高密度聚乙烯裝置反應(yīng)器軸流泵電流聯(lián)鎖改造及在線故障處理

李俊霖

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

關(guān)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(yīng)單元的重要組成設(shè)備，泵體和電機分別由LAWRENCE PUMP 和ABB公司提供。軸流泵主要為環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)淤漿物料的循環(huán)流動提供動能，主電機聯(lián)鎖和監(jiān)控分別由SIS（TRICON）系統(tǒng)和DCS（HONEYWELL TPS）系統(tǒng)實現(xiàn)。原設(shè)計終止反應(yīng)的聯(lián)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(jiān)控軸流泵槳葉做功情況及產(chǎn)率計算，一旦連軸脫開空轉(zhuǎn)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(fù)生產(chǎn)，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(lián)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(lián)鎖改為2oo2低報聯(lián)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(tài)將原IT4201A/B任意一臺70A低報聯(lián)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(lián)鎖觸發(fā)停車。（2）組態(tài)增加IT4201A和IT4201B示值偏差報警，設(shè)定偏差為正負(fù)5A高報警。效果說明：（1）防止由于設(shè)備故障誤報停車事故。（2）報警交叉設(shè)置有效防止測量臨界狀態(tài)聯(lián)鎖觸發(fā)失效。（3）運行監(jiān)控A/B變送器偏差診斷報警提醒操作員進行確認(rèn)檢查，能及早發(fā)現(xiàn)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(fā)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(fā)聯(lián)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(fù)，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(dǎo)致裝置聯(lián)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(fù)，經(jīng)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(guān)系，可利用功率信號在DCS系統(tǒng)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(fù)聯(lián)鎖投運。

3、方案實施

3.1 DCS組態(tài)建點

電氣功率轉(zhuǎn)換為電流換算公式：IT4201A=JT4201/6/1.732/0.815，DCS系統(tǒng)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(tǒng)送至SIS系統(tǒng)。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(zhuǎn)換為電流的量程設(shè)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(yīng)，需要對RPV的值進行轉(zhuǎn)換，所以在原公式中除以6即可。

3.2電纜敷設(shè)

3.2.1原SIS系統(tǒng)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(tǒng)端進行工作接地。當(dāng)前DCS/SIS控制系統(tǒng)要有公共參考地，直流電源負(fù)極接地。由系統(tǒng)外的電源供電且信號接受源本身已經(jīng)接地的情況下，設(shè)備或控制系統(tǒng)間的參考地之間存在電勢差，因而形成接地環(huán)路，接地線環(huán)流會帶來共?；虼８蓴_，極有可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如圖2所示：

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

3.2.2避免干擾。根據(jù)《石油化工接地設(shè)計規(guī)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(yīng)采用隔離器將兩點接地隔離。所以對兩系統(tǒng)間接地連接進行隔離，使原本相互聯(lián)接的地線網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橄嗷オ毩⒌膯卧?，相互之間存在的干擾也將大大減小。所以需在DCS、SIS兩系統(tǒng)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(shè)方面使用了雙屏蔽電纜單點接地，避免地下復(fù)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(xiàn)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(nèi)不涉及現(xiàn)場安全防爆限制能量問題，三個隔離柵理論上均能實現(xiàn)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(xiàn)場條件及安全柵性能參數(shù)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(zhí)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(xiàn)信號的傳遞及隔離。經(jīng)過萬用表測量隔離柵的輸入輸出及供電端子的正、負(fù)極均不連通。使用信號發(fā)生器、萬用表、進行五點上、下行測試，結(jié)果線性良好轉(zhuǎn)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(tǒng)共地），通過前面DCS組態(tài)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(jiān)控測量值響應(yīng)速度。測試中從DCS給出階躍信號到發(fā)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?qū)崿F(xiàn)故障安全功能。

3.3、旁路聯(lián)鎖及接線投用

接線前需將聯(lián)鎖進行摘除，在摘除IT4201A聯(lián)鎖時，務(wù)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(fù)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(jiān)控，檢查發(fā)熱量，一旦異常立即斷開連接，確保系統(tǒng)正常運行。

4、經(jīng)驗總結(jié)

4.1改造方案制定前，需要對接線及投運的風(fēng)險進行論證評估，實施工作前應(yīng)充分準(zhǔn)備，包括系統(tǒng)通道隔離方式、電路確認(rèn)及施工過程可能的風(fēng)險應(yīng)對。

4.2重要回路中安全柵的使用要謹(jǐn)慎，選型的參數(shù)及測試需要滿足現(xiàn)場安裝要求，確保各環(huán)節(jié)的故障安全功能正常實現(xiàn)。

4.3在線作業(yè)前摘除聯(lián)鎖，務(wù)必將相關(guān)的聯(lián)鎖同時摘除，避免誤操作的發(fā)生。且摘除時應(yīng)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(fù)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(rèn)清楚DCS運算轉(zhuǎn)換輸入輸出響應(yīng)速度是否能夠滿足工藝聯(lián)鎖要求。

5、結(jié)束語

通過對軸流泵電流變送器IT4201A/B二取一聯(lián)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)及隔離柵在儀表系統(tǒng)中的應(yīng)用。以此為基礎(chǔ)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(xù)改造完善。

參考文獻：

[1]SH-T3081-2003 《石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范》

[2]SH-T3018-2003 《石油化工安全儀表設(shè)計規(guī)范》

[3]TRICON V9-V10手冊

[4]HONEYWELL Process Manager I/O Installation

[5]P+F安全柵選型手冊