朱 哲，王建軍

(中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728)

煉化企業(yè)大型機組是裝置正常運行的心臟，且大部分都沒有備機，如果因故障引發(fā)事故，損失將非常嚴重。出現故障時能夠及時報警直至自保停機，是保障機組安全非常重要的手段之一。大型機組能否穩(wěn)定運行，通常以振動、溫度、軸位移等監(jiān)測指標判斷，通過監(jiān)測指標的烈度設置報警和聯鎖停機。合理的聯鎖邏輯設置和硬件配置要求有較高的可靠性，報警和聯鎖的設置要對機組運行異常做出精準判斷和適當反應，既要避免拒動，又要避免誤動。

1 大型機組聯鎖和報警存在的問題

當前煉化企業(yè)大型機組普遍存在的主要問題是反復報警、漏報警、假報警現象。聯鎖誤動作成為制約大型機組長周期穩(wěn)定運行的因素之一。例如：2017年8月31日，某企業(yè)1號重整裝置循環(huán)氫壓縮機30C1高位油罐液位低位報警，操作人員認為是誤報，沒有重視,直接消除報警，未到現場檢查，41 min后高位油罐液位低低聯鎖動作，引發(fā)機組停機，重整裝置反應系統(tǒng)切斷進料。又例如：2018年2月24日，某企業(yè)連續(xù)重整裝置循環(huán)氫壓縮機發(fā)生一起因報警設置不合理、聯鎖邏輯設置缺失導致的損壞事故(見圖1和圖2)。故障發(fā)生時，機組非驅動端干氣密封泄漏氣差壓突然大幅波動，壓縮機各振動值由正常的10～20 μm 同步快速上升至滿量程100 μm，并發(fā)出報警，機組產生巨大的振動和響聲，最終由于機械卡澀停機。期間機組報警及巨大雜音都沒有引起操作人員、巡檢人員注意，干氣密封停機聯鎖缺失，無法及時停機，導致機組嚴重損壞。

圖1 損壞的干氣密封組件

圖2 損壞的軸承座

鑒于大型機組報警聯鎖設置的諸多問題，煉化企業(yè)優(yōu)化系統(tǒng)、完善大型機組的報警聯鎖設置就顯得十分重要。

2 合理設置大型機組報警和聯鎖邏輯的重要性

大型機組的報警、聯鎖系統(tǒng)能否合理設置，直接影響異常情況下機組的安全，是關系整個裝置能否正常平穩(wěn)運行的關鍵。不同類型機組的報警和聯鎖設置要求不同，在設置報警和聯鎖系統(tǒng)時，應根據不同機組的固有特性與運行工況，以及“簡單、可靠、實用”的原則，使設備管理人員、操作人員在理解報警和聯鎖含義的基礎上采取正確的應對措施，進而提高大型機組運行的可靠性。

設置合理的聯鎖條件，可避免操作人員主觀判斷故障原因和決策故障的處理方法，避免在需要應急處置時猶豫不決，甚至不敢處理，以至于錯過處理故障、實施保護的機會而造成重大事故。

多起工業(yè)事故均與報警管理不當有直接關系。一些企業(yè)的機組管理人員認為機組出廠時設置的報警條件不合理、無效報警頻繁； 還有一些企業(yè)，為了減少報警和聯鎖停機，隨意修改報警條件，隨意摘除聯鎖，留下重大隱患。目前常見的管理問題主要有操作臺工藝和設備報警信息混亂、 操作人員盲目抑制、 大型機組運行過程中的重要報警信息被忽視等。為了改變現狀， 必須對合理設置大型機組的報警和聯鎖系統(tǒng)進行合理設置。

3 大型機組聯鎖設置的總體原則

大型機組報警和聯鎖的設置要以大型機組安全、可靠運行為導向，根據機組特點和工藝要求，合理設置機組報警和聯鎖裝置，準確反映機組運行中出現的異常，及時發(fā)出報警信息或采取聯鎖停機措施【1】。報警和聯鎖設置應滿足GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表設計規(guī)范》要求。

機組參與聯鎖的各項測量信號，如溫度、壓力、振動、轉速等，首選“3取2”(見圖3)或 “2取2”方式聯鎖【2】，即設置3個測量信號中2個采集信號達到聯鎖設定值即聯鎖停機，或2個測量信號全部達到聯鎖值即聯鎖停機。不建議采用單點聯鎖設置，為防止“2取2”聯鎖拒動，可設置偏差報警。參與“3取2”或“2取2”聯鎖的輸入/輸出信號應分配在不同的輸入/輸出卡件上【3】。所有參與報警、聯鎖的I/O信號應有SOE記錄，通訊信號只能用于指示和報警，不應用于聯鎖或控制。機組聯鎖應設置“人工復位”按鈕，防止機組誤動。為判斷停機繼電器是否誤動作，還應將停機繼電器狀態(tài)引入到DI卡監(jiān)控。

圖3 典型的“3取2”硬件結構示意

4 壓縮機組報警聯鎖系統(tǒng)設置的共性要求

機組的潤滑油系統(tǒng)應設置溫度高/低、壓力低報警。潤滑油壓力低報警時應自啟動潤滑油備泵，采用雙潤滑油電泵的，還須在電氣控制柜設置電聯鎖。潤滑油應設置總管油壓低低聯鎖，聯鎖應采用“3取2”方式,可延時聯鎖。設置有事故油泵的潤滑油站，停主機時自啟動事故油泵，機組全部冷卻到常溫后手動停止事故油泵。潤滑油箱和高位油箱應設置液位低報警。潤滑油過濾器應設置壓差高報警。

密封油系統(tǒng)應設置溫度高/低、壓力低報警。密封油壓力低報警時自啟動密封油備泵，采用雙密封油電泵的，還須在電氣控制柜設置當主油泵停時自啟備用電泵的電氣聯鎖。密封油系統(tǒng)應設置油氣壓差低報警、低低聯鎖；高位油罐宜設置液位高報、低報，用于自啟動油泵或低低聯鎖停機。密封油過濾器應設置壓差高報警。

控制油系統(tǒng)應設置壓力高/低報警?？刂朴蛪毫Φ蜁r自啟動油泵。速關油宜設置壓力低報警值、低低聯鎖。

機組每個徑向軸承部位應安裝2個振動探頭(見圖4)，應設置振動高報警、高高聯鎖。機組推力軸承應安裝3個軸位移探頭(見圖5)，并設置軸位移高報警、高高“3取2”聯鎖【4】；對于只能安裝2個軸位移探頭的系統(tǒng)，應設置軸位移“2取2”聯鎖。機組推力軸承主、副推力瓦以及徑向軸承設置雙點雙支測溫元件，軸承溫度應設置高報警、高高報警，必要時設置聯鎖。機組應設置鍵相位探頭。

圖4 徑向軸承振動探頭安裝示意

圖5 軸位移探頭安裝示意

離心壓縮機和軸流壓縮機應設置防喘振控制和保護【5】，并設置喘振報警。壓縮機在正常工況時，氣體進入葉道的方向角基本上等于葉輪葉片的進口安裝角，這時不會出現氣體附著面層脫離的現象；但流量減小到一定程度時，氣體進入葉道的方向與葉片方向將產生較大的偏角，在葉片的背面將形成渦流區(qū)，導致整個流道被堵塞，壓縮機出口的壓力低于管網壓力，從性能曲線上表現為壓縮機的性能曲線存在頂點【6】。這是離心式壓縮機的特性決定的。不同轉速下，頂點的連線形成了壓縮機的喘振線。為了使壓縮機不發(fā)生喘振，必須使壓縮機工作在喘振線的右側(見圖6)，且遠離喘振線。

圖6 壓縮機運行工況點與喘振線設置

5 不同類型機組報警聯鎖系統(tǒng)的設置特點

往復式壓縮機應設置主軸承、填料函、吸氣、排氣溫度的高報警、高高報警，必要時設置聯鎖。機身應設置振動高報警、高高聯鎖。活塞桿應設置位移下沉高報警、高高報警。

軸流壓縮機應設置喉部差壓報警及聯鎖。持續(xù)逆流信號宜采用“3取2”聯鎖停主風機組【7】。

汽輪機應設置獨立的電子超速保護系統(tǒng)。電子超速保護聯鎖宜采用“3取2”或 “2取2”方式【8】。電子調速宜采用“3取中”或“2取高”方式。電子超速保護系統(tǒng)和電子調速系統(tǒng)具有自診斷功能，系統(tǒng)異常應立即發(fā)出報警。入口蒸汽溫度應設置低報警。凝汽式汽輪機應設置排氣壓力高報警、高高聯鎖，聯鎖宜采用“3取2”方式；設置排氣溫度高報警。背壓式汽輪機應設置排氣壓力高/低報警【9】。汽輪機熱井、集液箱應分別設置雙液位測量系統(tǒng)，液位應設置高/低報警、高高聯鎖及液位自動控制，復水泵設置液位高時自啟動。熱井、集液箱宜設置高溫報警。

煙氣輪機應設置獨立的電子超速保護系統(tǒng)。電子超速保護聯鎖應采用“3取2”方式。煙氣輪機軸振動設高報警、高高報警及手動停機，應設置第3級高報、“2取2”聯鎖停機。煙氣輪機軸位移設高報警、高高報警及聯鎖停機。

電機定子溫度宜設置高報警、高高報警；每相定子線圈宜設置用于報警的雙支熱電阻。大型電機應設置軸瓦溫度高報警、高高報警，必要時設置轉子軸振動高報警、高高報警。電機應設置電流高報警、高高聯鎖。水空冷電機宜設置漏水開關報警。

6 大型機組聯鎖報警設置的其他要求

在現場的操作盤和控制室的輔操臺應分別設置大型機組的緊急停車開關，并加防護罩。機組吸入罐液位宜設置高報警、高高聯鎖。根據機組特點和生產需要，設置壓縮機進、出口壓力和溫度報警與聯鎖，級間冷卻器溫度、壓力及液位報警，必要時設置聯鎖。

7 結語

煉化裝置的大型機組數量眾多，人工實時監(jiān)控機組運行狀態(tài)效率低下，任何一臺機組的故障若不能及時發(fā)現，都有可能造成事故。設置合理的報警值以及完善、精準的聯鎖，形成大型機組的報警聯鎖系統(tǒng)，保證機組安全、穩(wěn)定運行的同時，也可減少設備管理人員和操作人員查看機組運行參數的工作量。