基于TRICON的煤氣化裝置ESD系統(tǒng)的應(yīng)用

中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 付佐業(yè)

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基于TRICON的煤氣化裝置ESD系統(tǒng)的應(yīng)用

中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 付佐業(yè)

【摘要】煤制氫裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行是全廠長期穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證，煤氣化裝置的運(yùn)行工況對(duì)下游裝置具有先決意義。煤氣化生產(chǎn)裝置工藝復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中大部分都是高溫、高壓、易燃、易爆的，為了保證生產(chǎn)中的安全，煤制氫采用了TRICON緊急停車系統(tǒng)，本文主要介紹TRICON系統(tǒng)在煤制氫生產(chǎn)裝置上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】三重化冗余；TRICON；配置

煤制氫裝置通過把煤粉和氧氣按一定比例在殼牌氣化爐內(nèi)發(fā)生不完全燃燒產(chǎn)生合成氣，合成氣通過變換產(chǎn)生氫氣。此工藝過程具有高溫高壓且流程長、控制點(diǎn)多、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。在這些情況下，安全系統(tǒng)必須產(chǎn)生及時(shí)、正確的輸出，來防止任何危險(xiǎn)發(fā)生或減輕后果。為了煤制氫裝置安全穩(wěn)定的運(yùn)行，就要選用一套反應(yīng)迅速，故障率低的緊急停車系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)。具體的說，一個(gè)基本的Tricon高密度系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：模件、容納各模件的機(jī)架、現(xiàn)場(chǎng)端子板、以及編程工作站。

1　TRICON　ESD系統(tǒng)的特點(diǎn)

TRICONEX系統(tǒng)采用當(dāng)今最先進(jìn)的TMR微處理器硬件技術(shù)，和成熟可靠的TRISTATION 1131軟件，系統(tǒng)的高可靠性和高可用率被廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)，國內(nèi)已應(yīng)用了3000多套Tricon TMR系統(tǒng)。

1)TRICON最大的特點(diǎn)就是三重化冗余結(jié)構(gòu)，從輸入模件到MP到輸出模件是完全三重化冗余的 ，每一個(gè)IO信號(hào)都擁有相互獨(dú)立的三個(gè)Leg，每一個(gè)Leg自主地讀取輸入信號(hào)并將讀到狀態(tài)送給相應(yīng)的MP，三個(gè)主處理器之間通過TriBus進(jìn)行通訊，每一個(gè)掃描周期每個(gè)MP都會(huì)通過TriBus與其他兩個(gè)MP進(jìn)行通訊和同步 ，TriBus把DI的表決結(jié)果和AI的計(jì)算結(jié)果送給每一個(gè)MP，每個(gè)MP獨(dú)立地進(jìn)行Program的運(yùn)算并將結(jié)果送到輸出出模件 。

2)冗余：三重化主處理器、每一I/O模塊都有三條獨(dú)立的分電路、雙重電源供給、雙重通訊模塊。電源模塊和通訊模塊是雙重冗余。

3)隔離結(jié)構(gòu)：三重獨(dú)立的主處理機(jī)、每個(gè)組件箱內(nèi)都配備兩重冗余電源、在I/O組件內(nèi)部，沒有共享部件、系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)之間隔離

4)在線維護(hù)：無需系統(tǒng)停車即可在線更換I/O組件、無需系統(tǒng)停車即可在線更換主處理機(jī)、卡件故障時(shí)可自動(dòng)切換到熱備卡件。無需系統(tǒng)停車即可在線更改系統(tǒng)組態(tài)、在線軟件下裝。只能局部下裝，不能整體下裝 。

5)高安全性，高可用性：此系統(tǒng)是通過三重模件冗余結(jié)構(gòu)（T MR）提供容錯(cuò)能力的。此系統(tǒng)由三個(gè)完全相同的系統(tǒng)通道組成，可以消除因硬件故障造成的誤停車。

6)與上位機(jī)系統(tǒng)直接通訊。

7)TriStation軟件允許離線仿真。

8)安裝簡便。

2　TRICON系統(tǒng)在煤制氫中的應(yīng)用

煤制氫106單元ESD共有4個(gè)機(jī)架，一個(gè)主機(jī)架三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。電源模塊為雙重冗余在主機(jī)架的最左側(cè)，雙電源供電－每個(gè)電源模塊可承擔(dān)整個(gè)機(jī)架的負(fù)荷（175瓦），正常工作條件時(shí)，所需功率由兩個(gè)電源分擔(dān)，即每一電源提供系統(tǒng)電力的50％，當(dāng)一個(gè)電源壞掉的時(shí)候另外一個(gè)電源承擔(dān)整個(gè)機(jī)架的供電。三重冗余主處理器，型號(hào)3008緊挨著電源模塊，每個(gè)模件控制系統(tǒng)的獨(dú)立的一支，并與其它兩個(gè)主處理器并行工作，三個(gè)主處理器之間的數(shù)據(jù)通信通過TRIBUS總線傳輸。4119EICM通訊卡，用來與DCS通訊，4329NCM通訊卡用來和交換機(jī)連接、然后通過網(wǎng)線與工程師站上位機(jī)連接供儀表人員操作。TRICON系統(tǒng)的模件由裝在一金屬骨架內(nèi)的電子元件構(gòu)成，可就地更換。每個(gè)模件有一個(gè)保護(hù)蓋，當(dāng)模件從機(jī)架上取下來時(shí)，也不會(huì)暴露。各模件上的“鍵”又可以避免模件被插入到錯(cuò)誤的槽內(nèi)。Tricon模件支持?jǐn)?shù)字的和模擬的輸入與輸出點(diǎn)，不同的模件有不同的表決方式、在DI組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入表決 3-2-1、在 DO 組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出表決 3-2-0、在AO組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)模擬量輸出選擇表決，選擇中值、在AI組件內(nèi)實(shí)現(xiàn)模擬量輸入選擇表決，選擇中值，當(dāng)AI、AO有一個(gè)壞值就會(huì)輸出平均值，兩個(gè)壞值就輸出剩下的好值。

3　系統(tǒng)維護(hù)

3.1硬件維護(hù)

1)不可以從機(jī)架上拔出任何“active” 的卡件！?。∫?yàn)楫?dāng)正常開車情況下，IO卡被拔出會(huì)造成全部點(diǎn)變成“0”，如果MP被拔出安全等級(jí)會(huì)降低。

2)當(dāng)某個(gè)I/O卡件故障需在線更換時(shí)，更換前需檢查卡件上所有的針是直的平行的，無斷損無歪斜。

3)正常開車情況下在用的卡件的固定螺絲保證緊固不要松開。

4)系統(tǒng)存在多個(gè)故障，其中包含了MP或I/O卡的故障，要記住首先要解決MP再解決I/O卡件故障。

5)如果需要拔出熱備的卡件，要保證在正點(diǎn)過了10分鐘后，也不要靠近正點(diǎn)，因?yàn)樵谡c(diǎn)時(shí)刻主備卡件進(jìn)行自動(dòng)切換，如果整點(diǎn)拔出卡件容易造成裝置停車。

3.2軟件維護(hù)

1)在線運(yùn)行時(shí)信號(hào)的應(yīng)急處理：a)正常生產(chǎn)時(shí)有特殊情況發(fā)生需要強(qiáng)制操作，如現(xiàn)場(chǎng)一次儀表需處理，應(yīng)履行相關(guān)手續(xù)，填寫聯(lián)鎖摘除申請(qǐng)單，對(duì)此次操作進(jìn)行相關(guān)記錄；b)具有相關(guān)資質(zhì)的工程師進(jìn)入工程師站，用具有相關(guān)級(jí)別權(quán)限的登錄名打開1131程序；c)分析此信號(hào)產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)鎖都用在哪些邏輯中，可使用“全部搜索功能”找出程序中所有使用該變量的邏輯一一檢查核實(shí)！d)為方便處理完故障后恢復(fù)此信號(hào)的聯(lián)鎖功能，建議對(duì)AI信號(hào)強(qiáng)制實(shí)型的變量，這樣可以在解除強(qiáng)制信號(hào)前看到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入系統(tǒng)的實(shí)際值。

2)裝置在正常開車情況下只允許部分下裝不允許整體下裝，如若整體下裝需等到停車時(shí)再做整體下裝。暫停按鈕和HALT按鈕在開車情況下嚴(yán)禁使用，否則會(huì)導(dǎo)致控制器停止運(yùn)行，所有輸出點(diǎn)變?yōu)椋骸?”。

4　日常巡檢注意事項(xiàng)

我們可以通過診斷軟件觀察各個(gè)模件的運(yùn)行狀況，也可以通過模件面板上的指示燈判斷模件運(yùn)行狀態(tài)。每個(gè)班要檢查所有的電源、機(jī)架卡件的指示燈，目測(cè)檢查接地螺絲的狀況 ，檢查電源風(fēng)扇，機(jī)柜風(fēng)扇的狀態(tài) 、照明、檢查機(jī)柜內(nèi)各部位的溫度，檢查環(huán)境溫度及振動(dòng)等。如發(fā)現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)要及時(shí)處理以防引起停車。

5　故障處理

故障一般分為兩種，一種是一般故障；不會(huì)引起停車，在線可以處理此故障。第二種為嚴(yán)重故障；能夠引起工藝或設(shè)備停車，或者同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)以上的卡件故障。

當(dāng)一般故障發(fā)生時(shí)，儀表人員通過診斷軟件收集故障信息，然后由廠家判斷故障原因。更換故障卡件時(shí)要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，保證硬件版本號(hào)一致。如果發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致停車，要及時(shí)聯(lián)系廠家人員到現(xiàn)場(chǎng)查明原因，消除隱患防止以后類似情況發(fā)生。

1)系統(tǒng)溫度高報(bào)警：電源模塊上的TEMP報(bào)警燈會(huì)亮，此時(shí)儀表人員要仔細(xì)檢查環(huán)境溫度，檢查風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)。以及各模件運(yùn)行狀態(tài)。

2)冗余電源中的一路電源故障：電源Pass燈會(huì)滅，如果是電源輸入故障，修復(fù)輸入電源；如果是卡件故障了或電源輸入丟失則更換電源模件，當(dāng)電源故障時(shí)對(duì)應(yīng)的繼電器會(huì)滅，上位機(jī)會(huì)顯示電源報(bào)警。

3)卡件報(bào)警：目前煤制氫都用的是單卡，如果卡件報(bào)警，我們需把新卡件插入熱備卡槽內(nèi)，待檢測(cè)完成后方可拔出壞卡（注意事項(xiàng)：不要在整點(diǎn)插拔卡件）。

4)通訊故障：如出現(xiàn)通訊故障要及時(shí)檢測(cè)通訊卡夾、通訊線以及接頭的好壞。

5)控制系統(tǒng)停止運(yùn)行：控制系統(tǒng)全部失電，事故原因分析:程序a)停止運(yùn)行。b)三個(gè)控制器同時(shí)故障不工作。c)兩路電源同時(shí)失電。以上原因都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)完全停電，各控制閥輸出回零，現(xiàn)場(chǎng)電磁閥都不能動(dòng)作，最終停車。

6　結(jié)語

自2008年公司開車，煤制氫裝置就遇到了一系列的難題，面對(duì)出現(xiàn)的問題，公司領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員尋找問題根源，并加以解決。公司目前擁有的煤直接液化生產(chǎn)線是全世界第一套商業(yè)化運(yùn)行生產(chǎn)線，是國家十五重點(diǎn)項(xiàng)目之一，是涉及國家能源戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略以及神華自身發(fā)展戰(zhàn)略的重大項(xiàng)目，是一種先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)，是解決我國石油供應(yīng)的一條重要途徑。

隨著我國工業(yè)發(fā)展程度的推進(jìn)，對(duì)于能源資源的需求量也在不斷增加，而我國發(fā)展是一條以資源換取發(fā)展的道路，我國的能源在不斷消耗中。本文通過以神華鄂爾多斯煤制油分公司煤制氫為例子，介紹了Tricon系統(tǒng)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用以及存在的風(fēng)險(xiǎn)。隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，全球的石油、天然氣等能源的用量也在不斷增加，消耗量日漸增加，將會(huì)出現(xiàn)某些資源能源短缺的現(xiàn)象。眾多國家都靠從國外進(jìn)口相關(guān)能源來解決國內(nèi)的能源問題，煤炭的儲(chǔ)藏量相對(duì)要比較高，使用量也不高，同時(shí)發(fā)掘方面投入少，通過將煤轉(zhuǎn)化為人們所需要的各種石化能源。煤炭作為世界上的第一大能源，同時(shí)，在環(huán)保方面，煤炭氣化也是一種極為有效的潔凈煤利用技術(shù)。通過合理地對(duì)于煤炭資源的運(yùn)用，可以從中得到不可合成的化學(xué)品，以代替我國現(xiàn)行發(fā)展中所消耗的能源，例如石油氫氣等。

參考文獻(xiàn)

[1]Tricon 硬件安裝手冊(cè)培訓(xùn)教材.

[2]呂作青.Tristation 1131配置及應(yīng)用.