文/朱少昆，中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司

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3500系統(tǒng)在制氫空分裝置中的應(yīng)用

文/朱少昆，中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司

本文主要講述美國GE公司Bently 3500系統(tǒng)在制氫空分裝置的機(jī)組保護(hù)中的應(yīng)用，包括硬件結(jié)構(gòu)、軟件組態(tài)和其在增壓機(jī)停車事故原因分析中的應(yīng)用。

3500系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)軟件組態(tài)事故分析

1 裝置概述

制氫空分流程主要如下：空氣經(jīng)過濾器進(jìn)入空壓機(jī)壓縮，再進(jìn)入冷卻塔預(yù)冷，去除空氣中的SO2、SO3 及NH3 等有害物質(zhì)后進(jìn)入分子篩吸附器，進(jìn)一步去除空氣中的H2O、CO2、N2O以及碳?xì)浠衔铮俳?jīng)過增壓機(jī)增壓,進(jìn)入透平膨脹機(jī)進(jìn)一步增壓,進(jìn)入主換熱器冷卻，在精餾塔內(nèi)進(jìn)行低溫分餾。根據(jù)空氣中的各種組份沸點(diǎn)不同，將空氣液化后分離成各種產(chǎn)品形式，生產(chǎn)出不同等級的氣體產(chǎn)品：高壓氧氣，高壓氮?dú)?，低壓氮?dú)?，常壓氮?dú)?，儀表空氣和液氬產(chǎn)品。

2 BENTLY 3500系統(tǒng)介紹

在工藝流程中，機(jī)組的運(yùn)行情況直接影響到下游裝置，與公司的效益緊密相連。因此機(jī)組保護(hù)格外重要，而3500系統(tǒng)能夠提供連續(xù)在線監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組運(yùn)行狀況的監(jiān)測和保護(hù)。各種傳感器將可測量的機(jī)械狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號,在3500系統(tǒng)中顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測。3500系統(tǒng)通過對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警設(shè)置進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)聯(lián)鎖報(bào)警信息時(shí)，會將設(shè)備狀態(tài)從正常運(yùn)行改變?yōu)榘踩\(yùn)行模式，或者直接將設(shè)備跳車，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

3500系統(tǒng)機(jī)架用來安裝監(jiān)測器模塊和電源模塊，制氫空分裝置該系統(tǒng)共有兩個(gè)機(jī)架。1號機(jī)架對應(yīng)空壓機(jī)和膨脹機(jī)的測點(diǎn)，2號機(jī)架對應(yīng)增壓機(jī)的測點(diǎn)。

（1）電源模塊

電源模塊必須安裝于機(jī)架最左邊的第一個(gè)插槽中，共有四種：高壓交流電源，低壓交流電源，高壓直流電源，低壓直流電源。制氫空分該系統(tǒng)的兩個(gè)機(jī)架各有兩個(gè)電源模塊，均為高壓交流電源，一上一下布置，上方為主電源，下方為備用電源，實(shí)現(xiàn)了冗余功能。只要有一個(gè)電源在運(yùn)行，拆除或安裝第二個(gè)電源都不會對機(jī)架有影響。

（2）機(jī)架接口模塊

機(jī)架接口模塊（RIM）是3500機(jī)架的主接口，必須安裝在機(jī)架插槽1位置(緊貼電源模塊)。3500系統(tǒng)有兩個(gè)版本的RIM：20和22M TDI，制氫空分該系統(tǒng)采用的是22M TDI，其中嵌入了一個(gè)瞬態(tài)數(shù)據(jù)通信處理器，通過瞬態(tài)數(shù)據(jù)接口可以將3500系統(tǒng)與本特利System 1機(jī)械管理軟件連接，也可將3500系統(tǒng)收集和存儲的信息通訊給DCS（集散控制系統(tǒng)）、SIS（安全儀表系統(tǒng)）。

（3）位移監(jiān)測器模塊

位移監(jiān)測器模塊（40M）是一個(gè)四通道模塊，接收本特利位移傳感器的輸入信號，對信號進(jìn)行處理后生成振動或位移等測量值，并將該值與報(bào)警設(shè)定值進(jìn)行比較和表決，從而達(dá)到保護(hù)機(jī)器的目的。

（4）鍵相器監(jiān)測器模塊

鍵相器監(jiān)測器模塊（25）是一個(gè)兩通道模塊，一個(gè)機(jī)架可安裝兩個(gè)鍵相器模塊。25模塊接收來自本特利電渦流或電磁式傳感器的輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字鍵相位信號，可指示轉(zhuǎn)軸上的鍵相位標(biāo)記何時(shí)通過鍵相位探頭，因而可用來測量設(shè)備的轉(zhuǎn)速。

（5）溫度模塊

溫度模塊（60）是一個(gè)六通道模塊，既可接受電阻式溫度傳感器（RTD）的輸入信號，也可接受電偶式溫度傳感器（TC）的輸入信號，從而利用它們驅(qū)動報(bào)警，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

（6）繼電器模塊

繼電器模塊有32M，34TMR（三重模塊冗余），33三種，32M和34 TMR均為四通道繼電器模塊，33為十六通道繼電器模塊。制氫空分該系統(tǒng)采用的是33繼電器模塊，每一個(gè)通道都可以用“與門”和“或門”獨(dú)立組態(tài)，以執(zhí)行所需要的表決邏輯，并可利用機(jī)架中的任何監(jiān)測器通道或通道的組合所提供的報(bào)警輸入——Alert（警告）或Danger（危險(xiǎn)）進(jìn)行組態(tài)。

（7）通訊網(wǎng)關(guān)模塊

通訊網(wǎng)關(guān)模塊（92）是對外通訊模塊，可通過以太網(wǎng)和串行通訊協(xié)議將所有機(jī)架的監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)與DCS、SIS、PLC、3500組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)采集軟件等通訊，使維護(hù)人員能夠直觀、便捷地監(jiān)控到機(jī)組的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2 軟件組態(tài)

3500系統(tǒng)的組態(tài)過程相對簡單，電源模塊與通訊網(wǎng)關(guān)模塊在出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)定完畢，下面將主要介紹40M位移監(jiān)測器模塊和33繼電器模塊的組態(tài)，其他監(jiān)測器模塊組態(tài)與40M類似。

（1）位移監(jiān)測器模塊軟件組態(tài)

40M的4個(gè)通道成對組態(tài)，以通道1為例，根據(jù)現(xiàn)場安裝的傳感器類型分別設(shè)置通道類型，勾選Active激活通道，再選擇傳感器的類型，空分裝置為非防爆區(qū)域，故隔離柵（Barriers）選擇None，傳感器角度（Transducer Orientation）通常填寫45度，方向勾選Right。點(diǎn)擊OK，Transducer Setup+Filtering此項(xiàng)設(shè)置完畢。在Variables+Alarms中選擇量程范圍，為了防止模擬量信號波動引起誤動作，需設(shè)置合適的Delay時(shí)間。Alert Latching表示報(bào)警信號保持，Danger Latching表示聯(lián)鎖信號保持，通常都需要勾選。Trip Multiply表示報(bào)警增倍，為了在開車過程中允許機(jī)器通過共振區(qū)而不引起報(bào)警，需暫時(shí)增加報(bào)警值。點(diǎn)擊OK，Options選項(xiàng)設(shè)置完畢。點(diǎn)擊COPY按鈕可以將通道1的組態(tài)復(fù)制到通道2，由于同一測點(diǎn)處的兩個(gè)探頭需呈90度角，故通道2的Transducer Orientation處需設(shè)置為Left方向,這樣通道1和2設(shè)置完畢，接下來需要對各個(gè)通道的報(bào)警值和聯(lián)鎖值進(jìn)行設(shè)置，分別勾選Enable激活，如果不激活，則報(bào)警時(shí)不會有開關(guān)量輸出。設(shè)置完畢后點(diǎn)擊OK，返回組態(tài)軟件主畫面，右擊40M卡，在Point Names中可設(shè)置各個(gè)通道的位號。點(diǎn)擊菜單欄Utilities,選擇Software Switiches,可分別對各個(gè)通道進(jìn)行暫時(shí)旁路的功能，維護(hù)時(shí)，大大提高了安全性。

（2）繼電器模塊軟件組態(tài)

33繼電器卡可對所有的監(jiān)測器模塊進(jìn)行報(bào)警點(diǎn)的組態(tài)并輸出開關(guān)量信號，以通道4為例，先勾選Active激活該通道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求勾選Latching Relays，鎖定繼電器輸出，Relay Channel Pair(DPDT)表示繼電器成對組態(tài)，即雙刀雙擲，不勾選。在Alarm Drive Logic中編寫報(bào)警邏輯，S03C01P##A2表示第三塊40M卡件的第一個(gè)通道的Danger報(bào)警，即通常所說的聯(lián)鎖，以此類推進(jìn)行組態(tài)。圖中邏輯表示1105.51.V31，1105.51.V35，1105.50.V31和1105.50.V35四個(gè)振動中至少有一個(gè)達(dá)到聯(lián)鎖信號，該通道會輸出報(bào)警。通道4、5、6的表決邏輯完全相同，三個(gè)開關(guān)量信號通訊至SIS系統(tǒng)，聯(lián)鎖方式為三取二，這樣可以避免誤動作引起跳車，增加了可靠性。

圖1 33繼電器卡通道4組態(tài)界面

3 增壓機(jī)事故分析

2015年6月份制氫修理，于6月24日18:33啟動增壓機(jī)，不久因振動高高聯(lián)鎖跳車。待工藝具備條件后，于18:56再次啟動增壓機(jī)，但由于四級出口空氣露點(diǎn)高報(bào)警，吹掃后露點(diǎn)下降速度較慢，為了不影響后續(xù)流程，于18:03停增壓機(jī)，對各級換熱器進(jìn)行查漏，消缺后于27日21:15啟動增壓機(jī)。7月1日11:22增壓機(jī)又一次因振動高高聯(lián)鎖跳車。

在SIS中查詢SOE記錄，發(fā)現(xiàn)增壓機(jī)一至四級的振動高高總聯(lián)鎖信號1201_0X_V3X觸發(fā)，引起跳車。該聯(lián)鎖方式為三取二，即從3500系統(tǒng)通訊到SIS的三個(gè)振動高高聯(lián)鎖開關(guān)量信號：1201_0X_V3X_DI1，1201_0X_V3X_DI2，1201_0X_V3X_DI3滿足了聯(lián)鎖條件。但是增壓機(jī)共有四級，八個(gè)振動點(diǎn)，需要進(jìn)一步確認(rèn)。進(jìn)入3500系統(tǒng)調(diào)出各振動點(diǎn)的歷史趨勢，對比跳車時(shí)間一一查找，發(fā)現(xiàn)一、二級的振動超過聯(lián)鎖值45μm引發(fā)跳車。至此，可以確定跳車的直接原因是一、二級振動達(dá)到了聯(lián)鎖值。經(jīng)過專家分析，以及對儀表回路檢查，排除了儀表及工藝方面的原因，推測可能是機(jī)組本身設(shè)備受損導(dǎo)致，繼而展開了對機(jī)組本身的徹底檢查和修理。

4 結(jié)束語

BENTLY 3500系統(tǒng)在機(jī)組保護(hù)中有著廣泛應(yīng)用，組態(tài)方式簡單，易維護(hù)。通過其在制氫空分的運(yùn)行，歷史數(shù)據(jù)查詢，幫助分析事故原因，為判斷設(shè)備故障提供重要信息，可見其功能強(qiáng)大。它為制氫裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠而有效的技術(shù)應(yīng)用方案。