空壓機(jī)組運(yùn)行控制的優(yōu)化與改進(jìn)

楊 光, 韋靖博, 李 根

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司600 000 t/a合成氨節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)有鍋爐、空分、氣化、凈化、合成等工序單元,其中空分單元以空氣為原料,通過(guò)壓縮、精餾等工藝從液態(tài)空氣中分離出生產(chǎn)所需的氧氣、氮?dú)獾戎饕獨(dú)怏w,供其他工序使用,是氨合成工藝生產(chǎn)的核心部分。該空分裝置配套德國(guó)曼(MAN) 54 000 m3/h空壓機(jī)組,采用TRICON TS3000控制系統(tǒng)[1]。項(xiàng)目自投產(chǎn)以來(lái),空壓機(jī)組運(yùn)行已近3 a,在運(yùn)行過(guò)程中暴露了一些安全隱患和不利于穩(wěn)定生產(chǎn)的情況,對(duì)空壓機(jī)組的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行和工藝人員的正常操作都造成了一定的影響。根據(jù)空壓機(jī)組行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題特點(diǎn),分別從系統(tǒng)控制聯(lián)鎖、系統(tǒng)故障信息診斷、點(diǎn)位布置優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改進(jìn)等方面著手,進(jìn)行針對(duì)性的處理和預(yù)防加強(qiáng)措施,進(jìn)而優(yōu)化空壓機(jī)組的運(yùn)行控制,以提升機(jī)組的安全穩(wěn)定性。

1 聯(lián)鎖優(yōu)化

空壓機(jī)組開(kāi)車(chē)后,控制系統(tǒng)因前期設(shè)計(jì)問(wèn)題保留一部分單點(diǎn)聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào),即停車(chē)信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)單個(gè)儀表設(shè)備點(diǎn)控制。若儀表設(shè)備出現(xiàn)故障,如線路開(kāi)路、短路、接線觸點(diǎn)松動(dòng)、儀表設(shè)備損壞等,皆會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖信號(hào)觸發(fā),造成空壓機(jī)組跳車(chē),進(jìn)而引起系統(tǒng)大停車(chē)的嚴(yán)重后果,為空壓機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行埋下重大安全隱患。

針對(duì)該情況,進(jìn)行單點(diǎn)聯(lián)鎖升級(jí)優(yōu)化,對(duì)系統(tǒng)中的單點(diǎn)聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),采購(gòu)合適匹配的儀表設(shè)備,利用停車(chē)檢修機(jī)會(huì),在設(shè)備預(yù)留孔位安裝儀表點(diǎn),將單點(diǎn)聯(lián)鎖點(diǎn)位增加為3個(gè),即每個(gè)單點(diǎn)聯(lián)鎖點(diǎn)位在現(xiàn)場(chǎng)再安裝布置2個(gè)儀表點(diǎn)。在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)三取二聯(lián)鎖邏輯,每個(gè)點(diǎn)位的3個(gè)測(cè)量值同時(shí)送回控制器,控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷,當(dāng)3個(gè)測(cè)量值中的任意2個(gè)故障或滿足聯(lián)鎖條件時(shí),聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)才會(huì)被觸發(fā)。單點(diǎn)聯(lián)鎖升級(jí)優(yōu)化后大大提高了聯(lián)鎖儀表設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性,極大程度地降低了空壓機(jī)組因儀表設(shè)備故障誤跳車(chē)的概率。系統(tǒng)聯(lián)鎖優(yōu)化共改造單點(diǎn)聯(lián)鎖信號(hào)13個(gè),具體情況見(jiàn)表1。將單點(diǎn)聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)升級(jí)為三取二聯(lián)鎖信號(hào)后,避免了停車(chē)聯(lián)鎖信號(hào)的誤動(dòng)作觸發(fā),最大程度地消除因儀表故障而帶來(lái)的空壓機(jī)組安全運(yùn)行隱患。

表1 系統(tǒng)單點(diǎn)聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)點(diǎn)位表

2 機(jī)架報(bào)警消除

項(xiàng)目開(kāi)車(chē)后,空壓機(jī)組控制系統(tǒng)機(jī)架持續(xù)報(bào)警,嚴(yán)重干擾了操作人員的正常操作,對(duì)機(jī)組的安全行車(chē)構(gòu)成威脅,為生產(chǎn)帶來(lái)不穩(wěn)定因素。機(jī)架報(bào)警現(xiàn)象是隨著機(jī)組的開(kāi)停車(chē)而出現(xiàn)和消失的,利用系統(tǒng)檢修,對(duì)報(bào)警卡件進(jìn)行更換處理,同時(shí)對(duì)機(jī)柜系統(tǒng)電源、機(jī)架電源模塊、電纜、接地等進(jìn)行全面排查分析后,并未能解決機(jī)架報(bào)警問(wèn)題。機(jī)組開(kāi)車(chē)后報(bào)警信息繼續(xù)復(fù)現(xiàn),使用TRICON TS3000控制系統(tǒng)自有的診斷軟件Enhanced Diagnostic Monitor進(jìn)行系統(tǒng)自診斷。由分析收集到的診斷信息可知,機(jī)架報(bào)警原因是模擬輸出(AO)型報(bào)警卡件的2號(hào)通道負(fù)載電壓超限,即該通道上所接點(diǎn)位控制閥(FV1902)定位器的負(fù)載電壓超過(guò)卡件輸出控制信號(hào)帶負(fù)載電壓的上限,引發(fā)機(jī)架電源模塊報(bào)警[2],進(jìn)而觸發(fā)系統(tǒng)機(jī)架報(bào)警。

在不斷進(jìn)行分析論證、對(duì)比和參數(shù)選型后,決定采用在AO型報(bào)警卡件對(duì)應(yīng)通道后端安裝倍加福KFD2-CD-Ex1.32本質(zhì)安全應(yīng)用型安全柵的方式來(lái)提高AO型報(bào)警卡件通道的帶載能力[2]。加裝安全柵后,通過(guò)對(duì)控制閥(FV1902)全開(kāi)度不斷動(dòng)作試驗(yàn)和空壓機(jī)組正常開(kāi)車(chē)后的長(zhǎng)周期觀察驗(yàn)證,該方法成功解決了機(jī)架報(bào)警問(wèn)題,加裝安全柵后系統(tǒng)機(jī)架報(bào)警現(xiàn)象未再出現(xiàn)。利用加裝匹配的安全柵提高卡件電壓帶載能力,成功解決了AO型報(bào)警卡件通道電壓監(jiān)督超載報(bào)警問(wèn)題,消除了空壓機(jī)組控制系統(tǒng)機(jī)架報(bào)警的安全隱患。

3 報(bào)警功能改進(jìn)

空壓機(jī)組系統(tǒng)報(bào)警信息原有1#、2#、3#機(jī)架報(bào)警,控制器運(yùn)行狀態(tài),強(qiáng)制點(diǎn)位數(shù)等。運(yùn)行系統(tǒng)其他狀態(tài)信息則需要巡檢人員進(jìn)入主控機(jī)柜后進(jìn)行開(kāi)柜檢查,這在一定程度上加大了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋的滯后性,同時(shí)降低了系統(tǒng)故障提前預(yù)判并進(jìn)行人為干預(yù)的時(shí)效性。

根據(jù)控制系統(tǒng)現(xiàn)有的軟硬件條件,在原有系統(tǒng)報(bào)警信息的基礎(chǔ)上,增加各控制站點(diǎn)與主控制器的A/B網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)報(bào)警,控制器與本特利機(jī)柜1#、2#機(jī)架的網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)報(bào)警,本特利機(jī)柜1#、2#機(jī)架控制卡件運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警,機(jī)組超速保護(hù)器運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警,電源模塊故障報(bào)警和控制機(jī)柜內(nèi)部溫度超限報(bào)警,并將增加的報(bào)警信息引入操作監(jiān)控畫(huà)面,對(duì)增加的報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)狀態(tài)的自我診斷和提前預(yù)警可以提高系統(tǒng)的可維護(hù)性,增強(qiáng)系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力[3-4]。在系統(tǒng)原有軟硬件的基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)報(bào)警信息進(jìn)行改進(jìn),盡可能地豐富系統(tǒng)預(yù)警信息內(nèi)容,提高系統(tǒng)的自診斷能力,提高系統(tǒng)故障時(shí)人為介入、維護(hù)的時(shí)效性,大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 點(diǎn)位再分配

項(xiàng)目投產(chǎn)后,因前期問(wèn)題導(dǎo)致空壓機(jī)組硬件系統(tǒng)個(gè)別點(diǎn)位布置分配不合理,同一功能點(diǎn)位的不同儀表點(diǎn)分配在同一個(gè)卡件上,即一個(gè)點(diǎn)位的A、B點(diǎn)或A、C點(diǎn)或B、C點(diǎn)位于同一塊卡件上。這種情況會(huì)增加因卡件故障而造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性,因此需要對(duì)此類點(diǎn)位進(jìn)行分配和再調(diào)整。針對(duì)同點(diǎn)位2個(gè)儀表點(diǎn)分配在相同卡件上的個(gè)別點(diǎn)位,進(jìn)行再次分配并對(duì)軟件程序進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和更改,將同點(diǎn)位的多個(gè)儀表點(diǎn)相互獨(dú)立分配到同類型的不同卡件上,從而大大降低因卡件故障造成該點(diǎn)位多個(gè)儀表點(diǎn)同時(shí)故障的概率,尤其是對(duì)一些涉及安全聯(lián)鎖或者關(guān)聯(lián)設(shè)備啟停的重要儀表點(diǎn),極大程度地提高了系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和穩(wěn)定性。

5 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改進(jìn)

項(xiàng)目開(kāi)車(chē)后,空壓機(jī)組的空壓機(jī)和增壓機(jī)多個(gè)軸瓦溫度出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)現(xiàn)象,嚴(yán)重干擾了工藝人員的正常操作。在對(duì)溫度信號(hào)點(diǎn)強(qiáng)制給值后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,發(fā)現(xiàn)溫度點(diǎn)正常穩(wěn)定輸出;通過(guò)對(duì)波動(dòng)的多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和觀察后發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)接線箱內(nèi)接線端子壓線點(diǎn)處松動(dòng),造成接線松動(dòng),從而觸發(fā)溫度測(cè)量值波動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)使用的接線端子原為彈簧式接線端子,而溫度測(cè)點(diǎn)的外延線纜往往較細(xì),在使用彈簧式接線端子時(shí)不能牢固夾持、易晃動(dòng),后期將此類接線端子改換成旋入式接線端子。旋入式接線端子由螺釘固定接入電纜,連接牢固可靠。更換此類現(xiàn)場(chǎng)接線端子后,測(cè)溫點(diǎn)波動(dòng)問(wèn)題得到了有效解決。旋入式接線端子與彈簧式接線端子對(duì)比見(jiàn)圖1。

(a) 旋入式接線端子

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改進(jìn)的另一個(gè)重點(diǎn)是加強(qiáng)空壓機(jī)組外圍儀表設(shè)備的防雨水功能。大多數(shù)儀表設(shè)備的防水設(shè)計(jì)足以應(yīng)對(duì)室外雨水,但若儀表安裝不合理、進(jìn)線口未能進(jìn)行密封、盒蓋螺釘松動(dòng)等都會(huì)造成儀表內(nèi)部電路遭到雨水浸入?，F(xiàn)代儀表設(shè)備多為精密電子元器件組合,雨水的浸蝕會(huì)對(duì)絕大多數(shù)儀表設(shè)備造成不可挽回的損傷,儀表防水問(wèn)題不可忽略。對(duì)前期項(xiàng)目安裝不規(guī)范留下的防水隱患進(jìn)行整改,對(duì)儀表線纜進(jìn)線口密封防水進(jìn)行強(qiáng)化處理,以避免因雨水浸入而造成現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行波動(dòng)的事故發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

空壓機(jī)組運(yùn)行控制的優(yōu)化是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,對(duì)現(xiàn)有空壓機(jī)組運(yùn)行控制中出現(xiàn)的問(wèn)題和隱患進(jìn)行了一系列處理,但只針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理和解決往往是不夠的,還應(yīng)仔細(xì)研究和認(rèn)真分析控制系統(tǒng)的特點(diǎn),結(jié)合系統(tǒng)軟硬件條件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用情況,加強(qiáng)隱患排查力度,提高人為干預(yù)介入的時(shí)效性,強(qiáng)化故障問(wèn)題處理的有效性和及時(shí)性,以保證機(jī)組運(yùn)行控制的穩(wěn)定性和安全性,確保機(jī)組的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定行車(chē)。該空壓機(jī)組控制運(yùn)行優(yōu)化與改進(jìn)的相關(guān)措施和方法可以為其他裝置現(xiàn)場(chǎng)處理類似問(wèn)題提供參考。