高密度聚乙烯裝置反應器軸流泵電流聯鎖改造及在線故障處理

李俊霖

摘 要：HDPE聚乙烯裝置反應器軸流泵P4001電氣側的電機電流變送器運行故障，無法保證裝置安全穩定運行。在電氣專業無法在線修復和更換的情況下，通過對儀表聯鎖改造方案的實施恢復關鍵聯鎖投運，避免非計劃停車風險，并對過程中遇到的問題逐一分析處理及總結。

關鍵詞：改造 干擾 隔離 故障安全

1、概述

軸流泵是高密度聚乙烯裝置反應單元的重要組成設備，泵體和電機分別由LAWRENCE PUMP 和ABB公司提供。軸流泵主要為環管反應器內淤漿物料的循環流動提供動能，主電機聯鎖和監控分別由SIS（TRICON）系統和DCS（HONEYWELL TPS）系統實現。原設計終止反應的聯鎖之一即電機電流IT4201A/B低低報二取一表決方式，該電流值主要用于監控軸流泵槳葉做功情況及產率計算，一旦連軸脫開空轉必須立即打終止劑停車。而每次停開車需要至少24小時置換殘余終止劑，無法立即恢復生產，每次效益損失約288萬元。

2008年5月曾因電機電流變送器IT4201B故障跑低聯鎖裝置非計劃停車，極大的影響裝置效益。在停車搶修期間申請將該單點聯鎖改為2oo2低報聯鎖及示值偏差報警功能，可用性提高。具體方案為：（1）SIS中組態將原IT4201A/B任意一臺70A低報聯鎖停車，改為IT4201A或IT4201B任意一臺變送器低低報70A，且另一臺亦同時達到低報80A，聯鎖觸發停車。（2）組態增加IT4201A和IT4201B示值偏差報警，設定偏差為正負5A高報警。效果說明：（1）防止由于設備故障誤報停車事故。（2）報警交叉設置有效防止測量臨界狀態聯鎖觸發失效。（3）運行監控A/B變送器偏差診斷報警提醒操作員進行確認檢查，能及早發現問題并采取維護措施。改造后如圖1所示。

2014年7月6日，再次因為變電所的IT4201A故障突然指示零下觸發電流低報及低低報警，而IT4201B顯示197A，運行功率JI4201指示1660KW正常，因2oo2未觸發聯鎖誤動作停車。但裝置運行情況下電氣人員無法實施變送器更換或修復，并且裝置離下次停車大修時間較長。此情況下只要IT4201B變送器故障或干擾等都會導致裝置聯鎖停車，安全等級由2oo2降為1oo2。

2、處理方案分析與確定

由于電氣無法在線修復，經分析，泵主電機PM-4001有單獨的功率變送信號JI4201送往DCS作顯示，且功率信號與電機的電流存在一定的比例關系，可利用功率信號在DCS系統中進行運算還原電流值，再通過DCS的AO通道硬線送往SIS的原IT4201A通道進行替換臨時恢復聯鎖投運。

3、方案實施

3.1 DCS組態建點

電氣功率轉換為電流換算公式：IT4201A=JT4201/6/1.732/0.815，DCS系統建立RPV點IT4201A_2，輸入公式將JT4201換算成電流，建立硬點AO點IT4201A_1，用于將換算的信號從DCS系統送至SIS系統。過程中遇到的問題：（1）AI點的RPV運算值無法直接送往AO輸出，所以需要建立一個邏輯軟點LG_II4201A_2用于連接和推送RPV運算值到AO輸出點IT4201A_1。（2）功率通過公式轉換為電流的量程設置為0～600AMP，而硬點AO只能接受RPV輸送量程為0～100%，工程單位不對應，需要對RPV的值進行轉換，所以在原公式中除以6即可。

3.2電纜敷設

3.2.1原SIS系統中來至電氣變送器接入線使用的1X2X1.5接入，電纜的單層屏蔽在儀表系統端進行工作接地。當前DCS/SIS控制系統要有公共參考地，直流電源負極接地。由系統外的電源供電且信號接受源本身已經接地的情況下，設備或控制系統間的參考地之間存在電勢差，因而形成接地環路，接地線環流會帶來共模或串模干擾，極有可能導致系統不能正常工作。如圖2所示：

儀表多點接地、直擊或感應雷電、大型電力設備啟停、開關操作浪涌、變頻器或及線路敷設不合理都會引入干擾影響測量，并且會損壞控制系統中敏感的I/O卡。

3.2.2避免干擾。根據《石油化工接地設計規范》2.2.4，如果一條回路中的信號源和接收源都不可避免接地，則應采用隔離器將兩點接地隔離。所以對兩系統間接地連接進行隔離，使原本相互聯接的地線網絡變為相互獨立的單元，相互之間存在的干擾也將大大減小。所以需在DCS、SIS兩系統間信號連接增加信號隔離，避免卡件通道信號及在用的其他通道信號造成影響，如圖3所示。在電纜敷設方面使用了雙屏蔽電纜單點接地，避免地下復雜的走線帶入的附加干擾。

3.2.3隔離柵選用及信號測試。現有的備件型號為MTL 5042、P+F的KCD2-SCD-EX1（輸出型）和HIX的1660A隔離器三種。由于在室內不涉及現場安全防爆限制能量問題，三個隔離柵理論上均能實現隔離功能。由于SIS的AI點為無源輸入，DCS的AO為有源輸出，從現場條件及安全柵性能參數分析，HIX的1660A無源隔離柵需要兩端單獨供電，取電不便。所以最終選用的安全柵P+F的KCD2-SCD-EX1（執行端）安裝在DCS端較為合適。

為保萬無一失，保證備件正常工作無故障。通過實際的測試，所有的輸入式及輸出式安全柵均可以實現信號的傳遞及隔離。經過萬用表測量隔離柵的輸入輸出及供電端子的正、負極均不連通。使用信號發生器、萬用表、進行五點上、下行測試，結果線性良好轉換精度較高。

在隔離柵輸入端接入DCS的AO通道，并給隔離柵供24VDC電后（供電由DCS端子柜中取得，即與DCS系統共地），通過前面DCS組態的RPV點IT4201_1給手動值走行程，用萬用表在安全柵輸出端進行五點測量，進一步校驗回路功能，同時監控測量值響應速度。測試中從DCS給出階躍信號到發生變化時間約1秒，能夠滿足工藝要求。

在測試過程中安全柵輸出端萬用表開路，安全柵輸出高阻抗，DCS能夠檢測到開路而初始化報警，具有線路自診斷功能。而安全柵輸入端開路，測試輸出電流跑下限，能夠實現故障安全功能。

3.3、旁路聯鎖及接線投用

接線前需將聯鎖進行摘除，在摘除IT4201A聯鎖時，務必將IT4201B同時旁路，避免誤操作。旁路過程避免強制輸入值，否則無法觀察信號實時值。旁路完成后，隔離柵需先斷電，將隔離柵輸出端到SIS的AI端子連接（注意正負極）。一切就緒后上電，觀察示值變化一段時間。完成投用后最后一道檢查手段，可以使用FLUKE紅外熱像儀對TRICON信號采集板進行定時監控，檢查發熱量，一旦異常立即斷開連接，確保系統正常運行。

4、經驗總結

4.1改造方案制定前，需要對接線及投運的風險進行論證評估，實施工作前應充分準備，包括系統通道隔離方式、電路確認及施工過程可能的風險應對。

4.2重要回路中安全柵的使用要謹慎，選型的參數及測試需要滿足現場安裝要求，確保各環節的故障安全功能正常實現。

4.3在線作業前摘除聯鎖，務必將相關的聯鎖同時摘除，避免誤操作的發生。且摘除時應該強制中間變量而非輸入值，否則無法觀察信號實時值。

4.4完成正負極正確接入后，可使用紅外熱像儀觀察卡件溫升情況，再投入使用。

4.5確認清楚DCS運算轉換輸入輸出響應速度是否能夠滿足工藝聯鎖要求。

5、結束語

通過對軸流泵電流變送器IT4201A/B二取一聯鎖的改造，同時對遇到的問題進行分析、實踐，以及進一步了解控制系統的結構及隔離柵在儀表系統中的應用。以此為基礎對本裝置存在的一些接地及抗干擾的共性問題進行排查，仍然存在隱患及缺陷，需要日后繼續改造完善。

參考文獻：

[1]SH-T3081-2003 《石油化工儀表接地設計規范》

[2]SH-T3018-2003 《石油化工安全儀表設計規范》

[3]TRICON V9-V10手冊

[4]HONEYWELL Process Manager I/O Installation

[5]P+F安全柵選型手冊