二氧化碳?jí)嚎s機(jī)溫度聯(lián)鎖技改

楊瑞瑞

（晉能控股裝備制造集團(tuán) 天源山西化工有限公司，山西 高平 048400）

聯(lián)鎖控制是指被控對(duì)象通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，使被控對(duì)象相互牽連并且形成聯(lián)鎖反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)保護(hù)的控制方式。這種現(xiàn)象常用于開(kāi)關(guān)控制的場(chǎng)合，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，尤其是在涉及安全控制的場(chǎng)合，運(yùn)用比較廣泛。當(dāng)某一參數(shù)達(dá)到規(guī)定值或某一設(shè)備啟、停或開(kāi)、關(guān)時(shí)，聯(lián)鎖動(dòng)作打開(kāi)或閉鎖對(duì)另一設(shè)備的控制。

聯(lián)鎖控制包括照明設(shè)施的聯(lián)鎖控制、生產(chǎn)設(shè)施的聯(lián)鎖控制和安全設(shè)施的聯(lián)鎖控制等。

1 CO2壓縮

公司主要產(chǎn)品為大顆粒尿素和液氨等產(chǎn)品。尿素裝置采用的是二氧化碳?xì)馓岱ㄉa(chǎn)裝置。生產(chǎn)尿素需要的原料是二氧化碳?xì)怏w和液氨，并且需要達(dá)到一定的壓力和溫度條件。給二氧化碳升壓的動(dòng)設(shè)備是往復(fù)式壓縮機(jī)，共計(jì)有5 臺(tái)。正常情況下3#壓縮機(jī)為備機(jī)，當(dāng)其它機(jī)組有故障或者檢修的情況下3#運(yùn)行。1#、2#壓縮機(jī)為尿素一系列提供二氧化碳?xì)怏w，4#、5#壓縮機(jī)為二系列提供二氧化碳?xì)怏w。

從合成氨系統(tǒng)的脫碳裝置來(lái)的二氧化碳?xì)怏w，壓力為0.102 MPa ～0.105 MPa（A），溫度為35 ℃，CO2含量≥98.5%（V/V）。經(jīng)二氧化碳?jí)嚎s界區(qū)的液滴分離器分離后，在壓縮機(jī)一段出口與一定量的空氣相混合，空氣中氧氣主要用于后工段高壓設(shè)備的防腐和脫氫。在尿素的生產(chǎn)過(guò)程中，氧氣可以在尿素合成塔、二氧化碳?xì)馓崴?、高壓洗滌器和高壓甲銨冷凝器等設(shè)備表面形成一層致密的氧化膜，以防止尿素及甲銨液對(duì)設(shè)備的腐蝕。加入的空氣量控制在進(jìn)入二氧化碳?xì)馓崴暗难鹾坎恍∮?.75%（V/V）。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)選用往復(fù)式壓縮機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是效率比離心式壓縮機(jī)高，調(diào)節(jié)氣量時(shí)排氣壓力幾乎不變。二氧化碳?xì)怏w從二氧化碳?jí)嚎s機(jī)三段出口進(jìn)入脫硫裝置，在此脫去二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)硫，確保脫氫反應(yīng)器中的催化劑不會(huì)中毒失效。脫硫后二氧化碳?xì)怏w返回壓縮機(jī)的四段入口。最終二氧化碳?xì)怏w被壓縮到14.7 MPa ～15.7 MPa（A）進(jìn)入高壓二氧化碳加熱器，在此將二氧化碳?xì)怏w的溫度提高到150℃后，進(jìn)入裝有鈀鉑催化劑的脫氫反應(yīng)器，以燃燒二氧化碳?xì)怏w中的可燃組份。脫氫的目的是防止高壓洗滌器排出的氣體發(fā)生爆炸。在脫氫反應(yīng)器中，主要反應(yīng)為2H2+ O2= 2H2O，脫氫后二氧化碳?xì)怏w中含氫及其它可燃?xì)怏w量＜50 ppm。脫氫后的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)高壓二氧化碳冷卻器冷卻到120℃后，進(jìn)入氣提塔底部。

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)設(shè)有中間冷卻器和分離器，氣體流程設(shè)有3 個(gè)回路，分別是一回一、三回一和五回一，以適應(yīng)尿素生產(chǎn)負(fù)荷的變化，多余的二氧化碳?xì)怏w由放空管排入大氣。

2 壓縮機(jī)儀表

儀表控制部分為兩部分：一部分為現(xiàn)場(chǎng)儀表控制柜儀表，在壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)集中顯示壓縮機(jī)的各項(xiàng)工藝參數(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜采用數(shù)顯表顯示各級(jí)工藝控制參數(shù)，供現(xiàn)場(chǎng)工藝操作人員監(jiān)盤(pán)和記錄，來(lái)保證二氧化碳往復(fù)式壓縮機(jī)的正常運(yùn)行；另一部分為中央控制室的集散控制系統(tǒng)（DCS）顯示儀表。中央控制室部分儀表主要作為儀表信號(hào)趨勢(shì)的采集和聯(lián)鎖動(dòng)作的記錄等。

說(shuō)明：

1）所有壓力變送器通過(guò)數(shù)顯表，不僅在儀表盤(pán)上集中顯示，而且另外輸出一路標(biāo)準(zhǔn)的4 mA DC ～20 mA DC（四線制）電流信號(hào)送至控制室DCS 系統(tǒng)顯示。

2）二氧化碳機(jī)組聯(lián)鎖邏輯，在現(xiàn)場(chǎng)就地控制柜內(nèi)的PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

表1 CO2壓縮機(jī)儀表位號(hào)Table 1 CO2 compressor instrument tag number

3 儀表設(shè)計(jì)控制方案

3.1 允許啟動(dòng)條件

冷卻水總管壓力PS-902 大于0.2 MPa 和潤(rùn)滑油總管壓力PS-1002 大于0.2 MPa 同時(shí)滿足，而且沒(méi)有儀表聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)發(fā)生時(shí)，即允許啟動(dòng)繼電器帶電，跳車(chē)?yán)^電器不帶電時(shí)，儀表控制系統(tǒng)部分滿足壓縮機(jī)允許啟動(dòng)條件。

3.2 聯(lián)鎖停車(chē)條件

當(dāng)壓縮機(jī)的電機(jī)軸承溫度（TE301/TE302）任意一支大于80℃，主軸承溫度（TE401/TE402/TE403/TE404）任意一支大于70℃，一級(jí)進(jìn)氣壓力（PT-801）小于0.0015 MPa，潤(rùn)滑油壓力（PT-1001）小于0.1 MPa 條件當(dāng)中，任一條件滿足時(shí)，壓縮機(jī)就會(huì)聯(lián)鎖跳車(chē)停止。

3.3 儀表控制方案

3.3.1 各級(jí)進(jìn)出口溫度設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)場(chǎng)溫度儀表一次檢測(cè)元件，是三線制的Pt100 雙支鉑熱電阻，檢測(cè)點(diǎn)安裝在往復(fù)式壓縮機(jī)的各級(jí)進(jìn)出口緩沖罐上。儀表信號(hào)通過(guò)7×1.5 的KVVP 儀表控制電纜，延伸至現(xiàn)場(chǎng)儀表控制柜內(nèi)的接線端子排上，一路接至現(xiàn)場(chǎng)儀表控制柜前的數(shù)顯表上，供現(xiàn)場(chǎng)工藝操作人員監(jiān)視和記錄。另一路儀表信號(hào)通過(guò)8×3×1.5 的控制電纜送至中央控制室內(nèi)的DCS 系統(tǒng)。

數(shù)顯表上電后，需要按照說(shuō)明書(shū)設(shè)置一些重要參數(shù)，比如顯示的量程上限和量程下限，信號(hào)輸入類(lèi)型、報(bào)警值、聯(lián)鎖值以及觸點(diǎn)方式等，具體的設(shè)置內(nèi)容根據(jù)控制要求來(lái)完成。

3.3.2 主軸承、電機(jī)軸承溫度設(shè)計(jì)方案

主軸承溫度、電機(jī)軸承溫度數(shù)顯表的顯示部分，與各級(jí)進(jìn)出口溫度傳輸一致，不同的是檢測(cè)點(diǎn)位置不同，電機(jī)軸承溫度檢測(cè)的是電機(jī)負(fù)荷端和非負(fù)荷端的軸承溫度。而主軸承溫度是安裝在壓縮機(jī)大蓋內(nèi)的主軸上，均勻分布在主軸的4 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上。

主軸承溫度、電機(jī)軸承溫度數(shù)顯表除需要設(shè)置量程外，還需要重點(diǎn)設(shè)置報(bào)警值和報(bào)警觸點(diǎn)輸出方式（閉合）、聯(lián)鎖值和聯(lián)鎖觸點(diǎn)輸出方式（閉合）。當(dāng)主軸承溫度或者電機(jī)軸承溫度數(shù)顯表顯示溫度值超過(guò)所設(shè)置的報(bào)警值時(shí)，數(shù)顯表的報(bào)警輸出觸點(diǎn)就會(huì)閉合，閉合信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)絻x表控制柜內(nèi)的PLC 輸入端，經(jīng)過(guò)PLC 程序判斷和輸出點(diǎn)閉合后，導(dǎo)至報(bào)警繼電器線圈動(dòng)作后，繼電器觸點(diǎn)就會(huì)閉合，這時(shí)儀表盤(pán)前對(duì)應(yīng)的指示燈和報(bào)警鈴就會(huì)相應(yīng)發(fā)出信號(hào)，從而來(lái)提示現(xiàn)場(chǎng)工藝操作人員。

當(dāng)主軸承溫度或者電機(jī)軸承溫度數(shù)顯表顯示溫度值超過(guò)所設(shè)置的聯(lián)鎖值時(shí)，數(shù)顯表的聯(lián)鎖輸出觸點(diǎn)就會(huì)閉合，閉合信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)絻x表控制柜內(nèi)的PLC 輸入端，通過(guò)PLC 內(nèi)的程序判斷和輸出點(diǎn)閉合后，導(dǎo)至聯(lián)鎖停車(chē)?yán)^電器線圈動(dòng)作后，繼電器觸點(diǎn)就會(huì)斷開(kāi)，這時(shí)連接的電氣控制回路就會(huì)斷開(kāi)，主接觸器就會(huì)失電，運(yùn)行的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)就會(huì)停止，從而起到保護(hù)壓縮機(jī)設(shè)備的功能。

3.3.3 輔油泵的啟停設(shè)計(jì)方案

油壓變送器采用EJA 橫河壓力變送器，檢測(cè)點(diǎn)安裝在稀油站出口總管上。數(shù)顯表采用自帶外供24 VDC 的兩線制型號(hào)，數(shù)顯表輸入類(lèi)型設(shè)置為4 mA DC ～20 mA DC，量程和壓力變送器量程范圍設(shè)置一致。油壓變送器通過(guò)2×1.5的控制電纜接到數(shù)顯表對(duì)應(yīng)的兩線制端子上。

當(dāng)油壓系統(tǒng)工作正常時(shí)，往復(fù)式壓縮機(jī)能夠正常啟動(dòng)和運(yùn)行。當(dāng)油壓低于0.15 MPa 時(shí)，油壓數(shù)顯表低報(bào)警輸出觸點(diǎn)閉合，閉合信號(hào)送至PLC 控制系統(tǒng)，通過(guò)程序判斷后PLC 輸出兩路信號(hào)，一路是聲光報(bào)警，另一路則啟動(dòng)輔油泵。當(dāng)油壓高于0.15 MPa 小于0.4 MPa 時(shí)，需要操作工手動(dòng)消除報(bào)警。

當(dāng)油壓高于0.4 MPa 時(shí)，則通過(guò)安裝在潤(rùn)滑總管上的油壓開(kāi)關(guān)PS1001 發(fā)生動(dòng)作后把信號(hào)傳遞給PLC 控制系統(tǒng)，通過(guò)程序判斷后PLC 輸出報(bào)警，提醒工藝操作人員消除報(bào)警和手動(dòng)停止輔油泵。

3.3.4 潤(rùn)滑油溫度控制

在壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，油溫是一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)。潤(rùn)滑油對(duì)軸承起潤(rùn)滑作用，減少摩擦力，同時(shí)帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，還能起到冷卻軸承的作用。當(dāng)油溫過(guò)高時(shí)，會(huì)降低油的粘度和降低油壓，影響壓縮機(jī)的潤(rùn)滑作用；當(dāng)油溫過(guò)低時(shí)，會(huì)使油的粘度增加，從而使軸承摩擦力增大，增加軸承的消耗，更為嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生機(jī)組振動(dòng)。所以，油溫必須控制在一定范圍內(nèi)。

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)油箱溫度是通過(guò)兩支電接點(diǎn)溫度計(jì)來(lái)控制的，安裝在油箱側(cè)面偏底部位置，一支是供油溫度TIS-601 啟動(dòng)加熱器；另一支是供油溫度TIS-602 停止加熱器。通過(guò)螺絲刀可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整兩支電接點(diǎn)溫度計(jì)的接觸點(diǎn)，啟動(dòng)加熱器溫度計(jì)設(shè)置在20℃，停止加熱器溫度計(jì)設(shè)置在40℃。把兩支加熱器的溫度計(jì)觸點(diǎn)，接到儀表控制柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)繼電器控制回路中，啟動(dòng)加熱器用常開(kāi)觸點(diǎn)與停止加熱器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在電氣加熱器的二次回路中，這樣就能實(shí)現(xiàn)油溫的自動(dòng)控制。

4 主軸承溫度和電機(jī)軸承溫度聯(lián)鎖技改

4.1 改造前的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

在CO2壓縮機(jī)正常運(yùn)行情況下，所有儀表設(shè)備或電氣元件都有可能發(fā)生故障，或者運(yùn)行不穩(wěn)定的情況發(fā)生。Pt100 熱電阻溫度計(jì)在檢測(cè)回路中傳輸?shù)氖请娮栊盘?hào)，如果回路中有虛接的情況發(fā)生時(shí)，數(shù)顯表顯示的溫度值就會(huì)增大。當(dāng)電機(jī)軸承溫度（電機(jī)前軸溫度TE301 和電機(jī)后軸溫度TE302）或者主軸承溫度（TE401/TE402/TE403/TE404）任一指示波動(dòng)，而且當(dāng)指示波動(dòng)達(dá)到數(shù)顯表設(shè)定的聯(lián)鎖值后，會(huì)造成聯(lián)鎖誤動(dòng)作，導(dǎo)致CO2壓縮機(jī)停車(chē)。這樣整個(gè)尿素裝置就會(huì)減負(fù)荷，使尿素產(chǎn)品減產(chǎn)，給公司造成一定的產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 改造的目的

消除因儀表原因運(yùn)行不穩(wěn)定，或者一次儀表故障引發(fā)的誤停車(chē)事故，保證二氧化碳?jí)嚎s機(jī)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4.3 主要改造的內(nèi)容

圖1 儀表技改前回路圖Fig.1 Circuit diagram before instrument technical renovation

二氧化碳?jí)嚎s電機(jī)軸承溫度、主軸承溫度聯(lián)鎖技術(shù)改造，是通過(guò)一次溫度檢測(cè)元件（雙支Pt100 溫度計(jì)），把送DCS 控制系統(tǒng)的儀表信號(hào)通過(guò)增加智能隔離式安全柵（型號(hào)：XBX5918B）和昆山數(shù)顯表（型號(hào)XMZDBH-64200200，Pt100）來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度二取二聯(lián)鎖。溫度分配器把信號(hào)分為兩路信號(hào)，一路把信號(hào)送至DCS 中控顯示，另一路送至新增的數(shù)顯表，把新增數(shù)顯表的輸出觸點(diǎn)和原有的數(shù)顯表的輸出觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，這樣就組成了溫度聯(lián)鎖二取二的效果，就能避免因溫度計(jì)波動(dòng)造成壓縮機(jī)停車(chē)的后果（見(jiàn)技改后回路圖）。這是通過(guò)增加硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)二取二聯(lián)鎖的。

另外，還有一種方法，通過(guò)修改PLC 程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，把PLC 內(nèi)部程序的輸出點(diǎn)（Q 點(diǎn)）修改為延時(shí)輸出塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)延時(shí)來(lái)消除因儀表信號(hào)波動(dòng)而導(dǎo)致的事故發(fā)生。延時(shí)的時(shí)間根據(jù)工藝的實(shí)際情況來(lái)確定。

在這里只對(duì)壓縮機(jī)的主軸承和電機(jī)軸承溫度做了聯(lián)鎖技改，這是因?yàn)樵趯?shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，一方面是壓縮機(jī)檢修比較頻繁，由于檢修人員的意外作業(yè)會(huì)造成儀表線路上的故障，而且當(dāng)線路上有虛接的情況時(shí)，溫度回路缺陷不容易被查找；另一方面是壓縮機(jī)本身運(yùn)行振動(dòng)就會(huì)比較大，也會(huì)造成儀表設(shè)備的故障，例如一次檢測(cè)元件接線盒內(nèi)螺絲松動(dòng)，穿線管電纜皮磨損現(xiàn)象等。這兩種現(xiàn)象都會(huì)造成儀表的溫度指示波動(dòng)。如果是有聯(lián)鎖的回路指示波動(dòng)，就會(huì)發(fā)生壓縮機(jī)誤跳車(chē)的事故。而且在實(shí)際的生產(chǎn)和儀表運(yùn)行過(guò)程中，壓縮機(jī)跳車(chē)后數(shù)顯表都顯示正常，故障現(xiàn)象都不明顯，有時(shí)候都未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)判斷，往往是溫度聯(lián)鎖的可能性比較大。

在壓力變送器的回路中，傳輸?shù)氖? mA DC ～20 mA DC 電流信號(hào)。如果有虛接、斷路和接地的情況現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)儀表盤(pán)的監(jiān)視，很容易發(fā)現(xiàn)。所以在實(shí)際工作中，溫度是最簡(jiǎn)單的檢測(cè)回路，真正有問(wèn)題時(shí)，卻很不容易判斷。

圖2 儀表技改后回路圖Fig.2 Circuit diagram after technical renovation of the instrument

5 小結(jié)

通過(guò)修改電機(jī)軸承和主軸承溫度聯(lián)鎖達(dá)到了預(yù)期的效果，避免了因現(xiàn)場(chǎng)溫度一次儀表（Pt100）溫度計(jì)或者線路故障后，導(dǎo)致CO2壓縮機(jī)聯(lián)鎖跳車(chē)的后果，從而能夠保證CO2壓縮機(jī)長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)為5 臺(tái)，經(jīng)過(guò)小技改并且調(diào)試后，溫度指示和聯(lián)鎖動(dòng)作正常，和預(yù)期效果一致，能夠消除溫度波動(dòng)，導(dǎo)致二氧化碳?jí)嚎s機(jī)誤跳車(chē)的效果。