烯烴裝置引進(jìn)壓縮機(jī)組若干隨機(jī)儀表問題的分析

諸寶定

(上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工廠，上海 200540)

烯烴裝置引進(jìn)壓縮機(jī)組若干隨機(jī)儀表問題的分析

諸寶定

(上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工廠，上海 200540)

對多臺引進(jìn)壓縮機(jī)組隨機(jī)儀表的配置情況作了比較分析，結(jié)合現(xiàn)場實際運行中出現(xiàn)過的故障問題處理實例，提出今后在引進(jìn)壓縮機(jī)組的同時，對其軸位移、軸振動及安全柵等隨機(jī)儀表在選型、相應(yīng)的系統(tǒng)冗余配置等方面應(yīng)考慮或注意裝置整體儀表完善、統(tǒng)一的問題。

壓縮機(jī) 隨機(jī)儀表 儀表選型 冗余配置

乙烯裝置是上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工廠的主要裝置，內(nèi)含多臺引進(jìn)的壓縮機(jī)組。自2005年一次開車成功運行到現(xiàn)在為止，裝置先后進(jìn)行了兩次較大的擴(kuò)能改造，又新添加了兩臺壓縮機(jī)組，至今烯烴工廠共有9臺不同時期、不同形式的壓縮機(jī)組。

在引進(jìn)這些特大型轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)設(shè)備的同時，其中的隨機(jī)儀表和監(jiān)控系統(tǒng)由于涉及到專利技術(shù)或特殊要求，往往與壓縮機(jī)一起以打包形式整體集成引進(jìn)，主要由本特利(Bently-Nevada)監(jiān)控系統(tǒng)和ITCC控制系統(tǒng)組成，包括相應(yīng)的現(xiàn)場隨機(jī)儀表和機(jī)柜內(nèi)的各種安全柵和卡件。在實際使用、維護(hù)這些隨機(jī)儀表和監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，曾出現(xiàn)過由于客觀上儀表型號參差不同、安全柵及卡件等電子產(chǎn)品更新升級原因，以及由于維護(hù)人員的主觀意識、粗心或未完全搞清楚產(chǎn)品型號差異，誤換儀表或卡件時，造成部分機(jī)組不必要非計劃停車事故的發(fā)生。下面根據(jù)有關(guān)資料通過對這些機(jī)組儀表進(jìn)行一次深入的、有益的比較分析，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，找出深層次原因和解決方法，指導(dǎo)相關(guān)人員在今后引進(jìn)設(shè)備時消除儀表隱患，必須對隨機(jī)儀表的選型和系統(tǒng)配置更加完善、合理，確保壓縮機(jī)組可靠、長周期地安全運行。

1 壓縮機(jī)組概況①

上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工廠乙烯裝置的9臺不同時期、不同形式的壓縮機(jī)組概況見表1。

表1 烯烴工廠各種壓縮機(jī)組概況

2 本特利監(jiān)控儀表分析

一套完善的監(jiān)控系統(tǒng)是壓縮機(jī)這種關(guān)鍵轉(zhuǎn)動設(shè)備安全可靠運行的保障。從表1可以看出，這些壓縮機(jī)大多采用了美國本特利監(jiān)控系統(tǒng)，要達(dá)到監(jiān)控目的，離不開對壓縮機(jī)的軸位移、軸振動及軸瓦溫度等參數(shù)的檢測。

2.1軸位移、軸振動儀表測量

在儀表檢測信號的設(shè)計過程中，對于重要儀表測量信號常采用三取中，在聯(lián)鎖系統(tǒng)中常采用三取二的測量方式；在這同一測點的3個點A、B、C在設(shè)計過程中所選的儀表型號或量程一般都是相同的。按一般經(jīng)驗在日常儀表維護(hù)過程中也是這樣認(rèn)為的。同樣，也認(rèn)為這些引進(jìn)的壓縮機(jī)組中的軸位移、軸振動儀表的測量方式也同樣如此。一般軸位移、軸振動儀表測量方法主要由探頭、延伸電纜及前置放大器等部件組成。然后通過專用電纜將這些本安信號接入系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)的轉(zhuǎn)換卡件上來獲取這些儀表信號。一個軸位移信號測量往往有A、B、C共3個測點，然后三取二；一個軸振動信號測量往往由A、B兩個測點，然后二取一。因此，在早期對壓縮機(jī)組運行中的軸位移、軸振動探頭或延伸電纜更換過程中，多次出現(xiàn)更換備件后并未解決測量指示異?；蚱畹默F(xiàn)象，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，人們總是想當(dāng)然地認(rèn)為同一A、B、C測點的部件的探頭型號應(yīng)該相同，延伸電纜應(yīng)該相同；同一機(jī)組的軸位移或軸振動探頭型號應(yīng)該相同，延伸電纜相同，以為都可以互換。在實際維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，被這個習(xí)慣思維禁錮了。

但是通過對上海賽科石油化工有限責(zé)任公司烯烴工廠的壓縮機(jī)組有關(guān)儀表資料分析發(fā)現(xiàn)：不同機(jī)組、不同測點選用的儀表有不同型號、不同長度；即使在同一機(jī)組，同一測點上在儀表選型上也不盡相同，而且這種情況還比較多。正因為這些隨機(jī)儀表盡管在外觀上基本相同，又在同一測點，事實上它們的儀表選型卻不同，在日常儀表維護(hù)和更換過程中，很容易造成誤換，從而造成信號測量誤差和不準(zhǔn)的后果，嚴(yán)重時造成機(jī)組聯(lián)鎖停車事故的發(fā)生。這個問題，在儀表平常更換或檢查過程中需要注意或高度重視。

2.1.1同一機(jī)組同一測點上軸位移儀表選型不同

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，同一機(jī)組、同一測點上軸位移儀表選型不同。裂解氣循環(huán)壓縮機(jī)11C2000是乙烯裝置中最重要的關(guān)鍵壓縮機(jī)組之一，主要由HP、MP、LP 3個氣缸組成。從表2中發(fā)現(xiàn)：軸位移11XZE22004的A、B、C探頭用于測量壓縮機(jī)LP低壓缸的軸位移信號，雖然測點相同，但它們的探頭和延伸電纜并不相同；同樣，另一個MP中壓缸的軸位移11XZE22004的A、B、C，C測點與A、B測點相比，它們的探頭和延伸電纜并不相同。而其他機(jī)組對于同一測點來說一般選用相同的探頭和延伸電纜。

表2 同一機(jī)組同一軸位移儀表測點選型

對于同一個LP低壓缸兩側(cè)的軸振動11VXE/VYE22010與11VXE/VYE22011來說，發(fā)現(xiàn)它們在延伸電纜長度相同的情況下，所選的探頭卻不相同；11VXE/VYE22012與11VXE/VYE22013存在同樣的情況。

在日常儀表維護(hù)工作中，一旦需要更換這些儀表部件，很容易忽略這些細(xì)小的型號的差別。事實上就出現(xiàn)過由于沒有重視型號上的微小差異，造成出現(xiàn)更換部件后仍不能解決指示不準(zhǔn)的問題。

2.1.2不同機(jī)組、不同測點上在儀表選型不同

從表3可以看出，不同機(jī)組、不同測點上的儀表選型不同。在表3中發(fā)現(xiàn)了這樣一個事實：在不同機(jī)組、不同測點上軸位移儀表選型基本上都不相同，探頭和電纜型號五花八門。同一A、B、C測點的部件的探頭型號可能不盡相同，延伸電纜可能不盡相同；同一機(jī)組的軸位移或軸振動探頭型號可能不盡相同，延伸電纜可能不盡相同；都不可以互換。如果選擇了錯誤的探頭型號或錯誤的延伸電纜，長度不對，那么即使更換了新的部件，測量也不會準(zhǔn)確。同樣，軸振動儀表選型基本也都不相同，在這里不再一一列舉。

表3 不同機(jī)組軸位移儀表選型

現(xiàn)場實際工作中，在更換這些部件時必須先要查閱有關(guān)資料，然后使新部件型號或延伸電纜型必須跟原來一樣才可更換。

事實上，在傳感器選型過程中涉及到探頭、延伸電纜和前置放大器三者協(xié)調(diào)統(tǒng)一的問題。可以有不同組合，探頭與延伸電纜是通過調(diào)整其長度來滿足前置放大器的電氣長度。比如在選定9m電氣長度的前置放大器后，如果探頭長度為0.5m，延伸電纜長度選用8.5m為好；如果不選用8.5m，也一定不要超出本特利有關(guān)規(guī)范限制范圍的長度，使得總長度不能長也不能短，否則會出現(xiàn)系統(tǒng)上電氣長度不匹配，影響測量精度等問題。在選型上還應(yīng)注意3300 XL與3300 NSV探頭系列不同，所選的延伸電纜型號不同的問題。

2.1.3不同機(jī)組信號轉(zhuǎn)換器儀表選型不同

從表4可以看出，不同機(jī)組軸位移、振動儀表轉(zhuǎn)換器選型不同。在烯烴工廠9臺壓縮機(jī)中的8臺機(jī)組中，軸位移、軸振動儀表均通過前置放大器轉(zhuǎn)換后為0～10V(DC)的電壓信號，然后送到有關(guān)的安全柵中，通過安全柵后再將信號送入到本特利3500系統(tǒng)的卡件上。而裂解氣燒焦空氣壓縮機(jī)11C1801對于這些信號的處理與其他機(jī)組有所不同：首先它選擇的軸位移、軸振動探頭是本特利廠家的NSV型，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器也是對應(yīng)本特利廠家的NSV型變送器，輸出信號為4～20mA。這些信號直接送入美國AB公司的PLC系統(tǒng)卡件上，省去了一套本特利監(jiān)控系統(tǒng)，更要注意的是它的軸位移和軸振動所使用的安全柵型號是不同的，而其他壓縮機(jī)的軸位移和軸振動所使用的安全柵型號是相同的。

表4 不同機(jī)組軸位移、振動儀表轉(zhuǎn)換器選型

在一次對丁二烯循環(huán)壓縮機(jī)12C1231中的一塊軸振動轉(zhuǎn)換器更換過程中，發(fā)生了聯(lián)鎖停車事件。由于引進(jìn)設(shè)備內(nèi)配置的軸振動安全柵選用的是早期型號MTL4031，由于產(chǎn)品升級換代，老型號已被淘汰不再生產(chǎn)，現(xiàn)有的備件是MTL4531新型號，要去更換壞的軸振動安全柵。由于對MTL4531的性能不了解，認(rèn)為跟老卡外形一樣的新卡在性能上也與老卡一樣即插即用。在兩卡件更換完成后，在系統(tǒng)上取消這點強(qiáng)制聯(lián)鎖信號后，即發(fā)生此振動信號輸出值超過聯(lián)鎖值而造成聯(lián)鎖停車。事后通過查閱MTL4531使用說明書發(fā)現(xiàn)，雖然兩塊卡件都是軸振動安全柵，但是兩者又有區(qū)別，即新卡是多功能卡件，在卡件的側(cè)面上有DIP撥動開關(guān)，比較隱蔽，在使用前要先根據(jù)實際接線是兩線制還是三線制情況，來選擇DIP撥動開關(guān)位置的設(shè)置，設(shè)置正確后再更換。而MTL4031只有一種三線制接線方法，沒有DIP設(shè)置開關(guān)，可以即插即用。此次維護(hù)造成聯(lián)鎖停車的原因就是在卡件更換前沒有預(yù)先進(jìn)行DIP撥動開關(guān)的設(shè)置，直接更換所致。

還有一次在裂解氣燒焦空氣壓縮機(jī)11C1801中，出現(xiàn)過將軸振動轉(zhuǎn)換器卡件錯誤地當(dāng)成軸位移轉(zhuǎn)換器去更換壞的軸位移轉(zhuǎn)換器的情況，造成軸位移指示也達(dá)到聯(lián)鎖值，幸虧這臺壓縮機(jī)處于停車狀態(tài)，才沒有發(fā)生停車事故。這也是由于兩者卡件在外觀上相同，在更換前沒有仔細(xì)了解二者的區(qū)別導(dǎo)致的錯誤。

2.2軸瓦溫度測量

對于這9臺壓縮機(jī)組的軸瓦溫度信號測量方法基本相同。一個測點往往由A、B、C 3個測點組成，然后三取二；測量元件均為熱電阻RTD，以三線制形式通過現(xiàn)場電纜送入控制機(jī)柜內(nèi)的溫度安全柵本安輸入端子中，通過安全柵信號轉(zhuǎn)換后再將信號送入本特利3500系統(tǒng)的卡件上。

不同機(jī)組溫度轉(zhuǎn)換器儀表安全柵選型不同，見表5?？梢钥闯觯捎诓煌M(jìn)機(jī)組中使用了不同廠家或同一廠家但不同型號的溫度安全柵，在實際使用過程中帶來了極大的不便。由于這些安全柵在外觀上大多基本相同，模塊安裝緊湊。在對這些壞的安全柵更換過程中，必須搞清楚這些安全柵的安裝、量程、輸出信號及性能等特點，否則輕則出現(xiàn)錯誤指示，嚴(yán)重的會造成停車事故。

表5 不同機(jī)組軸瓦溫度儀表轉(zhuǎn)換器選型

(續(xù)表5)

一次在對裂解氣燒焦空氣壓縮機(jī)11C1801的一塊溫度安全柵由于故障更換過程中，原來使用的是PHENIX CONTACT生產(chǎn)的PI-EX-RTD-I型號，其輸出信號為4～20mA。而當(dāng)時工廠現(xiàn)有的備件只有MTL5045溫度安全柵，第一次更換后仍沒有解決原來的故障問題。后來發(fā)現(xiàn)此新型號的溫度安全柵不能直接拿來使用，在使用前需要預(yù)先離線在電腦上通過軟件對此卡件進(jìn)行簡單的組態(tài)設(shè)置，如：RTD三線制，量程0～200℃等參數(shù)的設(shè)置。這是一個不同廠家、不同型號卡件更換時需要注意的問題。

3 系統(tǒng)配置問題

在引進(jìn)大型壓縮機(jī)組過程中，ITCC系統(tǒng)也隨機(jī)成套提供給用戶，包括本特利BN 3500監(jiān)控系統(tǒng)。而在工廠整個自控系統(tǒng)中往往有自己的一套完整的SIS聯(lián)鎖系統(tǒng)，這就存在涉及到三者之間對現(xiàn)場隨機(jī)儀表的聯(lián)鎖信號的接收和處理問題。

3.1本特利隨機(jī)儀表聯(lián)鎖信號的處理

所有軸位移、軸振動和軸瓦溫度的信號均進(jìn)入本特利系統(tǒng)的AI輸入卡中，其中每一個軸位移上3個測點A、B、C通過內(nèi)部3500軟件經(jīng)過信號處理后均產(chǎn)生聯(lián)鎖信號A、B、C，通過DO輸出卡件輸出A、B、C干觸點聯(lián)鎖信號。

軸振動和軸瓦溫度的聯(lián)鎖信號處理方法不同于軸位移。每一個軸振動上兩個測點A、B信號通過內(nèi)部軟件3500信號處理，對于多個軸振動信號以X取二原則只產(chǎn)生一個總的內(nèi)部聯(lián)鎖信號VSHH，然后此信號通過本特利3500系統(tǒng)的DO輸出卡件輸出一個總的軸振動干觸點聯(lián)鎖信號。

每個軸瓦溫度上3個測點A、B、C信號通過內(nèi)部3500軟件經(jīng)過信號處理后，以三取二的原則，產(chǎn)生上個內(nèi)部軟點的聯(lián)鎖信號，對于多個軸瓦溫度測點來說就產(chǎn)生多個內(nèi)部軟點的聯(lián)鎖信號，然后將這些內(nèi)部軟點的聯(lián)鎖信號以與的邏輯關(guān)系輸出一個總的軸瓦溫度聯(lián)鎖信號TSHH。

在本特利系統(tǒng)上的多個軸位移干觸點聯(lián)鎖信號以硬接線方式送到SIS系統(tǒng)端子上，SIS系統(tǒng)中的總聯(lián)鎖信號A、B、C再以硬接線方式送到ITCC系統(tǒng)端子上。一個總的軸振動干觸點聯(lián)鎖信號VSHH和一個總的軸瓦溫度聯(lián)鎖信號TSHH以硬接線方式送到ITCC控制系統(tǒng)端子上。從而完成完整的聯(lián)鎖功能。

3.2冗余管理方案

美國GE公司的ITCC系統(tǒng)實際上是一個復(fù)雜的多重數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理和控制手段有許多獨特的專利或核心技術(shù)。其特點之一是三重(Triplex)冗余管理，在該系統(tǒng)中有3個核心CPU處理器，對于不同的輸入信號也采用了不同的冗余管理方式。比如：乙烯裂解氣壓縮機(jī)潤滑油壓力11PIT22001ABC這3個A、B、C輸入信號在送入ITCC系統(tǒng)時，在硬件配置的處理上是將這3個輸入信號分別連接到 3個獨立的核心CPU A、CPU B、CPU C中的3塊獨立的輸入卡件中，對應(yīng)為AFTM104A、BFTM104B、CFTM104C，而每塊卡所對應(yīng)的通道是相同的，均為A13通道。這樣真正實現(xiàn)了系統(tǒng)即冗余又分散風(fēng)險的目的。裂解氣壓縮機(jī)ITCC系統(tǒng)潤滑油壓力輸入信號的冗余處理如圖1所示。

圖1 裂解氣壓縮機(jī)ITCC系統(tǒng)潤滑油 壓力輸入信號的冗余處理

而在本特利系統(tǒng)中，只有一個CPU，對于同一個測點上的A、B、C聯(lián)鎖信號在硬件配置上，就達(dá)不到這種冗余目的。比如：裂解氣壓縮機(jī)ITCC系統(tǒng)HP高壓缸一側(cè)軸位移11XZT22005的A、B、C 3個輸入信號的處理，均連接在同一塊AI輸入卡件上的3個不同通道上，并沒有實現(xiàn)真正的冗余和風(fēng)險分散的要求，如圖2所示。

圖2 裂解氣壓縮機(jī)ITCC系統(tǒng)HP高壓缸 一側(cè)軸位移輸入信號的處理

對于SIS系統(tǒng)，一般來說CPU也是冗余的，對于同一個測點上的3個A、B、C聯(lián)鎖信號來說，它們的安全等級往往為SIL3，某系統(tǒng)中在輸入卡的硬件配置上仍然將這3個信號安排在同一塊卡件的3個通道上，事實上并沒有實現(xiàn)真正的冗余和風(fēng)險分散的目的。烯烴轉(zhuǎn)換裝置原料流量11FZT52003的A、B、C輸入信號的處理如圖3所示。

在有的聯(lián)鎖系統(tǒng)中，對于3個信號雖然在硬件配置上采用了3塊獨立的輸入卡，但對應(yīng)的通道且不相同。雖然在邏輯和冗余上沒有問題，但這給維護(hù)帶來一定的不便。在此，不再舉例。

圖3 烯烴轉(zhuǎn)換裝置原料流量11FZT52003A、 B、C輸入信號的處理

對于SIS系統(tǒng)，一般關(guān)心的是系統(tǒng)中CPU處理器的冗余和無擾動切換的功能。而對于同一個測點上的3個A、B、C聯(lián)鎖信號來說，其安全等級是SIL3，因此現(xiàn)場設(shè)計時有3個儀表測點，風(fēng)險得到了分散，因為在一般情況下，3臺儀表不可能同時發(fā)生故障。但進(jìn)行這3個信號輸入卡件的硬件配置上，常將這3個信號安排在同一塊卡件相鄰的3個通道上，這在組態(tài)和日后處理問題時比較方便，如圖3所示。表面上看沒有多大問題，但沒有考慮到這塊卡件一旦發(fā)生故障，這3個測點信號將同時失效，造成不必要的增大三取二誤聯(lián)鎖的風(fēng)險概率。

這是自控系統(tǒng)中在硬件配置過程中出現(xiàn)的一個普遍現(xiàn)象，平常也是這樣用的，包括增壓機(jī)選用的ITCC系統(tǒng)中(非GE公司產(chǎn)品)，對3個測點的輸入信號的硬件配置就采用了如圖3所示的形式。對這種3個測點信號，在輸入卡硬件配置的處理上并沒有實現(xiàn)真正的冗余配置方式。仔細(xì)分析圖1和圖2之間在輸入信號處理方面的差異，圖2只有一個CPU，就沒有冗余的概念。對于有兩個或3個CPU的控制系統(tǒng)或SIS聯(lián)鎖系統(tǒng)來說，在選擇CPU冗余的基礎(chǔ)上，對于多點測點信號在輸入卡硬件配置處理上，正確的方案應(yīng)該是：3個信號禁止安排在同一塊卡件相鄰的3個通道上，應(yīng)該在不同的卡件上。通過這種調(diào)整后，實際卡件數(shù)可能并沒有增加或會增加幾塊卡件，但真正實現(xiàn)了風(fēng)險分散的目的。結(jié)論是圖1的處理方式比圖3的好。

4 結(jié)束語

通過對多個實例的分析，并總結(jié)現(xiàn)場維護(hù)遇到的實際問題，深入消化吸收引進(jìn)的設(shè)備儀表系統(tǒng)在設(shè)計上的優(yōu)點，發(fā)現(xiàn)其中的缺點，更好地為將來新引進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)優(yōu)化配置提供借鑒。今后在引進(jìn)壓縮機(jī)組和設(shè)備投用運轉(zhuǎn)正常的日常維護(hù)過程中，儀表談判人員在考慮有關(guān)自控喘振控制、閥門選型等重大方案的同時，還必須注意現(xiàn)場儀表的選型問題：

a. 在雙方談判階段，就要向國外供應(yīng)商提出我方現(xiàn)場隨機(jī)儀表的選型方案，在條件允許的情況下，特別對現(xiàn)場的探頭、延伸電纜及各種安全柵等隨機(jī)儀表做到型號統(tǒng)一，便于今后日常儀表維護(hù)和備品件的管理，從源頭上降低維護(hù)風(fēng)險和成本。特別是同一測點上的型號相同，否則容易搞混，而疏忽這些選型的現(xiàn)場儀表往往是日后經(jīng)常出故障的地方。

b. 在備品件更換過程中，客觀上由于電子產(chǎn)品升級換代快，特別在用新型號或不同廠家的產(chǎn)品相互替代時，必須先仔細(xì)閱讀其產(chǎn)品說明書，避免由于誤換或沒有需要預(yù)先設(shè)置開關(guān)或沒有預(yù)先組態(tài)等主觀人為原因造成不必要的聯(lián)鎖停車事故的發(fā)生。

c. 在有關(guān)冗余系統(tǒng)的設(shè)計配置過程中，特別對于SIL3等級的多點聯(lián)鎖輸入信號和多測點重要控制信號在輸入卡件硬件配置處理上，必須樹立風(fēng)險分散理念，通過合理設(shè)計來降低它們的安全風(fēng)險。比如對3個輸入信號禁止被安排在同一塊輸入卡件相鄰的3個通道上，正確的方式應(yīng)該是安排在3塊不同的卡件上。進(jìn)一步分析，對輸出信號的配置方法相同。

AnalysisofInstrumentAllocationinCompressorUnitImportedforOlefinPlant

ZHU Bao-ding

(OlefinPlant,ShanghaiSayokPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540,China)

The instrument allocation for compressors imported was comparatively analyzed.Considering the instrument failures in the operation, the matters needing attention in selecting axial displacement device and axial vibrator and safety barrier and that in the system redundancy configuration as well as that in perfecting and unifying all instrument were proposed.

compressor, instrument attached, instrument selection, redundancy configuration

TH45

B

1000-3932(2016)10-1036-07

2016-07-18(修改稿)