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提升空分装置压缩机组控制系统稳定性的总结

[日期:2021-06-15] 来源:《中氮肥》2021年第3期  作者: [字体: ]

毛大军

(呼伦贝尔金新化工有限公司,内蒙古 呼伦贝尔021506

 

 [摘  要]呼伦贝尔金新化工有限公司空分装置配套空压机和氮压机均为离心式压缩机,共同使用1Tricon控制系统进行综合控制。空分装置运行初期,压缩机组控制系统曾出现过卡件故障、汽轮机转速波动大、油系统联锁逻辑设计不合理、电子超速保护系统模块故障等问题。为此,金新化工对空分装置压缩机组控制系统实施了汽轮机转速控制优化、更换和升级重要设备、关键卡件冗余、合理布局卡件上的仪表测点、重新布局和组态3500状态监测系统、优化压缩机主油泵和辅油泵联锁逻辑等一系列优化改进,并制订了改善控制室内环境的制度和措施,从而有效降低了硬件、关键重要卡件故障导致的压缩机组跳车风险,极大地提升了压缩机组控制系统的稳定性和安全性,为空分装置的长周期、稳定运行提供了保障。

[关键词]压缩机组;Tricon控制系统;3500状态监测系统;电子超速保护系统;卡件冗余;仪表测点;联锁逻辑;优化改进

[中图分类号]TP273   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202103-0077-04

 

0  引  言

空分装置属于公用系统,为企业的主生产系统提供氧气、氮气、工厂空气、仪表空气等,一旦出现故障,将导致生产系统被迫停运,给企业的生产经营带来巨大损失。呼伦贝尔金新化工有限公司(简称金新化工)空分装置配有空压机和氮压机,2台均为离心式压缩机,共同使用1Tricon控制系统实现综合控制。

金新化工空分装置运行初期,压缩机组Tricon控制系统曾出现过卡件故障、汽轮机转速波动大、油系统联锁逻辑设计不合理、电子超速保护系统模块故障等问题,这些问题给空分装置的安全、稳定运行带来巨大的影响,给主生产系统的长周期运行埋下了潜在隐患。

1  Tricon控制系统的技术特点

Tricon控制系统具有三重冗余结构(TMR)和冗错能力,是从主处理器到输入、输出卡件完全三重化的容错控制系统,并且可以实现1套系统控制多台压缩机。Tricon控制系统的配套设施有3500状态监测系统、电子超速保护系统等,主要实现机组转速控制、喘振控制、联锁保护、SOE(即事件顺序记录)等功能。Tricon控制系统的扫描速度非常快,系统执行时间一般约在40 ms,但控制系统的执行时间受硬件I/O点数和软件逻辑的复杂程度影响较大。虽然Tricon控制系统支持多机组控制,但为了缩短扫描时间,加快系统响应速度,提高控制质量,并确保系统的可靠性,金新化工的1Tricon控制系统最多只控制2台离心式压缩机组。

3500状态监测系统主要完成压缩机组轴系运行状态的实时监测,主要的监测参数有径向振动、轴向位移、键相转速等,这些参数通过报警、联锁逻辑对机组进行保护(振动/位移双点联锁输出→Tricon控制系统联锁条件触发后输出→联锁停机)。3500状态监测系统将机组状态报警、联锁输出至Tricon控制系统,最终由Tricon控制系统发出命令完成机组的保护;同时,3500状态监测系统的数据通信至Tricon控制系统,便于工艺人员监控。

电子超速保护系统是1套相对独立的系统,通过超速保护逻辑直接控制现场的停机电磁阀,是对机组采取的又一保护措施。空分装置原始配置的电子超速保护系统是Woodward公司生产的ProTech 203ProTech 203监控3个独立的转速传感器,采用三选二的停机方式,每个单元的电源均是独立的,且与其他2个单元除选项继电器输出相连外,其他均是完全隔离的,确保不会因为3个单元中的任何一个模块发生故障而停机,ProTech 203的输出与主控紧停、现场停机电磁阀相关联,主要用于高转速下Tricon控制系统失效时的机组强制停运。

空压机、氮压机的1#停机电磁阀信号经Tricon控制系统DO通道继电器输出后,经过电子超速保护系统继电器(及主控紧急停车按钮与机柜中间接线端子)控制现场1#停机电磁阀;2#停机电磁阀信号经Tricon控制系统DO通道继电器输出后,(经机柜中间接线端子)直接控制现场2#停机电磁阀。

2  压缩机组控制系统的潜在风险

2.1  控制系统运行环境不佳

电子设备的制造精度越来越高,对控制系统运行环境的要求也越来越严格。机柜室内温度变化过大将会影响卡件的正常使用寿命,室内卫生较差、灰尘堆积可能造成电路板短路;运行环境湿度过小将会在设备上堆积静电电荷,湿度过大则可能导致卡件受潮而出现故障。

据《控制室设计规范》(HGT 2050820143.6.1,机柜室室温宜为冬季(20±2)℃、夏季(26±2)℃、温度变化率<5/h,相对湿度宜为40%60%、湿度变化率<6%/h;《电子信息系统机房设计规范》(GB 5017420085.1.1对于机房温度、相对湿度的要求见表1

1A级机房指电子信息系统运行中断将造成重大经济损失的机房;B级机房指电子信息系统运行中断将造成较大经济损失的机房;不属于A级或B级的电子信息系统机房为C级。金新化工控制系统机房属于B级以上,机柜室运行环境温度应在(23±1)℃、相对湿度应在40%55%,而金新化工地处北国边疆,昼夜温差达20 ℃,冬夏两季温差高达70 ℃,环境相对湿度较低,尤其是漫长的冬季。金新化工压缩机组控制系统2010年上电运行,长期的环境影响使得其电子元器件也出现了老化,机柜间各连接端子受振动的影响易松动,造成线路虚接。

2.2  调速系统设计不充分

汽轮机上共有6支磁感应转速探头,3支进ProTech 203电子超速保护系统,专门用于压缩机组的超速保护;另外3支探头直接或间接进入Tricon控制系统参与转速控制,探头分布如图1所示。可以看到,参与转速调节的3个信号中,SE01662SE01663的信号直接进入Tricon控制系统的脉冲输入卡件,SE01661则先经就地转速表转换成420 mA模拟量信号后再送至Tricon控制系统,与SE01662SE01663一起选取中值参与汽轮机的转速控制,而SE01661信号经就地转速表转换输出后进入Tricon控制系统模拟量输入卡,有约30 r/min 的偏差,不利于汽轮机的转速控制。

2.3  重要设备未定期更换、升级

金新化工压缩机组控制系统运行时间较长,关键设备、重要卡件未进行升级或更换。如ProTech 203电子超速保护系统和Tricon控制系统模拟量输入卡3700A目前已停产,无法购买与之相同型号的备件。

2.4  重要卡件未冗余

更多内容详见《中氮肥》2021年第3

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