锅炉主燃料丧失跳闸保护的应用和改进

2021-09-23杨悦

石油化工自动化 2021年5期

杨悦

(中国石化上海石油化工股份有限公司仪控中心，上海 200540)

某石化公司热电部4号锅炉原先的控制系统使用时间较长，功能落后，安全保护措施不到位，随着DCS技术的发展，控制系统的改造升级成为装置安全生产的必然趋势。该公司在DCS改造时，选用了Honeywell PKS C300系统。

DCS概念的引进必然会联系到锅炉主保护，即主燃料丧失跳闸保护(MFT)。在DCS的改造调试运行中，对MFT保护有些不足和误动作的情况做了修改和加强，对发生MFT之后的首出和报警做了分析和优化。本文以该公司锅炉控制系统的改造升级为例，介绍了MFT保护逻辑的应用和改进，分析和解决了误动作的情况。

1 MFT功能和简介

1.1 MFT的概念

MFT是锅炉重要的保护措施，当锅炉运行发生紧急情况且对设备和人身安全有危险时，由人工操作或保护信号指令快速切断进入炉膛的所有燃料，达到保证锅炉安全运行和保护主要设备的目的。

MFT信号直接作用于最后执行对象，当MFT信号触发后，为切断进入炉膛的一切燃料，所有燃烧设备和有关辅助设备都将动作。MFT动作后，如果不是送、引风机保护动作的原因，则送、引风机保持运行状态进行炉膛吹扫，反之将延时打开所有送、引风机挡板，在全开状态下自然通风不少于15 min。

在发出MFT的同时有首出记忆便于故障判断和处理，一个MFT动作后将闭锁其他MFT信号发出。正常运行时，一般不会同时触发2个首出记忆。

该锅炉设计的MFT主保护分别为：送风机全停、引风机全停、膛负压高高、膛负压低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全炉膛火焰丧失、燃料中断、手动MFT及点火延时。

以下分别对每条MFT保护条件进行说明：

1)送风机全停。2台送风机全部停运的情况下，发出MFT动作信号。

2)引风机全停。2台引风机全部停运的情况下，发出MFT信号。

3)炉膛负压高高。3个炉膛压力开关量信号中同时输出2个高报警(1.2 kPa)信号，发出MFT信号。

4)炉膛负压低低。3个炉膛压力开关量信号中同时输出2个炉膛压力低报警(-1.2 kPa)信号，发出MFT信号。

5)汽包水位高高。3个汽包水位信号中同时有2个大于2 745 Pa，发出MFT信号。

6)汽包水位低低。3个汽包水位信号中同时有2个小于-2 745 Pa，发出MFT信号。

7)全炉膛火焰丧失。3个煤层和2个油层，每一层4个火焰中有3个火焰丧失，发出MFT信号。

8)燃料中断。所有油门关闭以及所有给粉机停运，发生MFT动作。

9)手动MFT。操作站上2个MFT手操按钮同时按下，发生MFT动作。

10)点火延时。在吹扫完成30 min之后，没有任何油层或者煤层投运，发生MFT动作。

1.2 MFT炉保柜介绍

该锅炉DCS改造后加入了MFT炉保柜。其主要作用是当DCS崩溃时，依然可以通过MFT炉保柜保护现场设备，确保能快速安全地实现锅炉安全运行。

1.2.1MFT的动作

如图1所示，炉保柜内分为两部分。第一部分为220 V直流供电，第二部分为220 V交流供电。KP是直流供电的空气开关，KS为交流供电的空气开关。PB-1，PB-2是锅炉运行操作台上2个手动MFT按钮，串联接线，当2个按钮同时按下时，16个继电器动作，MFT保护发生。

图1 炉保柜电源接线示意

MFTA，MFTB是锅炉DCS中发出的脉冲保护信号输出指令。当DCS发出指令时，任一接点接通，16个继电器动作，MFT保护发生。

1.2.2MFT的复位

当发生MFT动作时，图1中16个MFT接点闭合。当MFT动作消失时，DCS发出脉冲指令，使1MFT RST接点接通，闭合状态变成断开状态，16个继电器失电，继电器复位。

2 锅炉主保护调试期间存在的问题

2.1 炉膛负压

炉膛负压高高和炉膛负压低低是锅炉MFT的重要联锁条件，采用3台变送器，输出3个4～20 mA信号在DCS监视画面中显示，以方便监控，量程范围设置为-500～500 Pa。而MFT的主保护是以6个压力开关量信号作为信号源，其动作值分别为1.2 kPa和-1.2 kPa。

如果MFT的首出原因为炉膛负压引起，那么当查阅历史报警记录时，只能看到开关量信号的报警记录，而监视用的模拟量数值范围为-500～500 Pa，无法达到MFT动作时的数值。

2.2 MFT信号的触发

MFT信号触发条件包括：送风机全停、引风机全停、膛负压高高、膛负压低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全炉膛火焰丧失、燃料中断、手动MFT及点火延时。

原MFT动作保护的逻辑设计中，当MFT发生时，其只有2个DO输出信号到炉保柜，即图1中的1MFTA和2MFTA触点，表示在炉保柜每个部分中，只有一对触点来实现MFT保护动作。这样就大幅降低了MFT保护动作的可靠性。

2.3 全炉膛火焰丧失

全炉膛火焰丧失保护，取自2个油层和3个煤层的火焰探头信号发出的火焰强度信号，每一层有4个火焰探头，在DCS中以开关量信号来检测。当火焰探头检测到一定的火焰强度信号后，DCS显示着火信号输出为ON，每一层3个信号输出ON后再取反来判定火焰有火还是无火。

原设计中判断AB油层有火还是无火的逻辑如图2所示。从图2中可以看出，着火信号直接输出后判定有火还是无火。在调试中存在的问题是：当火焰强度有瞬时的波动或者干扰时，DI点状态翻转，马上又恢复。但是，判定无火条件已经发出，这样就会造成由于假信号或者干扰信号等一些瞬时原因使MFT保护发生误动作。对锅炉的正常运行带来不必要的麻烦。

图2 该锅炉原设计AB油层火焰判断逻辑示意

2.4 试运行期间锅炉MFT的发生

在该锅炉DCS改造后试运行期间，发生过2次MFT保护动作。

在发生第一次MFT保护动作之后，查首出原因无记录，SOE报警无记录。检查MFT首出记忆逻辑中10个MFT信号的组态报警设置为NONE，即表示没有首出报警组态。修改报警设置把NONE修改为UNGER级别，检查SOE卡板接线状态，发现在10个MFT保护中有3个信号没有接入SOE卡板，分别为：引风机全停、送风机全停、以及点火延时。

发生第二次MFT之后，查首出记忆报警为“点火延迟”报警。查“点火延时”逻辑图，如图3所示。触发“点火延时”的条件是RS触发器前面的“吹扫完成”条件，当吹扫完成后，延时30 min，如果没有任何“油层运行”(图中虚线框所示)来复位RS触发器的话，那么吹扫完成条件将一直处于ON状态，会触发“点火延时”MFT。发生MFT时，根据工况停运了油层。所以，复位条件消失，延时30 min后发生MFT。

图3 点火延时逻辑示意

3 改进方案及取得的成效

3.1 炉膛负压检测的改进

为了方便查阅历史趋势和报警，能查出实际的动作数据，利于分析事故原因，可以把3台炉膛负压变送器中的1台的量程扩展到-2～2 kPa。这样就能利用历史趋势，查出实际的动作状态值。

3.2 MFT保护逻辑的改进

改进后的MFT逻辑如图4所示，图4中MFT触发条件与2.2节中相同，为了提高MFT保护动作的可靠性，在调试过程中，提出再增加2个DO输出指令，即图4中虚线框中的部分。增加的2个DO指令连接到炉保柜的1MFTB和2MFTB 2个触点，使1MFTA和1MFTB串联接线，2MFTA和2MFTB串联接线。这样在炉保柜每个部分中，就有2个触点来实现MFT保护动作，实现冗余功能。确保了当MFT发生时，能在第一时间快速安全地实现主燃料切断保护。

图4 改进后MFT保护逻辑示意

3.3 AB油层火焰判断逻辑的改进

改进后AB油层火焰判断逻辑如图5所示，为了避免信号瞬时干扰导致的MFT误动作，根据以往对炉膛火焰瞬时干扰信号的经验，改进了逻辑，增加2 s的延时块，延时块起的作用是屏蔽掉由于假信号或者干扰信号等一些瞬时原因使DI状态点发生翻转，以此来提高火焰强度信号的可靠性，避免发生MFT误动作。提高了MFT主保护的准确性。