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)能技術改造項目設計有鍋爐、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,通過壓縮、精餾等工藝從液態(tài)空氣中分離出生產所需的氧氣、氮氣等主要氣體,供其他工序使用,是氨合成工藝生產的核心部分。該空分裝置配套德國曼(MAN) 54 000 m3/h空壓機組,采用TRICON TS3000控制系統(tǒng)[1]。項目自投產以來,空壓機組運行已近3 a,在運行過程中暴露了一些安全隱患和不利于穩(wěn)定生產的情況,對空壓機組的長周期安全運行和工藝人員的正常操作都造成了一定的影響。根據(jù)空壓機組行車過程中出現(xiàn)的問題特點,分別從系統(tǒng)控制聯(lián)鎖、系統(tǒng)故障信息診斷、點位布置優(yōu)化、現(xiàn)場設備改進等方面著手,進行針對性的處理和預防加強措施,進而優(yōu)化空壓機組的運行控制,以提升機組的安全穩(wěn)定性。

1 聯(lián)鎖優(yōu)化

空壓機組開車后,控制系統(tǒng)因前期設計問題保留一部分單點聯(lián)鎖停車信號,即停車信號由現(xiàn)場單個儀表設備點控制。若儀表設備出現(xiàn)故障,如線路開路、短路、接線觸點松動、儀表設備損壞等,皆會導致聯(lián)鎖信號觸發(fā),造成空壓機組跳車,進而引起系統(tǒng)大停車的嚴重后果,為空壓機組的穩(wěn)定運行埋下重大安全隱患。

針對該情況,進行單點聯(lián)鎖升級優(yōu)化,對系統(tǒng)中的單點聯(lián)鎖停車信號進行統(tǒng)計,采購合適匹配的儀表設備,利用停車檢修機會,在設備預留孔位安裝儀表點,將單點聯(lián)鎖點位增加為3個,即每個單點聯(lián)鎖點位在現(xiàn)場再安裝布置2個儀表點。在控制系統(tǒng)中設計三取二聯(lián)鎖邏輯,每個點位的3個測量值同時送回控制器,控制系統(tǒng)對其進行實時判斷,當3個測量值中的任意2個故障或滿足聯(lián)鎖條件時,聯(lián)鎖停車信號才會被觸發(fā)。單點聯(lián)鎖升級優(yōu)化后大大提高了聯(lián)鎖儀表設備的可靠性和穩(wěn)定性,極大程度地降低了空壓機組因儀表設備故障誤跳車的概率。系統(tǒng)聯(lián)鎖優(yōu)化共改造單點聯(lián)鎖信號13個,具體情況見表1。將單點聯(lián)鎖停車信號升級為三取二聯(lián)鎖信號后,避免了停車聯(lián)鎖信號的誤動作觸發(fā),最大程度地消除因儀表故障而帶來的空壓機組安全運行隱患。

表1 系統(tǒng)單點聯(lián)鎖停車信號點位表

2 機架報警消除

項目開車后,空壓機組控制系統(tǒng)機架持續(xù)報警,嚴重干擾了操作人員的正常操作,對機組的安全行車構成威脅,為生產帶來不穩(wěn)定因素。機架報警現(xiàn)象是隨著機組的開停車而出現(xiàn)和消失的,利用系統(tǒng)檢修,對報警卡件進行更換處理,同時對機柜系統(tǒng)電源、機架電源模塊、電纜、接地等進行全面排查分析后,并未能解決機架報警問題。機組開車后報警信息繼續(xù)復現(xiàn),使用TRICON TS3000控制系統(tǒng)自有的診斷軟件Enhanced Diagnostic Monitor進行系統(tǒng)自診斷。由分析收集到的診斷信息可知,機架報警原因是模擬輸出(AO)型報警卡件的2號通道負載電壓超限,即該通道上所接點位控制閥(FV1902)定位器的負載電壓超過卡件輸出控制信號帶負載電壓的上限,引發(fā)機架電源模塊報警[2],進而觸發(fā)系統(tǒng)機架報警。

在不斷進行分析論證、對比和參數(shù)選型后,決定采用在AO型報警卡件對應通道后端安裝倍加福KFD2-CD-Ex1.32本質安全應用型安全柵的方式來提高AO型報警卡件通道的帶載能力[2]。加裝安全柵后,通過對控制閥(FV1902)全開度不斷動作試驗和空壓機組正常開車后的長周期觀察驗證,該方法成功解決了機架報警問題,加裝安全柵后系統(tǒng)機架報警現(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型報警卡件通道電壓監(jiān)督超載報警問題,消除了空壓機組控制系統(tǒng)機架報警的安全隱患。

3 報警功能改進

空壓機組系統(tǒng)報警信息原有1#、2#、3#機架報警,控制器運行狀態(tài),強制點位數(shù)等。運行系統(tǒng)其他狀態(tài)信息則需要巡檢人員進入主控機柜后進行開柜檢查,這在一定程度上加大了系統(tǒng)運行狀態(tài)實時反饋的滯后性,同時降低了系統(tǒng)故障提前預判并進行人為干預的時效性。

根據(jù)控制系統(tǒng)現(xiàn)有的軟硬件條件,在原有系統(tǒng)報警信息的基礎上,增加各控制站點與主控制器的A/B網(wǎng)絡通信狀態(tài)報警,控制器與本特利機柜1#、2#機架的網(wǎng)絡通信狀態(tài)報警,本特利機柜1#、2#機架控制卡件運行狀態(tài)報警,機組超速保護器運行狀態(tài)報警,電源模塊故障報警和控制機柜內部溫度超限報警,并將增加的報警信息引入操作監(jiān)控畫面,對增加的報警信息進行實時監(jiān)控。系統(tǒng)狀態(tài)的自我診斷和提前預警可以提高系統(tǒng)的可維護性,增強系統(tǒng)的抗風險能力[3-4]。在系統(tǒng)原有軟硬件的基礎上,對現(xiàn)有系統(tǒng)報警信息進行改進,盡可能地豐富系統(tǒng)預警信息內容,提高系統(tǒng)的自診斷能力,提高系統(tǒng)故障時人為介入、維護的時效性,大大提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4 點位再分配

項目投產后,因前期問題導致空壓機組硬件系統(tǒng)個別點位布置分配不合理,同一功能點位的不同儀表點分配在同一個卡件上,即一個點位的A、B點或A、C點或B、C點位于同一塊卡件上。這種情況會增加因卡件故障而造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性,因此需要對此類點位進行分配和再調整。針對同點位2個儀表點分配在相同卡件上的個別點位,進行再次分配并對軟件程序進行相應調整和更改,將同點位的多個儀表點相互獨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位多個儀表點同時故障的概率,尤其是對一些涉及安全聯(lián)鎖或者關聯(lián)設備啟停的重要儀表點,極大程度地提高了系統(tǒng)的抗風險能力和穩(wěn)定性。

5 現(xiàn)場設備改進

項目開車后,空壓機組的空壓機和增壓機多個軸瓦溫度出現(xiàn)隨機波動現(xiàn)象,嚴重干擾了工藝人員的正常操作。在對溫度信號點強制給值后進行現(xiàn)場測量,發(fā)現(xiàn)溫度點正常穩(wěn)定輸出;通過對波動的多個測溫點進行檢測和觀察后發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場接線箱內接線端子壓線點處松動,造成接線松動,從而觸發(fā)溫度測量值波動。現(xiàn)場使用的接線端子原為彈簧式接線端子,而溫度測點的外延線纜往往較細,在使用彈簧式接線端子時不能牢固夾持、易晃動,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)場接線端子后,測溫點波動問題得到了有效解決。旋入式接線端子與彈簧式接線端子對比見圖1。

(a) 旋入式接線端子

現(xiàn)場設備改進的另一個重點是加強空壓機組外圍儀表設備的防雨水功能。大多數(shù)儀表設備的防水設計足以應對室外雨水,但若儀表安裝不合理、進線口未能進行密封、盒蓋螺釘松動等都會造成儀表內部電路遭到雨水浸入。現(xiàn)代儀表設備多為精密電子元器件組合,雨水的浸蝕會對絕大多數(shù)儀表設備造成不可挽回的損傷,儀表防水問題不可忽略。對前期項目安裝不規(guī)范留下的防水隱患進行整改,對儀表線纜進線口密封防水進行強化處理,以避免因雨水浸入而造成現(xiàn)場儀表設備故障導致機組運行波動的事故發(fā)生。

6 結語

空壓機組運行控制的優(yōu)化是一項長期的工作,對現(xiàn)有空壓機組運行控制中出現(xiàn)的問題和隱患進行了一系列處理,但只針對生產過程中出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)的問題進行處理和解決往往是不夠的,還應仔細研究和認真分析控制系統(tǒng)的特點,結合系統(tǒng)軟硬件條件和現(xiàn)場設備使用情況,加強隱患排查力度,提高人為干預介入的時效性,強化故障問題處理的有效性和及時性,以保證機組運行控制的穩(wěn)定性和安全性,確保機組的長周期安全穩(wěn)定行車。該空壓機組控制運行優(yōu)化與改進的相關措施和方法可以為其他裝置現(xiàn)場處理類似問題提供參考。