3500系统在制氢空分装置中的应用

2017-11-06朱少昆中国石化集团南京化学工业有限公司

新商务周刊 2017年12期

关键词：监测器空分跳车

文/朱少昆，中国石化集团南京化学工业有限公司

3500系统在制氢空分装置中的应用

文/朱少昆，中国石化集团南京化学工业有限公司

本文主要讲述美国GE公司Bently 3500系统在制氢空分装置的机组保护中的应用，包括硬件结构、软件组态和其在增压机停车事故原因分析中的应用。

3500系统硬件结构软件组态事故分析

1 装置概述

制氢空分流程主要如下：空气经过滤器进入空压机压缩，再进入冷却塔预冷，去除空气中的SO2、SO3 及NH3 等有害物质后进入分子筛吸附器，进一步去除空气中的H2O、CO2、N2O以及碳氢化合物，再经过增压机增压,进入透平膨胀机进一步增压,进入主换热器冷却，在精馏塔内进行低温分馏。根据空气中的各种组份沸点不同，将空气液化后分离成各种产品形式，生产出不同等级的气体产品：高压氧气，高压氮气，低压氮气，常压氮气，仪表空气和液氩产品。

2 BENTLY 3500系统介绍

在工艺流程中，机组的运行情况直接影响到下游装置，与公司的效益紧密相连。因此机组保护格外重要，而3500系统能够提供连续在线监测功能，实现对机组运行状况的监测和保护。各种传感器将可测量的机械状态参数转化为电信号,在3500系统中显示实时数据，实现状态监测。3500系统通过对设备的运行状态和报警设置进行比较，当出现联锁报警信息时，会将设备状态从正常运行改变为安全运行模式，或者直接将设备跳车，从而实现保护。

2.1 硬件结构

3500系统机架用来安装监测器模块和电源模块，制氢空分装置该系统共有两个机架。1号机架对应空压机和膨胀机的测点，2号机架对应增压机的测点。

（1）电源模块

电源模块必须安装于机架最左边的第一个插槽中，共有四种：高压交流电源，低压交流电源，高压直流电源，低压直流电源。制氢空分该系统的两个机架各有两个电源模块，均为高压交流电源，一上一下布置，上方为主电源，下方为备用电源，实现了冗余功能。只要有一个电源在运行，拆除或安装第二个电源都不会对机架有影响。

（2）机架接口模块

机架接口模块（RIM）是3500机架的主接口，必须安装在机架插槽1位置(紧贴电源模块)。3500系统有两个版本的RIM：20和22M TDI，制氢空分该系统采用的是22M TDI，其中嵌入了一个瞬态数据通信处理器，通过瞬态数据接口可以将3500系统与本特利System 1机械管理软件连接，也可将3500系统收集和存储的信息通讯给DCS（集散控制系统）、SIS（安全仪表系统）。

（3）位移监测器模块

位移监测器模块（40M）是一个四通道模块，接收本特利位移传感器的输入信号，对信号进行处理后生成振动或位移等测量值，并将该值与报警设定值进行比较和表决，从而达到保护机器的目的。

（4）键相器监测器模块

键相器监测器模块（25）是一个两通道模块，一个机架可安装两个键相器模块。25模块接收来自本特利电涡流或电磁式传感器的输入信号，并将其转换为数字键相位信号，可指示转轴上的键相位标记何时通过键相位探头，因而可用来测量设备的转速。

（5）温度模块

温度模块（60）是一个六通道模块，既可接受电阻式温度传感器（RTD）的输入信号，也可接受电偶式温度传感器（TC）的输入信号，从而利用它们驱动报警，达到保护设备的目的。

（6）继电器模块

继电器模块有32M，34TMR（三重模块冗余），33三种，32M和34 TMR均为四通道继电器模块，33为十六通道继电器模块。制氢空分该系统采用的是33继电器模块，每一个通道都可以用“与门”和“或门”独立组态，以执行所需要的表决逻辑，并可利用机架中的任何监测器通道或通道的组合所提供的报警输入——Alert（警告）或Danger（危险）进行组态。

（7）通讯网关模块

通讯网关模块（92）是对外通讯模块，可通过以太网和串行通讯协议将所有机架的监测数据和状态与DCS、SIS、PLC、3500组态软件和数据采集软件等通讯，使维护人员能够直观、便捷地监控到机组的各类状态数据。

2.2 软件组态

3500系统的组态过程相对简单，电源模块与通讯网关模块在出厂时已经设定完毕，下面将主要介绍40M位移监测器模块和33继电器模块的组态，其他监测器模块组态与40M类似。

（1）位移监测器模块软件组态

40M的4个通道成对组态，以通道1为例，根据现场安装的传感器类型分别设置通道类型，勾选Active激活通道，再选择传感器的类型，空分装置为非防爆区域，故隔离栅（Barriers）选择None，传感器角度（Transducer Orientation）通常填写45度，方向勾选Right。点击OK，Transducer Setup+Filtering此项设置完毕。在Variables+Alarms中选择量程范围，为了防止模拟量信号波动引起误动作，需设置合适的Delay时间。Alert Latching表示报警信号保持，Danger Latching表示联锁信号保持，通常都需要勾选。Trip Multiply表示报警增倍，为了在开车过程中允许机器通过共振区而不引起报警，需暂时增加报警值。点击OK，Options选项设置完毕。点击COPY按钮可以将通道1的组态复制到通道2，由于同一测点处的两个探头需呈90度角，故通道2的Transducer Orientation处需设置为Left方向,这样通道1和2设置完毕，接下来需要对各个通道的报警值和联锁值进行设置，分别勾选Enable激活，如果不激活，则报警时不会有开关量输出。设置完毕后点击OK，返回组态软件主画面，右击40M卡，在Point Names中可设置各个通道的位号。点击菜单栏Utilities,选择Software Switiches,可分别对各个通道进行暂时旁路的功能，维护时，大大提高了安全性。

（2）继电器模块软件组态

33继电器卡可对所有的监测器模块进行报警点的组态并输出开关量信号，以通道4为例，先勾选Active激活该通道，根据设计要求勾选Latching Relays，锁定继电器输出，Relay Channel Pair(DPDT)表示继电器成对组态，即双刀双掷，不勾选。在Alarm Drive Logic中编写报警逻辑，S03C01P##A2表示第三块40M卡件的第一个通道的Danger报警，即通常所说的联锁，以此类推进行组态。图中逻辑表示1105.51.V31，1105.51.V35，1105.50.V31和1105.50.V35四个振动中至少有一个达到联锁信号，该通道会输出报警。通道4、5、6的表决逻辑完全相同，三个开关量信号通讯至SIS系统，联锁方式为三取二，这样可以避免误动作引起跳车，增加了可靠性。

图1 33继电器卡通道4组态界面

3 增压机事故分析

2015年6月份制氢修理，于6月24日18:33启动增压机，不久因振动高高联锁跳车。待工艺具备条件后，于18:56再次启动增压机，但由于四级出口空气露点高报警，吹扫后露点下降速度较慢，为了不影响后续流程，于18:03停增压机，对各级换热器进行查漏，消缺后于27日21:15启动增压机。7月1日11:22增压机又一次因振动高高联锁跳车。

在SIS中查询SOE记录，发现增压机一至四级的振动高高总联锁信号1201_0X_V3X触发，引起跳车。该联锁方式为三取二，即从3500系统通讯到SIS的三个振动高高联锁开关量信号：1201_0X_V3X_DI1，1201_0X_V3X_DI2，1201_0X_V3X_DI3满足了联锁条件。但是增压机共有四级，八个振动点，需要进一步确认。进入3500系统调出各振动点的历史趋势，对比跳车时间一一查找，发现一、二级的振动超过联锁值45μm引发跳车。至此，可以确定跳车的直接原因是一、二级振动达到了联锁值。经过专家分析，以及对仪表回路检查，排除了仪表及工艺方面的原因，推测可能是机组本身设备受损导致，继而展开了对机组本身的彻底检查和修理。