空壓機組運行控制的優化與改進

楊 光, 韋靖博, 李 根

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司600 000 t/a合成氨節能技術改造項目設計有鍋爐、空分、氣化、凈化、合成等工序單元,其中空分單元以空氣為原料,通過壓縮、精餾等工藝從液態空氣中分離出生產所需的氧氣、氮氣等主要氣體,供其他工序使用,是氨合成工藝生產的核心部分。該空分裝置配套德國曼(MAN) 54 000 m3/h空壓機組,采用TRICON TS3000控制系統[1]。項目自投產以來,空壓機組運行已近3 a,在運行過程中暴露了一些安全隱患和不利于穩定生產的情況,對空壓機組的長周期安全運行和工藝人員的正常操作都造成了一定的影響。根據空壓機組行車過程中出現的問題特點,分別從系統控制聯鎖、系統故障信息診斷、點位布置優化、現場設備改進等方面著手,進行針對性的處理和預防加強措施,進而優化空壓機組的運行控制,以提升機組的安全穩定性。

1 聯鎖優化

空壓機組開車后,控制系統因前期設計問題保留一部分單點聯鎖停車信號,即停車信號由現場單個儀表設備點控制。若儀表設備出現故障,如線路開路、短路、接線觸點松動、儀表設備損壞等,皆會導致聯鎖信號觸發,造成空壓機組跳車,進而引起系統大停車的嚴重后果,為空壓機組的穩定運行埋下重大安全隱患。

針對該情況,進行單點聯鎖升級優化,對系統中的單點聯鎖停車信號進行統計,采購合適匹配的儀表設備,利用停車檢修機會,在設備預留孔位安裝儀表點,將單點聯鎖點位增加為3個,即每個單點聯鎖點位在現場再安裝布置2個儀表點。在控制系統中設計三取二聯鎖邏輯,每個點位的3個測量值同時送回控制器,控制系統對其進行實時判斷,當3個測量值中的任意2個故障或滿足聯鎖條件時,聯鎖停車信號才會被觸發。單點聯鎖升級優化后大大提高了聯鎖儀表設備的可靠性和穩定性,極大程度地降低了空壓機組因儀表設備故障誤跳車的概率。系統聯鎖優化共改造單點聯鎖信號13個,具體情況見表1。將單點聯鎖停車信號升級為三取二聯鎖信號后,避免了停車聯鎖信號的誤動作觸發,最大程度地消除因儀表故障而帶來的空壓機組安全運行隱患。

表1 系統單點聯鎖停車信號點位表

2 機架報警消除

項目開車后,空壓機組控制系統機架持續報警,嚴重干擾了操作人員的正常操作,對機組的安全行車構成威脅,為生產帶來不穩定因素。機架報警現象是隨著機組的開停車而出現和消失的,利用系統檢修,對報警卡件進行更換處理,同時對機柜系統電源、機架電源模塊、電纜、接地等進行全面排查分析后,并未能解決機架報警問題。機組開車后報警信息繼續復現,使用TRICON TS3000控制系統自有的診斷軟件Enhanced Diagnostic Monitor進行系統自診斷。由分析收集到的診斷信息可知,機架報警原因是模擬輸出(AO)型報警卡件的2號通道負載電壓超限,即該通道上所接點位控制閥(FV1902)定位器的負載電壓超過卡件輸出控制信號帶負載電壓的上限,引發機架電源模塊報警[2],進而觸發系統機架報警。

在不斷進行分析論證、對比和參數選型后,決定采用在AO型報警卡件對應通道后端安裝倍加福KFD2-CD-Ex1.32本質安全應用型安全柵的方式來提高AO型報警卡件通道的帶載能力[2]。加裝安全柵后,通過對控制閥(FV1902)全開度不斷動作試驗和空壓機組正常開車后的長周期觀察驗證,該方法成功解決了機架報警問題,加裝安全柵后系統機架報警現象未再出現。利用加裝匹配的安全柵提高卡件電壓帶載能力,成功解決了AO型報警卡件通道電壓監督超載報警問題,消除了空壓機組控制系統機架報警的安全隱患。

3 報警功能改進

空壓機組系統報警信息原有1#、2#、3#機架報警,控制器運行狀態,強制點位數等。運行系統其他狀態信息則需要巡檢人員進入主控機柜后進行開柜檢查,這在一定程度上加大了系統運行狀態實時反饋的滯后性,同時降低了系統故障提前預判并進行人為干預的時效性。

根據控制系統現有的軟硬件條件,在原有系統報警信息的基礎上,增加各控制站點與主控制器的A/B網絡通信狀態報警,控制器與本特利機柜1#、2#機架的網絡通信狀態報警,本特利機柜1#、2#機架控制卡件運行狀態報警,機組超速保護器運行狀態報警,電源模塊故障報警和控制機柜內部溫度超限報警,并將增加的報警信息引入操作監控畫面,對增加的報警信息進行實時監控。系統狀態的自我診斷和提前預警可以提高系統的可維護性,增強系統的抗風險能力[3-4]。在系統原有軟硬件的基礎上,對現有系統報警信息進行改進,盡可能地豐富系統預警信息內容,提高系統的自診斷能力,提高系統故障時人為介入、維護的時效性,大大提高系統運行的穩定性。

4 點位再分配

項目投產后,因前期問題導致空壓機組硬件系統個別點位布置分配不合理,同一功能點位的不同儀表點分配在同一個卡件上,即一個點位的A、B點或A、C點或B、C點位于同一塊卡件上。這種情況會增加因卡件故障而造成的系統不穩定性,因此需要對此類點位進行分配和再調整。針對同點位2個儀表點分配在相同卡件上的個別點位,進行再次分配并對軟件程序進行相應調整和更改,將同點位的多個儀表點相互獨立分配到同類型的不同卡件上,從而大大降低因卡件故障造成該點位多個儀表點同時故障的概率,尤其是對一些涉及安全聯鎖或者關聯設備啟停的重要儀表點,極大程度地提高了系統的抗風險能力和穩定性。

5 現場設備改進

項目開車后,空壓機組的空壓機和增壓機多個軸瓦溫度出現隨機波動現象,嚴重干擾了工藝人員的正常操作。在對溫度信號點強制給值后進行現場測量,發現溫度點正常穩定輸出;通過對波動的多個測溫點進行檢測和觀察后發現,現場接線箱內接線端子壓線點處松動,造成接線松動,從而觸發溫度測量值波動。現場使用的接線端子原為彈簧式接線端子,而溫度測點的外延線纜往往較細,在使用彈簧式接線端子時不能牢固夾持、易晃動,后期將此類接線端子改換成旋入式接線端子。旋入式接線端子由螺釘固定接入電纜,連接牢固可靠。更換此類現場接線端子后,測溫點波動問題得到了有效解決。旋入式接線端子與彈簧式接線端子對比見圖1。

(a) 旋入式接線端子

現場設備改進的另一個重點是加強空壓機組外圍儀表設備的防雨水功能。大多數儀表設備的防水設計足以應對室外雨水,但若儀表安裝不合理、進線口未能進行密封、盒蓋螺釘松動等都會造成儀表內部電路遭到雨水浸入。現代儀表設備多為精密電子元器件組合,雨水的浸蝕會對絕大多數儀表設備造成不可挽回的損傷,儀表防水問題不可忽略。對前期項目安裝不規范留下的防水隱患進行整改,對儀表線纜進線口密封防水進行強化處理,以避免因雨水浸入而造成現場儀表設備故障導致機組運行波動的事故發生。

6 結語

空壓機組運行控制的優化是一項長期的工作,對現有空壓機組運行控制中出現的問題和隱患進行了一系列處理,但只針對生產過程中出現和發現的問題進行處理和解決往往是不夠的,還應仔細研究和認真分析控制系統的特點,結合系統軟硬件條件和現場設備使用情況,加強隱患排查力度,提高人為干預介入的時效性,強化故障問題處理的有效性和及時性,以保證機組運行控制的穩定性和安全性,確保機組的長周期安全穩定行車。該空壓機組控制運行優化與改進的相關措施和方法可以為其他裝置現場處理類似問題提供參考。