中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 付佐業(yè)
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基于TRICON的煤氣化裝置ESD系統(tǒng)的應(yīng)用
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【摘要】煤制氫裝置連續(xù)穩(wěn)定運行是全廠長期穩(wěn)定運行的根本保證,煤氣化裝置的運行工況對下游裝置具有先決意義。煤氣化生產(chǎn)裝置工藝復雜,在生產(chǎn)過程中大部分都是高溫、高壓、易燃、易爆的,為了保證生產(chǎn)中的安全,煤制氫采用了TRICON緊急停車系統(tǒng),本文主要介紹TRICON系統(tǒng)在煤制氫生產(chǎn)裝置上的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】三重化冗余;TRICON;配置
煤制氫裝置通過把煤粉和氧氣按一定比例在殼牌氣化爐內(nèi)發(fā)生不完全燃燒產(chǎn)生合成氣,合成氣通過變換產(chǎn)生氫氣。此工藝過程具有高溫高壓且流程長、控制點多、工藝復雜等特點。在這些情況下,安全系統(tǒng)必須產(chǎn)生及時、正確的輸出,來防止任何危險發(fā)生或減輕后果。為了煤制氫裝置安全穩(wěn)定的運行,就要選用一套反應(yīng)迅速,故障率低的緊急停車系統(tǒng),ESD系統(tǒng)。具體的說,一個基本的Tricon高密度系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成:模件、容納各模件的機架、現(xiàn)場端子板、以及編程工作站。
TRICONEX系統(tǒng)采用當今最先進的TMR微處理器硬件技術(shù),和成熟可靠的TRISTATION 1131軟件,系統(tǒng)的高可靠性和高可用率被廣泛應(yīng)用于石化行業(yè),國內(nèi)已應(yīng)用了3000多套Tricon TMR系統(tǒng)。
1)TRICON最大的特點就是三重化冗余結(jié)構(gòu),從輸入模件到MP到輸出模件是完全三重化冗余的 ,每一個IO信號都擁有相互獨立的三個Leg,每一個Leg自主地讀取輸入信號并將讀到狀態(tài)送給相應(yīng)的MP,三個主處理器之間通過TriBus進行通訊,每一個掃描周期每個MP都會通過TriBus與其他兩個MP進行通訊和同步 ,TriBus把DI的表決結(jié)果和AI的計算結(jié)果送給每一個MP,每個MP獨立地進行Program的運算并將結(jié)果送到輸出出模件 。
2)冗余:三重化主處理器、每一I/O模塊都有三條獨立的分電路、雙重電源供給、雙重通訊模塊。電源模塊和通訊模塊是雙重冗余。
3)隔離結(jié)構(gòu):三重獨立的主處理機、每個組件箱內(nèi)都配備兩重冗余電源、在I/O組件內(nèi)部,沒有共享部件、系統(tǒng)與現(xiàn)場之間隔離
4)在線維護:無需系統(tǒng)停車即可在線更換I/O組件、無需系統(tǒng)停車即可在線更換主處理機、卡件故障時可自動切換到熱備卡件。無需系統(tǒng)停車即可在線更改系統(tǒng)組態(tài)、在線軟件下裝。只能局部下裝,不能整體下裝 。
5)高安全性,高可用性:此系統(tǒng)是通過三重模件冗余結(jié)構(gòu)(T MR)提供容錯能力的。此系統(tǒng)由三個完全相同的系統(tǒng)通道組成,可以消除因硬件故障造成的誤停車。
6)與上位機系統(tǒng)直接通訊。
7)TriStation軟件允許離線仿真。
8)安裝簡便。
煤制氫106單元ESD共有4個機架,一個主機架三個擴展機架。電源模塊為雙重冗余在主機架的最左側(cè),雙電源供電-每個電源模塊可承擔整個機架的負荷(175瓦),正常工作條件時,所需功率由兩個電源分擔,即每一電源提供系統(tǒng)電力的50%,當一個電源壞掉的時候另外一個電源承擔整個機架的供電。三重冗余主處理器,型號3008緊挨著電源模塊,每個模件控制系統(tǒng)的獨立的一支,并與其它兩個主處理器并行工作,三個主處理器之間的數(shù)據(jù)通信通過TRIBUS總線傳輸。4119EICM通訊卡,用來與DCS通訊,4329NCM通訊卡用來和交換機連接、然后通過網(wǎng)線與工程師站上位機連接供儀表人員操作。TRICON系統(tǒng)的模件由裝在一金屬骨架內(nèi)的電子元件構(gòu)成,可就地更換。每個模件有一個保護蓋,當模件從機架上取下來時,也不會暴露。各模件上的“鍵”又可以避免模件被插入到錯誤的槽內(nèi)。Tricon模件支持數(shù)字的和模擬的輸入與輸出點,不同的模件有不同的表決方式、在DI組件內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字量輸入表決 3-2-1、在 DO 組件內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字量輸出表決 3-2-0、在AO組件內(nèi)實現(xiàn)模擬量輸出選擇表決,選擇中值、在AI組件內(nèi)實現(xiàn)模擬量輸入選擇表決,選擇中值,當AI、AO有一個壞值就會輸出平均值,兩個壞值就輸出剩下的好值。
3.1硬件維護
1)不可以從機架上拔出任何“active” 的卡件!?。∫驗楫斦i_車情況下,IO卡被拔出會造成全部點變成“0”,如果MP被拔出安全等級會降低。
2)當某個I/O卡件故障需在線更換時,更換前需檢查卡件上所有的針是直的平行的,無斷損無歪斜。
3)正常開車情況下在用的卡件的固定螺絲保證緊固不要松開。
4)系統(tǒng)存在多個故障,其中包含了MP或I/O卡的故障,要記住首先要解決MP再解決I/O卡件故障。
5)如果需要拔出熱備的卡件,要保證在正點過了10分鐘后,也不要靠近正點,因為在整點時刻主備卡件進行自動切換,如果整點拔出卡件容易造成裝置停車。
3.2軟件維護
1)在線運行時信號的應(yīng)急處理:a)正常生產(chǎn)時有特殊情況發(fā)生需要強制操作,如現(xiàn)場一次儀表需處理,應(yīng)履行相關(guān)手續(xù),填寫聯(lián)鎖摘除申請單,對此次操作進行相關(guān)記錄;b)具有相關(guān)資質(zhì)的工程師進入工程師站,用具有相關(guān)級別權(quán)限的登錄名打開1131程序;c)分析此信號產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)鎖都用在哪些邏輯中,可使用“全部搜索功能”找出程序中所有使用該變量的邏輯一一檢查核實!d)為方便處理完故障后恢復此信號的聯(lián)鎖功能,建議對AI信號強制實型的變量,這樣可以在解除強制信號前看到現(xiàn)場進入系統(tǒng)的實際值。
2)裝置在正常開車情況下只允許部分下裝不允許整體下裝,如若整體下裝需等到停車時再做整體下裝。暫停按鈕和HALT按鈕在開車情況下嚴禁使用,否則會導致控制器停止運行,所有輸出點變?yōu)椋骸?”。
我們可以通過診斷軟件觀察各個模件的運行狀況,也可以通過模件面板上的指示燈判斷模件運行狀態(tài)。每個班要檢查所有的電源、機架卡件的指示燈,目測檢查接地螺絲的狀況 ,檢查電源風扇,機柜風扇的狀態(tài) 、照明、檢查機柜內(nèi)各部位的溫度,檢查環(huán)境溫度及振動等。如發(fā)現(xiàn)不正常運行時要及時處理以防引起停車。
故障一般分為兩種,一種是一般故障;不會引起停車,在線可以處理此故障。第二種為嚴重故障;能夠引起工藝或設(shè)備停車,或者同時出現(xiàn)兩個以上的卡件故障。
當一般故障發(fā)生時,儀表人員通過診斷軟件收集故障信息,然后由廠家判斷故障原因。更換故障卡件時要嚴格遵守操作規(guī)程,保證硬件版本號一致。如果發(fā)生嚴重故障導致停車,要及時聯(lián)系廠家人員到現(xiàn)場查明原因,消除隱患防止以后類似情況發(fā)生。
1)系統(tǒng)溫度高報警:電源模塊上的TEMP報警燈會亮,此時儀表人員要仔細檢查環(huán)境溫度,檢查風扇運行狀態(tài)。以及各模件運行狀態(tài)。
2)冗余電源中的一路電源故障:電源Pass燈會滅,如果是電源輸入故障,修復輸入電源;如果是卡件故障了或電源輸入丟失則更換電源模件,當電源故障時對應(yīng)的繼電器會滅,上位機會顯示電源報警。
3)卡件報警:目前煤制氫都用的是單卡,如果卡件報警,我們需把新卡件插入熱備卡槽內(nèi),待檢測完成后方可拔出壞卡(注意事項:不要在整點插拔卡件)。
4)通訊故障:如出現(xiàn)通訊故障要及時檢測通訊卡夾、通訊線以及接頭的好壞。
5)控制系統(tǒng)停止運行:控制系統(tǒng)全部失電,事故原因分析:程序a)停止運行。b)三個控制器同時故障不工作。c)兩路電源同時失電。以上原因都會導致系統(tǒng)完全停電,各控制閥輸出回零,現(xiàn)場電磁閥都不能動作,最終停車。
自2008年公司開車,煤制氫裝置就遇到了一系列的難題,面對出現(xiàn)的問題,公司領(lǐng)導和技術(shù)人員尋找問題根源,并加以解決。公司目前擁有的煤直接液化生產(chǎn)線是全世界第一套商業(yè)化運行生產(chǎn)線,是國家十五重點項目之一,是涉及國家能源戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略以及神華自身發(fā)展戰(zhàn)略的重大項目,是一種先進的潔凈煤技術(shù),是解決我國石油供應(yīng)的一條重要途徑。
隨著我國工業(yè)發(fā)展程度的推進,對于能源資源的需求量也在不斷增加,而我國發(fā)展是一條以資源換取發(fā)展的道路,我國的能源在不斷消耗中。本文通過以神華鄂爾多斯煤制油分公司煤制氫為例子,介紹了Tricon系統(tǒng)在該項目中的應(yīng)用以及存在的風險。隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展,全球的石油、天然氣等能源的用量也在不斷增加,消耗量日漸增加,將會出現(xiàn)某些資源能源短缺的現(xiàn)象。眾多國家都靠從國外進口相關(guān)能源來解決國內(nèi)的能源問題,煤炭的儲藏量相對要比較高,使用量也不高,同時發(fā)掘方面投入少,通過將煤轉(zhuǎn)化為人們所需要的各種石化能源。煤炭作為世界上的第一大能源,同時,在環(huán)保方面,煤炭氣化也是一種極為有效的潔凈煤利用技術(shù)。通過合理地對于煤炭資源的運用,可以從中得到不可合成的化學品,以代替我國現(xiàn)行發(fā)展中所消耗的能源,例如石油氫氣等。
參考文獻
[1]Tricon 硬件安裝手冊培訓教材.
[2]呂作青.Tristation 1131配置及應(yīng)用.