楊瑞瑞

（晉能控股裝備制造集團 天源山西化工有限公司，山西 高平 048400）

聯(lián)鎖控制是指被控對象通過簡單的邏輯關(guān)系聯(lián)系起來，使被控對象相互牽連并且形成聯(lián)鎖反應，從而實現(xiàn)一種自動保護的控制方式。這種現(xiàn)象常用于開關(guān)控制的場合，在工業(yè)現(xiàn)場中，尤其是在涉及安全控制的場合，運用比較廣泛。當某一參數(shù)達到規(guī)定值或某一設備啟、?；蜷_、關(guān)時，聯(lián)鎖動作打開或閉鎖對另一設備的控制。

聯(lián)鎖控制包括照明設施的聯(lián)鎖控制、生產(chǎn)設施的聯(lián)鎖控制和安全設施的聯(lián)鎖控制等。

1 CO2壓縮

公司主要產(chǎn)品為大顆粒尿素和液氨等產(chǎn)品。尿素裝置采用的是二氧化碳氣提法生產(chǎn)裝置。生產(chǎn)尿素需要的原料是二氧化碳氣體和液氨，并且需要達到一定的壓力和溫度條件。給二氧化碳升壓的動設備是往復式壓縮機，共計有5 臺。正常情況下3#壓縮機為備機，當其它機組有故障或者檢修的情況下3#運行。1#、2#壓縮機為尿素一系列提供二氧化碳氣體，4#、5#壓縮機為二系列提供二氧化碳氣體。

從合成氨系統(tǒng)的脫碳裝置來的二氧化碳氣體，壓力為0.102 MPa ～0.105 MPa（A），溫度為35 ℃，CO2含量≥98.5%（V/V）。經(jīng)二氧化碳壓縮界區(qū)的液滴分離器分離后，在壓縮機一段出口與一定量的空氣相混合，空氣中氧氣主要用于后工段高壓設備的防腐和脫氫。在尿素的生產(chǎn)過程中，氧氣可以在尿素合成塔、二氧化碳氣提塔、高壓洗滌器和高壓甲銨冷凝器等設備表面形成一層致密的氧化膜，以防止尿素及甲銨液對設備的腐蝕。加入的空氣量控制在進入二氧化碳氣提塔之前的氧含量不小于0.75%（V/V）。二氧化碳壓縮機選用往復式壓縮機，其優(yōu)點是效率比離心式壓縮機高，調(diào)節(jié)氣量時排氣壓力幾乎不變。二氧化碳氣體從二氧化碳壓縮機三段出口進入脫硫裝置，在此脫去二氧化碳氣體中的雜質(zhì)硫，確保脫氫反應器中的催化劑不會中毒失效。脫硫后二氧化碳氣體返回壓縮機的四段入口。最終二氧化碳氣體被壓縮到14.7 MPa ～15.7 MPa（A）進入高壓二氧化碳加熱器，在此將二氧化碳氣體的溫度提高到150℃后，進入裝有鈀鉑催化劑的脫氫反應器，以燃燒二氧化碳氣體中的可燃組份。脫氫的目的是防止高壓洗滌器排出的氣體發(fā)生爆炸。在脫氫反應器中，主要反應為2H2+ O2= 2H2O，脫氫后二氧化碳氣體中含氫及其它可燃氣體量＜50 ppm。脫氫后的二氧化碳氣體經(jīng)高壓二氧化碳冷卻器冷卻到120℃后，進入氣提塔底部。

二氧化碳壓縮機設有中間冷卻器和分離器，氣體流程設有3 個回路，分別是一回一、三回一和五回一，以適應尿素生產(chǎn)負荷的變化，多余的二氧化碳氣體由放空管排入大氣。

2 壓縮機儀表

儀表控制部分為兩部分：一部分為現(xiàn)場儀表控制柜儀表，在壓縮機現(xiàn)場集中顯示壓縮機的各項工藝參數(shù)指標。現(xiàn)場控制柜采用數(shù)顯表顯示各級工藝控制參數(shù)，供現(xiàn)場工藝操作人員監(jiān)盤和記錄，來保證二氧化碳往復式壓縮機的正常運行；另一部分為中央控制室的集散控制系統(tǒng)（DCS）顯示儀表。中央控制室部分儀表主要作為儀表信號趨勢的采集和聯(lián)鎖動作的記錄等。

說明：

1）所有壓力變送器通過數(shù)顯表，不僅在儀表盤上集中顯示，而且另外輸出一路標準的4 mA DC ～20 mA DC（四線制）電流信號送至控制室DCS 系統(tǒng)顯示。

2）二氧化碳機組聯(lián)鎖邏輯，在現(xiàn)場就地控制柜內(nèi)的PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

表1 CO2壓縮機儀表位號Table 1 CO2 compressor instrument tag number

3 儀表設計控制方案

3.1 允許啟動條件

冷卻水總管壓力PS-902 大于0.2 MPa 和潤滑油總管壓力PS-1002 大于0.2 MPa 同時滿足，而且沒有儀表聯(lián)鎖停車信號發(fā)生時，即允許啟動繼電器帶電，跳車繼電器不帶電時，儀表控制系統(tǒng)部分滿足壓縮機允許啟動條件。

3.2 聯(lián)鎖停車條件

當壓縮機的電機軸承溫度（TE301/TE302）任意一支大于80℃，主軸承溫度（TE401/TE402/TE403/TE404）任意一支大于70℃，一級進氣壓力（PT-801）小于0.0015 MPa，潤滑油壓力（PT-1001）小于0.1 MPa 條件當中，任一條件滿足時，壓縮機就會聯(lián)鎖跳車停止。

3.3 儀表控制方案

3.3.1 各級進出口溫度設計方案

現(xiàn)場溫度儀表一次檢測元件，是三線制的Pt100 雙支鉑熱電阻，檢測點安裝在往復式壓縮機的各級進出口緩沖罐上。儀表信號通過7×1.5 的KVVP 儀表控制電纜，延伸至現(xiàn)場儀表控制柜內(nèi)的接線端子排上，一路接至現(xiàn)場儀表控制柜前的數(shù)顯表上，供現(xiàn)場工藝操作人員監(jiān)視和記錄。另一路儀表信號通過8×3×1.5 的控制電纜送至中央控制室內(nèi)的DCS 系統(tǒng)。

數(shù)顯表上電后，需要按照說明書設置一些重要參數(shù)，比如顯示的量程上限和量程下限，信號輸入類型、報警值、聯(lián)鎖值以及觸點方式等，具體的設置內(nèi)容根據(jù)控制要求來完成。

3.3.2 主軸承、電機軸承溫度設計方案

主軸承溫度、電機軸承溫度數(shù)顯表的顯示部分，與各級進出口溫度傳輸一致，不同的是檢測點位置不同，電機軸承溫度檢測的是電機負荷端和非負荷端的軸承溫度。而主軸承溫度是安裝在壓縮機大蓋內(nèi)的主軸上，均勻分布在主軸的4 個檢測點上。

主軸承溫度、電機軸承溫度數(shù)顯表除需要設置量程外，還需要重點設置報警值和報警觸點輸出方式（閉合）、聯(lián)鎖值和聯(lián)鎖觸點輸出方式（閉合）。當主軸承溫度或者電機軸承溫度數(shù)顯表顯示溫度值超過所設置的報警值時，數(shù)顯表的報警輸出觸點就會閉合，閉合信號就會傳輸?shù)絻x表控制柜內(nèi)的PLC 輸入端，經(jīng)過PLC 程序判斷和輸出點閉合后，導至報警繼電器線圈動作后，繼電器觸點就會閉合，這時儀表盤前對應的指示燈和報警鈴就會相應發(fā)出信號，從而來提示現(xiàn)場工藝操作人員。

當主軸承溫度或者電機軸承溫度數(shù)顯表顯示溫度值超過所設置的聯(lián)鎖值時，數(shù)顯表的聯(lián)鎖輸出觸點就會閉合，閉合信號就會傳輸?shù)絻x表控制柜內(nèi)的PLC 輸入端，通過PLC 內(nèi)的程序判斷和輸出點閉合后，導至聯(lián)鎖停車繼電器線圈動作后，繼電器觸點就會斷開，這時連接的電氣控制回路就會斷開，主接觸器就會失電，運行的二氧化碳壓縮機就會停止，從而起到保護壓縮機設備的功能。

3.3.3 輔油泵的啟停設計方案

油壓變送器采用EJA 橫河壓力變送器，檢測點安裝在稀油站出口總管上。數(shù)顯表采用自帶外供24 VDC 的兩線制型號，數(shù)顯表輸入類型設置為4 mA DC ～20 mA DC，量程和壓力變送器量程范圍設置一致。油壓變送器通過2×1.5的控制電纜接到數(shù)顯表對應的兩線制端子上。

當油壓系統(tǒng)工作正常時，往復式壓縮機能夠正常啟動和運行。當油壓低于0.15 MPa 時，油壓數(shù)顯表低報警輸出觸點閉合，閉合信號送至PLC 控制系統(tǒng)，通過程序判斷后PLC 輸出兩路信號，一路是聲光報警，另一路則啟動輔油泵。當油壓高于0.15 MPa 小于0.4 MPa 時，需要操作工手動消除報警。

當油壓高于0.4 MPa 時，則通過安裝在潤滑總管上的油壓開關(guān)PS1001 發(fā)生動作后把信號傳遞給PLC 控制系統(tǒng)，通過程序判斷后PLC 輸出報警，提醒工藝操作人員消除報警和手動停止輔油泵。

3.3.4 潤滑油溫度控制

在壓縮機的運行過程中，油溫是一項重要的控制指標。潤滑油對軸承起潤滑作用，減少摩擦力，同時帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，還能起到冷卻軸承的作用。當油溫過高時，會降低油的粘度和降低油壓，影響壓縮機的潤滑作用；當油溫過低時，會使油的粘度增加，從而使軸承摩擦力增大，增加軸承的消耗，更為嚴重時還會發(fā)生機組振動。所以，油溫必須控制在一定范圍內(nèi)。

二氧化碳壓縮機油箱溫度是通過兩支電接點溫度計來控制的，安裝在油箱側(cè)面偏底部位置，一支是供油溫度TIS-601 啟動加熱器；另一支是供油溫度TIS-602 停止加熱器。通過螺絲刀可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整兩支電接點溫度計的接觸點，啟動加熱器溫度計設置在20℃，停止加熱器溫度計設置在40℃。把兩支加熱器的溫度計觸點，接到儀表控制柜內(nèi)對應的兩個繼電器控制回路中，啟動加熱器用常開觸點與停止加熱器的常閉觸點串聯(lián)在電氣加熱器的二次回路中，這樣就能實現(xiàn)油溫的自動控制。

4 主軸承溫度和電機軸承溫度聯(lián)鎖技改

4.1 改造前的現(xiàn)狀及存在問題

在CO2壓縮機正常運行情況下，所有儀表設備或電氣元件都有可能發(fā)生故障，或者運行不穩(wěn)定的情況發(fā)生。Pt100 熱電阻溫度計在檢測回路中傳輸?shù)氖请娮栊盘?，如果回路中有虛接的情況發(fā)生時，數(shù)顯表顯示的溫度值就會增大。當電機軸承溫度（電機前軸溫度TE301 和電機后軸溫度TE302）或者主軸承溫度（TE401/TE402/TE403/TE404）任一指示波動，而且當指示波動達到數(shù)顯表設定的聯(lián)鎖值后，會造成聯(lián)鎖誤動作，導致CO2壓縮機停車。這樣整個尿素裝置就會減負荷，使尿素產(chǎn)品減產(chǎn)，給公司造成一定的產(chǎn)品和經(jīng)濟損失。

4.2 改造的目的

消除因儀表原因運行不穩(wěn)定，或者一次儀表故障引發(fā)的誤停車事故，保證二氧化碳壓縮機安全穩(wěn)定長周期運行。

4.3 主要改造的內(nèi)容

圖1 儀表技改前回路圖Fig.1 Circuit diagram before instrument technical renovation

二氧化碳壓縮電機軸承溫度、主軸承溫度聯(lián)鎖技術(shù)改造，是通過一次溫度檢測元件（雙支Pt100 溫度計），把送DCS 控制系統(tǒng)的儀表信號通過增加智能隔離式安全柵（型號：XBX5918B）和昆山數(shù)顯表（型號XMZDBH-64200200，Pt100）來實現(xiàn)溫度二取二聯(lián)鎖。溫度分配器把信號分為兩路信號，一路把信號送至DCS 中控顯示，另一路送至新增的數(shù)顯表，把新增數(shù)顯表的輸出觸點和原有的數(shù)顯表的輸出觸點串聯(lián)起來，這樣就組成了溫度聯(lián)鎖二取二的效果，就能避免因溫度計波動造成壓縮機停車的后果（見技改后回路圖）。這是通過增加硬件來實現(xiàn)二取二聯(lián)鎖的。

另外，還有一種方法，通過修改PLC 程序來實現(xiàn)，把PLC 內(nèi)部程序的輸出點（Q 點）修改為延時輸出塊來實現(xiàn)，通過延時來消除因儀表信號波動而導致的事故發(fā)生。延時的時間根據(jù)工藝的實際情況來確定。

在這里只對壓縮機的主軸承和電機軸承溫度做了聯(lián)鎖技改，這是因為在實際的生產(chǎn)過程中，一方面是壓縮機檢修比較頻繁，由于檢修人員的意外作業(yè)會造成儀表線路上的故障，而且當線路上有虛接的情況時，溫度回路缺陷不容易被查找；另一方面是壓縮機本身運行振動就會比較大，也會造成儀表設備的故障，例如一次檢測元件接線盒內(nèi)螺絲松動，穿線管電纜皮磨損現(xiàn)象等。這兩種現(xiàn)象都會造成儀表的溫度指示波動。如果是有聯(lián)鎖的回路指示波動，就會發(fā)生壓縮機誤跳車的事故。而且在實際的生產(chǎn)和儀表運行過程中，壓縮機跳車后數(shù)顯表都顯示正常，故障現(xiàn)象都不明顯，有時候都未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。當發(fā)生這種情況時，根據(jù)自己的工作經(jīng)驗判斷，往往是溫度聯(lián)鎖的可能性比較大。

在壓力變送器的回路中，傳輸?shù)氖? mA DC ～20 mA DC 電流信號。如果有虛接、斷路和接地的情況現(xiàn)象時，通過儀表盤的監(jiān)視，很容易發(fā)現(xiàn)。所以在實際工作中，溫度是最簡單的檢測回路，真正有問題時，卻很不容易判斷。

圖2 儀表技改后回路圖Fig.2 Circuit diagram after technical renovation of the instrument

5 小結(jié)

通過修改電機軸承和主軸承溫度聯(lián)鎖達到了預期的效果，避免了因現(xiàn)場溫度一次儀表（Pt100）溫度計或者線路故障后，導致CO2壓縮機聯(lián)鎖跳車的后果，從而能夠保證CO2壓縮機長期、穩(wěn)定地運行。

二氧化碳壓縮機為5 臺，經(jīng)過小技改并且調(diào)試后，溫度指示和聯(lián)鎖動作正常，和預期效果一致，能夠消除溫度波動，導致二氧化碳壓縮機誤跳車的效果。