文/馬留云
化工裝置中關(guān)鍵機組溫度的監(jiān)測控制,分析確定機組的故障診斷提出優(yōu)化方法——本文以目前裝置在用機組采取的監(jiān)測方案為例,從EVA 裝置和PP 裝置采用的兩種不同類型的壓縮機入手,從包括測溫儀表的安裝、信號回路的構(gòu)成以及信號監(jiān)測控制系統(tǒng)在內(nèi)的3 個方面分析影響測量準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的因素,并針對性地提出優(yōu)化方法,為后期日常維護在安全穩(wěn)定和經(jīng)濟效益方面提供參考。
化工裝置中用于大型機組監(jiān)測的控制系統(tǒng)涉及很多參數(shù),如轉(zhuǎn)速、位移、振動、鍵相和溫度等,探頭將相關(guān)參數(shù)的物理信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓、電阻、電流信號,進入控制系統(tǒng)進行處理,對比系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)值,輸出處理后相對應(yīng)的報警、聯(lián)鎖,送至安全儀表系統(tǒng)從而實現(xiàn)表決后的緊急停機。顯然,被測參數(shù)的準(zhǔn)確性以及時效性對于機組的監(jiān)測保護尤為重要。
不同裝置在關(guān)鍵機組上采用的機組監(jiān)護控制方案有所不同,往往在對測量信號的監(jiān)測方面依靠區(qū)別于裝置主系統(tǒng)的機組自帶的小控制單元或者特殊控制系統(tǒng)來直接完成,這也就意味著信號監(jiān)測處理的環(huán)節(jié)至關(guān)重要。
測量溫度的方法從感受溫度的途徑來分有兩類:一類是接觸式的,即通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度;另一類是非接觸式,即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。
PP 裝置一號反應(yīng)器的循環(huán)氣壓縮機采用神鋼供貨的單級、定速的離心式壓縮機,其中溫度監(jiān)測點包括軸頸軸承溫度(4 支)、推力軸承溫度(4 支)、主電動機軸承溫度(4支)和主電動機繞組溫度(V/W/U相,3 支)。監(jiān)測回路如圖1 所示。
圖1 離心式壓縮機現(xiàn)場監(jiān)測回路
離心式壓縮機監(jiān)測原理如下?,F(xiàn)場測溫元件(Pt100 熱電阻)經(jīng)溫度信號以阻值形式經(jīng)隔離式安全柵進入本特利3500 溫度監(jiān)測器模塊(3500/61),本特利3500 機組保護系統(tǒng)對電阻信號進行監(jiān)測處理,并根據(jù)預(yù)先設(shè)定值比較,通過2 塊繼電器模塊(3500/33)對上述信號處理后的開關(guān)量進行輸出至SIS 系統(tǒng),實現(xiàn)機組的安全保護。
EVA 裝置一、二次機均采用布卡哈德供貨的往復(fù)式壓縮機,一次機的大端軸承溫度(6 支)、十字頭銷溫度(6 支),二次機的連桿曲軸銷溫度(8 支)、連桿十字頭銷溫度(16 支)。監(jiān)測回路如圖2 所示。
圖2 往復(fù)式壓縮機現(xiàn)場監(jiān)測回路
往復(fù)式壓縮機監(jiān)測原理如下。安裝在機組轉(zhuǎn)動部位上鉆取孔內(nèi)盡可能靠近受熱表面(例如軸瓦)的Sentry 溫度傳感器,在采用聲表面波(SAW)技術(shù)的Kongsberg 無線測溫系統(tǒng)中,通過兩根天線將低能量/高頻RF 脈沖傳輸給傳感器來實現(xiàn)勵磁,兩根天線一根固定,一根放在轉(zhuǎn)動部件上。當(dāng)兩根天線彼此相距約50mm 時,RF 脈沖會傳輸給傳感器,并且傳感器產(chǎn)生反射。系統(tǒng)使用短時高頻脈沖來詢問無源GBW 系列傳感器,傳感器的反射由4 個這樣的脈沖組成,其相對位置取決于傳感器元件的溫度。傳感器信號通過連接到固定天線的一根同軸電纜傳回信號處理單元(SPU),在信號處理單元(SPU)進行信號處理和采樣。此后,絕對溫度由SPU 中的微控制器計算,溫度信息作為CANOpen 或RS485信號或者4~20mA 輸出電流傳輸給發(fā)動機報警監(jiān)控系統(tǒng)。一個信號處理單元最多可連接20 個不同的傳感器,微控制器具有自動增益控制(AGC)功能,可以自動補償因各種裝置中的天線之間的距離變化等原因?qū)е碌南到y(tǒng)衰減變化。
Sentry GB200 是一種無線測溫系統(tǒng),該技術(shù)使無源、無線傳感器成為可能,無需電池或電感系統(tǒng)供電的外部電源。完整的Sentry 無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)由5 個不同部件構(gòu)成:傳感器、固定天線、電纜接頭、同軸電纜和信號處理單元(即SPU)。傳感器安裝在發(fā)動機/機器內(nèi)部,對面位置是相應(yīng)的固定天線。電纜接頭可將同軸電纜穿過發(fā)動機/機器壁。具體布局取決于傳感器和固定天線的數(shù)量,使用觸發(fā)器也可以通過一根固定天線監(jiān)控多個傳感器。
1.典型故障處理
離心式壓縮機的定子繞組溫度在DCS 系統(tǒng)內(nèi)顯示瞬間升高,已超過報警值,但SIS 系統(tǒng)內(nèi)無相關(guān)報警記錄,同時機組保護系統(tǒng)(本特利3500)機架也無報警。
檢查該溫度點所在回路,在測溫元件、電纜接線、隔離柵、溫度監(jiān)測卡件及對應(yīng)DCS 系統(tǒng)的modbus 通道,均未發(fā)現(xiàn)明顯故障。因此,在硬線回路與通信兩方面是否存在故障,目前無法確定,進而不能有效準(zhǔn)確地排除故障,保證機組平穩(wěn)運行。
同時,排查故障過程中發(fā)現(xiàn)部分參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在同一塊監(jiān)測模塊上,未實現(xiàn)冗余配置,存在安全隱患。
2.優(yōu)化改進方案
方案一:對比SIS 系統(tǒng)與本特利3500 系統(tǒng)安全性認(rèn)證等級、掃描周期以及安全冗余配置,因此取消溫度測點進入3500 系統(tǒng),現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng)進AI 卡件信號監(jiān)測處理,并組態(tài)相應(yīng)聯(lián)鎖邏輯,實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能,同時,實現(xiàn)對測點的歷史趨勢記錄及關(guān)鍵點的事件記錄。其中,參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在SIS 系統(tǒng)不同的AI 卡件通道;然后再由SIS 系統(tǒng)通過AO卡件輸出至DCS 系統(tǒng),在DCS作相應(yīng)組態(tài),實現(xiàn)顯示和記錄功能。離心式壓縮機優(yōu)化后監(jiān)測回路如圖3 所示。
圖3 離心式壓縮機信號監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化方案一
方案二:對比SIS 系統(tǒng)與本特利3500 系統(tǒng)安全性認(rèn)證等級、掃描周期以及安全冗余配置,因此取消溫度測點進入3500 系統(tǒng),現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng)進AI 卡件信號監(jiān)測處理,并組態(tài)相應(yīng)聯(lián)鎖邏輯,實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能,同時,實現(xiàn)對測點的歷史趨勢記錄及關(guān)鍵點的事件記錄。其中,參與“三取二”“二取二”聯(lián)鎖的測點分配在SIS 系統(tǒng)不同的AI 卡件通道;然后再由SIS 系統(tǒng)通過Modbus 通信至DCS 系統(tǒng),在DCS 作相應(yīng)組態(tài),實現(xiàn)顯示和部分功能。如圖4 所示。
圖4 離心式壓縮機信號監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化方案二
3.方案評價
此方案通過將現(xiàn)場信號采用硬線連接的方式進入主系統(tǒng)(DCS 系統(tǒng)或者SIS 系統(tǒng)),相對軟通信,可靠性更高。針對出現(xiàn)的故障,可有效監(jiān)控并提供判斷依據(jù)。同時,將現(xiàn)場信號直接引入SIS 系統(tǒng),安全可靠性上有所提高;減少了中間環(huán)節(jié),維護及故障處理效率有所提升。
1.典型故障處理
為配合設(shè)備檢修機組,在拆除軸瓦溫度測量元件時,若直接將熱阻與設(shè)備相連處拆開,則不用拆卸導(dǎo)線與葛蘭。拆裝速度快,但銅套受力易脫落;電纜受油污污染后絕緣外皮變硬,拆裝時易損壞?;蛘卟鸪龑?dǎo)線與葛蘭后再拆除熱阻,雖然電纜不受力,但熱阻接線端子易損壞;葛蘭易損壞;銅套易脫落。而一旦熱電阻前端為增加接觸面積的銅套脫落,掉落在安裝孔內(nèi),將帶來極大影響,甚至造成為尋找銅套將連桿解體。
經(jīng)分析,銅套與熱電阻采用導(dǎo)熱膠粘接,強度并不高,同時熱電阻與設(shè)備的連接方式造成在拆裝過程中熱電阻整體轉(zhuǎn)動,銅套會與設(shè)備開孔的內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦,這是導(dǎo)致銅套脫落的重要因素,銅套上有摩擦產(chǎn)生的劃痕。并且,熱電阻的拆裝也易造成熱電阻、葛蘭和電纜的損壞。
2.優(yōu)化改進方案
廠家可將熱電阻的連接接頭改為活接頭,使用壓環(huán)固定熱阻,如圖5 所示。
圖5 信號監(jiān)測元件優(yōu)化改進方案
3.方案評價
此方案避免頻繁拆裝造成接線端子損壞、電纜損壞,同時一定程度上也可以減少銅套脫落的風(fēng)險。
1.典型故障處理
往復(fù)式壓縮機的十字頭溫度在DCS 系統(tǒng)內(nèi)顯示瞬間超上限后恢復(fù)正常,SIS 系統(tǒng)內(nèi)查看趨勢也顯示瞬間超上限后恢復(fù)正常。因此,可以排除DCS 系統(tǒng)側(cè)的Modbus 通信故障引起的數(shù)據(jù)異常,而應(yīng)是來自現(xiàn)場側(cè)的故障導(dǎo)致。
檢查該溫度點所在回路,測溫元件、SPU 單元和SIS 系統(tǒng)均未發(fā)現(xiàn)明顯故障,初步懷疑為同軸電纜中接頭松動導(dǎo)致。鑒于開車期間無法拆檢,后期停車時排查發(fā)現(xiàn)確有松動現(xiàn)象。
2.優(yōu)化改進方案
將連接傳感器到SPU 的同軸電纜中金屬葛蘭如圖6 所示,由目前A/B 簡單插接,改為帶鎖緊功能的接頭。
圖6 往復(fù)式壓縮機信號監(jiān)測回路優(yōu)化改進方案
3.方案評價
此方案通過改進連接葛蘭,防止松動甚至脫落,保證監(jiān)測回路的完整性,從而導(dǎo)致機組的非計劃停車。
目前化工裝置中關(guān)鍵機組主要包括大型往復(fù)式壓縮機、離心式壓縮機以及擠壓造粒機等,它們的平穩(wěn)高效運行將直接關(guān)系著所在企業(yè)的安全平穩(wěn)及經(jīng)濟效益,甚至是一定程度上的社會影響,因此,機組狀態(tài)的監(jiān)測控制顯得尤為重要。而溫度作為機組狀態(tài)監(jiān)測中最常見的、最基本的工藝參數(shù)之一,測量的對象涵蓋了被壓縮介質(zhì)的溫度、潤滑油油溫、冷卻水水溫、填料函溫度、主軸承溫度、主電動機軸承溫度以及泄漏氣和定子繞組線圈溫度等,這在一定程度上能夠真實反映出該機組的運行狀態(tài),為后續(xù)確定機組的故障診斷,提供了有力的理論數(shù)據(jù)支撐。
通過對監(jiān)測回路中涉及的測量元件、測量回路以及監(jiān)測系統(tǒng)等影響測量準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的諸多因素分析,本著經(jīng)濟性和安全性的原則,合理地提出對應(yīng)的優(yōu)化改進方案,對保證機組運行以及企業(yè)生產(chǎn)有著極其重要的意義。
同時,以Kongsberg 無線測溫系統(tǒng)為例,日常維護中傳感器的發(fā)射端和接收端均有被撞擊引起損傷,同時鑒于該溫度監(jiān)測方案中仍然存在SPU 這一環(huán)節(jié),在故障點、備件儲備成本上都有所增加。因此,后期可參考諸如光纖光柵傳感原理等新技術(shù),在保證安全性與準(zhǔn)確性的前提下,對此類監(jiān)測儀表甚至監(jiān)測系統(tǒng)嘗試實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。 ●