宋瑞蓮

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西渭南，714100）

淺談尿素11#壓縮機(jī)的聯(lián)控聯(lián)鎖技術(shù)改造

宋瑞蓮

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西渭南，714100）

氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)是生產(chǎn)合成氨的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，其功能是氣體輸送或化學(xué)反應(yīng)時(shí)提供動(dòng)力。本文是以陜化集團(tuán)老化肥廠區(qū)11#氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的一次事故為例，分析了引發(fā)事故的原因和儀表聯(lián)鎖保護(hù)功能，研發(fā)設(shè)計(jì)了PLC邏輯關(guān)系，詳細(xì)探討了11#壓縮機(jī)的聯(lián)鎖改進(jìn)具體實(shí)施過(guò)程。結(jié)果證明：技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了保護(hù)設(shè)備的目的。

PLC掉電；儀表聯(lián)鎖；靜態(tài)測(cè)試；動(dòng)態(tài)測(cè)試

引言

2016年1月，操作工發(fā)現(xiàn)11#機(jī)曲軸箱冒煙，緊急停車。工藝處理完成后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)控制機(jī)柜的觸摸屏黑屏，輔助操作臺(tái)上兩臺(tái)潤(rùn)滑油運(yùn)行的指示燈已滅，通知電儀檢查。經(jīng)電儀檢查恢復(fù)供電后，發(fā)現(xiàn)觸摸屏從15時(shí)06分至15時(shí)53分之間無(wú)任何數(shù)據(jù)記錄，說(shuō)明PLC在15時(shí)06分已經(jīng)斷電。事后經(jīng)聯(lián)鎖試驗(yàn)及與壓縮機(jī)控制柜的廠家確認(rèn)，PLC在失電情況下輔助回路（油泵、注油泵）跳車，但壓縮機(jī)不跳車。

聯(lián)鎖失去作用，而壓縮機(jī)主機(jī)繼續(xù)在斷潤(rùn)滑油的情況下連續(xù)運(yùn)行47分鐘，從而造成主機(jī)機(jī)身、曲軸、連桿瓦、十字頭等部件不同程度損傷。

1 儀表聯(lián)鎖作用

儀表聯(lián)鎖保護(hù)，就是當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中某些工藝變量或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常并接近危險(xiǎn)值時(shí)，安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的邏輯關(guān)系啟動(dòng)備用或自動(dòng)停車，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備的目的［1，2］。

本次事故發(fā)生，就是儀表聯(lián)鎖功能實(shí)效或不到位造成的。

1.1問(wèn)題客觀發(fā)生原因

一是壓縮機(jī)控制的PLC機(jī)柜廠家原始程序設(shè)計(jì)存在缺陷［3］。在PLC斷電時(shí)，所有輔機(jī)跳車。最關(guān)鍵的設(shè)備，即給壓縮機(jī)供油回路的潤(rùn)滑油泵跳車，L12掉線（如圖1所示）；24V5無(wú)24V輸出，那么KA4或KA5無(wú)法帶電，因其常開(kāi)接點(diǎn)不閉合，接觸器KM4或KM5無(wú)法吸油（如圖2所示），故油泵的主回路失電跳車（如圖3所示）［4］。

油壓低到甚至嚴(yán)重缺油的情況，壓縮機(jī)還連續(xù)運(yùn)行，而不跳車，從而造成事故發(fā)生。

二是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)大，從而PLC的進(jìn)線柜電源松動(dòng)，從而PLC失去電壓。

圖1　PLC的供電圖及硬件布置圖

圖2　油泵控制的二次回路

圖3　 兩臺(tái)油泵的主回路控制回路

1.2問(wèn)題主觀發(fā)生原因

① 電儀二車間未抓住壓縮機(jī)停車檢修時(shí)機(jī)，安排緊固端子螺絲；屬于車間管理缺陷。

② 尿素一車間當(dāng)班操作工巡檢不到位，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置問(wèn)題。屬于車間管理缺陷。損壞部位及經(jīng)濟(jì)價(jià)值：機(jī)身、曲軸、十字頭、主瓦等約170萬(wàn)元。影響尿素產(chǎn)量約19噸，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

2 聯(lián)鎖保護(hù)功能及技術(shù)要求

2.1聯(lián)鎖保護(hù)功能

聯(lián)鎖保護(hù)功能是當(dāng)機(jī)組在啟停和運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生危機(jī)及設(shè)備和人身安全故障時(shí)，自動(dòng)采取保護(hù)或聯(lián)鎖措施，防止事故產(chǎn)生和避免事故擴(kuò)大，從而保證機(jī)組的正常啟停和安全運(yùn)行［5］。它是通過(guò)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)視，在發(fā)生異常情況時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)啟動(dòng)備用設(shè)備。一致達(dá)到“應(yīng)該跳車的情況下及時(shí)跳車，不該跳車情況下不能跳車”的雙重作用。充分達(dá)到既要保護(hù)設(shè)備的目的，又要節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用的要求。11#機(jī)就是在潤(rùn)滑油壓低于0.3 MPa時(shí)，備用油泵自動(dòng)啟動(dòng)及時(shí)補(bǔ)充油壓，從而能及時(shí)避免壓縮機(jī)因油壓低而誤跳車的事故。

11#壓縮機(jī)組聯(lián)鎖匯總：1#主軸承溫度大于65℃，機(jī)組2#主軸承溫度大于65℃，機(jī)組3#主軸承溫度大于65℃機(jī)組，4#主軸承溫度大于65℃機(jī)組，5#主軸承溫度大于65℃，機(jī)組6#主軸承溫度大于65℃，機(jī)組7#主軸承溫度大于65℃，主電機(jī)前軸承溫度大于300℃，主電機(jī)后軸承溫度大于300℃，這9個(gè)溫度任一個(gè)溫度大于65℃主電機(jī)跳車（如圖4所示）。

圖4　溫度聯(lián)鎖

2.2五級(jí)排氣壓力

五級(jí)排氣壓力大于25 MPa，潤(rùn)滑油壓力小于0.2 MPa，冷卻水供水壓力小于0.2 MPa，一級(jí)進(jìn)氣壓力小于6 kPa，四個(gè)工藝條件任一個(gè)滿足條件聯(lián)鎖動(dòng)作，主電機(jī)跳車（如圖5所示）。

3 壓縮機(jī)潤(rùn)滑油泵控制及聯(lián)鎖回路改造

3.1PLC控制系統(tǒng)改造

圖5　壓力聯(lián)鎖

11#壓縮機(jī)原2臺(tái)潤(rùn)滑油泵控制過(guò)程為PLC控制，且兩臺(tái)泵互為備用，在壓縮機(jī)啟動(dòng)前手動(dòng)打聯(lián)動(dòng)情況下，油壓≤0.3 MPa時(shí)未運(yùn)行的油泵啟動(dòng)，油壓≥0.45 MPa時(shí)先啟動(dòng)的油泵停止，壓縮機(jī)停止5分鐘后，運(yùn)行的油泵自動(dòng)停止。因考慮到潤(rùn)滑油壓在工藝聯(lián)鎖的位置至關(guān)重要，工藝提出，為了確保油壓的持續(xù)供應(yīng)。故提出讓1#油泵手動(dòng)控制，無(wú)故障時(shí)持續(xù)運(yùn)行，不受PLC的控制，由人為判斷具體停泵的時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：拆除PLC硬接線 DI通道輸入“1#油泵手動(dòng)啟動(dòng)按鈕I124.5”硬接線，短接停止按鈕輸入I124.6（如圖6所示），短接Y14與56號(hào)線即就是1#油泵的DO輸出接點(diǎn)Q124.3（如圖7所示）。原設(shè)計(jì)的PLC的原程序無(wú)需改動(dòng)。這樣修改后，1#油泵控制過(guò)程為人為“手動(dòng)”控制；具體操作過(guò)程：

① 1#油泵是主油泵，2#油泵是輔助油泵。開(kāi)壓縮機(jī)時(shí)先啟動(dòng)1#油泵，將輔助操作臺(tái)的按鈕打到“聯(lián)動(dòng)”情況下，油壓≤0.3 MPa時(shí)2#油泵啟動(dòng)；油壓≥0.45 MPa時(shí)，2#油泵停止。

② 壓縮機(jī)停止運(yùn)行后，1#油泵人為判斷停泵時(shí)間。

圖6　PLC的數(shù)字量輸入

圖7　PLC的數(shù)字量輸出

3.2壓縮機(jī)電氣回路分析與改造

讀者往往會(huì)提出這樣的疑問(wèn)：油壓低了，壓縮機(jī)不就跳車了嗎？這個(gè)問(wèn)題提的好??！筆者開(kāi)始也有此疑問(wèn)，那么我們就來(lái)分析電氣原理圖。跳壓縮機(jī)的繼電器是KA11（如圖7所示），原設(shè)計(jì)是常開(kāi)接點(diǎn)（如圖8所示），即壓縮機(jī)正常運(yùn)行的情況下，KA11是閑置的，就像人們俗話說(shuō)的，那就是一個(gè)“擺設(shè)”。只有在跳車條件滿足時(shí)，Q125.2帶電接點(diǎn)閉合，24V送出后（如圖7所示），KA11才活躍起來(lái)，其線圈帶電常開(kāi)接點(diǎn)閉合，跳車回路接通，壓縮機(jī)跳車。但是在L12掉線或接線不牢固的情況下，二次控制回路失電（如圖1所示），壓縮機(jī)的跳車?yán)^電器KA11無(wú)法帶電，從而其繼電器的接點(diǎn)無(wú)法閉合，故壓縮機(jī)不跳車。這就暴露出了嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷。為此，必須要進(jìn)行整改。

其一，修改PLC原跳車回路程序（如圖9所示），使PLC跳車回路輸出線圈在壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，PLC程序跳車回路Q125.2輸出線圈常帶電（如圖10所示），電氣回路跳車?yán)^電器KA11線圈常帶電。其二，KA11的的常開(kāi)接點(diǎn)改為常閉接點(diǎn)（如圖8所示），當(dāng)有任一跳車條件滿足或PLC失電情況下，PLC跳車回路輸出線圈失電，電氣回路跳車?yán)^電器同時(shí)失電，常閉接點(diǎn)保持原狀閉合，故壓縮機(jī)主電機(jī)跳車。

圖8　壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車接點(diǎn)

圖9　事故前的跳車邏輯程序

圖10　事故后的跳車邏輯程序

4 聯(lián)鎖回路測(cè)試及壓縮機(jī)開(kāi)車

修改完成后，壓縮機(jī)控制回路靜態(tài)測(cè)試，模擬開(kāi)車條件。首先PLC帶電，觸幕屏帶電，觀察觸幕屏顯示，所有溫度均正常，沒(méi)有任何報(bào)警。首先在PLC柜將盤(pán)車信號(hào)短接，用儀表信號(hào)發(fā)生儀“勝利VICTOR 79”進(jìn)行信號(hào)調(diào)試，油壓信號(hào)用VICTOR 79 OUT檔給定電流12 mA；觸幕屏顯示0.5 MPa，油壓正常；用另一個(gè)VICTOR 79 OUT給定電流12 mA，觸幕屏顯示0.5 MPa，水壓正常；PLC盤(pán)后KA11線圈吸合，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)。逐漸調(diào)小電流輸出檔信號(hào)從12 mA降到 7.2 mA時(shí)，觸幕屏顯示值為0.2 mA時(shí)，KA11線圈失電，常閉復(fù)位，靜態(tài)測(cè)試完成。其次進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試：1#油泵手動(dòng)開(kāi)啟油壓升起，水壓升起，手動(dòng)盤(pán)車到位，觸幕屏無(wú)任何報(bào)警，與壓縮機(jī)連接的主電機(jī)動(dòng)力控制線拆除，電氣盤(pán)KA11吸合；測(cè)試動(dòng)作開(kāi)始，油泵停止，油壓降低到0 MPa，KA11線圈失電，常閉接點(diǎn)復(fù)位，跳車回路接通，壓縮機(jī)跳車，總變回路報(bào)警，顯示工藝聯(lián)鎖跳車。聯(lián)鎖回路修改成功，動(dòng)態(tài)測(cè)試成功。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，自2016年4月11#壓縮機(jī)正常投運(yùn)以來(lái)，潤(rùn)滑油泵運(yùn)行正常，壓縮機(jī)運(yùn)行正常。

［1］張瑞妍， 何龍， 高國(guó)平. PLC在壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 壓縮機(jī)技術(shù)， 2008（5）: 44-46.

［2］李軍， 常安勇， 郭金全. CNG壓縮機(jī)組中PLC聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)用淺析［J］. 電子技術(shù)與軟件工程， 2014（19）: 242.

［3］王森， 晁禹， 艾紅. 儀表工試題集: 控制儀表分冊(cè)［M］. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 2010.

［4］樂(lè)嘉謙. 儀表工手冊(cè): 第2版［M］. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 2010.［5］馮曉玲. PLC在加熱爐聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 化工自動(dòng)化及儀表， 2014， 41（2）: 217-218.

宋瑞蓮（1977-），女，陜西富平人，工程師。

Research Technical Innovation on Urea 11# Compressor Spreading Chain

Ruilian Song（Shaanxi Shanhua Coal Chemical Group Co.， Ltd.， Weinan， Shaanxi， 714100， China）

Hydrogen nitrogen compressor is a key equipment in the production of synthetic ammonia，providing power when gas or chemical reacts. This article bases on urea # 11 an accident of hydrogen nitrogen compressor in Shanhua Coal Chemical Group of old fertilizer factory， analyses the causes of accidents and the meter chain protection， researches and designs the PLC logic relationship， discusses the 11# compressor chain to improve the concrete implementation process of the compressor. Results show that: the technical renovation achieve the goal of the protection equipment.

PLC off Electricity； Instrument Interlock； Static Testing； Dynamic Testing

TQ013.3

A

2095-8412 （2016） 04-652-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.019