations.  If valve  hunts,  open  bypass  around  booster  until  hunting  stops.  Note that  under  working  conditions  (with  a  pressure  differential)  valve operation tends to be less stable.  

NOTE: Briefly, there can be the following problems: 1. Valve stem may be "sticking" resulting in large dead zones.  2. Booster/quick exhaust combination can result in large dead zones and hysterisis. 3. Valve positioner can be poorly adjusted or malfunctioning.  4. Supply pressure is not within specifications.  5. Bypass around boosters is opened either too much (slow stroking), or too little 

(hunting). 6.  Excessive vibration while in service can cause erratic movement of the valve.  7. Dead zones at both ends of the stroke should be minimized. It is particularly important 

to minimize dead zone at 20mA for an antisurge valve. This ensures that the valve begins to open as soon as required by the control signal. Adjusting calibration of the I/P unit and positioner can minimize dead zones.  

d. Physical location of all transmitters Generally,  transmitters  should  be  installed  so  as  to  avoid  any  condensation  in  the  impulse piping. This means that transmitters should be mounted above the taps. Condensation usually occurs  as  high  pressure  gas  cools  off.  If  condensation  is  determined  to  be  a  problem,  then transmitter should either be relocated, impulse piping heat traced, and/or condensation traps installed. Length of impulse piping should be minimized (not more than 10 ft).  4. Wiring Loop Check

1. All  input  signals  must  be  checked  for  continuity  and  other  possible  problems.  In conjunction,  it  is  desirable  to  verify  calibration  of  all  transmitters.  Compare  panel wiring  diagrams  to  CCC  drawings  for  any  inconsistencies.  Any  discrepancies must  be resolved prior to start‐up.  

2. If  transmitters  have  not  been  calibrated  connect  pneumatic  calibrator  to  the transmitter.  Vary  input  pressure  (minimum,  midpoint,  maximum  of  the  span).  Read corresponding channel. For temperature inputs a thermocouple/RTD simulating device can  be  connected  to  the  temperature  transmitter.  For  smart  transmitters  calibration check  can  be  performed with  the  hand‐held  terminal.  Ensure  that  calibration  ranges correspond  to  those  specified  in  CCC  Engineering  Manual  prepared  for  the  project. Alternatively,  if  calibration  check  is  not  possible  to  perform,  use  a  portable  current source  to  inject  a  current  signal  into  each  loop  at  the  transmitter  itself.  Check  for corresponding reading at the controller.  

3. "Ground  Loop"  problems  in  CCC  control  systems  can  occur.  Usually  problems  occur when  transmitters  are  powered  by  different  power  supplies,  each  with  its  own potential, or when one of the transmitters is connected to some ground. Ensure Ground Loops problems are not present.  

4. Verify operation of all discrete I/O. This includes correct set up of the controller relays and correct response to any discrete signals provided by the customer.  

5. Verify operation of analog outputs. Make sure that the output display on the front panel corresponds  to  the  measured  current  (i.e.  50%  on  the  output  =  12mA).  Move  the antisurge  valve  from  the  Antisurge  Controller.  Move  any  throttling  valves  from  the Performance  Controller.  In  case  of  controlling  speed,  ensure  that  the  Performance controller output provides desired set point to the speed governor system.  

6. Verify  Serial  Communications  between  the  controllers  and  host  computer  or  DCS system.  

 

5. Document any changes from project Engineering Manual. Document all errors. Collect any relevant information as to the intended operation of the system. Submit changes/errors report and relevant information in the Field Engineering Field Service Report. Refer to System Commissioning 

Procedure, TQAP400, for content of the Field Service Report. 

 

GOVERNOR (I/H CONVERTOR)  K‐421   

Functional Description 

 

I/H CONVERTOR

 

Fig. 3.1.1 

1 – Control magnet VRM Pin ‐ Input pressure 

2 – Tappet for power transmission PA ‐ Output signal pressure 

3 ‐ Potentiometer X0 und X1 

4 – Manual operation knob T1 ‐ Tank return line 

5 – Electric connection T2 ‐ Tank return line with int. leakage 

6 – Control housing FMag ‐ Magnetic force 

7 – Control piston with damping piston FHyd ‐ Hydraulic force 

8 ‐ Cover FFed ‐ Spring force 

9 ‐ Control spring 

 

Operating characteristics 

(see fig. 3.1.1) 

A set signal w = 4...20 mA generates a magnetic force FMag  in the VRM, the limits of which 

can be adjusted by means of the X0 and X1 potentiometers and which is then transmitted 

onto the control piston via tappet. The hydraulic force FHyd being proportional to the output 

signal  pressure  PA  acts  against  this  force.  In  the  case  of  the  two  forces  being  equal,  the 

control piston is positioned in the “hydraulic center” as shown in fig. 3.1.1 and the output 

signal  pressure  PA  corresponds  to  the  set  signal.  In  the  “hydraulic  center“  position  the 

control piston performs minimum oscillating movements in the area of the guiding edges P

  PA and PA  T  ,  in order  to keep  the output pressure PA on  the value  set by FMag. 

When increasing the set signal and thus FMag from this condition, the control piston position 

changes  and  thus  connects  the  output  pressure  PA  to  the  feed  pressure  P  and  blocks  PA 

towards the tank return line T1 and T2. Now the pressure PA will increase until the control 

piston  returns  to  the  ”hydraulic  center“  and  PA  corresponds  to  the  new  set  signal.  The 

spring force FFed of the control spring generates a force‐offset in order to guarantee the  I/H 

converter function for output pressures of approx. 0 bar, too. The damping piston provides 

hydraulic  damping  independent  of  the  installation  position.  The  internal  leakage  is 

additionally fed back into tank return pipe T2. 

Function of manual operation knob 

The  control magnet  of  the  I/H  converter  is  provided with  a manual  operation  knob,  by 

means of which an adjustable spring  force can be set  instead of  the magnetic  force FMag  . 

This spring force affects the control piston via magnet armature and tappet. The hydraulic 

force FHyd , being proportional to the output signal pressure PA also acts against this spring 

force here. Thus adjustment of output pressure is possible without electric connection. 

Commissioning 

The  I/H  converter  was  adjusted  and  tested  at  Voith  Turbo’s  works  by  means  of  the 

potentiometers X0 and X1. The test result is documented in an attached test certificate. 

The  potentiometers  are  provided  with  a  protective  cap  to  avoid  unintentional 

maladjustment and impurities. 

 

6.1 Test run 

Make sure that pipe lines and hydraulic system are cleaned prior to performing a test run. 

The operating fluid has to be in accordance with the purity class as indicated in chapter 1. 

Do  not  flush  or  clean  the  pressure  fluid  with  the  I/H  converter  being  hydraulically 

connected.  Operation  of  the  I/H  converter  with  contaminated  pressure  fluid  is  not 

permitted, the I/H converter may be damaged. _ Check the line mounting, connection and 

flow direction to and on the I/H converter. 

_ Check the electric connection. 

_ Switch on the 24 VDC power supply. 

_ Switch on the oil supply and check input pressure. 

The minimum input pressure has to be 1.5 bar more than the maximum output pressure 

required at 20 mA. 

_ Set the signal w = 4.. 20mA and check output pressure. 

During  the  test  run,  check  all  hydraulic  connections  for  leakages.  In  case  of  leakage, 

immediately switch off the hydraulic supply and eliminate leakages. 

6.2 Parameter setting 

Due  to  unintentional maladjustment  of  the  parameters  or  changed  operating  conditions, 

new  setting  of  one  or  both  parameters  may  become  necessary.  We  recommend  to 

document  adjustment  of  the  parameters  as  well  as  the  set  values.  The  parameters  are 

adjusted by means of potentiometers X0 and X1. Please refer to chapter 10 for the position 

of the potentiometers. 

Potentiometer effects: 

X0 ‐ With help of potentiometer X0 the minimum output pressure PA min is adjusted at a 

setpoint of 4 mA Pressure increase by turning the potentiometer clockwise. 

X1 ‐ With help of potentiometer X1 the maximum output pressurePA max is adjusted at a 

setpoint of 20 mA.Pressure increase by turning the potentiometer clockwise 

X1 should be adjusted before X0. 

The X1‐ adjustment influences the adjustment of X0. 

Manufacturer­provided adjustments: 

At the works, the I/H converter has been adjusted as indicated in the order. 

7. Operation 

7.1 Operation with manual knob 

Operation  with  manually  controlled  rotary  knob  is  possible  without  electric  energy.  On 

operation  with  manually  actuated  rotary  knob,  uncontrolled  stroke  movements  of  the 

hydraulic  components  controlled  by  the  I/H  converter  output  might  occur  due  to  the 

increase in the output signal pressure. Manual operation is only possible when the circlip is 

removed  from  the  manual  operation  knob.  On  completion  of  operation  with  manual 

operation knob, move the manual operation knob in its final position by turning it counter 

clockwise and pushing in the circlip to its final position. 

_ Remove the circlip. 

_ Slowly turn the manual operation knob clockwise and observe the output pressure 

Direction of control action: Output pressure increase by clockwiserotation. 

Operation with set signal 

When  the  supply  voltage  is  switched  on,  the  output  signal  pressure  can  be  adjusted 

continuously by the set signal 4...20 mA within the limits set by the potentiometers X0 und 

X1. 

7.3 Trouble shooting and remedial action 

Prior  to  all  works,  make  sure  that  the  I/H  converter  was  commissioned  according  to 

chapters 5 and 6. 

Malfunction: Pressure variations 

The  output  signal  pressure  PA  may  vary  now  and  then  or  periodically  with  low  or  high 

frequency and amplitude. 

Cause:  

1. air inclusions in the hydraulic component 

2. low or considerably varying input pressure. 

3. dirt particles in the hydraulic component 

4. pressure on return line 

Remedy:  

1.  On  first  commissioning  or  after  longer  periods  of  stand  still  air  inclusions  in  the 

hydraulic  component  may  cause  pressure  variations.  Automatic  ventilation  grants 

sufficient hydraulic damping due to the damping piston within seconds. 

2.  Under  load  and  in  particular  in  case  of  higher  output  signal  pressure,  a  lower  input 

pressure may lead to pressure variations. Increase and / or stabilize the input pressure by 

taking appropriate measures (e.g. accumulator). See also chapter 1. 

2.  Contaminated  pressure  fluid  results  in  increased  friction  at  the  control  piston,  thus 

causing hysteresis and pressure variations. Open hydraulic component and clean the inner 

elements. In case of damaged surfaces and guiding edges replace the I/H converter. 

3. The dimensions of the return line have to be sufficient. In case of additional consumers of 

the output pressure connected to this line, make sure they do not create 

any pressure in the return line. See also chapter 5.2. 

Malfunction: Output pressure PA _ 0 bar or _ P (input pressure) 

Due to a defective control valve VRM or blockage of the control piston the output pressure 

may fall to 0 bar or increase to the input pressure.  

Remedy:  

In  case of  a  disturbance  in  the  electrical  part  of  the VRM or  a  short  defect  in  the  supply 

voltage,  the  integrated  supervising  will  switch  off  the  magnetic  force  and  the  output 

pressure PA will fall to 0 bar. The “OK‐signal” signals response of the supervising system. 

See wiring diagram in chapter 10. 

If reset is not possible despite correct supply voltage, the VRM is defective and needs to be 

replaced.  The  function  of  the  hydraulic  components  can  be  checked  using  the manually 

controlled knob with the supply voltage being switched off. See chapter 7.1. 

If  the  output  pressure  cannot  be  adjusted,  the  control  piston,  e.g.,  may  be  blocked  by 

particles. Open hydraulic component and clean inner parts. 

If the surfaces and guiding lines are damaged, exchange the I/H converter. 

Repairs on the control magnet VRM are not allowed; otherwise explosion protection is no 

longer guaranteed. 

Replace any defective I/H converter completely. 

Shutdown 

If  the  I/H  converter  is  switched  off  for  reasons  of  repair,  inspection  or  unit  shutdown, 

switch off the oil supply system and relieve all pressure reservoirs,  if effective. Switch off 

the 24 VDC supply voltage and  remove  the  lines as well  as piping and hose  connections. 

Doing so, a considerable oil quantity may leak out. Collect the oil in a suitable container and 

deposit it properly. Close all holes. Now clean and pack the I/H converter.