防爆區(qū)域控制柜的電源改進(jìn)

楊文戈

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煉化公司，陜西 延安 727406）

0 引 言

石化企業(yè)裝置生產(chǎn)中，安裝在防爆區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)控制柜大多采用正壓通風(fēng)防爆，即給密封的控制柜充一定壓力的氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，阻止易燃易爆氣體進(jìn)入。當(dāng)柜內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，聯(lián)鎖裝置立即切斷電源，以防止電氣火花點(diǎn)燃進(jìn)入柜內(nèi)的易燃易爆氣體[1]。然而，實(shí)際應(yīng)用中，由于多種因素影響，防爆自動(dòng)控制柜運(yùn)行可靠性降低，影響了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 存在的問題

某LNG廠冷劑壓縮機(jī)儀表控制柜采用正壓通風(fēng)型防爆控制柜，并安裝在裝置現(xiàn)場(chǎng)。2017年，陸續(xù)發(fā)生了幾起儀表控制柜電源斷電事故，造成冷劑壓縮機(jī)停機(jī)、裝置停工。事故發(fā)生后，分析斷電原因，檢查市電、UPS電源等，均未發(fā)現(xiàn)問題。經(jīng)過多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，如果電源電壓稍有波動(dòng)，就會(huì)造成斷電。同時(shí)，對(duì)控制柜內(nèi)接觸器線圈做吸合釋放測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)控制電壓低于200 V時(shí)接觸器釋放，初步斷定接觸器線圈釋放電壓過高導(dǎo)致系統(tǒng)斷電。因此，只需更換原控制柜內(nèi)接觸器后即可消除故障。

2 控制柜供電系統(tǒng)分析

該控制柜由兩路電源供電，一路220 VAC市電取自低壓配電室，一路220 VAC UPS電源取自UPS電源柜。改造前，控制柜供電系統(tǒng)框圖如圖1所示。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，如果供電系統(tǒng)存在以下缺陷，可能會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)控制系統(tǒng)斷電，壓縮機(jī)停車。

通過分析控制柜供電系統(tǒng)并結(jié)合圖1可知：

（1）該控制柜電源系統(tǒng)由兩部分組成，一路220 VAC市電給控制單元（一）供電，另一路是220 VAC UPS電源給控制單元（二）供電，且市電供電受外界影響較大，可靠性相對(duì)較低，容易引起部分控制電源掉電。

圖1 控制柜供電系統(tǒng)

（2）通入控制柜內(nèi)的氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w由于系統(tǒng)管網(wǎng)壓力變化或控制柜密封不好，容易引起壓力波動(dòng)。如果壓力低于設(shè)定值，易造成柜內(nèi)氣體壓力低聯(lián)鎖，控制系統(tǒng)供電中斷。

（3）控制柜安裝在室外，易受環(huán)境影響。尤其在夏季，外界環(huán)境溫度高，控制柜內(nèi)的溫度隨之增高，而溫度過高會(huì)導(dǎo)致PLC主處理器報(bào)警，影響控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（4）控制柜內(nèi)所采用的空開、接觸器、繼電器等電氣元件的性能、質(zhì)量、可靠性不高，可能會(huì)由于電器元件故障或誤動(dòng)引起控制系統(tǒng)供電中斷。

（5）UPS發(fā)生故障。一路控制電源掉電，導(dǎo)致控制系統(tǒng)失電，壓縮機(jī)組停機(jī)，所有工藝參數(shù)無法上傳，且主控室操作人員不能第一時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)工況和實(shí)施后續(xù)操作。

這些因素的存在降低了系統(tǒng)供電的可靠性。此外，石化裝置連續(xù)生產(chǎn)的特性和故障停機(jī)等會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此需要改進(jìn)該控制柜電源，提高運(yùn)行可靠性。

3 控制柜供電系統(tǒng)改造措施

控制柜內(nèi)原有兩路電源供電，一路是220 VAC市電，一路是220 VAC UPS供電。改造成兩路220 VAC UPS電源供電，并增加雙路快速切換開關(guān)，提高系統(tǒng)供電可靠性，減少電源因素的影響。改造后，控制柜供電系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 改造后控制柜供電系統(tǒng)

當(dāng)柜內(nèi)氣體出現(xiàn)壓力波動(dòng)且低于設(shè)定值時(shí)，增加延時(shí)聯(lián)鎖并報(bào)警，以便操作人員檢查進(jìn)氣壓力、箱體密封、壓力表等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。控制柜安裝位置應(yīng)在避免陽光直射和通風(fēng)良好的地點(diǎn)，或者控制柜搭設(shè)防雨遮陽棚加裝空調(diào)。如果條件允許，可將控制柜移至非防爆區(qū)，也可以使用普通控制柜，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)增加急停按鈕，徹底消除現(xiàn)場(chǎng)正壓柜由于氣源壓力不穩(wěn)定導(dǎo)致的斷電和現(xiàn)場(chǎng)控制柜由于陽光直射導(dǎo)致溫度過高的隱患。將控制柜內(nèi)空開、接觸器、繼電器等電氣元件更換為質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，尤其是接觸器，要選擇線圈保持電壓范圍寬的產(chǎn)品，定期檢查、校驗(yàn)元器件保護(hù)定值。此外，接觸器要測(cè)試線圈的吸合、釋放電壓。按照相關(guān)規(guī)程及要求，定期預(yù)防性維護(hù)和檢修UPS本體，對(duì)蓄電池定期充、放電，確保電池活性。另外，操作人員要加強(qiáng)巡視，檢查UPS兩路電源電壓、蓄電池電壓是否正常，UPS有無故障及報(bào)警信息，確保UPS運(yùn)行狀態(tài)完好。

4 改造實(shí)施及效果

經(jīng)過多次討論改造方案，2018年裝置大檢修期間，某LNG廠改造了冷劑壓縮機(jī)儀表控制柜電源。

（1）將原控制柜內(nèi)兩路電源全部改為220 VAC UPS供電，并增加雙路快速切換開關(guān)，為控制系統(tǒng)設(shè)備提供冗余電源。此外，兩路220V AC UPS電源為控制系統(tǒng)提供電源，一路主電源，一路副電源。如果主電源失效，電源自動(dòng)切換控制器將自動(dòng)切換至副電源，從而保障控制系統(tǒng)不間斷供電，提高供電可靠性。

（2）重新設(shè)定控制柜內(nèi)氣體壓力低報(bào)警、聯(lián)鎖值，設(shè)定為氣體壓力低報(bào)警值和壓力低低聯(lián)鎖值。當(dāng)控制柜內(nèi)氣體壓力低報(bào)警時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)增加聲光報(bào)警，以提醒操作人員檢查控制柜。當(dāng)控制柜內(nèi)氣體壓力達(dá)到低聯(lián)鎖值時(shí)，考慮到壓力低和環(huán)境中的氣體短時(shí)間內(nèi)不能進(jìn)入控制柜，需增加延時(shí)聯(lián)鎖，為操作人員爭(zhēng)取更多的時(shí)間處理故障，避免停機(jī)。

（3）因?yàn)榭刂乒癜惭b在現(xiàn)場(chǎng)，所以2017年夏季曾經(jīng)發(fā)生由于PLC溫度過高導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障的問題。利用本次改造機(jī)會(huì)，在原控制柜頂部增加防雨遮陽棚，另外在控制柜內(nèi)增加小型工業(yè)空調(diào)，防止夏季溫度過高導(dǎo)致PLC主處理器工作異常。

（4）由于原控制柜內(nèi)空開、接觸器、繼電器等電氣元件使用時(shí)間長(zhǎng)，且經(jīng)常出現(xiàn)偶發(fā)故障，本次檢修應(yīng)全部更換控制柜內(nèi)的電氣元件，將其更換為生產(chǎn)工藝先進(jìn)、電氣性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠的品牌產(chǎn)品，以增加元器件的可靠性，避免由于電氣元器件故障導(dǎo)致控制系統(tǒng)掉電。

（5）現(xiàn)場(chǎng)HIM（人機(jī)界面）操作員控制和監(jiān)控屏柜內(nèi)增加恒溫電伴熱，確?？刂破撂幱谡５墓ぷ鳒囟?，同時(shí)防止冬季溫度過低，控制屏顯示異?；蛩罊C(jī)現(xiàn)象；

（6）預(yù)防性維護(hù)和檢修冷劑壓縮機(jī)控制室UPS。本次檢修需嚴(yán)格按照梅蘭日蘭UPS預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃表進(jìn)行。根據(jù)UPS的運(yùn)行時(shí)間，本次檢修更換了UPS濾波電容、電解電容、散熱風(fēng)扇等元件，并更換了UPS蓄電池。另外，測(cè)試UPS整流單元、逆變單元及其他元件，并帶電測(cè)試UPS運(yùn)行性能，檢修UPS是否達(dá)到了良好的運(yùn)行狀態(tài)。

通過以上改造，壓縮機(jī)儀表控制柜運(yùn)行至目前，未出現(xiàn)控制電源掉電和控制系統(tǒng)故障，提高了供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保證了冷劑壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

5 結(jié) 論

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，改造后的電源系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠，避免了壓縮機(jī)由于控制系統(tǒng)掉電而導(dǎo)致停車，保證裝置安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。