催化主風(fēng)機(jī)防喘振誤動(dòng)作原因分析與解決方案

李忠博

（中國(guó)石油錦州石化公司，遼寧錦州121000）

重油催化裝置主風(fēng)機(jī)組是供給再生系統(tǒng)燒焦主風(fēng)及煙氣能量回收的重要設(shè)備，機(jī)組運(yùn)行、控制和保護(hù)與裝置的安全、效益息息相關(guān)［1］。主風(fēng)機(jī)易受喘振的傷害，嚴(yán)重時(shí)喘振會(huì)發(fā)展為逆流而造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，所以主風(fēng)機(jī)的防喘振控制技術(shù)成為機(jī)組控制保護(hù)的研究重點(diǎn)［2］。如果防喘振控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致催化再生器主風(fēng)量大幅波動(dòng)，造成催化劑在反應(yīng)器—再生器系統(tǒng)內(nèi)流化異常，嚴(yán)重影響工藝條件，甚至導(dǎo)致裝置停產(chǎn)。

1 防喘振控制系統(tǒng)

某石化公司催化裝置主風(fēng)機(jī)組是由煙氣輪機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)同軸連接而成。ITCC機(jī)組控制系統(tǒng)采用美國(guó)TRICONEX公司的TS3000系統(tǒng)，硬件核心是基于3重模件冗余容錯(cuò)（TMR）結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)控制器，3個(gè)主處理器和I/O模件完全3重化，系統(tǒng)中所有I/O信號(hào)都要經(jīng)過硬件的“3取2”表決，系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性［3，4］。

TRICONEX公司的TS3000系統(tǒng)壓縮機(jī)防喘振控制采用專用的控制功能模塊，用于壓縮機(jī)喘振曲線的繪制，壓縮機(jī)操作點(diǎn)的計(jì)算、壓縮機(jī)安全裕度的計(jì)算與調(diào)整［5］?？刂破鞲鶕?jù)主風(fēng)機(jī)入口喉部差壓和出口壓力共2個(gè)參數(shù)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)防喘振控制算法進(jìn)行主風(fēng)機(jī)防喘振控制，使機(jī)組具有最大的運(yùn)行空間，在保證機(jī)組安全運(yùn)行前提下提高運(yùn)行效率。而且這種方法不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)氣溫度、壓力、分子量等參數(shù)的變化而對(duì)防喘振控制產(chǎn)生影響。

TS3000系統(tǒng)防喘振技術(shù)的基本功能：

（1）如果由于某種原因而發(fā)生喘振，喘振安全邊界會(huì)自動(dòng)重新調(diào)整。

（2）工作點(diǎn)突然移向喘振區(qū)，設(shè)定點(diǎn)徘徊功能將打開放空閥。

（3）控制器有適配增益和快開、慢關(guān)功能。

（4）使用軟或硬手動(dòng)控制功能有助于安裝、故障檢測(cè)與測(cè)試。

（5）當(dāng)工作點(diǎn)接近喘振線時(shí)，閥門預(yù)置特性打開放空閥泄壓進(jìn)行調(diào)整。

（6）若聯(lián)鎖停車，用開關(guān)量信號(hào)打開放空閥。

在防喘振畫面坐標(biāo)系里有機(jī)組工作點(diǎn)位置，工作點(diǎn)狀態(tài)和3條折線的顯示。

坐標(biāo)系橫坐標(biāo)：2個(gè)喉部差壓PdT-1405A和PdT-1405B（量程0-22kPa）高選后的量程百分比。

坐標(biāo)系縱坐標(biāo)：2個(gè)出口壓力PT-1406A和PT-1406B（量程0-400kPa）高選后的量程百分比。

防喘振調(diào)節(jié)方式：有手動(dòng)、自動(dòng)2種方式。手動(dòng)方式：手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，閥門開度不受控制器輸出影響，僅當(dāng)主風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖或安全運(yùn)行時(shí)，閥門開度強(qiáng)制100%開閥。自動(dòng)方式：工作點(diǎn)進(jìn)入實(shí)際防喘振線左邊，在自動(dòng)位置時(shí)，PID自動(dòng)調(diào)節(jié)開閥。工作點(diǎn)進(jìn)入實(shí)際防喘振線右邊，在自動(dòng)位置時(shí)，PID自動(dòng)調(diào)節(jié)關(guān)閥。無論上述哪種操作方式防喘振閥都具有快開慢關(guān)特性。3催化3機(jī)組防喘振閥為2個(gè)閥門，分程控制器開度0～50%對(duì)應(yīng)FIC1401A的開度0～100%；控制器開度50%～100%對(duì)應(yīng)FIC1401B的開度0～100%。

3 事故經(jīng)過與原因分析

3.1 事故經(jīng)過

2018年1月24日7點(diǎn)04分，主風(fēng)機(jī)出口壓力PT-1406A由正常壓力274.4 kPa緩慢升高，7點(diǎn)27分升高至327 kPa，而入口喉部差壓PdT-1405A/B一直為10.5 kPa無變化，此時(shí)主風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)，由于防喘振控制回路一直投用為自動(dòng)狀態(tài)，因此，放空閥FV-1401A和FV-1401B依次打開，1再、2再主風(fēng)量隨即波動(dòng)，1再主風(fēng)量由正常值10.8×104Nm3/h，最低降為6.5×104Nm3/h。2再主風(fēng)量由3.3×104Nm3/h，最低降為2.8×104Nm3/h，觸發(fā)主風(fēng)流量低報(bào)警，到7點(diǎn)28分19秒FV-1401A全開，7點(diǎn)32分06秒FV-1401B全開。操作員立即與主操作室聯(lián)系，根據(jù)反應(yīng)用風(fēng)量及壓力關(guān)閉2臺(tái)放空閥的前后手閥。在此過程中，放空閥反復(fù)打開8次，根據(jù)控制邏輯每次又部分關(guān)回，主風(fēng)機(jī)出口壓力、出口流量頻繁大幅波動(dòng)，造成生產(chǎn)波動(dòng)。

3.2 原因分析

觀察歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，1月24日早7點(diǎn)04分到7點(diǎn)27分，主風(fēng)機(jī)出口壓力PT-1406A指示異常上升，而另1個(gè)具有獨(dú)立引壓的測(cè)量點(diǎn)PT-1406B一直比較平穩(wěn)，而防喘振邏輯為2取高，有1個(gè)測(cè)量點(diǎn)過高就會(huì)導(dǎo)致防喘振控制器判斷主風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)，在自動(dòng)狀態(tài)下就會(huì)指令放空閥打開。

發(fā)生故障時(shí)，主風(fēng)機(jī)出口壓力PT-1406A和PT-1406B指示不一致，首先檢查PT-1406A/B壓力變送器的儀表接線、安全柵及DCS通道，結(jié)果均正常。接著對(duì)PT-1406A變送器進(jìn)行排凝，發(fā)現(xiàn)沒有介質(zhì)排出，懷疑引壓管堵塞，然后將PT-1406A拆下，發(fā)現(xiàn)膜盒里有雜質(zhì)和冰碴，在不受壓的情況下儀表指示仍不回零，說明變送器膜盒已變形損壞。立即更換PT-1406A壓力變送器，并對(duì)2臺(tái)變送器的引壓管進(jìn)行充分排凝，回裝新變送器后2臺(tái)儀表均指示正常。

根據(jù)檢查結(jié)果分析得出事故原因有4點(diǎn)：

（1）主風(fēng)機(jī)儀表在防喘振控制邏輯中2取高方式存在不足。原設(shè)計(jì)出于對(duì)儀表斷線、虛接等故障會(huì)導(dǎo)致指示變小甚至回零的考慮，在防喘振邏輯中，對(duì)主風(fēng)機(jī)出口壓力和喉部差壓分別設(shè)置2臺(tái)測(cè)量?jī)x表，并做2取高邏輯后，再計(jì)算出機(jī)組的工作點(diǎn)。但是2取高邏輯不能解決儀表指示異常升高的問題，一旦其中1臺(tái)儀表因故障指示升高，使工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致防喘振誤動(dòng)作；

（2）由于主風(fēng)機(jī)防喘振控制方案采用的是TRICONEX公司動(dòng)態(tài)防喘振技術(shù)，防喘振線是由多條斜率不同的直線連接成的1條折線，將機(jī)組工作區(qū)劃分為喘振區(qū)和安全區(qū)，而主風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)位置由主風(fēng)機(jī)出口壓力（工作點(diǎn)縱坐標(biāo)）和喉部差壓（工作點(diǎn)橫坐標(biāo)）決定，無法對(duì)儀表測(cè)點(diǎn)設(shè)置常規(guī)的高/低報(bào)警，因此當(dāng)主風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)向喘振區(qū)移動(dòng)時(shí)，只能通過SIS系統(tǒng)運(yùn)算，自動(dòng)提前打開防喘振閥，來防止機(jī)組喘振。一旦防喘振閥打開，會(huì)對(duì)再生器主風(fēng)量產(chǎn)生影響，造成生產(chǎn)波動(dòng)。因此，目前缺乏對(duì)儀表測(cè)點(diǎn)設(shè)置合理的報(bào)警方式，以防止防喘振誤動(dòng)作的發(fā)生，降低對(duì)正常生產(chǎn)的影響；

（3）主風(fēng)機(jī)出口壓力測(cè)量點(diǎn)引壓管為水平方向引出，不符合《石油化工儀表工程施工技術(shù)規(guī)范》中第10.2.5條規(guī)定：“壓力測(cè)量宜選用直接取壓方式，測(cè)量液體壓力時(shí)取壓點(diǎn)宜高于變送器，測(cè)量氣體時(shí)則相反”，主風(fēng)機(jī)出口管線介質(zhì)為壓縮空氣，如果取壓點(diǎn)位置不低于變送器，易引起引壓管內(nèi)雜質(zhì)積累、介質(zhì)凍凝等問題。因此，變送器在安裝方式等方面存在問題和隱患；

（4）由于空氣經(jīng)過軸流機(jī)壓縮后水蒸氣飽和度增加，在壓力引出管處易冷凝積存，管線中的鐵銹在此堆積，冷凍后堵塞引壓管，甚至導(dǎo)致變送器膜盒變形，儀表指示異常。由于主風(fēng)機(jī)位于廠房?jī)?nèi)，因此儀表未進(jìn)行保溫，存在管理方面的問題。

4 解決方案

4.1 防喘振控制邏輯完善

原防喘振控制方案中，將主風(fēng)機(jī)入口流量(主風(fēng)機(jī)入口喉部壓差)和出口壓力，分別轉(zhuǎn)化為各自的量程百分比作為防喘振線的橫、縱坐標(biāo)，利用TS3000防喘振技術(shù)來計(jì)算機(jī)組當(dāng)前工作點(diǎn)，判斷是否發(fā)生喘振。主風(fēng)機(jī)出口壓力有2個(gè)有獨(dú)立引壓的測(cè)點(diǎn)，分別為PT-1406A和PT-1406B，安裝在主風(fēng)機(jī)出口管線垂直管段上。為了防止引壓管堵塞或儀表斷線導(dǎo)致儀表信號(hào)指示偏低，因此，在防喘振邏輯中，將主風(fēng)機(jī)出口壓力做2取高邏輯后，再進(jìn)行運(yùn)算作為防喘振點(diǎn)的縱坐標(biāo)。同理，主風(fēng)機(jī)入口喉部壓差PdT-1405A和PdT-1405B（非獨(dú)立引壓），做2取高邏輯后，再進(jìn)行運(yùn)算作為防喘振點(diǎn)的橫坐標(biāo)。這種方案雖然能避免儀表指示異常偏低，但是如果由于某種原因?qū)е缕渲?個(gè)儀表指示異常偏高（如儀表凍凝），則仍無法避免防喘振誤動(dòng)作，因此2取高邏輯存在一定隱患。

基于該問題，提出應(yīng)該用3取中邏輯代替2取高，得到儀表中間值后再進(jìn)行防喘振運(yùn)算。采用該方案時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需增加1個(gè)獨(dú)立測(cè)點(diǎn)，同時(shí)修改SIS組態(tài)。主風(fēng)機(jī)出口壓力的取壓點(diǎn)位于主風(fēng)機(jī)出口管線的垂直向上的直管段，可在管線的同一水平面上取3個(gè)獨(dú)立引壓，作為3取中邏輯的取壓點(diǎn)。對(duì)于主風(fēng)機(jī)入口喉部差壓，由于負(fù)壓是取在主風(fēng)機(jī)機(jī)殼上，正壓是主風(fēng)機(jī)入口管線上的引壓點(diǎn)，因此，負(fù)壓側(cè)不具備增加獨(dú)立測(cè)點(diǎn)的條件。

4.2 報(bào)警功能完善

為了實(shí)現(xiàn)防喘振動(dòng)作前預(yù)警，根據(jù)喘振現(xiàn)象分析，喘振發(fā)生前，入口流量或出口壓力變化明顯，導(dǎo)致工作點(diǎn)向喘振區(qū)移動(dòng)，因此提出設(shè)置喉部差壓的變化率報(bào)警。方法是在INTOUCH組態(tài)軟件中，打開標(biāo)記名字典，找到需要設(shè)置報(bào)警的標(biāo)記名，然后點(diǎn)擊“詳細(xì)和報(bào)警”，在“變化率”報(bào)警欄進(jìn)行勾選，并設(shè)置變化率報(bào)警值。這樣，當(dāng)喉部差壓有異常變化時(shí)，操作員可以提前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理。

4.3 變送器安裝方式完善

原變送器引壓為水平方向引出，空氣介質(zhì)容易在引出管處冷凝積存，管線中的鐵銹等雜質(zhì)也會(huì)在此堆積，在極端天氣時(shí)，有可能介質(zhì)凍凝后堵塞引壓管，導(dǎo)致儀表故障。因此，提出將變送器安裝方式改為向上短安裝，避免介質(zhì)的凝結(jié)和積存。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)管理完善

加強(qiáng)儀表保溫，按照敞開式廠房進(jìn)行防凍管理，為儀表配置伴熱，或者利用管路熱量進(jìn)行保溫。加強(qiáng)對(duì)參與聯(lián)鎖或者重要控制回路的儀表要加強(qiáng)巡檢，對(duì)儀表定期排凝，疏通引壓管及沖洗變送器膜盒，保證不發(fā)生凍凝、線路故障等問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）分析某石化公司催化裝置主風(fēng)機(jī)防喘振誤動(dòng)作的原因，指出防喘振邏輯中儀表2取高方式的不足，即不能避免儀表指示異常升高帶來的防喘振誤動(dòng)作問題；由于防喘振邏輯采用的是動(dòng)態(tài)防喘振技術(shù)，主風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)位置由主風(fēng)機(jī)出口壓力和喉部差壓共同決定，無法單獨(dú)對(duì)儀表測(cè)點(diǎn)設(shè)置常規(guī)的高/低報(bào)警；變送器引壓管水平安裝不符合儀表安裝規(guī)范，易導(dǎo)致引壓管內(nèi)積液；對(duì)于在封閉式廠房?jī)?nèi)的儀表，特別是參與聯(lián)鎖或者重要控制回路的儀表忽視了保溫伴熱問題。

（2）在機(jī)組防喘振邏輯中，將主風(fēng)機(jī)出口壓力由2取高方式改為3取中，提高防喘振邏輯的可靠性；將喉部差壓設(shè)置變化率報(bào)警功能，出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)提前報(bào)警；將變送器引壓由水平安裝改為向上短安裝，防止積液；對(duì)廠房?jī)?nèi)參與聯(lián)鎖和控制儀表加強(qiáng)保溫伴熱，消除凍凝隱患。整改完成后，主風(fēng)機(jī)防喘振系統(tǒng)至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常，未發(fā)生誤動(dòng)作情況。因此，以上措施為防止類似裝置防喘振誤動(dòng)作，提供了可行的預(yù)防措施。