三机组安全控制中应注意的几个问题.doc

三机组安全控制中应注意的几个问题袁文忠(中国石化股份公司沧州分公司，沧州061000)摘要：通过总结催化裂化能量回收三机组的运行经验，围绕机组的安全运行，阐述了在生产过程中，应注意的几个问题。关键词：烟机；轴流风机；ITCC1前言催化裂化三机组的安全运行的因素是多方面的，它包括设计、制造、安全、使用、管理的各个环节。既涉及到烟气轮机、三旋、主风机、电机/发电机和专用阀门等单机设备设计制造水平，又需要高质量的技术总成。这些因素在机组安装、试车投用后，就基本确定，改变的余地不会太大。本文仅就三机组在生产过程中应注意的一些问题，作简要分析。2影晌三机组安全运行因素2.1叶片和轮盘的冲蚀烟机叶片和轮盘的冲蚀问题是烟机组的常见问题。烟气一次流造成叶片进气边的冲蚀、出气边的减薄和叶顶的磨损。二次流造成叶片根部和底板的磨损。叶片的磨损，尤其是叶根的磨损，容易发生叶片的疲劳断裂，造成严重事故。尽量减少烟机入口催化剂的浓度和粒度，特别是降低粒度(磨损量近似与粒度的三次方成正比，对减少烟机的冲蚀特别有力。这取决于三旋的设计、制造、运行质量。卧管式三旋在这方面有很大优势，沧州分公司92年10月技用的卧管三旋，采样分析，三旋出口催化剂浓度150mg/Nm3，大于10m的催化剂基本除去。该三旋运行至2001年7月，期间经过数次检修，检查内构件，从未发现磨损、变形故障。9年时间不用检修的事实充分说明卧管三旋的优良性能和抗事故干扰能力。三旋优良的分离效果，为烟机的运行创造了很好的外部条件。北京设计院最近开发的烟机轮盘开放式级间结构，有效避免了二次流流场，对防止叶根磨损非常有利。建立一个较为均匀的催化剂浓度和粒度的分布，并采用合理的冲击角度，可以减轻局部磨损。另外采用优良的耐磨涂层，可提高叶片的抗冲击能力，延长烟机的使用寿命。2.2催化剂在烟机轮盘的烧结和堆积催化剂在烟机轮盘上的烧结、堆积后，一旦局部脱落，将破坏烟机的动平衡，使烟机振动上升，危及机组的安全运行。当轮盘冷却蒸汽品质较差甚至带水时，容易造成催化剂堆积和烧结。保证稳定烟气入口流量和轮盘冷却蒸汽流量，建立一个合理的温度场，对防止催化剂烧结有利。改进烟机轮盘结构，加强蒸汽吹扫效果，能大大减少催化剂的堆积机会。有的厂家为解决催化剂烧结和堆积问题，在烟机入口闸阀前增加除尘装置，定期加入由核桃壳制成的除垢剂(一周两次，每次25kg)对烟机进行除灰，效果较好。3烟机超温烟机超温，严重影响烟机组的安全。烟气超温，使烟机叶片的金属性能严重降低，产生高温蠕变和热疲劳，极大降低烟机的使用寿命，严重时使烟机部件变形，各部分间隙变化，甚至发生动静部件磨损事故。烟气超温，还可能造成三旋等设备的损坏，使催化剂大量跑损，加剧烟机叶片的磨损。为了烟机组的安全、长周期运行，一定要控制好稳定的烟气温度，防止烟气二次燃烧，杜绝超温。2.4烟机出入口烟道烟机对出入口烟道的设计、制造和安装的要求特别高，需要恰当的应用支、吊、滚导向、限位的方法，把烟道重量支撑在土建结构上，并尽量减少支座摩擦力。施工中要严格按照设计要求施工，并做好冷拉伸工作。开停机时，观察管线膨胀收缩情况，尤其要防止管线、平台、杂物等影响管线膨胀，使烟机在热态下的有一个较好的受力状态。2.5叶片断裂附属设备的损坏，也能造成机组严重损坏。例如某公司轴流风机入口消音器中心体腐蚀脱落，部分吸音棉堵塞风机通道入口，引起机组喘振和转子不平衡，造成风机损坏。管理不严，在施工或检修过程中，管线中留有异物或者质量不好的缠绕垫片使用中松脱，都可能造成机组严重损坏。叶片磨损后的修复质量，是导致叶片断裂的一个重要原因。判别叶片是否能够修复，如何修复及修复质量的检验，是保证叶片修复质量的重要环节，应高度重视。2.6轴流凤机调节静叶控制方式轴流风机静叶可调控制是调节轴流风机主风量的手段，调节系统的电液伺服阀不少厂家使用国产MOOG阀，这种阀要求动力油过滤精度在5m以内，经常因油脏而发生油路堵塞，导致静叶调节失效、静叶位置漂移等问题。油路的彻底清洗和动力油的过滤精度是防止油路堵塞的重要手段。但在施工时，采用人工搬动手动换向阀的方式改变油路，达到冲洗油管路的目的。油路清洗工作由于枯燥和耗时，往往没有真正的完成。选用对动力油过滤精度要求不高的BD15阀(过滤精度要求20m)可减少这方面问题。在调节静叶角度时要慎重，既要看阀门回讯信号，又要观察主风量是否按预期的方向变化，一旦发现静叶调节失灵问题，千万不要盲目的增大给定值，防止造成静叶位置的突然变化，使主风量急剧变化，造成机组喘振，甚至机组停机。另外，静叶全行程(全开或全关)时间应大于5秒。若小于5秒，在安全运行时将会发生一次喘振，可以在进油管路上安全节流孔板，以控制其速度。2.7轴流风机的喘振和逆流轴流风机的防喘振控制和逆流保护是极其重要的。发生逆流时，虽然没有了流量，但是风机的负荷实际上变化不大。即使高温烟气没有倒入风机，风机也会在巨大的鼓风损失下，很短时间内，机组内部的气体温度达到正常温度的10倍(1000以上，叶片会由于热蠕变和热应力而损坏，甚至熔化。风机的逆流的真正起因往往是喘振，而喘振的发生又是由于操作不当或操作过分地靠近喘振线造成的。由于防喘振控制器动作的迟缓(例如，此控制器在DCS)，阀门的失灵或者是在手动位置，都将发生喘振直至逆流。2.8轴流风机的入口空气过滤轴流风机入口空气过滤多采用百叶窗+卷帘过滤方式，使用中常发生差压高、卷帘机构不动作、扯断链条等问题，甚至造成卷帘破损。在更换滤布时，严格防止异物脱落，吸入风道。经常检查链条情况，防止扯断的链条片进入机组。百叶窗如果是碳钢材质，还要注意防腐问题。轴流风机在冬季运行过程中，要防止入口卷帘结霜，使入口差压增高，流量降低，造成机组喘振事故。2.9高温闸阀、高温蝶阀为了真正保护好机组，对烟气阀门有比较严格的要求，考虑到阀门性能和装置联锁自保需要，总公司最近要求，三机组烟机入口阀门紧急关闭时间在051秒。这样烟机组的各种工况都可以进行良好的保护。问题是多数正在使用的机组蝶阀达不到这个要求，紧急关闭时间多在5秒以上，不能起到紧急情况下保护机组的作用。通过对执行机构进行改进可以缩短关闭时间的，应在适当时机对执行机构进行相应改造，使紧急关闭时间达到1秒以内。另一个问题是阀门全关时的泄漏，闸阀和蝶阀全关时的泄漏量足以维持机组的转速，甚至进一步使烟机加速。尤其时万一发生烟机一风机间联轴器断的故障，将引起烟机严重超速，引发转子飞出的恶性事故。2.10联轴器选型烟机与主风机间的联轴器应按规范选用，优先选用带有驳转装置(例如背齿保安型)与防飞结构的膜片式联轴器或膜盘式联轴器，一旦联轴器发生膜片破坏时，靠背齿防止烟机瞬间超速。3自保控制系统机组的安全运行除机组自身的问题外，它与辅助系统(阀门、静叶伺服系统、控制器等)的好坏、控制逻辑的完善程度以及操作水平有密切关系。首先要避免事故的发生，其次，发生事故时要迅速完成自保动作。控制系统是保证机组安全运行的重要因素，它从常规的模拟表发展到现在的数字化仪表系统。由于DCS的扫描周期长，不适合用于机组的重要控制和自保联锁，例如电动机/发电机的甩负荷控制，风机的防喘振和逆流保护，烟机、汽轮机的转速控制，这些关键回路，无法在DCS或一些专用的ESD中很好地完成。集多重冗余的机组控制器和ESD于一身的ITCC(集成化透平压缩机控制系统)是机组安全控制系统的一个发展方向。下面以沧州分公司的ITCC系统为例，说明应该注意的一些问题。3.1系统特点沧州分公司炼油一部催化装置机组的防喘振控制、速度控制、性能控制、主机及辅机工艺参数监控、机组起动一运行一停止的顺序控制、联锁逻辑控制(ESD等共用一套集成控制系统(ITCC)。该系统采用美国TRICONEX公司的TS30透平/压缩机控制系统，具有如下特点:3.1.1系统反应时间looms，而一般DCS反应时间要在500ms左右。事故状态下，保机动作快速。3.1.2输入/输出信号、CPU等全部三重冗余，运行单一程序的综合容错控制，单点故障不会造成系统失效。3.1.3关键参数三取二、二取二，有效避免仪表误动作。3.1.4独特的I/O逻辑槽位设计，保障故障卡件(包括CPU)全部在线更换。3.1.5与DCS分布控制系统有良好的通讯接口。3.1.6具有SOE事故记忆功能，便于故障诊断和处理。操作站使用的画面用INTELLUTION软件包制作，根据使用习惯和需要，组成多种画面，工作站上可显示实时和历史两种画面。全部由菜单驱动，操作人员只需对画面操作就可监控整个机组，操作简单、方便。3.2设计3.2.1操作界面的设计要考虑使用习惯在设计操作界面时，要注意的是本系统是安全控制系统，它的主要任务是保障机组的安全运行和事故状态下的起停机，日常的操作全部可以在DCS中完成。所以，画面要尽量简洁，不要让操作工迷失在各种菜单的切换中。基于这种原则，关键画面和主要监视画面一键调出，次要画面最多二键调出，操作工反映较好。由于没有现场操作站，对机组的所有操作(包括开停工、事故处理)均在中控室操作站完成，设计上要考虑远程控制的特点，使操作更加合理。3.2.2在保证控制逻辑正确的前提下，防止误操作重要操作加口令限制是防止误操作的重要手段。故障信息对机组的影响程度是有区别的，重要信息夹杂在大量一般信息中，给操作工检查带来一定困难，往往造成重要信息发现不及时，贻误处理时间。如果重要信息和一般信息能分别显示，操作工随时保持对重要信息的警觉，就能及时发现并处理问题，防止事态进一步扩大。设计中对容易出现问题的操作要妥善处理，从控制程序中实现是最好的办法，其次是增加操作提示，这在界面设计中完全可以实现。从这里能够充分体现程序设计的优劣。例如:烟机组因为某种原因，进入安全运行状态，系统控制保机阀门动作，使烟机入口蝶阀全关，风机静叶调至最小角度(220，1#、2#反喘振阀全开、主风出口单向阻尼阀全关。故障原因解除后，从安全运行转入正常运行时就有可能出现问题。转入自动控制前，如果不重新设定烟机入口蝶阀、静叶角度和两台反喘振阀给定值，机组一旦转入自动运行，系统将解除保机阀门的锁闭，使烟机入口蝶阀和风机静叶角度迅速打开至进入安全运行前的开度，两个反喘振控制阀关闭，主风出口单向阻尼阀打开，这势必造成机组工作状况的急剧波动，使机组因为喘振再次进入安全运行状态，甚至造成停机事故。所以，由安全运行转入自动运行前，应考虑对烟机入口蝶阀、风机静叶、1#、2#反喘振阀的调节器输出信号进行预设置，使解锁后的烟机入口蝶阀在全关位，风机静叶在22。，反口商振阀在全开位。这样做，就从程序设计中防止了误操作。如果这个功能实现起来有一定困难，至少应在点击机组投入自动运行按钮后，系统弹出确认菜单，人工确定后，再解除保机阀门的锁闭，这也能很好的防止误操作。3.2.3触点正常、故障时状况统一对各触点在正常、联锁时的状态统一，如果不统一，是非常容易出现问题的。约定一般触点均为正常时，DCS接收的是常闭触点，连锁发生时接收的是断开触点。只有由电气来的主电机跳闸信号和辅操台来的紧急停车信号正常时DCS接收的是断开触点，连锁发生时接收的为闭合触点，软手动停车为DCS内部软触点信号。三机组各项仪表连锁发生后，系统将向现场发出一系列的开关量信号，其中向主电机跳闸、关烟机蝶阀发出是闭合触点信号:向关入口闸阀、关单向阻尼阀、开反喘振阀关静叶阀发出的信号为断开触点信号，一定要保证电气、仪表的设置统一，防止衔接中出现问题，使各保机阀门动作错误，起不到保护机组的作用，相反引发机组恶性事故。3.3作好仪表联校工作机组控制系统安装、调试后，需要做详细的控制系统联动试验方案，专业主管审批通过后，作为机组连锁控制系统试车依据。依照联动试验方案，逐项进行联动试验。它是联锁系统在机组投用前最后的检查，一定要确保万无一失。例如:在试验烟机组硬手动紧急停机时，各保机阀门及时动作，室内仪表显示信息全部按预期动作方式动作。但连续试验几次后，发现一个奇怪问题。有时烟机入口高温蝶阀停机自保全关后不锁闭，室内阀门阀位有时会莫名其妙的变化，蝶阀来回开关，现场人员也发现阀门开关的变化，可是有时候就动作正常。后来检查发现，烟机组紧急停机方式原设计使用按钮方式，而实际订货为钥匙开关。不同人员拨动钥匙开关的方式不一样，有人拨动钥匙开关后，马上复位:有人拨动开关后，不马上复位。复位的时候，烟机蝶阀能够锁闭，不复位时，阀门来回开关变化。原因找到后，立即更改控制程序，解决了这个问题。如果不多作几次试验，或仅由一人试验，有可能发现不了这个问题。烟机入口蝶阀在事故状态下，起不到保护机组的作用，后果是非常严重的。清醒的头脑和细致的工作是做好联校的基本要求，而相关人员在机组自保联锁效验表上签字是联校的制度保证。3.4反喘振系统在机组保护控制系统中，轴流风机的防喘振控制是非常重要的环节，现场测试的喘振曲线的是它的控制依据。通过测定主风机喘振点，可以确定反喘振保护的安全裕量，验证主风机反喘振阀放空能力，做到操作时心中有数。测试期间取消防喘振保护。因此应缓慢调节风量和压力，严格按照性能要求操作，发现机组实际喘振，立即打开防喘振阀以保护机组。如果发生由于某种原因(如:压缩机磨损造成喘振曲线的漂移，变送器超程，安全界限不适当、工作点急剧变化、使用不正确的喘振线等)，而发生喘振，喘振安全边界将重新调整，系统自动向右调整喘振控制线以增加一个新的安全边界，并在喘振曲线上动态显示出来。早期的机组防喘振控制中，反喘振控制阀要随时保持自动状态。需要暂时手动控制时，要严格控制机组运行状态，防止机组进入口商振状态。TS3000系统中，将反喘