關(guān)鍵機組溫度監(jiān)測回路的優(yōu)化改進

文/馬留云

化工裝置中關(guān)鍵機組溫度的監(jiān)測控制，分析確定機組的故障診斷提出優(yōu)化方法——本文以目前裝置在用機組采取的監(jiān)測方案為例，從EVA 裝置和PP 裝置采用的兩種不同類型的壓縮機入手，從包括測溫儀表的安裝、信號回路的構(gòu)成以及信號監(jiān)測控制系統(tǒng)在內(nèi)的3 個方面分析影響測量準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的因素，并針對性地提出優(yōu)化方法，為后期日常維護在安全穩(wěn)定和經(jīng)濟效益方面提供參考。

化工裝置中用于大型機組監(jiān)測的控制系統(tǒng)涉及很多參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、位移、振動、鍵相和溫度等，探頭將相關(guān)參數(shù)的物理信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓、電阻、電流信號，進入控制系統(tǒng)進行處理，對比系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)值，輸出處理后相對應(yīng)的報警、聯(lián)鎖，送至安全儀表系統(tǒng)從而實現(xiàn)表決后的緊急停機。顯然，被測參數(shù)的準(zhǔn)確性以及時效性對于機組的監(jiān)測保護尤為重要。

不同裝置在關(guān)鍵機組上采用的機組監(jiān)護控制方案有所不同，往往在對測量信號的監(jiān)測方面依靠區(qū)別于裝置主系統(tǒng)的機組自帶的小控制單元或者特殊控制系統(tǒng)來直接完成，這也就意味著信號監(jiān)測處理的環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

測量溫度的方法從感受溫度的途徑來分有兩類：一類是接觸式的，即通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度；另一類是非接觸式，即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。

離心式壓縮機的溫度監(jiān)測

PP 裝置一號反應(yīng)器的循環(huán)氣壓縮機采用神鋼供貨的單級、定速的離心式壓縮機，其中溫度監(jiān)測點包括軸頸軸承溫度（4 支）、推力軸承溫度（4 支）、主電動機軸承溫度（4支）和主電動機繞組溫度（V/W/U相，3 支）。監(jiān)測回路如圖1 所示。

圖1 離心式壓縮機現(xiàn)場監(jiān)測回路

離心式壓縮機監(jiān)測原理如下。現(xiàn)場測溫元件（Pt100 熱電阻）經(jīng)溫度信號以阻值形式經(jīng)隔離式安全柵進入本特利3500 溫度監(jiān)測器模塊（3500/61），本特利3500 機組保護系統(tǒng)對電阻信號進行監(jiān)測處理，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定值比較，通過2 塊繼電器模塊（3500/33）對上述信號處理后的開關(guān)量進行輸出至SIS 系統(tǒng)，實現(xiàn)機組的安全保護。

往復(fù)式壓縮機的溫度監(jiān)測

EVA 裝置一、二次機均采用布卡哈德供貨的往復(fù)式壓縮機，一次機的大端軸承溫度（6 支）、十字頭銷溫度（6 支），二次機的連桿曲軸銷溫度（8 支）、連桿十字頭銷溫度（16 支）。監(jiān)測回路如圖2 所示。

圖2 往復(fù)式壓縮機現(xiàn)場監(jiān)測回路

往復(fù)式壓縮機監(jiān)測原理如下。安裝在機組轉(zhuǎn)動部位上鉆取孔內(nèi)盡可能靠近受熱表面（例如軸瓦）的Sentry 溫度傳感器，在采用聲表面波（SAW）技術(shù)的Kongsberg 無線測溫系統(tǒng)中，通過兩根天線將低能量/高頻RF 脈沖傳輸給傳感器來實現(xiàn)勵磁，兩根天線一根固定，一根放在轉(zhuǎn)動部件上。當(dāng)兩根天線彼此相距約50mm 時，RF 脈沖會傳輸給傳感器，并且傳感器產(chǎn)生反射。系統(tǒng)使用短時高頻脈沖來詢問無源GBW 系列傳感器，傳感器的反射由4 個這樣的脈沖組成，其相對位置取決于傳感器元件的溫度。傳感器信號通過連接到固定天線的一根同軸電纜傳回信號處理單元（SPU），在信號處理單元（SPU）進行信號處理和采樣。此后，絕對溫度由SPU 中的微控制器計算，溫度信息作為CANOpen 或RS485信號或者4～20mA 輸出電流傳輸給發(fā)動機報警監(jiān)控系統(tǒng)。一個信號處理單元最多可連接20 個不同的傳感器，微控制器具有自動增益控制（AGC）功能，可以自動補償因各種裝置中的天線之間的距離變化等原因?qū)е碌南到y(tǒng)衰減變化。

Sentry GB200 是一種無線測溫系統(tǒng)，該技術(shù)使無源、無線傳感器成為可能，無需電池或電感系統(tǒng)供電的外部電源。完整的Sentry 無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)由5 個不同部件構(gòu)成：傳感器、固定天線、電纜接頭、同軸電纜和信號處理單元（即SPU）。傳感器安裝在發(fā)動機/機器內(nèi)部，對面位置是相應(yīng)的固定天線。電纜接頭可將同軸電纜穿過發(fā)動機/機器壁。具體布局取決于傳感器和固定天線的數(shù)量，使用觸發(fā)器也可以通過一根固定天線監(jiān)控多個傳感器。

溫度監(jiān)測回路的優(yōu)化改進

信號監(jiān)測系統(tǒng)方面的優(yōu)化改進

1.典型故障處理

離心式壓縮機的定子繞組溫度在DCS 系統(tǒng)內(nèi)顯示瞬間升高，已超過報警值，但SIS 系統(tǒng)內(nèi)無相關(guān)報警記錄，同時機組保護系統(tǒng)（本特利3500）機架也無報警。

檢查該溫度點所在回路，在測溫元件、電纜接線、隔離柵、溫度監(jiān)測卡件及對應(yīng)DCS 系統(tǒng)的modbus 通道，均未發(fā)現(xiàn)明顯故障。因此，在硬線回路與通信兩方面是否存在故障，目前無法確定，進而不能有效準(zhǔn)確地排除故障，保證機組平穩(wěn)運行。

同時，排查故障過程中發(fā)現(xiàn)部分參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在同一塊監(jiān)測模塊上，未實現(xiàn)冗余配置，存在安全隱患。

2.優(yōu)化改進方案

方案一：對比SIS 系統(tǒng)與本特利3500 系統(tǒng)安全性認證等級、掃描周期以及安全冗余配置，因此取消溫度測點進入3500 系統(tǒng)，現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng)進AI 卡件信號監(jiān)測處理，并組態(tài)相應(yīng)聯(lián)鎖邏輯，實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能，同時，實現(xiàn)對測點的歷史趨勢記錄及關(guān)鍵點的事件記錄。其中，參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在SIS 系統(tǒng)不同的AI 卡件通道；然后再由SIS 系統(tǒng)通過AO卡件輸出至DCS 系統(tǒng)，在DCS作相應(yīng)組態(tài)，實現(xiàn)顯示和記錄功能。離心式壓縮機優(yōu)化后監(jiān)測回路如圖3 所示。

圖3 離心式壓縮機信號監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化方案一

方案二：對比SIS 系統(tǒng)與本特利3500 系統(tǒng)安全性認證等級、掃描周期以及安全冗余配置，因此取消溫度測點進入3500 系統(tǒng)，現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng)進AI 卡件信號監(jiān)測處理，并組態(tài)相應(yīng)聯(lián)鎖邏輯，實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能，同時，實現(xiàn)對測點的歷史趨勢記錄及關(guān)鍵點的事件記錄。其中，參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在SIS 系統(tǒng)不同的AI 卡件通道；然后再由SIS 系統(tǒng)通過Modbus 通信至DCS 系統(tǒng)，在DCS 作相應(yīng)組態(tài)，實現(xiàn)顯示和部分功能。如圖4 所示。

圖4 離心式壓縮機信號監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化方案二

3.方案評價

此方案通過將現(xiàn)場信號采用硬線連接的方式進入主系統(tǒng)（DCS 系統(tǒng)或者SIS 系統(tǒng)），相對軟通信，可靠性更高。針對出現(xiàn)的故障，可有效監(jiān)控并提供判斷依據(jù)。同時，將現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng)，安全可靠性上有所提高；減少了中間環(huán)節(jié)，維護及故障處理效率有所提升。

信號監(jiān)測元件方面的優(yōu)化改進

1.典型故障處理

為配合設(shè)備檢修機組，在拆除軸瓦溫度測量元件時，若直接將熱阻與設(shè)備相連處拆開，則不用拆卸導(dǎo)線與葛蘭。拆裝速度快，但銅套受力易脫落；電纜受油污污染后絕緣外皮變硬，拆裝時易損壞。或者拆除導(dǎo)線與葛蘭后再拆除熱阻，雖然電纜不受力，但熱阻接線端子易損壞；葛蘭易損壞；銅套易脫落。而一旦熱電阻前端為增加接觸面積的銅套脫落，掉落在安裝孔內(nèi)，將帶來極大影響，甚至造成為尋找銅套將連桿解體。

經(jīng)分析，銅套與熱電阻采用導(dǎo)熱膠粘接，強度并不高，同時熱電阻與設(shè)備的連接方式造成在拆裝過程中熱電阻整體轉(zhuǎn)動，銅套會與設(shè)備開孔的內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，這是導(dǎo)致銅套脫落的重要因素，銅套上有摩擦產(chǎn)生的劃痕。并且，熱電阻的拆裝也易造成熱電阻、葛蘭和電纜的損壞。

2.優(yōu)化改進方案

廠家可將熱電阻的連接接頭改為活接頭，使用壓環(huán)固定熱阻，如圖5 所示。

圖5 信號監(jiān)測元件優(yōu)化改進方案

3.方案評價

此方案避免頻繁拆裝造成接線端子損壞、電纜損壞，同時一定程度上也可以減少銅套脫落的風(fēng)險。

信號監(jiān)測回路方面的優(yōu)化改進

1.典型故障處理

往復(fù)式壓縮機的十字頭溫度在DCS 系統(tǒng)內(nèi)顯示瞬間超上限后恢復(fù)正常，SIS 系統(tǒng)內(nèi)查看趨勢也顯示瞬間超上限后恢復(fù)正常。因此，可以排除DCS 系統(tǒng)側(cè)的Modbus 通信故障引起的數(shù)據(jù)異常，而應(yīng)是來自現(xiàn)場側(cè)的故障導(dǎo)致。

檢查該溫度點所在回路，測溫元件、SPU 單元和SIS 系統(tǒng)均未發(fā)現(xiàn)明顯故障，初步懷疑為同軸電纜中接頭松動導(dǎo)致。鑒于開車期間無法拆檢，后期停車時排查發(fā)現(xiàn)確有松動現(xiàn)象。

2.優(yōu)化改進方案

將連接傳感器到SPU 的同軸電纜中金屬葛蘭如圖6 所示，由目前A/B 簡單插接，改為帶鎖緊功能的接頭。

圖6 往復(fù)式壓縮機信號監(jiān)測回路優(yōu)化改進方案

3.方案評價

此方案通過改進連接葛蘭，防止松動甚至脫落，保證監(jiān)測回路的完整性，從而導(dǎo)致機組的非計劃停車。

結(jié)語

目前化工裝置中關(guān)鍵機組主要包括大型往復(fù)式壓縮機、離心式壓縮機以及擠壓造粒機等，它們的平穩(wěn)高效運行將直接關(guān)系著所在企業(yè)的安全平穩(wěn)及經(jīng)濟效益，甚至是一定程度上的社會影響，因此，機組狀態(tài)的監(jiān)測控制顯得尤為重要。而溫度作為機組狀態(tài)監(jiān)測中最常見的、最基本的工藝參數(shù)之一，測量的對象涵蓋了被壓縮介質(zhì)的溫度、潤滑油油溫、冷卻水水溫、填料函溫度、主軸承溫度、主電動機軸承溫度以及泄漏氣和定子繞組線圈溫度等，這在一定程度上能夠真實反映出該機組的運行狀態(tài)，為后續(xù)確定機組的故障診斷，提供了有力的理論數(shù)據(jù)支撐。

通過對監(jiān)測回路中涉及的測量元件、測量回路以及監(jiān)測系統(tǒng)等影響測量準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的諸多因素分析，本著經(jīng)濟性和安全性的原則，合理地提出對應(yīng)的優(yōu)化改進方案，對保證機組運行以及企業(yè)生產(chǎn)有著極其重要的意義。

同時，以Kongsberg 無線測溫系統(tǒng)為例，日常維護中傳感器的發(fā)射端和接收端均有被撞擊引起損傷，同時鑒于該溫度監(jiān)測方案中仍然存在SPU 這一環(huán)節(jié)，在故障點、備件儲備成本上都有所增加。因此，后期可參考諸如光纖光柵傳感原理等新技術(shù)，在保證安全性與準(zhǔn)確性的前提下，對此類監(jiān)測儀表甚至監(jiān)測系統(tǒng)嘗試實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。 ●