基于TRICON的煤氣化裝置ESD系統的應用

中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 付佐業

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基于TRICON的煤氣化裝置ESD系統的應用

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【摘要】煤制氫裝置連續穩定運行是全廠長期穩定運行的根本保證，煤氣化裝置的運行工況對下游裝置具有先決意義。煤氣化生產裝置工藝復雜，在生產過程中大部分都是高溫、高壓、易燃、易爆的，為了保證生產中的安全，煤制氫采用了TRICON緊急停車系統，本文主要介紹TRICON系統在煤制氫生產裝置上的應用。

【關鍵詞】三重化冗余；TRICON；配置

煤制氫裝置通過把煤粉和氧氣按一定比例在殼牌氣化爐內發生不完全燃燒產生合成氣，合成氣通過變換產生氫氣。此工藝過程具有高溫高壓且流程長、控制點多、工藝復雜等特點。在這些情況下，安全系統必須產生及時、正確的輸出，來防止任何危險發生或減輕后果。為了煤制氫裝置安全穩定的運行，就要選用一套反應迅速，故障率低的緊急停車系統，ESD系統。具體的說，一個基本的Tricon高密度系統由以下幾部分構成：模件、容納各模件的機架、現場端子板、以及編程工作站。

1　TRICON　ESD系統的特點

TRICONEX系統采用當今最先進的TMR微處理器硬件技術，和成熟可靠的TRISTATION 1131軟件，系統的高可靠性和高可用率被廣泛應用于石化行業，國內已應用了3000多套Tricon TMR系統。

1)TRICON最大的特點就是三重化冗余結構，從輸入模件到MP到輸出模件是完全三重化冗余的 ，每一個IO信號都擁有相互獨立的三個Leg，每一個Leg自主地讀取輸入信號并將讀到狀態送給相應的MP，三個主處理器之間通過TriBus進行通訊，每一個掃描周期每個MP都會通過TriBus與其他兩個MP進行通訊和同步 ，TriBus把DI的表決結果和AI的計算結果送給每一個MP，每個MP獨立地進行Program的運算并將結果送到輸出出模件 。

2)冗余：三重化主處理器、每一I/O模塊都有三條獨立的分電路、雙重電源供給、雙重通訊模塊。電源模塊和通訊模塊是雙重冗余。

3)隔離結構：三重獨立的主處理機、每個組件箱內都配備兩重冗余電源、在I/O組件內部，沒有共享部件、系統與現場之間隔離

4)在線維護：無需系統停車即可在線更換I/O組件、無需系統停車即可在線更換主處理機、卡件故障時可自動切換到熱備卡件。無需系統停車即可在線更改系統組態、在線軟件下裝。只能局部下裝，不能整體下裝 。

5)高安全性，高可用性：此系統是通過三重模件冗余結構（T MR）提供容錯能力的。此系統由三個完全相同的系統通道組成，可以消除因硬件故障造成的誤停車。

6)與上位機系統直接通訊。

7)TriStation軟件允許離線仿真。

8)安裝簡便。

2　TRICON系統在煤制氫中的應用

煤制氫106單元ESD共有4個機架，一個主機架三個擴展機架。電源模塊為雙重冗余在主機架的最左側，雙電源供電－每個電源模塊可承擔整個機架的負荷（175瓦），正常工作條件時，所需功率由兩個電源分擔，即每一電源提供系統電力的50％，當一個電源壞掉的時候另外一個電源承擔整個機架的供電。三重冗余主處理器，型號3008緊挨著電源模塊，每個模件控制系統的獨立的一支，并與其它兩個主處理器并行工作，三個主處理器之間的數據通信通過TRIBUS總線傳輸。4119EICM通訊卡，用來與DCS通訊，4329NCM通訊卡用來和交換機連接、然后通過網線與工程師站上位機連接供儀表人員操作。TRICON系統的模件由裝在一金屬骨架內的電子元件構成，可就地更換。每個模件有一個保護蓋，當模件從機架上取下來時，也不會暴露。各模件上的“鍵”又可以避免模件被插入到錯誤的槽內。Tricon模件支持數字的和模擬的輸入與輸出點，不同的模件有不同的表決方式、在DI組件內實現數字量輸入表決 3-2-1、在 DO 組件內實現數字量輸出表決 3-2-0、在AO組件內實現模擬量輸出選擇表決，選擇中值、在AI組件內實現模擬量輸入選擇表決，選擇中值，當AI、AO有一個壞值就會輸出平均值，兩個壞值就輸出剩下的好值。

3　系統維護

3.1硬件維護

1)不可以從機架上拔出任何“active” 的卡件?。。∫驗楫斦ｉ_車情況下，IO卡被拔出會造成全部點變成“0”，如果MP被拔出安全等級會降低。

2)當某個I/O卡件故障需在線更換時，更換前需檢查卡件上所有的針是直的平行的，無斷損無歪斜。

3)正常開車情況下在用的卡件的固定螺絲保證緊固不要松開。

4)系統存在多個故障，其中包含了MP或I/O卡的故障，要記住首先要解決MP再解決I/O卡件故障。

5)如果需要拔出熱備的卡件，要保證在正點過了10分鐘后，也不要靠近正點，因為在整點時刻主備卡件進行自動切換，如果整點拔出卡件容易造成裝置停車。

3.2軟件維護

1)在線運行時信號的應急處理：a)正常生產時有特殊情況發生需要強制操作，如現場一次儀表需處理，應履行相關手續，填寫聯鎖摘除申請單，對此次操作進行相關記錄；b)具有相關資質的工程師進入工程師站，用具有相關級別權限的登錄名打開1131程序；c)分析此信號產生的相關聯鎖都用在哪些邏輯中，可使用“全部搜索功能”找出程序中所有使用該變量的邏輯一一檢查核實！d)為方便處理完故障后恢復此信號的聯鎖功能，建議對AI信號強制實型的變量，這樣可以在解除強制信號前看到現場進入系統的實際值。

2)裝置在正常開車情況下只允許部分下裝不允許整體下裝，如若整體下裝需等到停車時再做整體下裝。暫停按鈕和HALT按鈕在開車情況下嚴禁使用，否則會導致控制器停止運行，所有輸出點變為：“0”。

4　日常巡檢注意事項

我們可以通過診斷軟件觀察各個模件的運行狀況，也可以通過模件面板上的指示燈判斷模件運行狀態。每個班要檢查所有的電源、機架卡件的指示燈，目測檢查接地螺絲的狀況 ，檢查電源風扇，機柜風扇的狀態 、照明、檢查機柜內各部位的溫度，檢查環境溫度及振動等。如發現不正常運行時要及時處理以防引起停車。

5　故障處理

故障一般分為兩種，一種是一般故障；不會引起停車，在線可以處理此故障。第二種為嚴重故障；能夠引起工藝或設備停車，或者同時出現兩個以上的卡件故障。

當一般故障發生時，儀表人員通過診斷軟件收集故障信息，然后由廠家判斷故障原因。更換故障卡件時要嚴格遵守操作規程，保證硬件版本號一致。如果發生嚴重故障導致停車，要及時聯系廠家人員到現場查明原因，消除隱患防止以后類似情況發生。

1)系統溫度高報警：電源模塊上的TEMP報警燈會亮，此時儀表人員要仔細檢查環境溫度，檢查風扇運行狀態。以及各模件運行狀態。

2)冗余電源中的一路電源故障：電源Pass燈會滅，如果是電源輸入故障，修復輸入電源；如果是卡件故障了或電源輸入丟失則更換電源模件，當電源故障時對應的繼電器會滅，上位機會顯示電源報警。

3)卡件報警：目前煤制氫都用的是單卡，如果卡件報警，我們需把新卡件插入熱備卡槽內，待檢測完成后方可拔出壞卡（注意事項：不要在整點插拔卡件）。

4)通訊故障：如出現通訊故障要及時檢測通訊卡夾、通訊線以及接頭的好壞。

5)控制系統停止運行：控制系統全部失電，事故原因分析:程序a)停止運行。b)三個控制器同時故障不工作。c)兩路電源同時失電。以上原因都會導致系統完全停電，各控制閥輸出回零，現場電磁閥都不能動作，最終停車。

6　結語

自2008年公司開車，煤制氫裝置就遇到了一系列的難題，面對出現的問題，公司領導和技術人員尋找問題根源，并加以解決。公司目前擁有的煤直接液化生產線是全世界第一套商業化運行生產線，是國家十五重點項目之一，是涉及國家能源戰略、產業戰略以及神華自身發展戰略的重大項目，是一種先進的潔凈煤技術，是解決我國石油供應的一條重要途徑。

隨著我國工業發展程度的推進，對于能源資源的需求量也在不斷增加，而我國發展是一條以資源換取發展的道路，我國的能源在不斷消耗中。本文通過以神華鄂爾多斯煤制油分公司煤制氫為例子，介紹了Tricon系統在該項目中的應用以及存在的風險。隨著現代社會的高速發展，全球的石油、天然氣等能源的用量也在不斷增加，消耗量日漸增加，將會出現某些資源能源短缺的現象。眾多國家都靠從國外進口相關能源來解決國內的能源問題，煤炭的儲藏量相對要比較高，使用量也不高，同時發掘方面投入少，通過將煤轉化為人們所需要的各種石化能源。煤炭作為世界上的第一大能源，同時，在環保方面，煤炭氣化也是一種極為有效的潔凈煤利用技術。通過合理地對于煤炭資源的運用，可以從中得到不可合成的化學品，以代替我國現行發展中所消耗的能源，例如石油氫氣等。

參考文獻

[1]Tricon 硬件安裝手冊培訓教材.

[2]呂作青.Tristation 1131配置及應用.