張霄芳

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司,山東 東營(yíng) 257026）

0 引言

石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境具有高溫高壓、易燃易爆的特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)工藝自動(dòng)化控制的安全性和可靠性要求極高。隨著科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，各種自動(dòng)化、高精確度、安全性好的電氣儀表在石油化工生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)的安全性，進(jìn)而促進(jìn)生產(chǎn)效率地提升。但是，隨著各種自動(dòng)化儀表地應(yīng)用，需要一個(gè)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、安全節(jié)能的供電系統(tǒng)來(lái)確保一系列儀表的運(yùn)作安全性。但在實(shí)際生產(chǎn)中一些設(shè)備系統(tǒng)仍存在供電安全的隱患，如何消除隱患，提高供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，是一個(gè)值得探討的重要課題。

1 石油化工電氣儀表供電系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 石油化工供電類型

在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，按照生產(chǎn)工藝的控制功能和類型，主要包括：1）DCS分散測(cè)控系統(tǒng)；2）安全監(jiān)測(cè)的SIS儀表控制系統(tǒng)；3）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度儀表、壓力器、流量?jī)x器、行程儀器、壓力變送器等；4）生產(chǎn)中的中央操控站、各種輔助性監(jiān)測(cè)儀表等；5）電控閥、PLC控制器及其他220V供電壓的儀表設(shè)備。

1.2 各測(cè)控儀表系統(tǒng)供電的特性

生產(chǎn)中各種測(cè)控儀表的系統(tǒng)供電特性均存在差異，包括：

1）DCS分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是石油化工生產(chǎn)過(guò)程中最為重要的儀表設(shè)備控制系統(tǒng)，被稱為系統(tǒng)控制的中樞神經(jīng)。為保證該系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，該類型的儀表控制系統(tǒng)在研發(fā)中就考慮其單回路供電的不可靠性，而在這些儀表內(nèi)均設(shè)置雙回路不同電源供電。這些儀表設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部的冗余電源設(shè)置形式，要求在實(shí)際運(yùn)行中必須應(yīng)用雙回路電源同時(shí)供電，在斷電時(shí)仍可正常穩(wěn)定運(yùn)行，極大提高了供電的安全性和穩(wěn)定性。

2）SIS儀表安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)和上文的DCS系統(tǒng)是一致的，同樣采用雙回路冗余配置電源，并配備雙電源的調(diào)整設(shè)備，以確保供電安全和穩(wěn)定。

3）當(dāng)供電電源出現(xiàn)暫時(shí)性波動(dòng)時(shí)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的儀表影響不是很大，比如：溫度表、壓力變送器等。但是，對(duì)于參與聯(lián)鎖運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)儀表變送器來(lái)說(shuō)會(huì)造成很大的影響，比如：軸移位、振動(dòng)等信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，進(jìn)而影響到聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的誤動(dòng)或者拒動(dòng)[1]。所以，為確保現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)儀表信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和有效性，通常情況下對(duì)相關(guān)儀表的電源設(shè)置成雙電源并聯(lián)式供電，以確保系統(tǒng)供電的安全穩(wěn)定。

4）PLC控制、控制閥及其他220V AC交流電源供電的儀表系統(tǒng)，在參與安全保護(hù)設(shè)備時(shí)，可采取雙電源冗余配置，提高供電安全性和穩(wěn)定性，以保證儀表的安全運(yùn)行。其他電氣儀表系統(tǒng)的附屬設(shè)備通常采用單回路電源供電。

2 石油化工儀表供電系統(tǒng)存在的安全隱患

當(dāng)前，石油化工的儀表供電系統(tǒng)一般采用220V AC、24V DC兩種電壓級(jí)別，其中220V AC交流電源由UPS來(lái)供電，再經(jīng)低壓斷路器控制處理后，形成諸多分支回路分別通過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)化器或變壓器等設(shè)備輸出24V DC和110V AC的電源，向相應(yīng)儀表提供電力負(fù)荷。在石油化工儀表中常見(jiàn)的不安全隱患比如照明、散熱風(fēng)扇等，石油化工儀表中常見(jiàn)的不安全供電系統(tǒng)構(gòu)造如圖1。

圖1 石油化工儀表中常見(jiàn)的不安全供電系統(tǒng)構(gòu)造Fig.1 Instrument common insecurity in power supply system for petrochemical construction

從圖1可以看出，該種供電系統(tǒng)，測(cè)控儀器和儀表設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性得到一定的保障，但是存在安全隱患，主要是：1）對(duì)需要經(jīng)過(guò)24V DC的直流供電的直流式儀表未按照標(biāo)準(zhǔn)和要求配置冗余電源；2）DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等需要采取雙回路電源的儀表并未應(yīng)用雙回路電源供電，而僅僅在分支線路上配置并聯(lián)兩個(gè)電源，以對(duì)回路進(jìn)行供電，當(dāng)出現(xiàn)斷路器開(kāi)啟、UPS電源發(fā)生故障、非主觀斷電等情況時(shí)，電氣儀表會(huì)形成閉合式供電線路，進(jìn)而引起短路；3）當(dāng)照明、風(fēng)扇等設(shè)備的供電短路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)發(fā)生斷電。所以，為提高石油化工儀表供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，必須做好優(yōu)化設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)等方面的工作，采取積極有效的防護(hù)措施，消除安全隱患，避免供電事件的發(fā)生，保證石油化工生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定。

3 提升石油化工電氣儀表安全供電體系安全性的對(duì)策

3.1 提升總電源的安全性和可靠性

提升整個(gè)石油化工儀表供電系統(tǒng)安全性和可靠性的重要基礎(chǔ)就是要有一個(gè)安全可靠的總電源。所以，石化企業(yè)應(yīng)該選擇性能穩(wěn)定、質(zhì)量硬，且在10kVA以上的市電電源，以向生產(chǎn)過(guò)程中的各種自動(dòng)化儀表提供電力支持。另外，還應(yīng)采用市電供電和UPS的正常、穩(wěn)定供電兩種形式，以實(shí)現(xiàn)并行供電，強(qiáng)化整個(gè)石油化工電氣儀表供電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定[2]。特別強(qiáng)調(diào)的是，供電系統(tǒng)廠家還應(yīng)科學(xué)有效地核算斷路器容量。

3.2 優(yōu)化雙回路電氣儀表的供電系統(tǒng)

DCS分散控制系統(tǒng)、SIS儀表監(jiān)控系統(tǒng)及PLC系統(tǒng)均為石油化工自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中最為核心的系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全可靠供電具有很高的要求，所以對(duì)這些儀表系統(tǒng)的供電安全性要有足夠的重視。在正常情況下，只需要保證控制站供電電源的正常穩(wěn)定運(yùn)行，一般不會(huì)對(duì)生產(chǎn)性儀表產(chǎn)生很大的影響。由于控制站在整個(gè)生產(chǎn)測(cè)控系統(tǒng)中是最為重要和關(guān)鍵的，所以在優(yōu)化和改進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)其所有關(guān)鍵元器件的供電都采用冗余聯(lián)合容錯(cuò)控制模式。所以，控制站的冗余電源系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立電源，以確保其中任何一路出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行情況下，另一路可正常供電，如此可確保整個(gè)儀表測(cè)控系統(tǒng)中諸多重要性儀表的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 優(yōu)化配置直流供電儀表的冗余電源

在石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)中，直流電源主要為24V DC的直流儀表提供電力支持。要確保直流儀表供電系統(tǒng)的安全性，應(yīng)該采取不同電源供電的兩臺(tái)24V DC直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行并聯(lián)式供電，同時(shí)還應(yīng)該在每個(gè)直流電源輸出端的正極上增加一個(gè)大功率的二極管，以此分開(kāi)兩個(gè)不同電源。兩臺(tái)24V DC直流穩(wěn)壓電源，其電源均來(lái)自兩個(gè)不同的220V AC交流UPS電源，或者市電和UPS電源同時(shí)供電，這就實(shí)現(xiàn)了良好的冗余電源設(shè)置[3]。該模式設(shè)計(jì)和操作都較為簡(jiǎn)便，兼顧了經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。

3.4 優(yōu)化單項(xiàng)220V AC供電儀表的電源配置

在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，一些儀器儀表對(duì)供電系統(tǒng)的要求不高，即使出現(xiàn)暫時(shí)性斷電，也不會(huì)對(duì)整個(gè)化工自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，比如：壓力表、溫度器等。所以，為了整個(gè)供電系統(tǒng)的優(yōu)化，可直接應(yīng)用220V AC的城市電網(wǎng)來(lái)完成供電，以節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。不管是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，還是從技術(shù)安全性考慮，此類模式具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。在供電模式中配置STS后，整個(gè)電氣儀表供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性均要比UPS電源要好。另外，在該種模式中，如果UPS電源發(fā)生故障，則STS會(huì)在內(nèi)部電路閉鎖控制狀態(tài)下自動(dòng)切換到市電供電，并經(jīng)市電分開(kāi)、穩(wěn)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)正常供電，這也極大方便了在不斷電確保電氣儀表的供電安全性基礎(chǔ)上，對(duì)UPS電源進(jìn)行檢修。

3.5 優(yōu)化照明、風(fēng)扇等設(shè)備配電

在系統(tǒng)供電回路的設(shè)計(jì)中，可將照明、風(fēng)扇等設(shè)備采用市電單獨(dú)供電?？梢员苊獍l(fā)生因此類輔助設(shè)備供電回路短路而產(chǎn)生的整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行故障。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著石油化工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，在石化生產(chǎn)過(guò)程中的各種自動(dòng)化控制化系統(tǒng)還會(huì)不斷更新、擴(kuò)大，形成集中、統(tǒng)一的的電氣儀表測(cè)控系統(tǒng)?？傊?，為了確保石油化工生產(chǎn)各種電氣儀表的正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保證石化生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，必須提高和確保電氣儀表供電系統(tǒng)的安全與可靠。在優(yōu)化和改進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況、各種生產(chǎn)設(shè)備儀表的供電特性，從供電負(fù)荷、安全生產(chǎn)等方面，結(jié)合供電技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性，采取科學(xué)合理的供電配置模式，確保生產(chǎn)系統(tǒng)中所有電氣儀表的安全性、經(jīng)濟(jì)性，最終實(shí)現(xiàn)石化生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。

[1]劉易國(guó).石油化工電氣儀表安全供電系統(tǒng)探討[J].硅谷,2012,7(23):187-188.

[2]陳飚.探索化工儀表安全供電系統(tǒng)[J].科技風(fēng),2014,11(7):89.

[3]王紹則,韓劍,程隆,等.石油化工電氣儀表安全供電系統(tǒng)探討[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2013,271(28):68-69.