楊 悅

(中國石化上海石油化工股份有限公司儀控中心，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部(以下簡稱上海石化熱電部)鍋爐裝置4#爐采用的是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的B&WB-410/9.8-M型鍋爐，該鍋爐原采用西門子公司的AK325系統(tǒng)。隨著分散控制系統(tǒng)(DCS)的迅速發(fā)展，上海石化熱電部選用HONEYWELL公司的PKS C300系統(tǒng)對4#爐進行改造。在4#爐改造調試運行中，DCS系統(tǒng)中的鍋爐主燃料跳閘(MFT)保護系統(tǒng)出現(xiàn)了許多問題。文章對MFT保護系統(tǒng)出現(xiàn)的不足和誤動作的情況做了修改和加強，對發(fā)生MFT之后的的首出和報警做了分析和優(yōu)化。

1 MFT保護系統(tǒng)功能和簡介

1.1 MFT保護系統(tǒng)的功能

當鍋爐運行發(fā)生緊急情況且對設備和人生造成危險時，MFT保護系統(tǒng)通過人工操作或保護信號指令，快速切斷進入鍋爐爐膛的所有燃料，達到保證鍋爐安全運行和保護主要設備的目的。

MFT信號直接作用于最后執(zhí)行對象。當MFT信號觸發(fā)后，為切除進入爐膛的一切燃料將動作所有燃燒設備和有關輔助設備。MFT動作后，如果不是送、引風機保護動作的原因，則送、引風機保持運行狀態(tài)進行爐膛吹掃，反之將延時打開所有送、引風機擋板，在全開狀態(tài)下自然通風不少于15 min。

在發(fā)出MFT的同時有首出記憶便于故障判斷和處理，一個MFT動作后將閉鎖其他MFT信號發(fā)出。正常運行時，一般不會同時觸發(fā)兩個首發(fā)記憶。

4#爐設計的MFT主保護分別為：送風機全停、引風機全停、膛負壓高高、膛負壓低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全爐膛火焰喪失、燃料中斷、手動MFT、點火延時。

1.2 MFT爐保柜介紹

DCS系統(tǒng)改造后的4#爐加入了MFT爐保柜，其主要作用是當DCS系統(tǒng)崩潰時，可以通過MFT爐保柜去保護動作現(xiàn)場設備，確保能快速地實現(xiàn)鍋爐安全運行。

1.2.1 MFT的動作

爐保柜內分為兩部分：PART1為220 V直流供電，PART2為220 V交流供電(見圖1)。

圖1 爐保柜電源接線

KP是直流供電的部分的空氣開關，KS為交流供電部分的空氣開關，PB是鍋爐運行操作臺上兩個手動MFT按鈕，并聯(lián)接線，當兩個按鈕同時按下時，16個繼電器動作，MFT保護發(fā)生。MFTA、MFTB是鍋爐DCS中發(fā)出的脈沖保護信號輸出指令。當DCS發(fā)出指令時，任一接點接通，16個繼電器動作，MFT保護發(fā)生。

1.2.2 MFT的復位

當發(fā)生MFT動作時，圖1中16個MFT接點閉合。當MFT動作消失時，DCS發(fā)出脈沖指令，使1MFT RST接點接通，閉合狀態(tài)變成斷開狀態(tài)，16個繼電器失電，繼電器復位。

16個繼電器相對應所動作的設備見表1。

表1 MFT繼電器對應

2 鍋爐主保護調試期間存在的問題

2.1 爐膛負壓

爐膛負壓高高和爐膛負壓低低是鍋爐MFT的重要條件之一。在DCS監(jiān)視畫面中，采用三臺變送器，以4～20 MA的信號輸出作為3個模擬量的數(shù)據顯示在畫面中以方便運行人員的監(jiān)視。量程范圍設置為+500～-500 Pa，而MFT的主保護以6個壓力開關量信號作為主保護的信號源，其動作值分別為1 200 Pa和-1 200 Pa。

如果MFT是由爐膛負壓引起的，在查閱歷史報警記錄時，只能看到開關量信號的翻轉，無法通過歷史趨勢數(shù)據查閱其到底是多少數(shù)值才動作。因為監(jiān)視用的模擬量數(shù)值為+500～-500 Pa，達不到MFT動作值的數(shù)值，所以無法判斷出其最終的動作數(shù)值是多少。

2.2 MFT信號的觸發(fā)

圖2為原MFT動作保護的邏輯設計。從圖2中可以看出：當MFT發(fā)生時，其只有兩個DO輸出指令信號到爐保柜，即圖1中的1MFTA和2MFTA兩個觸點，表示在每個PART中，只有一副觸點來實現(xiàn)MFT保護動作。這樣就大大降低了MFT保護動作的可靠性。

圖2 原MFT動作保護的邏輯

2.3 全爐膛火焰喪失

全爐膛火焰喪失保護，取自2個油層和3個煤層的火焰探頭信號發(fā)出的火焰強度信號，每一層有4個火檢探頭，在DCS中以開關量信號來實現(xiàn)。當火焰探頭檢測到一定的火焰強度信號后，DCS顯示著火信號輸出為ON，每一層取3點信號輸出ON后來判定每一層火焰是有火還是無火。

圖3是原設計AB油層判斷有火還是無火的邏輯說明。當火焰強度有瞬時的波動或者干擾時，DI點狀態(tài)翻轉，馬上又恢復。但是判定無火條件已經發(fā)出，這樣就會極大地造成由于假信號或者干擾信號等一些瞬時原因使MFT保護發(fā)生誤動作，影響鍋爐的正常運行。

圖3 原設計AB油層火焰判斷邏輯

2.4 運行期間鍋爐MFT的發(fā)生

在4#爐DCS改造后試運行期間，發(fā)生過兩次MFT保護動作。

首次發(fā)生MFT保護動作之后，查首出原因無記錄，SOE報警無記錄。檢查MFT首出記憶邏輯中10個MFT信號的組態(tài)報警設置為NONE，即表示沒有首出報警組態(tài)。修改報警設置把NONE修改為UNGER級別，檢查SOE卡板接線狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在10個MFT保護中引風機全停、送風機全停、以及點火延時這3個信號沒有接入SOE卡板。

第二次發(fā)生MFT之后，查首出記憶報警為“點火延遲”報警，查“點火延時”邏輯圖(如圖4所示)。觸發(fā)“點火延時”的條件是RS觸發(fā)器前面的“吹掃完成”條件，當吹掃完成后，延時30 min，如果沒有任何“油層運行”來復位RS觸發(fā)器，那么吹掃完成條件將一直出ON，會觸發(fā)“點火延時”MFT。發(fā)生MFT時，運行根據工況停運了油層，所以復位條件消失，延時30 min后發(fā)生MFT。

圖4 點火延時邏輯

3 改進方案及取得的成效

3.1 爐膛負壓的改進

為了能夠方便查閱歷史趨勢和報警以及實際的動作數(shù)據，利于分析事故原因，把爐膛負壓中其中一個變送器的量程擴展到-2 000～+2 000 Pa。

3.2 MFT信號的觸發(fā)的改進

為了提高MFT保護動作的可靠性，在調試過程中，增加兩個DO輸出指令：去MFT爐保柜2A和2B繼電器，增加的兩個DO指令連接到1MFTB和2MFTB兩個觸電，使1MFTA和1MFTB在PART1中串聯(lián)接線，2MFTA和2MFTB在PART2中串聯(lián)接線(見圖5)。這樣在每個PART中，就有兩幅觸電來實現(xiàn)MFT保護動作，實現(xiàn)冗余功能，確保當MFT發(fā)生時，能在第一時間快速安全地實現(xiàn)主燃料切斷保護。

圖5 改進后MFT保護邏輯

3.3 全爐膛火焰喪失的改進

為了避免信號瞬時干擾導致的MFT誤動作，對邏輯進行了改進，在所有火焰強度信號點的后面加上一個延時塊(見圖6)。延時塊的作用是屏蔽掉由于假信號或者干擾信號等一些瞬時原因使DI狀態(tài)點發(fā)生的翻轉，此來提高火焰強度信號的可靠性，避免發(fā)生MFT誤動作，提高MFT主保護的準確性。

圖6 改進后AB油層火焰判斷邏輯

3.4 MFT的故障原因分析和改進

3.4.1 原因分析

發(fā)生MFT后，追查原因，發(fā)現(xiàn)吹掃完成條件一直處于ON的狀態(tài)。查閱“吹掃完成”邏輯圖(見圖7)，只有當MFT動作發(fā)生時，才能使“吹掃完成”條件消失出OFF的狀態(tài)，這樣是極其不合理的。因為在正常情況下，是不可能發(fā)生MFT動作的，就是說，在正常情況下“吹掃完成”條件一直出ON的狀態(tài)。

圖7 “吹掃完成”邏輯

追查原始設計圖紙(如圖8所示)。在原始設計中有MFT動作和任意一個油角閥打開的“吹掃完成”復位條件。

圖8 原設計“吹掃完成”邏輯

結合圖7分析可得：(1)當滿足吹掃條件后，開始吹掃。300 s后，MFT動作條件依然沒有消失的話，那么“吹掃完成”失敗，現(xiàn)出OFF狀態(tài)。(2)當鍋爐初期運行時，吹掃完成后，只要有一個油角閥打開，那么“吹掃完成”信號就會消失。只要在30 min內一個油層投運，“點火延時”就會消失。就算在鍋爐正常運行了以后，停運所有油層，因為“吹掃完成”條件已消失，所以不會發(fā)成“點火延時”MFT動作。

根據追查，圖8邏輯中“任意一個油角閥打開”的條件，是調試過程中調試組態(tài)人員誤刪除所致。

3.4.2 改進方案

分析上述MFT發(fā)生的原因之后，可以對其進行相對的改進。

(1)恢復原始設計“吹掃完成”邏輯(同圖8)。

(2)對于引風機全停、送風機全停、以及點火延時這3個沒有進SOE卡板接線的MFT條件，要求在這些邏輯圖中增加DO輸出指令。通過硬接線的方式，從DO卡板輸出接線到SOE卡板。這樣，在發(fā)生MFT動作的時候，就可以在SOE中迅速查到報警記錄，便于對事故進行分析和解決。

4 結語

MFT保護系統(tǒng)是鍋爐安全運行的重要保障，因此在系統(tǒng)邏輯設計的過程中一定要考慮周全，每一個信號都不能忽視，每一個環(huán)節(jié)都不能出錯。對于直接停爐的信號，應該按“三取二”的方式選取。在修改條件的模擬試驗結束后，一定要反復認真檢查邏輯的正確性，并且把在試驗中強制過的信號放開，回歸原位。每次大修、消缺性檢修之后，一定要認真校驗參與MFT動作條件的表計，仔細從事故追憶和報警系統(tǒng)中研究事故發(fā)生的原因，舉一反三，避免同類事故的再次發(fā)生。