關(guān)于化工大型機(jī)組在線監(jiān)控的設(shè)計(jì)

溫汪洋(新疆中泰化學(xué)（集團(tuán)）有限公司 新疆烏魯木齊 830009)

一、西門子透平機(jī)結(jié)構(gòu)分析

西門子透平機(jī)為渦輪壓縮機(jī)型，徑向設(shè)計(jì)以及型號(hào)為3(2)VRZ 250/430/12 G；其基本結(jié)構(gòu)為：壓縮機(jī)設(shè)備構(gòu)成主要包括帶有中間冷卻功能的2-級(jí)離心式壓縮機(jī)、渦輪行星齒輪、傳動(dòng)壓縮機(jī)、可用于壓縮機(jī)相互接合的基礎(chǔ)框架、齒輪設(shè)備&傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)、中間冷卻器&帶有連接管線的二次冷卻器以及潤滑油系統(tǒng)、密封氣體系統(tǒng)和所測量&管控。

二、在線監(jiān)控控制系統(tǒng)介紹

對(duì)于渦輪壓縮機(jī)而言，其設(shè)計(jì)流控制范圍一般在45%至100%之間。較低控制范圍內(nèi)的限制，主要取決于氣體的有效輸入、或者輸出狀態(tài)（壓力、抽吸溫度、排放溫度和氣體組成）和現(xiàn)有導(dǎo)向裝置（入口導(dǎo)向葉輪以及出口位置的擴(kuò)散葉輪）位置。實(shí)踐中，若氣體流量節(jié)流過多，則壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，并且伴隨著機(jī)器運(yùn)作與強(qiáng)烈的振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)器受損。比如，葉片出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。對(duì)于防沖擊控制而言，其主要目的在于確保其不能達(dá)到?jīng)_擊限制范圍只能。基于此，三套自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是為了能夠有效地避免出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

實(shí)踐中，利用氮?dú)鈱?duì)壓蓋進(jìn)行密封，以此來防止產(chǎn)品氣體從壓縮機(jī)中進(jìn)入到機(jī)器設(shè)備時(shí)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在實(shí)際操作過程中，密封氣體流入的壓力一定要比受控壓蓋室內(nèi)壓力要高。在連續(xù)運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)保證壓蓋的安全可靠性。對(duì)于防喘振控制而言，每個(gè)檢測周期時(shí)間范圍內(nèi)，自動(dòng)檢測過程中排放壓力PT 2457（在SIM AT IC C7上的X13 A13-I）的壓力呈現(xiàn)出梯度變化。如果在100毫秒檢測周期時(shí)間內(nèi)，超過設(shè)定壓力梯度時(shí)，不管正向還是負(fù)向壓力變化梯度，在線監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。以下結(jié)合喘振控制說明，模擬透平機(jī)出口壓力波動(dòng)過程中出現(xiàn)的具體情況。以下按周期進(jìn)行說明：第一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，檢測到的相關(guān)壓力梯度。檢測到正向超過梯度，喘振復(fù)位時(shí)間計(jì)時(shí)開始，喘振計(jì)數(shù)器從5次逐漸向0次計(jì)數(shù)，共計(jì)4次；檢測到壓力梯度出現(xiàn)負(fù)向超壓梯度時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)3次。實(shí)踐中，若連續(xù)出現(xiàn)的2個(gè)壓力梯度都有超限現(xiàn)象，則喘振報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)。之所以會(huì)出現(xiàn)這一情況，主要是在透平機(jī)出口壓力產(chǎn)生超限波動(dòng)，或者由于壓力變送器自身存在著一定的故障問題，到產(chǎn)生一系列信號(hào)誤差問題，透平機(jī)喘振報(bào)警系統(tǒng)被觸發(fā)。當(dāng)喘振報(bào)警系統(tǒng)被觸發(fā)以后，應(yīng)當(dāng)盡快查看透平機(jī)參數(shù)，然后判斷故障問題。透平機(jī)出口壓力波動(dòng)、或者壓力變送器存在著故障問題。在第二周期時(shí)間內(nèi)，10秒鐘喘振復(fù)位時(shí)間范圍內(nèi)，盡管出現(xiàn)了壓力梯度變化情況，但正、負(fù)向均沒有超過預(yù)設(shè)壓力梯度范圍，喘振計(jì)數(shù)器不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，此時(shí)喘振計(jì)數(shù)直接復(fù)位。之所以會(huì)出現(xiàn)該種情況，主要是

因?yàn)橥钙綑C(jī)喘振保護(hù)系統(tǒng)允許機(jī)組在一定范圍內(nèi)，出現(xiàn)波動(dòng)、允許機(jī)組在10秒鐘的復(fù)位時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)2個(gè)超限波動(dòng)。第三運(yùn)行周期時(shí)間內(nèi)，10秒鐘喘振復(fù)位時(shí)間，連續(xù)出現(xiàn)3次正、負(fù)向的壓力梯度超限現(xiàn)象，喘振計(jì)數(shù)器從5次降至0次。此時(shí)，觸發(fā)喘振報(bào)警系統(tǒng)，未復(fù)位，產(chǎn)生喘振聯(lián)鎖，立即停車。之所以會(huì)出現(xiàn)該種情況，主要是因?yàn)橥钙綑C(jī)組喘振保護(hù)設(shè)備，不允許機(jī)組出口壓力出現(xiàn)超過2次超限波動(dòng)、持續(xù)壓力變化情況。基于此，在機(jī)組運(yùn)行維護(hù)過程中，透平機(jī)出口壓力變送器出現(xiàn)了相關(guān)的故障問題，導(dǎo)致壓力信號(hào)在較短時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到滿量程；實(shí)際上，透平機(jī)聯(lián)鎖停車現(xiàn)象的發(fā)生，也屬于這類情況。控制的負(fù)向和正向壓力梯度設(shè)定值和造成喘振聯(lián)鎖的梯度超限設(shè)定次數(shù)。

三、大型機(jī)組在線監(jiān)控的設(shè)計(jì)

1.大型機(jī)組在線監(jiān)控的設(shè)計(jì)思想：

（1）分區(qū)域集中采集，統(tǒng)一監(jiān)控

依據(jù)華泰氯堿廠設(shè)備數(shù)量多、分布相對(duì)集中的特點(diǎn)，本方案建議采用基于區(qū)域集中、統(tǒng)一監(jiān)控的監(jiān)測方案，即以車間為區(qū)域監(jiān)測單元，通過各節(jié)點(diǎn)利用西門子PLC控制，然后把所有信息集中于M ES監(jiān)控中心，統(tǒng)一監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管控一體化。

（2）整體考慮，分步實(shí)施

本方案建議首先解決獨(dú)子關(guān)鍵大型機(jī)組的在線監(jiān)測，其余的設(shè)備或者其他設(shè)備以后實(shí)施，這樣可以最大限度地保障設(shè)備資產(chǎn)效益最大化，突出監(jiān)測效果。

（3）注重效果，突出效益

本方案涉及的關(guān)鍵設(shè)備，傳感器、采集方式、監(jiān)測分析方法及數(shù)據(jù)管理方式均考慮設(shè)備的特殊性、環(huán)境條件。項(xiàng)目將對(duì)狀態(tài)檢修起指導(dǎo)作用，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益起到技術(shù)保障作用。

（4）易于擴(kuò)展，維護(hù)方便

本方案采用網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，采集器及借口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為以后的擴(kuò)展和維護(hù)提供方便。系統(tǒng)服務(wù)器采用工業(yè)化專用設(shè)計(jì)，通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，能方便M ES的通訊。

（5）冗余設(shè)計(jì)，可靠第一

關(guān)鍵的測量點(diǎn)采用冗余設(shè)計(jì)，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。以透平機(jī)舉例，按照國外設(shè)計(jì)理念，穿插講解

透平機(jī)組硬件系統(tǒng)進(jìn)行劃分。

根據(jù)透平機(jī)硬件系統(tǒng)，可以劃分為：5個(gè)大的系統(tǒng)。因此，我們設(shè)計(jì)機(jī)組在線監(jiān)控的時(shí)候，需要根據(jù)機(jī)組的硬件系統(tǒng)進(jìn)行劃分，充分根據(jù)機(jī)組的保護(hù)要求，設(shè)計(jì)機(jī)組的系統(tǒng)監(jiān)控保護(hù)。

自動(dòng)化的概念基于工作狀態(tài)

透平機(jī)從硬件的監(jiān)控，只能保證各硬件系統(tǒng)獨(dú)立的安全工作狀態(tài)，作為整套機(jī)組來講，各硬件系統(tǒng)不是獨(dú)立存在的，而是在各個(gè)工作狀態(tài)協(xié)同工作。因此，為了保證整體機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，在線監(jiān)控的理念應(yīng)該來源于機(jī)組的各個(gè)工作狀態(tài)，國外設(shè)計(jì)師，把機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行劃分為5個(gè)狀態(tài)：不工作狀態(tài)，待機(jī)狀態(tài)，啟動(dòng)狀態(tài)，正常運(yùn)行狀態(tài)，正常關(guān)機(jī)狀態(tài)。