尿素二氧化碳增壓機104J聯鎖優化

王利軍，曹 新，谷靜予

（中國石油烏魯木齊石化公司 化肥儀表車間，烏魯木齊 830019）

0 引言

104J是烏魯木齊石化公司化肥廠一化尿素裝置的一套擴能新增二氧化碳壓縮機，控制系統（防喘振+性能及負荷控制）、聯鎖系統均由GE90-30的PLC實現；機組狀態監測由本特利3500系列實現，并與GE90-30PLC實現數據傳送。由于此機組系統在原設計中重點考慮的是設備的安全性，未過多考慮儀表自身方面,例如維護能力、儀表故障因素對裝置長周期運行的影響，在裝置運行初期出現過儀表誤動作造成裝置停車，影響了裝置穩定運行。

1 聯鎖優化前情況

104J是烏魯木齊石化公司化肥廠一化尿素裝置的一套擴能新增二氧化碳壓縮機，聯鎖系統由GE90-30的PLC實現，機組狀態監測由本特利3500系列實現。其一級聯鎖儀表情況如下：

1）104J機組溫度聯鎖：（單因素）

104J機組溫度聯鎖儀表（全為熱阻）包括壓縮機推力軸承溫度TE1305A/1306A共2只，徑向軸承溫度TE1307A/1308A/1309A/1310A共4只，電機溫度聯鎖TE1312A/TE1313A/TE1314A/TE1315A/TE1316A共5只，所有聯鎖溫度一共11只。溫度設計為一入兩出，現場一路信號入安全柵，回路安全柵輸出兩路信號分別去不同的卡件通道，程序內通過兩信號比較，高值實現聯鎖，溫度聯鎖實際為單因素。

2）機組軸振動軸位移：（雙因素）

機組軸振動XSHH1301X/Y與XSHH1302X/Y，軸位移ZSHH1300A/B在機組狀態監測儀3500之中組態為雙因素[1]，輸出信號傳遞至GE90-30的PLC實現聯鎖。

3）機組工藝聯鎖：（單因素）

104J入口分離器液位高高LT2326，出口分離器液位高高LT2329，出口溫度高高TAHH2328，出口壓力高高PAHH2332，潤滑油壓低聯鎖PT1309，參與防喘振控制的入口壓力PT2330，出口壓力PT2331，入口流量FT2327。

由于此機組系統在原設計中重點考慮的是設備的安全性，未過多考慮儀表自身方面如維護能力（系統不開放，服務方技術支持不及時而且非常有限，造成對存在的風險沒有預見性）、儀表故障因素對裝置長周期運行的影響，在裝置運行初期出現儀表誤動作造成裝置停車的結果，影響了裝置穩定運行，同時增大了儀表的維護強度。

2 運行中出現的問題

2.1 儀表選型問題

由于104J為擴能新設備，對系統一些設計選型缺陷認識不足，現場分離器液位儀表（LT171G，LT2326，LT2329）設計選型為雙法蘭差壓變送器，部分儀表在運行中出現問題，例如：2010年10月20日23時50分104J出口分離器液位LT2329及入口分離器液位LT2326瞬間波動。實際原因：分離罐內氣液夾帶，正相法蘭膜盒受氣液沖擊，短時間內膜盒壓力增大，儀表差壓增大。此種情況下差壓波動變化，不能反映分離罐真實的液位，造成瞬間的液位高聯鎖誤動作104J停車。通過對模擬量聯鎖實驗，找出了相應模擬量聯鎖動作對照的第一事故信號及報警聯鎖動作關系。

2.2 原始設計問題

在正常運行過程中，出現兩次因主電機停，104J實際停運，而102J（二氧化碳壓縮機）未停的情況。經分析原因：104J的主聯鎖條件為工藝及相關設備聯鎖因素，104J原設計中沒有設計104J主電機自身停做為104J聯鎖條件,故104J實際停運，不會出現104J停信號，因此102J不會停。

2.3 流量變送器回路故障

2012年2月22日08時43分左右，一化尿素裝置102J回流量FT1-1因回路線路故障發生向下尖峰波動，FV1-1/1-2電磁閥失電，四回一閥FV1-1全開，最終造成104J及102J停車。由于現有圖紙聯鎖關系中未有變送器回路故障與電磁閥相關聯，經現場實驗，最終確認回路故障與FV1-1/1-2電磁閥相關聯；進PLC程序運行的2011年7月4日最新程序PROJECT_20110704中的ANTIP_B程序塊中發現，102J防喘振控制的5個條件中的任何一個條件動作均會產生一個變送器故障TRASM_FAULT_B(%M01066)信號，此信號會導致防喘振電磁閥ZY1_1/2失電。因為對相關程序了解不足，所以未能發現此關系存在。以此類推，檢查104J防喘振也存在相應的問題。

2.4 系統卡件故障

2013年9月7日在檢查處理主電機徑向軸承溫度高高TE1313AA波動時，確認卡件對應的通道存在故障，造成其指示在54.4℃～55.3℃波動，比TE1313AB低2℃～3℃[2,3]。由于設計中，現場一路信號通過安全柵輸出兩路進系統，然后通過系統內數值比較，將高的那個數值做為終值參與聯鎖，同時此值在上位顯示。如果TE1313AA大幅波動，通過內部數值比較，會選中輸出造成104J停車。

3 聯鎖優化的思路及步驟

由于以上出現的問題，考慮裝置長周期運行中要采取適當措施杜絕儀表誤動作對生產裝置穩定的影響，對104J聯鎖系統進行有針對性的評審及優化，思路是具備雙因素條件的改為雙因素，不具備雙因素條件的，在不影響設備安全的前提下，根據實際情況優化處理，同時根據裝置運行的現狀及備件的實際情況，有步驟分階段的進行實施，具體步驟實施如下。

1）已實施完的儀表

通過技術分析，由于分離罐氣液介質對浮筒的測量影響較小，分離罐液位測量選為浮筒式液位計較為合適[4]。

制定方案：選定浮筒備件，經廠里協調，聯系工藝設備開孔：LT2326、LT2329更換為浮筒液位計，104J入口分離器開孔安裝浮筒[5]。

檢修期PLC內部組態：LT2329與LT1105，LT2326與新增液位變送器LT2326-1實現雙因素聯鎖，GE90-30系統模擬量輸入的處理對用戶不開放不可見。因此，新點無法組態，為了能實現雙因素聯鎖，保證系統安全，采取可行辦法實現了此功能。

具體方法：模擬量信號先進DCS系統轉換成開關量，在進入PLC系統，利用剩余DI空點,在PLC主程序內，進行相關邏輯修改后,保存下裝至 PLC的MASTER及SALVE[6]；為防止LT2326/2329回路斷線聯鎖（注：回路電流＜3.5MA會造成聯鎖），LT2326零點提高至7.86%，LT2329零點提高至5.6%。如圖1、圖2所示。

2）正在按步驟實施的儀表

根據裝置運行現狀及部分儀表備件未到貨的實際情況，在大修期間，對還未改成雙因素的工藝聯鎖儀表（出口壓力高高PAHH2332，潤滑油壓低聯鎖PT1309）進行了前期準備，將現場接線箱至中控室的電纜布設完成并完成接線箱至機柜的接線，等待備件到貨后擇機完成雙因素改造。

3.1 聯鎖修改優化

3.1.1 增加104J電器停機聯鎖

為保護102J設備安全，即一旦104J停車，102J必須聯鎖停車。經過廠里評審，聯鎖進行增加，由于電器沒有去104J控制系統的停車信號，而只有104J主電機運行反饋信號，故根據實際情況，采取了以下方法進行相應的聯鎖改造，即聯鎖回路中增加XS1309F（主電機運行反饋信號）作為104J聯鎖停車信號；104J主電機聯鎖復位時增加2s延時，在2s內聯鎖復位，同時電器送來的XS1309F反饋信號滿足作為104J聯鎖條件。此聯鎖改造完善了系統聯鎖，同時一旦主電機自身故障停機，104J系統事故信息可以查出停機原因，方便了事故查找分析[7]，如圖3、圖4所示。

3.1.2 杜絕變送器故障聯鎖

由于參與104J防喘振控制的入口壓力PT2330，出口壓力PT2331，入口流量FT2327中任何一臺變送器及回路故障均與104J防喘振電磁閥XY2327相關聯，一旦儀表誤動作104J將停車。因此，在不影響設備安全的前提下，杜絕儀表自身風險對機組正常運行的影響，在PLC程序內LOGIC_D程序塊的第70行強制(FORCE ON)變送器故障信號TRASM_FAULT_A(%M01066)（常開點）閉合，目的是防止變送器誤故障與防喘振電磁閥XY2327有聯系造成機組停車。

3.1.3 杜絕通道故障

由于機組溫度模擬量在PLC程序中輸入處理是不可見的，無法獲知如何對新點的初始定義，包括它與上位數據庫的通訊聯接及數據庫表單內新點的添加及刪除，即組態不了新點。因此，在104J系統直接實現雙因素不可行，而溫度信號轉至其他系統在過渡回104J系統，中間環節會增多而增加了回路故障的風險及維護量，同時104J系統沒有太多硬件通道資源支持，改雙因素也不可行。目前，為了防止TE1313AA通道信號故障造成的儀表聯鎖誤動作，在程序內將此通道的故障信號進行了人為處理“強制”，目前只由TE1313AB單通道指示現場溫度，這樣并沒有影響聯鎖的作用，同時防止儀表誤信號出現造成104J停車，如圖5、圖6、圖7所示。

4 聯鎖優化后情況

聯鎖優化后，實現雙因素聯鎖的儀表LT2329與LT1105，LT2326與LT2326-1回路環節雖然增多，但風險實際可控，運行過程中再未出現問題。XS1309F反饋信號的修改完善了系統聯鎖，同時一旦主電機自身故障停機，104J系統事故信息可以查出停機原因，方便了事故查找分析。參與104J防喘振控制的入口壓力PT2330、出口壓力PT2331、入口流量FT2327中，任何一臺變送器及回路故障與104J防喘振電磁閥XY2327關聯的條件消除，在不影響設備安全的前提下，減少了儀表誤動作的幾率，同時降低了儀表維護強度。

5 結束語

通過104J聯鎖優化，提高了儀表聯鎖的安全穩定性，裝置運行過程中再未發生因儀表誤動作造成裝置停車的現象，保障了裝置長周期穩定運行。

[1]石油化工儀表自動化培訓教材編寫組編.旋轉機械狀態檢測及控制系統[M].北京:中國石化出版社,2010:44-58.

[2]施仁.自動化儀表及過程控制[M].第4版.北京:電子工業出版社,2009:1-5.

[3]孫瑜,張根寶.工業自動化儀表與過程控制[M].西安:西北工業大學出版社,2003:28-46.

[4]朱炳興.儀表工試題集,現場儀表分冊[M].北京:化學工業出版社,2002:121-122.

[5]汪興云.過程儀表安裝與維護[M].北京:化工出版社,2006:78-81.

[6]韓兵.PLC與工控系統安全自動化技術及應用[M].北京:中國電力出版社,2011:5-10.

[7]石油化工儀表自動化培訓教材編寫組編.安全儀表控制系統[M].北京:中國石化出版社,2009.