机组联锁抗干扰信号优化改造

机组联锁抗干扰信号优化改造

吕佳鑫

（大庆炼化公司电仪运行中心仪表一车间）

摘要：在2016年大庆炼化公司装置大检修过程中，仪表专业对汽油加氢装置新氢压缩机组控制系统及现场联锁仪表设备进行了优化改造，消除了机组控制系统联锁安全隐患，解决了原设计设备缺陷。本文就发现联锁信号干扰安全隐患问题，实施仪表优化改造所取得的效果进行比对、分析，总结出机组安全生产的成功经验和不足，为各装置大型机组的长周期运行提供优质服务与技术参考。

大庆炼化公司炼油一厂汽油加氢装置有三套机组，分别是循环氢压缩机组K201和新氢压缩机组K101A、K101B。三套机组为装置提供必需的氢气，确保装置正常生产运行。2016年5月18日9时45分，正在运行中的新氢压缩机组K101A突发联锁启动，机组停机。工艺人员迅速切机至K101B机组运行，由于机组切换及时，操作调控处理迅速正确，装置生产未受到影响，未波及其他装置运行。在排查过程中检查发现：机组联锁测振设备的信号传输存在抗干扰能力差、传感器模拟信号与外界干扰信号叠加造成传感器输出瞬间突跳超过联锁值，导致机组联锁停机这一安全隐患。综合各项测试结果，技术人员研究、制定机组控制系统联锁改造方案，完善原设计联锁逻辑，将仪表脉冲信号设备更换为数字信号设备。改造后的机组联锁投运至今，监测数据准确、有效；彻底消除了现场干扰信号对于机组联锁信号的扰动而引发的机组联锁停机事故。

关键词：机组联锁改造；信号干扰；振动传感器；机械式振动开关

1机组联锁信号抗干扰优化改造实施前准备工作

1.1机组联锁故障设备检测与分析

机组K101A故障联锁设备是VIA5001A、VIA5002A振动传感器。历史趋势图中发现：机组故障联锁时VIA5001A、VIA5002A由正常状态下的测量值2-5mm/s，瞬间升至20.0-22.0mm/s，超过联锁值18.0mm/s，联锁启动，机组停机。仪表人员测试该故障联锁的振动传感器、前置器、延长电缆等通讯电缆的单一回路检查正常；控制室内的安全栅、控制卡件通讯检查正常；现场及盘后电缆接地均正常。调取监实时控录像显示：机组停机时，刚好一名工艺巡检人员与控制室内操作人员用对讲机在距K101A机组机身1米处进行巡检汇报。对讲过程中，操作站联锁画面机身振动VIA5001A、VIA5002A指示值瞬间超过联锁值，机组联锁停机。针对这一发现，仪表人员对振动传感器进行抗干扰信号测试实验，实验准备器件：抗干扰屏蔽罩、对讲机、万用表等。测试人员现场距机组振动传感器不同位置与控制室进行对讲机对讲，控制系统记录实时振动数值如下：

表12016年5月18日14时机组振动传感器干扰实验数据记录

1.2干扰测试实验结果分析：

实验结论一：对讲机通话频率在距离机组3米内能够对机组测振磁电式探头的测量信号产生干扰。在50厘米范围内干扰信号瞬间扰动超过联锁值18.0mm/s，最高达到21.52mm/s，造成机组联锁停机。对讲机的信号干扰给机组正常运行造成重大安全隐患。

实验结论二：加套抗干扰屏蔽罩降低了对讲机频率信号对机组测振磁电式探头的测量信号干扰，在振动传感器上加套两层屏蔽罩，可使对讲机频率信号对机组探头测量信号干扰值小于振动报警值，屏蔽效果较好，基本符合安全值范围。

实验结论三：振动传感器使用双层屏蔽罩可降低信号干扰对机组测振的影响，但不能彻底规避扰动信号的干扰，仍然存在潜在安全隐患。传感器在加套屏蔽罩的同时，测量数值偏低于实际机身振动数值，测量准确度不可靠。

2压缩机组联锁模拟信号振动传感器存在安全隐患

2.1振动传感器工作原理

传感器系统的工作机理是电涡流效应，电涡流传感器由探头、延伸电缆、前置器三部分组成。机组运行状态主要取决于其核心-转轴，而涡轮传感器能直接非接触测量转轴的状态，准确测量被测金属导体与探头端面之间静态和动态的相对位移、振动信号的变化。

通电时，前置器内会产生一个高频电流信号，探头的头部产生一个电涡流交变磁场H1。当交变磁场H1没有金属导体接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，金属导体接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生一个方向与交变磁场H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，探头头部线圈高频电流的幅度、相位改变，即改变了原线圈的有效感抗；该感抗的变化随探头顶部金属表面的间隙变化而变化。阻抗的变化通过前置器中的放大电路放大成相应交流电压信号输出（用作振动值的检测），送入控制系统。

2.2传感器模拟信号与干扰信号的叠加造成传感器输出瞬间突跳

装置车间使用的对讲机是高频对讲机，对讲机在机组传感器较近距离通话时，对讲机电磁感应释放出的感应电势（交流毫伏电压）叠加到传感器探头的交变磁场中，使线圈实际产生的有效阻抗变小。减小的线圈阻抗通过封装在前置器中的放大器放大处理转换成的输出电压（交流毫伏电压）瞬间增大，致使振动值突跳并超过设计联锁值，造成机组联锁停机。要彻底解决信号叠加问题，更改振动传感器的信号传输方式，是一个较理想的改造措施。

3改造机组联锁设备，消除信号干扰隐患

根据机组原联锁逻辑，现场振动开关旋转螺钉应符合原联锁设计振动值≥18.0mm/s。机组正常工作振动小于18.0mm/s时，磁柱与铁球呈吸合状态，铁球未触发继电器弹簧片，电路传输信号为数字直流电压值，进入DCS控制系统；当振动值≥18.0mm/s时，钢球震落与磁柱呈脱离状态，钢球触发继电器弹簧片并与垂直下方的吸合磁柱结合，回路触发联锁；联锁启动，机组停机。

图1振动开关3171MR

1、-磁柱；2、-铁球；3、-继电器弹簧片；4、-吸合磁柱

3.1机组现场联锁设备改造

项目改造过程中，现场保留原振动传感器，新氢压缩机K101A、K101B重新测量定位，各新增两个3171MR机械式振动开关；敷设电缆、配管，数字信号引至装置控制室。

图2机组改造前传感器及计划新增机械式振动开关位置

1、计划新增防爆机械式振动开关钻孔位置2、原传感器（带屏蔽套）安装位置

图3机组改造后传感器及新增机械式振动开关

1、原振动传感器增加两层屏蔽罩做为指示回路2、新增振动开关参与机组停机联锁

3.2机组控制系统组态改造

在不改变原设计方案的前提下，对新氢压缩机组K101A和K101B停机联锁进行组态优化改造。原有振动传感器从停机联锁程序中删除，做为系统指示回路显示振动数值。停机联锁程序中新增数字信号模块，通过逻辑块将振动开关信号参与到机组联锁停机程序中。与工艺模拟联锁调试：将振动开关内的小球推下，触发微动开关，传输到控制系统，回路由通路状态的“1”跳变至“0”状态，停机联锁启动。现场将振动开关复位，钢球置于倒放的圆锥型底座内，在停机联锁画面中点击复位按钮，回路由断路状态的“0”翻转为通路状态的“1”。

图4WonderwareIntouch联锁画面更改

图5Tristation1131系统逻辑程序更改

4机组联锁抗干扰信号优化改造，强化机组监控与联锁控制安全

新氢压缩机组联锁抗干扰信号优化改造项目的实施，避免了现场外界干扰频率信号对机组振动测量信号的干扰，消除了振动信号扰动导致机组联锁停机的重大安全隐患。确保压缩机组正常平稳运行。

参考文献：

[1]《本特利保护探头安装使用手册》本特利振动传感器

[2]《英国FFE（豪迈）防爆型振动开关3171EExed安装使用说明书》防爆型振动开关

作者简介：

吕佳鑫（1983-），男（汉族），黑龙江省大庆市人。仪表工程师，2007年从事仪表维护工作，计算机信息技术专业。Tel：0459-5612571（办），18903692031，E-mail：lvjiax@petrochina.com.cn