煉化裝置大型機(jī)組報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置

朱 哲，王建軍

(中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728)

煉化企業(yè)大型機(jī)組是裝置正常運行的心臟，且大部分都沒有備機(jī)，如果因故障引發(fā)事故，損失將非常嚴(yán)重。出現(xiàn)故障時能夠及時報警直至自保停機(jī)，是保障機(jī)組安全非常重要的手段之一。大型機(jī)組能否穩(wěn)定運行，通常以振動、溫度、軸位移等監(jiān)測指標(biāo)判斷，通過監(jiān)測指標(biāo)的烈度設(shè)置報警和聯(lián)鎖停機(jī)。合理的聯(lián)鎖邏輯設(shè)置和硬件配置要求有較高的可靠性，報警和聯(lián)鎖的設(shè)置要對機(jī)組運行異常做出精準(zhǔn)判斷和適當(dāng)反應(yīng)，既要避免拒動，又要避免誤動。

1 大型機(jī)組聯(lián)鎖和報警存在的問題

當(dāng)前煉化企業(yè)大型機(jī)組普遍存在的主要問題是反復(fù)報警、漏報警、假報警現(xiàn)象。聯(lián)鎖誤動作成為制約大型機(jī)組長周期穩(wěn)定運行的因素之一。例如：2017年8月31日，某企業(yè)1號重整裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)30C1高位油罐液位低位報警，操作人員認(rèn)為是誤報，沒有重視,直接消除報警，未到現(xiàn)場檢查，41 min后高位油罐液位低低聯(lián)鎖動作，引發(fā)機(jī)組停機(jī)，重整裝置反應(yīng)系統(tǒng)切斷進(jìn)料。又例如：2018年2月24日，某企業(yè)連續(xù)重整裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)發(fā)生一起因報警設(shè)置不合理、聯(lián)鎖邏輯設(shè)置缺失導(dǎo)致的損壞事故(見圖1和圖2)。故障發(fā)生時，機(jī)組非驅(qū)動端干氣密封泄漏氣差壓突然大幅波動，壓縮機(jī)各振動值由正常的10～20 μm 同步快速上升至滿量程100 μm，并發(fā)出報警，機(jī)組產(chǎn)生巨大的振動和響聲，最終由于機(jī)械卡澀停機(jī)。期間機(jī)組報警及巨大雜音都沒有引起操作人員、巡檢人員注意，干氣密封停機(jī)聯(lián)鎖缺失，無法及時停機(jī)，導(dǎo)致機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。

圖1 損壞的干氣密封組件

圖2 損壞的軸承座

鑒于大型機(jī)組報警聯(lián)鎖設(shè)置的諸多問題，煉化企業(yè)優(yōu)化系統(tǒng)、完善大型機(jī)組的報警聯(lián)鎖設(shè)置就顯得十分重要。

2 合理設(shè)置大型機(jī)組報警和聯(lián)鎖邏輯的重要性

大型機(jī)組的報警、聯(lián)鎖系統(tǒng)能否合理設(shè)置，直接影響異常情況下機(jī)組的安全，是關(guān)系整個裝置能否正常平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。不同類型機(jī)組的報警和聯(lián)鎖設(shè)置要求不同，在設(shè)置報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)不同機(jī)組的固有特性與運行工況，以及“簡單、可靠、實用”的原則，使設(shè)備管理人員、操作人員在理解報警和聯(lián)鎖含義的基礎(chǔ)上采取正確的應(yīng)對措施，進(jìn)而提高大型機(jī)組運行的可靠性。

設(shè)置合理的聯(lián)鎖條件，可避免操作人員主觀判斷故障原因和決策故障的處理方法，避免在需要應(yīng)急處置時猶豫不決，甚至不敢處理，以至于錯過處理故障、實施保護(hù)的機(jī)會而造成重大事故。

多起工業(yè)事故均與報警管理不當(dāng)有直接關(guān)系。一些企業(yè)的機(jī)組管理人員認(rèn)為機(jī)組出廠時設(shè)置的報警條件不合理、無效報警頻繁； 還有一些企業(yè)，為了減少報警和聯(lián)鎖停機(jī)，隨意修改報警條件，隨意摘除聯(lián)鎖，留下重大隱患。目前常見的管理問題主要有操作臺工藝和設(shè)備報警信息混亂、 操作人員盲目抑制、 大型機(jī)組運行過程中的重要報警信息被忽視等。為了改變現(xiàn)狀， 必須對合理設(shè)置大型機(jī)組的報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置。

3 大型機(jī)組聯(lián)鎖設(shè)置的總體原則

大型機(jī)組報警和聯(lián)鎖的設(shè)置要以大型機(jī)組安全、可靠運行為導(dǎo)向，根據(jù)機(jī)組特點和工藝要求，合理設(shè)置機(jī)組報警和聯(lián)鎖裝置，準(zhǔn)確反映機(jī)組運行中出現(xiàn)的異常，及時發(fā)出報警信息或采取聯(lián)鎖停機(jī)措施【1】。報警和聯(lián)鎖設(shè)置應(yīng)滿足GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表設(shè)計規(guī)范》要求。

機(jī)組參與聯(lián)鎖的各項測量信號，如溫度、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等，首選“3取2”(見圖3)或 “2取2”方式聯(lián)鎖【2】，即設(shè)置3個測量信號中2個采集信號達(dá)到聯(lián)鎖設(shè)定值即聯(lián)鎖停機(jī)，或2個測量信號全部達(dá)到聯(lián)鎖值即聯(lián)鎖停機(jī)。不建議采用單點聯(lián)鎖設(shè)置，為防止“2取2”聯(lián)鎖拒動，可設(shè)置偏差報警。參與“3取2”或“2取2”聯(lián)鎖的輸入/輸出信號應(yīng)分配在不同的輸入/輸出卡件上【3】。所有參與報警、聯(lián)鎖的I/O信號應(yīng)有SOE記錄，通訊信號只能用于指示和報警，不應(yīng)用于聯(lián)鎖或控制。機(jī)組聯(lián)鎖應(yīng)設(shè)置“人工復(fù)位”按鈕，防止機(jī)組誤動。為判斷停機(jī)繼電器是否誤動作，還應(yīng)將停機(jī)繼電器狀態(tài)引入到DI卡監(jiān)控。

圖3 典型的“3取2”硬件結(jié)構(gòu)示意

4 壓縮機(jī)組報警聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)置的共性要求

機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置溫度高/低、壓力低報警。潤滑油壓力低報警時應(yīng)自啟動潤滑油備泵，采用雙潤滑油電泵的，還須在電氣控制柜設(shè)置電聯(lián)鎖。潤滑油應(yīng)設(shè)置總管油壓低低聯(lián)鎖，聯(lián)鎖應(yīng)采用“3取2”方式,可延時聯(lián)鎖。設(shè)置有事故油泵的潤滑油站，停主機(jī)時自啟動事故油泵，機(jī)組全部冷卻到常溫后手動停止事故油泵。潤滑油箱和高位油箱應(yīng)設(shè)置液位低報警。潤滑油過濾器應(yīng)設(shè)置壓差高報警。

密封油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置溫度高/低、壓力低報警。密封油壓力低報警時自啟動密封油備泵，采用雙密封油電泵的，還須在電氣控制柜設(shè)置當(dāng)主油泵停時自啟備用電泵的電氣聯(lián)鎖。密封油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置油氣壓差低報警、低低聯(lián)鎖；高位油罐宜設(shè)置液位高報、低報，用于自啟動油泵或低低聯(lián)鎖停機(jī)。密封油過濾器應(yīng)設(shè)置壓差高報警。

控制油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置壓力高/低報警?？刂朴蛪毫Φ蜁r自啟動油泵。速關(guān)油宜設(shè)置壓力低報警值、低低聯(lián)鎖。

機(jī)組每個徑向軸承部位應(yīng)安裝2個振動探頭(見圖4)，應(yīng)設(shè)置振動高報警、高高聯(lián)鎖。機(jī)組推力軸承應(yīng)安裝3個軸位移探頭(見圖5)，并設(shè)置軸位移高報警、高高“3取2”聯(lián)鎖【4】；對于只能安裝2個軸位移探頭的系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置軸位移“2取2”聯(lián)鎖。機(jī)組推力軸承主、副推力瓦以及徑向軸承設(shè)置雙點雙支測溫元件，軸承溫度應(yīng)設(shè)置高報警、高高報警，必要時設(shè)置聯(lián)鎖。機(jī)組應(yīng)設(shè)置鍵相位探頭。

圖4 徑向軸承振動探頭安裝示意

圖5 軸位移探頭安裝示意

離心壓縮機(jī)和軸流壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)置防喘振控制和保護(hù)【5】，并設(shè)置喘振報警。壓縮機(jī)在正常工況時，氣體進(jìn)入葉道的方向角基本上等于葉輪葉片的進(jìn)口安裝角，這時不會出現(xiàn)氣體附著面層脫離的現(xiàn)象；但流量減小到一定程度時，氣體進(jìn)入葉道的方向與葉片方向?qū)a(chǎn)生較大的偏角，在葉片的背面將形成渦流區(qū)，導(dǎo)致整個流道被堵塞，壓縮機(jī)出口的壓力低于管網(wǎng)壓力，從性能曲線上表現(xiàn)為壓縮機(jī)的性能曲線存在頂點【6】。這是離心式壓縮機(jī)的特性決定的。不同轉(zhuǎn)速下，頂點的連線形成了壓縮機(jī)的喘振線。為了使壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，必須使壓縮機(jī)工作在喘振線的右側(cè)(見圖6)，且遠(yuǎn)離喘振線。

圖6 壓縮機(jī)運行工況點與喘振線設(shè)置

5 不同類型機(jī)組報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)置特點

往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)置主軸承、填料函、吸氣、排氣溫度的高報警、高高報警，必要時設(shè)置聯(lián)鎖。機(jī)身應(yīng)設(shè)置振動高報警、高高聯(lián)鎖。活塞桿應(yīng)設(shè)置位移下沉高報警、高高報警。

軸流壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)置喉部差壓報警及聯(lián)鎖。持續(xù)逆流信號宜采用“3取2”聯(lián)鎖停主風(fēng)機(jī)組【7】。

汽輪機(jī)應(yīng)設(shè)置獨立的電子超速保護(hù)系統(tǒng)。電子超速保護(hù)聯(lián)鎖宜采用“3取2”或 “2取2”方式【8】。電子調(diào)速宜采用“3取中”或“2取高”方式。電子超速保護(hù)系統(tǒng)和電子調(diào)速系統(tǒng)具有自診斷功能，系統(tǒng)異常應(yīng)立即發(fā)出報警。入口蒸汽溫度應(yīng)設(shè)置低報警。凝汽式汽輪機(jī)應(yīng)設(shè)置排氣壓力高報警、高高聯(lián)鎖，聯(lián)鎖宜采用“3取2”方式；設(shè)置排氣溫度高報警。背壓式汽輪機(jī)應(yīng)設(shè)置排氣壓力高/低報警【9】。汽輪機(jī)熱井、集液箱應(yīng)分別設(shè)置雙液位測量系統(tǒng)，液位應(yīng)設(shè)置高/低報警、高高聯(lián)鎖及液位自動控制，復(fù)水泵設(shè)置液位高時自啟動。熱井、集液箱宜設(shè)置高溫報警。

煙氣輪機(jī)應(yīng)設(shè)置獨立的電子超速保護(hù)系統(tǒng)。電子超速保護(hù)聯(lián)鎖應(yīng)采用“3取2”方式。煙氣輪機(jī)軸振動設(shè)高報警、高高報警及手動停機(jī)，應(yīng)設(shè)置第3級高報、“2取2”聯(lián)鎖停機(jī)。煙氣輪機(jī)軸位移設(shè)高報警、高高報警及聯(lián)鎖停機(jī)。

電機(jī)定子溫度宜設(shè)置高報警、高高報警；每相定子線圈宜設(shè)置用于報警的雙支熱電阻。大型電機(jī)應(yīng)設(shè)置軸瓦溫度高報警、高高報警，必要時設(shè)置轉(zhuǎn)子軸振動高報警、高高報警。電機(jī)應(yīng)設(shè)置電流高報警、高高聯(lián)鎖。水空冷電機(jī)宜設(shè)置漏水開關(guān)報警。

6 大型機(jī)組聯(lián)鎖報警設(shè)置的其他要求

在現(xiàn)場的操作盤和控制室的輔操臺應(yīng)分別設(shè)置大型機(jī)組的緊急停車開關(guān)，并加防護(hù)罩。機(jī)組吸入罐液位宜設(shè)置高報警、高高聯(lián)鎖。根據(jù)機(jī)組特點和生產(chǎn)需要，設(shè)置壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力和溫度報警與聯(lián)鎖，級間冷卻器溫度、壓力及液位報警，必要時設(shè)置聯(lián)鎖。

7 結(jié)語

煉化裝置的大型機(jī)組數(shù)量眾多，人工實時監(jiān)控機(jī)組運行狀態(tài)效率低下，任何一臺機(jī)組的故障若不能及時發(fā)現(xiàn)，都有可能造成事故。設(shè)置合理的報警值以及完善、精準(zhǔn)的聯(lián)鎖，形成大型機(jī)組的報警聯(lián)鎖系統(tǒng)，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運行的同時，也可減少設(shè)備管理人員和操作人員查看機(jī)組運行參數(shù)的工作量。