防爆區域控制柜的電源改進

楊文戈

（陜西延長石油（集團）有限責任公司煉化公司，陜西 延安 727406）

0 引 言

石化企業裝置生產中，安裝在防爆區域內的自動控制柜大多采用正壓通風防爆，即給密封的控制柜充一定壓力的氮氣或其他惰性氣體，阻止易燃易爆氣體進入。當柜內壓力低于設定值時，聯鎖裝置立即切斷電源，以防止電氣火花點燃進入柜內的易燃易爆氣體[1]。然而，實際應用中，由于多種因素影響，防爆自動控制柜運行可靠性降低，影響了裝置的長周期運行。

1 存在的問題

某LNG廠冷劑壓縮機儀表控制柜采用正壓通風型防爆控制柜，并安裝在裝置現場。2017年，陸續發生了幾起儀表控制柜電源斷電事故，造成冷劑壓縮機停機、裝置停工。事故發生后，分析斷電原因，檢查市電、UPS電源等，均未發現問題。經過多次試驗后發現，如果電源電壓稍有波動，就會造成斷電。同時，對控制柜內接觸器線圈做吸合釋放測試，發現當控制電壓低于200 V時接觸器釋放，初步斷定接觸器線圈釋放電壓過高導致系統斷電。因此，只需更換原控制柜內接觸器后即可消除故障。

2 控制柜供電系統分析

該控制柜由兩路電源供電，一路220 VAC市電取自低壓配電室，一路220 VAC UPS電源取自UPS電源柜。改造前，控制柜供電系統框圖如圖1所示。經分析發現，如果供電系統存在以下缺陷，可能會導致壓縮機控制系統斷電，壓縮機停車。

通過分析控制柜供電系統并結合圖1可知：

（1）該控制柜電源系統由兩部分組成，一路220 VAC市電給控制單元（一）供電，另一路是220 VAC UPS電源給控制單元（二）供電，且市電供電受外界影響較大，可靠性相對較低，容易引起部分控制電源掉電。

圖1 控制柜供電系統

（2）通入控制柜內的氮氣或其他惰性氣體由于系統管網壓力變化或控制柜密封不好，容易引起壓力波動。如果壓力低于設定值，易造成柜內氣體壓力低聯鎖，控制系統供電中斷。

（3）控制柜安裝在室外，易受環境影響。尤其在夏季，外界環境溫度高，控制柜內的溫度隨之增高，而溫度過高會導致PLC主處理器報警，影響控制系統的安全運行。

（4）控制柜內所采用的空開、接觸器、繼電器等電氣元件的性能、質量、可靠性不高，可能會由于電器元件故障或誤動引起控制系統供電中斷。

（5）UPS發生故障。一路控制電源掉電，導致控制系統失電，壓縮機組停機，所有工藝參數無法上傳，且主控室操作人員不能第一時間掌握現場工況和實施后續操作。

這些因素的存在降低了系統供電的可靠性。此外，石化裝置連續生產的特性和故障停機等會造成巨大的經濟損失，因此需要改進該控制柜電源，提高運行可靠性。

3 控制柜供電系統改造措施

控制柜內原有兩路電源供電，一路是220 VAC市電，一路是220 VAC UPS供電。改造成兩路220 VAC UPS電源供電，并增加雙路快速切換開關，提高系統供電可靠性，減少電源因素的影響。改造后，控制柜供電系統框圖如圖2所示。

圖2 改造后控制柜供電系統

當柜內氣體出現壓力波動且低于設定值時，增加延時聯鎖并報警，以便操作人員檢查進氣壓力、箱體密封、壓力表等，發現問題及時處理。控制柜安裝位置應在避免陽光直射和通風良好的地點，或者控制柜搭設防雨遮陽棚加裝空調。如果條件允許，可將控制柜移至非防爆區，也可以使用普通控制柜，在設備現場增加急停按鈕，徹底消除現場正壓柜由于氣源壓力不穩定導致的斷電和現場控制柜由于陽光直射導致溫度過高的隱患。將控制柜內空開、接觸器、繼電器等電氣元件更換為質量可靠的產品，尤其是接觸器，要選擇線圈保持電壓范圍寬的產品，定期檢查、校驗元器件保護定值。此外，接觸器要測試線圈的吸合、釋放電壓。按照相關規程及要求，定期預防性維護和檢修UPS本體，對蓄電池定期充、放電，確保電池活性。另外，操作人員要加強巡視，檢查UPS兩路電源電壓、蓄電池電壓是否正常，UPS有無故障及報警信息，確保UPS運行狀態完好。

4 改造實施及效果

經過多次討論改造方案，2018年裝置大檢修期間，某LNG廠改造了冷劑壓縮機儀表控制柜電源。

（1）將原控制柜內兩路電源全部改為220 VAC UPS供電，并增加雙路快速切換開關，為控制系統設備提供冗余電源。此外，兩路220V AC UPS電源為控制系統提供電源，一路主電源，一路副電源。如果主電源失效，電源自動切換控制器將自動切換至副電源，從而保障控制系統不間斷供電，提高供電可靠性。

（2）重新設定控制柜內氣體壓力低報警、聯鎖值，設定為氣體壓力低報警值和壓力低低聯鎖值。當控制柜內氣體壓力低報警時，現場增加聲光報警，以提醒操作人員檢查控制柜。當控制柜內氣體壓力達到低聯鎖值時，考慮到壓力低和環境中的氣體短時間內不能進入控制柜，需增加延時聯鎖，為操作人員爭取更多的時間處理故障，避免停機。

（3）因為控制柜安裝在現場，所以2017年夏季曾經發生由于PLC溫度過高導致系統出現故障的問題。利用本次改造機會，在原控制柜頂部增加防雨遮陽棚，另外在控制柜內增加小型工業空調，防止夏季溫度過高導致PLC主處理器工作異常。

（4）由于原控制柜內空開、接觸器、繼電器等電氣元件使用時間長，且經常出現偶發故障，本次檢修應全部更換控制柜內的電氣元件，將其更換為生產工藝先進、電氣性能優異、質量可靠的品牌產品，以增加元器件的可靠性，避免由于電氣元器件故障導致控制系統掉電。

（5）現場HIM（人機界面）操作員控制和監控屏柜內增加恒溫電伴熱，確保控制屏處于正常的工作溫度，同時防止冬季溫度過低，控制屏顯示異常或死機現象；

（6）預防性維護和檢修冷劑壓縮機控制室UPS。本次檢修需嚴格按照梅蘭日蘭UPS預防性維護計劃表進行。根據UPS的運行時間，本次檢修更換了UPS濾波電容、電解電容、散熱風扇等元件，并更換了UPS蓄電池。另外，測試UPS整流單元、逆變單元及其他元件，并帶電測試UPS運行性能，檢修UPS是否達到了良好的運行狀態。

通過以上改造，壓縮機儀表控制柜運行至目前，未出現控制電源掉電和控制系統故障，提高了供電系統的可靠性和穩定性，保證了冷劑壓縮機的長周期運行。

5 結 論

經實際運行驗證，改造后的電源系統更加穩定、可靠，避免了壓縮機由于控制系統掉電而導致停車，保證裝置安全、穩定地運行，并取得了顯著的經濟效益和社會效益。