大型化工企業(yè)的儀表電源隱患治理

江勇，陳榮（重慶金維實業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 401254）

1 川維廠的生產(chǎn)裝置簡介

中國石化四川維尼綸廠（簡稱“川維廠”）于1976年投產(chǎn)，是一家擁有天然氣制乙炔核心技術(shù)的企業(yè)，目前擁有空分、甲醇、合成氨、乙炔、醋酸乙烯、聚乙烯醇、乳液、紡絲等核心生產(chǎn)裝置和鍋爐、發(fā)電、供排水等公用工程裝置。川維廠很多裝置是以天然氣、氧氣等氣體為原料生成產(chǎn)品，具有反應(yīng)快、易燃易爆等特點，所以對設(shè)備、工藝、公用工程的可靠性和穩(wěn)定性提出了很高的要求。

2 問題的提出

2005年8月出現(xiàn)因儀表電源故障引發(fā)大面積非計劃停車并波及下游裝置的事故，造成大約120多萬元的損失。事后，川維廠組織設(shè)備管理部門和儀表車間對全廠的儀表電源進(jìn)行了一次全面的清理，暴露出從建廠以來積累的電源配置存在的重大問題有：

（1）電氣為儀表控制系統(tǒng)的220VAC供電設(shè)計多數(shù)為單路，不符合冗余供電要求。

（2）電氣為儀表控制系統(tǒng)的220VAC供電很少采用UPS電源。而且，UPS電源多為商用電源，可靠性較低。

（3）部分UPS電源只有一路交流電源輸入接口，當(dāng)該路交流電源故障時，UPS沒有輸出。

（4）部分裝置UPS電源沒有加裝手動外置旁路，當(dāng)UPS電源發(fā)生故障后，切換至盤路運行，不能離線檢修。

（5）24VDC設(shè)計為單路供電，一旦電源故障，會造成裝置停車。

（6）很多儀表沒有設(shè)置區(qū)域性的儀表配電柜，存在亂搭亂接現(xiàn)象。

（7）儀表配電空氣開關(guān)設(shè)計或安裝時分級不合理。

（8）儀表配電上下級容量設(shè)置不合理。有的下級空開與上級空開容量接近甚至相同，容易導(dǎo)致越級跳閘。有的容量過大，永不跳閘，起不到保護(hù)作用。

（9）儀表現(xiàn)場用電設(shè)備（電磁閥和報警燈）設(shè)計時無末端保護(hù)，或者用空氣開關(guān)代替快速熔斷器。

（10）壓縮機(jī)組現(xiàn)場控制盤內(nèi)電源布局混亂、可靠性低，存在較高的失電風(fēng)險。

3 整改方案

全廠生產(chǎn)裝置儀表電源供電系統(tǒng)隱患整改分為儀表電源供電系統(tǒng)的規(guī)范整改和儀表電源配電系統(tǒng)的規(guī)范整改。

3.1 儀表供電系統(tǒng)（主要由電氣專業(yè)負(fù)責(zé)）

（1）對能夠接受雙電源的儀表控制系統(tǒng)，電氣專業(yè)按一路UPS電源和一路市電提供。如圖1所示。

圖1 UPS和市電雙路供電示意圖

（2）增加UPS電源外置手動旁路，在UPS電源故障后，手動切換至外置盤路，實現(xiàn)UPS電源離線檢修。

（3）把商用UPS（基本上是10kVA以下）更新為工業(yè)用大容量UPS。

（4）特別重要的裝置，在更新UPS的時候，最好采用具備兩路交流輸入的UPS電源，以便接收不同段母線的電能。

3.2 儀表電源配電系統(tǒng)

（1）要求重新對全廠儀表供電統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計。

（2）各個裝置（區(qū)域）統(tǒng)一設(shè)置專門的圖，配電柜對各個儀表盤（柜）送電。一般是配電柜的正面交流配電，背面直流配電。

（3）按N+1或者1:1冗余配置儀表24VDC電源。

（4）供電系統(tǒng)分級要合理。電源開關(guān)配置分級合理，并且合理設(shè)置總開關(guān)和分開關(guān)。

（5）合理設(shè)計空氣開關(guān)容量，各級空氣開關(guān)/保險上下級要匹配。重新核算并設(shè)計開關(guān)容量，防止越級跳閘。

（6）電源末端采用保險端子。

（7）報警和聯(lián)鎖原則上分開供電。

（8）在線分析儀表電源原則上分開供電。各裝置可燃及有毒氣體報警儀應(yīng)視同重要在線分析儀表，電源應(yīng)分開供電甚至配置雙電源。

（9）配電柜內(nèi)盡量配置冗余電源，增強安全性。

（10）更新質(zhì)量較差的24VDC電源，降低運行風(fēng)險和維護(hù)難度。

（11）在24VDC直流電源選型時最好選帶有自診斷的產(chǎn)品，甚至考慮電源故障報警引入DCS。

（12）重要的DCS/SIS操作站（只能接受單電源）設(shè)置交流電源切換開關(guān)，便于接受兩路電源并自動切換。

3.3 機(jī)組就地控制盤的電源配置

（1）對機(jī)組應(yīng)按就地盤獨立供電原則進(jìn)行，由電氣分別獨立提供2路220VAC作為該就地盤總電源。

（2）儀表需要的2路24VDC（或48VDC）電源，設(shè)置直流開關(guān)電源按冗余配置。

（3）根據(jù)負(fù)載種類用直流空開進(jìn)行分級供電，并根據(jù)負(fù)載負(fù)荷大小計算各級空開和保險容量，以實現(xiàn)有效的保護(hù)。

（4）末端負(fù)載用保險進(jìn)行保護(hù)。

3.4 重要聯(lián)鎖回路的電源

儀表聯(lián)鎖除了對電源的可靠性有較高的要求外，還對電源的風(fēng)險分散有特別的要求。

鍋爐的MFT（即主燃料跳閘）聯(lián)鎖是鍋爐運行當(dāng)中對設(shè)備的自動保護(hù)措施。當(dāng)爐膛火焰檢測等聯(lián)鎖因素發(fā)生異常突發(fā)事故時或報警，自動停止給粉機(jī)的電源，以免發(fā)生爐膛爆炸的惡性安全事故。每臺鍋爐有上、中、下三層火檢探頭，每一層的四個角都各有一個火檢探頭。每一層利用4個火檢探頭的“無火”開關(guān)信號進(jìn)行4取三邏輯判斷，只要4個火檢探頭中有三個同時檢測到“無火”，即判定本層火焰熄滅。只要上中下三層同時檢測到“本層火焰熄滅”，即聯(lián)鎖停爐。圖2為鍋爐膛火焰檢測導(dǎo)致MFT動作的邏輯示意圖。

圖2 鍋爐爐膛火焰檢測導(dǎo)致MFT動作邏輯示意圖

鍋爐爐膛火焰檢測以往經(jīng)常因為儀表電源故障引起停爐。電源隱患治理時我們考慮：（1）22VAC電源分為一路UPS和一路市電雙路供電；（2）1#、2#角火檢和3#、4#角火檢的24VDC電源分別供電；（3）24VDC電源采用冗余供電，和利時的24VDC電源模塊SM910內(nèi)置反向保護(hù)電路，可以兩臺或多臺冗余配置并聯(lián)運行。在1＋1方式下，可實現(xiàn)電源供電的無擾切換及在線更換；（4）每一對24VDC電源分別由UPS和市電提供220VAC電源。

如圖3所示，儀表電源系統(tǒng)進(jìn)行了充分的風(fēng)險分散：

圖3 鍋爐煤層火檢儀表電源圖

4 效果

從2005年開始對各個裝置的儀表電源進(jìn)行系統(tǒng)清理和規(guī)劃，2006年到2009年分階段完成各個裝置進(jìn)行大規(guī)模的儀表電源整改。電源整改完成后，儀表系統(tǒng)工作穩(wěn)定，儀表供電分級合理，電源負(fù)載分配合理，儀表保護(hù)可靠。特別是聯(lián)鎖回路和重要調(diào)節(jié)回路的儀表電源穩(wěn)定性和可靠性得有了質(zhì)的提高，對于降低非計劃停車起到很好的作用。