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(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司 儀控中心，上海 200540)

某石化公司熱電部4號(hào)鍋爐原先的控制系統(tǒng)使用時(shí)間較長(zhǎng)，功能落后，安全保護(hù)措施不到位，隨著DCS技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的改造升級(jí)成為裝置安全生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。該公司在DCS改造時(shí)，選用了Honeywell PKS C300系統(tǒng)。

DCS概念的引進(jìn)必然會(huì)聯(lián)系到鍋爐主保護(hù)，即主燃料喪失跳閘保護(hù)(MFT)。在DCS的改造調(diào)試運(yùn)行中，對(duì)MFT保護(hù)有些不足和誤動(dòng)作的情況做了修改和加強(qiáng)，對(duì)發(fā)生MFT之后的首出和報(bào)警做了分析和優(yōu)化。本文以該公司鍋爐控制系統(tǒng)的改造升級(jí)為例，介紹了MFT保護(hù)邏輯的應(yīng)用和改進(jìn)，分析和解決了誤動(dòng)作的情況。

1 MFT功能和簡(jiǎn)介

1.1 MFT的概念

MFT是鍋爐重要的保護(hù)措施，當(dāng)鍋爐運(yùn)行發(fā)生緊急情況且對(duì)設(shè)備和人身安全有危險(xiǎn)時(shí)，由人工操作或保護(hù)信號(hào)指令快速切斷進(jìn)入爐膛的所有燃料，達(dá)到保證鍋爐安全運(yùn)行和保護(hù)主要設(shè)備的目的。

MFT信號(hào)直接作用于最后執(zhí)行對(duì)象，當(dāng)MFT信號(hào)觸發(fā)后，為切斷進(jìn)入爐膛的一切燃料，所有燃燒設(shè)備和有關(guān)輔助設(shè)備都將動(dòng)作。MFT動(dòng)作后，如果不是送、引風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作的原因，則送、引風(fēng)機(jī)保持運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行爐膛吹掃，反之將延時(shí)打開(kāi)所有送、引風(fēng)機(jī)擋板，在全開(kāi)狀態(tài)下自然通風(fēng)不少于15 min。

在發(fā)出MFT的同時(shí)有首出記憶便于故障判斷和處理，一個(gè)MFT動(dòng)作后將閉鎖其他MFT信號(hào)發(fā)出。正常運(yùn)行時(shí)，一般不會(huì)同時(shí)觸發(fā)2個(gè)首出記憶。

該鍋爐設(shè)計(jì)的MFT主保護(hù)分別為： 送風(fēng)機(jī)全停、引風(fēng)機(jī)全停、膛負(fù)壓高高、膛負(fù)壓低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全爐膛火焰喪失、燃料中斷、手動(dòng)MFT及點(diǎn)火延時(shí)。

以下分別對(duì)每條MFT保護(hù)條件進(jìn)行說(shuō)明：

1)送風(fēng)機(jī)全停。2臺(tái)送風(fēng)機(jī)全部停運(yùn)的情況下，發(fā)出MFT動(dòng)作信號(hào)。

2)引風(fēng)機(jī)全停。2臺(tái)引風(fēng)機(jī)全部停運(yùn)的情況下，發(fā)出MFT信號(hào)。

3)爐膛負(fù)壓高高。3個(gè)爐膛壓力開(kāi)關(guān)量信號(hào)中同時(shí)輸出2個(gè)高報(bào)警(1.2 kPa)信號(hào)，發(fā)出MFT信號(hào)。

4)爐膛負(fù)壓低低。3個(gè)爐膛壓力開(kāi)關(guān)量信號(hào)中同時(shí)輸出2個(gè)爐膛壓力低報(bào)警(-1.2 kPa)信號(hào)，發(fā)出MFT信號(hào)。

5)汽包水位高高。3個(gè)汽包水位信號(hào)中同時(shí)有2個(gè)大于2 745 Pa，發(fā)出MFT信號(hào)。

6)汽包水位低低。3個(gè)汽包水位信號(hào)中同時(shí)有2個(gè)小于-2 745 Pa，發(fā)出MFT信號(hào)。

7)全爐膛火焰喪失。3個(gè)煤層和2個(gè)油層，每一層4個(gè)火焰中有3個(gè)火焰喪失，發(fā)出MFT信號(hào)。

8)燃料中斷。所有油門(mén)關(guān)閉以及所有給粉機(jī)停運(yùn)，發(fā)生MFT動(dòng)作。

9)手動(dòng)MFT。操作站上2個(gè)MFT手操按鈕同時(shí)按下，發(fā)生MFT動(dòng)作。

10)點(diǎn)火延時(shí)。在吹掃完成30 min之后，沒(méi)有任何油層或者煤層投運(yùn)，發(fā)生MFT動(dòng)作。

1.2 MFT爐保柜介紹

該鍋爐DCS改造后加入了MFT爐保柜。其主要作用是當(dāng)DCS崩潰時(shí)，依然可以通過(guò)MFT爐保柜保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，確保能快速安全地實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行。

1.2.1MFT的動(dòng)作

如圖1所示，爐保柜內(nèi)分為兩部分。第一部分為220 V直流供電，第二部分為220 V交流供電。KP是直流供電的空氣開(kāi)關(guān)，KS為交流供電的空氣開(kāi)關(guān)。PB-1，PB-2是鍋爐運(yùn)行操作臺(tái)上2個(gè)手動(dòng)MFT按鈕，串聯(lián)接線，當(dāng)2個(gè)按鈕同時(shí)按下時(shí)，16個(gè)繼電器動(dòng)作，MFT保護(hù)發(fā)生。

圖1 爐保柜電源接線示意

MFTA，MFTB是鍋爐DCS中發(fā)出的脈沖保護(hù)信號(hào)輸出指令。當(dāng)DCS發(fā)出指令時(shí)，任一接點(diǎn)接通，16個(gè)繼電器動(dòng)作，MFT保護(hù)發(fā)生。

1.2.2MFT的復(fù)位

當(dāng)發(fā)生MFT動(dòng)作時(shí)，圖1中16個(gè)MFT接點(diǎn)閉合。當(dāng)MFT動(dòng)作消失時(shí)，DCS發(fā)出脈沖指令，使1MFT RST接點(diǎn)接通，閉合狀態(tài)變成斷開(kāi)狀態(tài)，16個(gè)繼電器失電，繼電器復(fù)位。

2 鍋爐主保護(hù)調(diào)試期間存在的問(wèn)題

2.1 爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓高高和爐膛負(fù)壓低低是鍋爐MFT的重要聯(lián)鎖條件，采用3臺(tái)變送器，輸出3個(gè)4～20 mA信號(hào)在DCS監(jiān)視畫(huà)面中顯示，以方便監(jiān)控，量程范圍設(shè)置為-500～500 Pa。而MFT的主保護(hù)是以6個(gè)壓力開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為信號(hào)源，其動(dòng)作值分別為1.2 kPa和-1.2 kPa。

如果MFT的首出原因?yàn)闋t膛負(fù)壓引起，那么當(dāng)查閱歷史報(bào)警記錄時(shí)，只能看到開(kāi)關(guān)量信號(hào)的報(bào)警記錄，而監(jiān)視用的模擬量數(shù)值范圍為-500～500 Pa，無(wú)法達(dá)到MFT動(dòng)作時(shí)的數(shù)值。

2.2 MFT信號(hào)的觸發(fā)

MFT信號(hào)觸發(fā)條件包括： 送風(fēng)機(jī)全停、引風(fēng)機(jī)全停、膛負(fù)壓高高、膛負(fù)壓低低、汽包水位高高、汽包水位低低、全爐膛火焰喪失、燃料中斷、手動(dòng)MFT及點(diǎn)火延時(shí)。

原MFT動(dòng)作保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)中，當(dāng)MFT發(fā)生時(shí)，其只有2個(gè)DO輸出信號(hào)到爐保柜，即圖1中的1MFTA和2MFTA觸點(diǎn)，表示在爐保柜每個(gè)部分中，只有一對(duì)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)動(dòng)作。這樣就大幅降低了MFT保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

2.3 全爐膛火焰喪失

全爐膛火焰喪失保護(hù)，取自2個(gè)油層和3個(gè)煤層的火焰探頭信號(hào)發(fā)出的火焰強(qiáng)度信號(hào)，每一層有4個(gè)火焰探頭，在DCS中以開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)檢測(cè)。當(dāng)火焰探頭檢測(cè)到一定的火焰強(qiáng)度信號(hào)后，DCS顯示著火信號(hào)輸出為ON，每一層3個(gè)信號(hào)輸出ON后再取反來(lái)判定火焰有火還是無(wú)火。

原設(shè)計(jì)中判斷AB油層有火還是無(wú)火的邏輯如圖2所示。從圖2中可以看出，著火信號(hào)直接輸出后判定有火還是無(wú)火。在調(diào)試中存在的問(wèn)題是： 當(dāng)火焰強(qiáng)度有瞬時(shí)的波動(dòng)或者干擾時(shí)，DI點(diǎn)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，馬上又恢復(fù)。但是，判定無(wú)火條件已經(jīng)發(fā)出，這樣就會(huì)造成由于假信號(hào)或者干擾信號(hào)等一些瞬時(shí)原因使MFT保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作。對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行帶來(lái)不必要的麻煩。

圖2 該鍋爐原設(shè)計(jì)AB油層火焰判斷邏輯示意

2.4 試運(yùn)行期間鍋爐MFT的發(fā)生

在該鍋爐DCS改造后試運(yùn)行期間，發(fā)生過(guò)2次MFT保護(hù)動(dòng)作。

在發(fā)生第一次MFT保護(hù)動(dòng)作之后，查首出原因無(wú)記錄，SOE報(bào)警無(wú)記錄。檢查MFT首出記憶邏輯中10個(gè)MFT信號(hào)的組態(tài)報(bào)警設(shè)置為NONE，即表示沒(méi)有首出報(bào)警組態(tài)。修改報(bào)警設(shè)置把NONE修改為UNGER級(jí)別，檢查SOE卡板接線狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在10個(gè)MFT保護(hù)中有3個(gè)信號(hào)沒(méi)有接入SOE卡板，分別為： 引風(fēng)機(jī)全停、送風(fēng)機(jī)全停、以及點(diǎn)火延時(shí)。

發(fā)生第二次MFT之后，查首出記憶報(bào)警為“點(diǎn)火延遲”報(bào)警。查“點(diǎn)火延時(shí)”邏輯圖，如圖3所示。觸發(fā)“點(diǎn)火延時(shí)”的條件是RS觸發(fā)器前面的“吹掃完成”條件，當(dāng)吹掃完成后，延時(shí)30 min，如果沒(méi)有任何“油層運(yùn)行”(圖中虛線框所示)來(lái)復(fù)位RS觸發(fā)器的話，那么吹掃完成條件將一直處于ON狀態(tài)，會(huì)觸發(fā)“點(diǎn)火延時(shí)”MFT。發(fā)生MFT時(shí)，根據(jù)工況停運(yùn)了油層。所以，復(fù)位條件消失，延時(shí)30 min后發(fā)生MFT。

圖3 點(diǎn)火延時(shí)邏輯示意

3 改進(jìn)方案及取得的成效

3.1 爐膛負(fù)壓檢測(cè)的改進(jìn)

為了方便查閱歷史趨勢(shì)和報(bào)警，能查出實(shí)際的動(dòng)作數(shù)據(jù)，利于分析事故原因，可以把3臺(tái)爐膛負(fù)壓變送器中的1臺(tái)的量程擴(kuò)展到-2～2 kPa。這樣就能利用歷史趨勢(shì)，查出實(shí)際的動(dòng)作狀態(tài)值。

3.2 MFT保護(hù)邏輯的改進(jìn)

改進(jìn)后的MFT邏輯如圖4所示，圖4中MFT觸發(fā)條件與2.2節(jié)中相同，為了提高M(jìn)FT保護(hù)動(dòng)作的可靠性，在調(diào)試過(guò)程中，提出再增加2個(gè)DO輸出指令，即圖4中虛線框中的部分。增加的2個(gè)DO指令連接到爐保柜的1MFTB和2MFTB 2個(gè)觸點(diǎn)，使1MFTA和1MFTB串聯(lián)接線，2MFTA和2MFTB串聯(lián)接線。這樣在爐保柜每個(gè)部分中，就有2個(gè)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)冗余功能。確保了當(dāng)MFT發(fā)生時(shí)，能在第一時(shí)間快速安全地實(shí)現(xiàn)主燃料切斷保護(hù)。

圖4 改進(jìn)后MFT保護(hù)邏輯示意

3.3 AB油層火焰判斷邏輯的改進(jìn)

改進(jìn)后AB油層火焰判斷邏輯如圖5所示，為了避免信號(hào)瞬時(shí)干擾導(dǎo)致的MFT誤動(dòng)作，根據(jù)以往對(duì)爐膛火焰瞬時(shí)干擾信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)了邏輯，增加2 s的延時(shí)塊，延時(shí)塊起的作用是屏蔽掉由于假信號(hào)或者干擾信號(hào)等一些瞬時(shí)原因使DI狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，以此來(lái)提高火焰強(qiáng)度信號(hào)的可靠性，避免發(fā)生MFT誤動(dòng)作。提高了MFT主保護(hù)的準(zhǔn)確性。

圖5 改進(jìn)后AB油層火焰判斷邏輯示意

3.4 MFT的故障原因分析和改進(jìn)

3.4.1原因分析

發(fā)生MFT后，通過(guò)查閱“吹掃完成”邏輯圖，如圖6所示?！癕FT動(dòng)作發(fā)生”是去復(fù)位“吹掃完成”前RS觸發(fā)器的唯一條件，即只有當(dāng)MFT動(dòng)作發(fā)生時(shí)，才能使“吹掃完成”條件消失，處于OFF狀態(tài)，這樣的設(shè)置不合理，因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，是不可能發(fā)生MFT動(dòng)作。即在正常情況下“吹掃完成”條件一直處于ON的狀態(tài)。

圖6 “吹掃完成”邏輯示意

在原始設(shè)計(jì)中有2個(gè)“吹掃完成”的復(fù)位條件分別為MFT動(dòng)作和任意一個(gè)油層角閥打開(kāi)。結(jié)合圖6分析可得：

1)當(dāng)吹掃條件滿足，開(kāi)始吹掃。300 s后，如果MFT動(dòng)作條件依然沒(méi)有消失，那么“吹掃完成”失敗，處于OFF狀態(tài)。

2)當(dāng)鍋爐運(yùn)行初期時(shí)，吹掃完成后，只要有一個(gè)油層角閥打開(kāi)，那么“吹掃完成”信號(hào)就會(huì)消失。只要在30 min內(nèi)一個(gè)油層投運(yùn)，“點(diǎn)火延時(shí)”就會(huì)消失。即使鍋爐正常運(yùn)行后，停運(yùn)所有油層，因?yàn)椤按祾咄瓿伞睏l件已消失，所以不會(huì)觸發(fā)“點(diǎn)火延時(shí)”MFT動(dòng)作。

原設(shè)計(jì)“吹掃完成”邏輯如圖7所示，根據(jù)追查，吹掃完成條件一直處于ON狀態(tài)，是由于調(diào)試過(guò)程中調(diào)試人員誤刪除圖7邏輯中“任意一個(gè)油層角閥打開(kāi)”的條件所致。

圖7 原設(shè)計(jì)“吹掃完成”邏輯示意

3.4.2改進(jìn)方案

分析上述MFT發(fā)生的原因之后，逐項(xiàng)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。

1)恢復(fù)原始設(shè)計(jì)“吹掃完成”邏輯圖。

2)對(duì)于其中3個(gè)MFT條件，引風(fēng)機(jī)全停、送風(fēng)機(jī)全停、以及點(diǎn)火延時(shí)沒(méi)有進(jìn)SOE卡板接線的，要求在邏輯圖中增加DO輸出指令。通過(guò)硬接線的方式，從DO卡板輸出接線到SOE卡板。這樣，在發(fā)生MFT動(dòng)作的時(shí)候，就可以在SOE中迅速查到報(bào)警記錄，便于分析和解決事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

MFT是鍋爐安全運(yùn)行的重要保障，從上述事故分析可以取得經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)一定要正確可靠。每一個(gè)信號(hào)都不能忽視，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能出錯(cuò)。對(duì)于直接停爐的信號(hào)，應(yīng)該按“三取二”的方式選取。在做完模擬試驗(yàn)之后，修改完條件之后，調(diào)試人員一定要反復(fù)認(rèn)真檢查邏輯的正確性。

每次檢修、消缺性檢修之后，一定要認(rèn)真校驗(yàn)參與MFT動(dòng)作條件的表計(jì)。每次MFT發(fā)生之后都要仔細(xì)從事故追憶和報(bào)警系統(tǒng)中研究事故的原因，進(jìn)行舉一反三，避免下次事故的發(fā)生。

對(duì)于一些保護(hù)定制和延時(shí)時(shí)間，都應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求或者實(shí)際情況通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。這樣既能保證鍋爐安全運(yùn)行，又能避免保護(hù)頻繁誤動(dòng)作。從MFT的正確性、可靠性來(lái)說(shuō)。PKS 300系統(tǒng)基本到達(dá)了設(shè)計(jì)要求。