多晶硅廠DCS失電故障原因分析及應(yīng)對(duì)措施

張玉泉

摘 要：DCS系統(tǒng)對(duì)多晶硅廠穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)起著非常重要的作用，但有時(shí)DCS系統(tǒng)的故障發(fā)生也給多晶硅生產(chǎn)帶來一些問題甚至造成重大損失，比如DCS的失電故障，造成管道設(shè)備的局部或全部停車，錯(cuò)誤的處理還會(huì)給設(shè)備造成損壞，帶來二次損害，甚至對(duì)操作人員帶來傷害，嚴(yán)重情況可能對(duì)工廠帶來巨大的危害。所以我們根據(jù)DCS常見失電故障原因進(jìn)行了分析，提出了DCS的配電方式和對(duì)不間斷供電電源UPS的工作電源、旁路電源、直流電源、均設(shè)置失電報(bào)警功能等措施。

關(guān)鍵詞：多晶硅；DCS；失電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.213

0 引言

多晶硅廠的反應(yīng)器及相關(guān)管道設(shè)備的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行并生產(chǎn)出合格多晶硅的必要條件就是需要一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定可靠的DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)中最重要也最容易出現(xiàn)問題的有2個(gè)方面：接地和電源。由于接地和電源方面對(duì)DCS系統(tǒng)能否持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。根據(jù)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)和廠家的要求，給DCS供電的電源是由市電先經(jīng)過UPS穩(wěn)壓送出后到達(dá)DCS電源柜，當(dāng)發(fā)生市電中斷或過度失壓時(shí)，UPS能夠在10ms內(nèi)開始給DCS系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)供電約為1小時(shí)，保證DCS系統(tǒng)能夠正常工作，同時(shí)也能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的儀表進(jìn)行供電?？墒且?yàn)樵O(shè)計(jì)和硬件集成時(shí)可能存在一些問題，或者UPS設(shè)備本身質(zhì)量問題等，使多晶硅廠在正常生產(chǎn)中因DCS失電故障造成緊急停車，給工廠造成很大損失。

1 DCS失電故障原因

（1）DCS電源柜分路失電。DCS電源柜中的一路出線開關(guān)跳開，導(dǎo)致DCS機(jī)柜中部分的元件失電，系統(tǒng)部分儀表參數(shù)反饋不正常，控制閥FO開啟，F(xiàn)C關(guān)閉。比如：反應(yīng)器冷卻水換熱前52℃的溫度無顯示，換熱旁路閥門關(guān)閉，換熱后去反應(yīng)器的43℃上水溫度無顯示，換熱器出口端閥門打開，導(dǎo)致反應(yīng)器冷卻水溫度過高而造成反應(yīng)器全部停爐。經(jīng)過檢修人員進(jìn)行檢查并沒有找到短路或者接地的情況發(fā)生，閉合后系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

出線開關(guān)跳閘的原因一般是線路過載、線路短路或有接地發(fā)生，只要任何一個(gè)分支線路接地而分支保護(hù)沒有及時(shí)動(dòng)作（例如熔斷器），就可能導(dǎo)致總開關(guān)過載跳開，因此需要仔細(xì)核查從總節(jié)點(diǎn)到分支節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)接線是否正確，絕緣是否良好。

認(rèn)真研究DCS系統(tǒng)的電源柜的系統(tǒng)接線圖，發(fā)現(xiàn)DCS廠家設(shè)計(jì)的總電源是雙路冗余電源，而所有的分支出線電源都是單路，任何分支單電源發(fā)生接地或者短路，分路的空氣開關(guān)就會(huì)自動(dòng)跳閘，DCS系統(tǒng)部分就失去控制。

（2）UPS發(fā)生故障國。反應(yīng)器正常運(yùn)行過程中，UPS發(fā)生故障，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)失電，DCS電源柜全部原件失電，現(xiàn)場(chǎng)所有自動(dòng)閥處于事故安全狀態(tài)，控制閥FO閥自動(dòng)打開，控制閥FC自動(dòng)關(guān)閉。一般規(guī)定，UPS切換時(shí)間為10 ms，DCS 系統(tǒng)要求小于20 ms。這說明UPS 發(fā)生故障重啟時(shí)的輸出切換時(shí)間超過了DCS系統(tǒng)要求。分析故障原因，主要是UPS 的本身問題。廠家對(duì)UPS系統(tǒng)做了全面檢查測(cè)試并更換了控制電路板。完成控制電路板更換和控制軟件的升級(jí)之后，對(duì)UPS的做了性能驗(yàn)收測(cè)試。通過測(cè)試軟件，模擬UPS發(fā)生故障，觀察是否自動(dòng)旁路；摘除UPS逆變器的熔斷器，使UPS 處在旁路工作狀態(tài)，重啟UPS，利用示波器觀察UPS的輸出波形，觀看有無中斷的現(xiàn)象。

2 DCS失電的應(yīng)對(duì)

由于現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自動(dòng)化程度的不斷提高，導(dǎo)致DCS系統(tǒng)越來與復(fù)雜。DCS 系統(tǒng)失電的故障情況也越來越多。為了防止處理不當(dāng)而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大，需要制定切實(shí)可行的DCS 失電的應(yīng)急處理預(yù)案措施，并定期預(yù)演和不斷改進(jìn)完善。

2.1 電源冗余設(shè)計(jì)

DCS系統(tǒng)應(yīng)該可靠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在進(jìn)行電源容量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證電源容量，并進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，一用一備。在DCS 系統(tǒng)正常工作時(shí)，冗余模塊則通過充電以實(shí)現(xiàn)備用。如此在DCS 正常電源系統(tǒng)失電情況下，備用電源可繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)供電，確保DCS 系統(tǒng)不失電，以提高系統(tǒng)的可靠性。

2.2 系統(tǒng)的優(yōu)化

在進(jìn)行DCS 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮電源系統(tǒng)自動(dòng)化水平，充分實(shí)現(xiàn)供電的質(zhì)量監(jiān)控和遠(yuǎn)程報(bào)警，采用適當(dāng)?shù)拇胧┤缜穳盒盘?hào)報(bào)警和保護(hù)切換等方式降低故障的發(fā)生率。在選擇UPS 電源設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮到UPS 輸出的電能應(yīng)能滿足系統(tǒng)供電電壓要求。多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行要求高，停車損失大，因此盡量以雙路UPS 電源配置為主。另外應(yīng)考慮技術(shù)先進(jìn)的在線式UPS 電源設(shè)備。當(dāng)UPS 的供電電源（包括旁路）失電時(shí)，UPS 能夠使用本身自帶的蓄電池為系統(tǒng)繼續(xù)提供一定時(shí)間的供電，保證系統(tǒng)的正常工作，從而實(shí)現(xiàn)爭(zhēng)取應(yīng)急處理時(shí)間。

2.3 對(duì)DCS 電氣部分的管理

應(yīng)從公司層面重視DCS 系統(tǒng)管理工作，在進(jìn)行DCS 系統(tǒng)管理時(shí)，應(yīng)制定詳細(xì)可行的運(yùn)維管理制度和細(xì)則，落實(shí)好點(diǎn)巡檢，從而能夠及時(shí)找出系統(tǒng)中存在的安全隱患問題，將故障造成的損壞程度降到最低。此外，要做好對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)工作，對(duì)關(guān)鍵的設(shè)備或部件如UPS 電源系統(tǒng)、繼電保護(hù)設(shè)備等應(yīng)定期檢測(cè)和維護(hù)，對(duì)備用電源要定期切換試驗(yàn)，從根本上降低DCS系統(tǒng)失電發(fā)生率，提高系統(tǒng)的可靠性。最后，制定完善的應(yīng)急處理預(yù)案并定期進(jìn)行演練，針對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的不同安全和故障問題，有效應(yīng)對(duì)，并應(yīng)根據(jù)其造成的后果嚴(yán)重程度排定處理次序，從而降低故障影響。

3 結(jié)語

DCS 失電故障的預(yù)防和處理， 關(guān)系著整個(gè)多晶硅生產(chǎn)裝置的安全可靠運(yùn)行。雖然DCS系統(tǒng)對(duì)多晶硅廠穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)起著非常大的作用，但是，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)失電故障，很可能造成給我們的工廠導(dǎo)致嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)損失。因此，我們必須從管理、技術(shù)著手，確實(shí)確保DCS的供電的可靠性。一旦發(fā)生失電，我們必須全面排查，認(rèn)真分析，找到引起故障的根本原因。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和改造， 消除這些隱患；制定可行的預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案，提前發(fā)現(xiàn)進(jìn)行預(yù)防，一旦發(fā)生能夠正確處理應(yīng)對(duì)，從而更可靠地保障裝置的安全運(yùn)行。

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