關于化工大型機組在線監(jiān)控的設計

溫汪洋(新疆中泰化學（集團）有限公司 新疆烏魯木齊 830009)

一、西門子透平機結構分析

西門子透平機為渦輪壓縮機型，徑向設計以及型號為3(2)VRZ 250/430/12 G；其基本結構為：壓縮機設備構成主要包括帶有中間冷卻功能的2-級離心式壓縮機、渦輪行星齒輪、傳動壓縮機、可用于壓縮機相互接合的基礎框架、齒輪設備&傳動電動機、中間冷卻器&帶有連接管線的二次冷卻器以及潤滑油系統(tǒng)、密封氣體系統(tǒng)和所測量&管控。

二、在線監(jiān)控控制系統(tǒng)介紹

對于渦輪壓縮機而言，其設計流控制范圍一般在45%至100%之間。較低控制范圍內(nèi)的限制，主要取決于氣體的有效輸入、或者輸出狀態(tài)（壓力、抽吸溫度、排放溫度和氣體組成）和現(xiàn)有導向裝置（入口導向葉輪以及出口位置的擴散葉輪）位置。實踐中，若氣體流量節(jié)流過多，則壓縮機就會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，并且伴隨著機器運作與強烈的振動，進而導致機器受損。比如，葉片出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。對于防沖擊控制而言，其主要目的在于確保其不能達到?jīng)_擊限制范圍只能?；诖?，三套自動保護系統(tǒng)的設計，主要是為了能夠有效地避免出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

實踐中，利用氮氣對壓蓋進行密封，以此來防止產(chǎn)品氣體從壓縮機中進入到機器設備時出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在實際操作過程中，密封氣體流入的壓力一定要比受控壓蓋室內(nèi)壓力要高。在連續(xù)運行過程中，應當保證壓蓋的安全可靠性。對于防喘振控制而言，每個檢測周期時間范圍內(nèi)，自動檢測過程中排放壓力PT 2457（在SIM AT IC C7上的X13 A13-I）的壓力呈現(xiàn)出梯度變化。如果在100毫秒檢測周期時間內(nèi)，超過設定壓力梯度時，不管正向還是負向壓力變化梯度，在線監(jiān)控系統(tǒng)會自動啟動計數(shù)器計數(shù)。以下結合喘振控制說明，模擬透平機出口壓力波動過程中出現(xiàn)的具體情況。以下按周期進行說明：第一個周期時間內(nèi)，檢測到的相關壓力梯度。檢測到正向超過梯度，喘振復位時間計時開始，喘振計數(shù)器從5次逐漸向0次計數(shù)，共計4次；檢測到壓力梯度出現(xiàn)負向超壓梯度時，計數(shù)器計數(shù)3次。實踐中，若連續(xù)出現(xiàn)的2個壓力梯度都有超限現(xiàn)象，則喘振報警系統(tǒng)就會啟動。之所以會出現(xiàn)這一情況，主要是在透平機出口壓力產(chǎn)生超限波動，或者由于壓力變送器自身存在著一定的故障問題，到產(chǎn)生一系列信號誤差問題，透平機喘振報警系統(tǒng)被觸發(fā)。當喘振報警系統(tǒng)被觸發(fā)以后，應當盡快查看透平機參數(shù)，然后判斷故障問題。透平機出口壓力波動、或者壓力變送器存在著故障問題。在第二周期時間內(nèi)，10秒鐘喘振復位時間范圍內(nèi)，盡管出現(xiàn)了壓力梯度變化情況，但正、負向均沒有超過預設壓力梯度范圍，喘振計數(shù)器不會自動啟動，此時喘振計數(shù)直接復位。之所以會出現(xiàn)該種情況，主要是

因為透平機喘振保護系統(tǒng)允許機組在一定范圍內(nèi)，出現(xiàn)波動、允許機組在10秒鐘的復位時間內(nèi)，出現(xiàn)2個超限波動。第三運行周期時間內(nèi)，10秒鐘喘振復位時間，連續(xù)出現(xiàn)3次正、負向的壓力梯度超限現(xiàn)象，喘振計數(shù)器從5次降至0次。此時，觸發(fā)喘振報警系統(tǒng)，未復位，產(chǎn)生喘振聯(lián)鎖，立即停車。之所以會出現(xiàn)該種情況，主要是因為透平機組喘振保護設備，不允許機組出口壓力出現(xiàn)超過2次超限波動、持續(xù)壓力變化情況。基于此，在機組運行維護過程中，透平機出口壓力變送器出現(xiàn)了相關的故障問題，導致壓力信號在較短時間范圍內(nèi)達到滿量程；實際上，透平機聯(lián)鎖停車現(xiàn)象的發(fā)生，也屬于這類情況?？刂频呢撓蚝驼驂毫μ荻仍O定值和造成喘振聯(lián)鎖的梯度超限設定次數(shù)。

三、大型機組在線監(jiān)控的設計

1.大型機組在線監(jiān)控的設計思想：

（1）分區(qū)域集中采集，統(tǒng)一監(jiān)控

依據(jù)華泰氯堿廠設備數(shù)量多、分布相對集中的特點，本方案建議采用基于區(qū)域集中、統(tǒng)一監(jiān)控的監(jiān)測方案，即以車間為區(qū)域監(jiān)測單元，通過各節(jié)點利用西門子PLC控制，然后把所有信息集中于M ES監(jiān)控中心，統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)監(jiān)管控一體化。

（2）整體考慮，分步實施

本方案建議首先解決獨子關鍵大型機組的在線監(jiān)測，其余的設備或者其他設備以后實施，這樣可以最大限度地保障設備資產(chǎn)效益最大化，突出監(jiān)測效果。

（3）注重效果，突出效益

本方案涉及的關鍵設備，傳感器、采集方式、監(jiān)測分析方法及數(shù)據(jù)管理方式均考慮設備的特殊性、環(huán)境條件。項目將對狀態(tài)檢修起指導作用，對提高經(jīng)濟效益起到技術保障作用。

（4）易于擴展，維護方便

本方案采用網(wǎng)絡化系統(tǒng)，采集器及借口標準化設計，為以后的擴展和維護提供方便。系統(tǒng)服務器采用工業(yè)化專用設計，通訊協(xié)議標準化，能方便M ES的通訊。

（5）冗余設計，可靠第一

關鍵的測量點采用冗余設計，確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。以透平機舉例，按照國外設計理念，穿插講解

透平機組硬件系統(tǒng)進行劃分。

根據(jù)透平機硬件系統(tǒng)，可以劃分為：5個大的系統(tǒng)。因此，我們設計機組在線監(jiān)控的時候，需要根據(jù)機組的硬件系統(tǒng)進行劃分，充分根據(jù)機組的保護要求，設計機組的系統(tǒng)監(jiān)控保護。

自動化的概念基于工作狀態(tài)

透平機從硬件的監(jiān)控，只能保證各硬件系統(tǒng)獨立的安全工作狀態(tài)，作為整套機組來講，各硬件系統(tǒng)不是獨立存在的，而是在各個工作狀態(tài)協(xié)同工作。因此，為了保證整體機組的安全可靠運行，在線監(jiān)控的理念應該來源于機組的各個工作狀態(tài)，國外設計師，把機組的連續(xù)運行劃分為5個狀態(tài)：不工作狀態(tài)，待機狀態(tài)，啟動狀態(tài)，正常運行狀態(tài)，正常關機狀態(tài)。