大型机组的监测、控制与保护系统

1、Page 1第一节第一节 概述概述 大型机组在石化工业生产中主要是指各种机泵，以压缩机（石油化工生产常用的活塞式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆式压缩机等）和大型物料泵为主。它包括的系统很多，润滑油系统（由润滑油箱、主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器、高位油箱、阀门以及管路等部分组成。对压缩机的轴承起润滑作用，减少摩擦力。）、控制油系统（输入信号4-20mA，输出压力0.15-0.45MPa）、干气密封系统（从80年代开始使用的，是当今世界上先进的一种非接触式密封。密封具有使用寿命长、效果好、泄漏量小、运行可靠、功率消耗小、辅助系统简单、维护工作量少等优点。我们使用的干气密封主要由旋

2、转环、静环、弹簧、弹簧座、轴套、辅助密封圈等零部件组成。旋转环密封面经研磨、抛光处理，并在其表面加工出有特殊作用的流体动压槽。）、转速控制系统、状态的监控系统、超速保护系统等。 以炼油厂一加氢装置的循环氢气体压缩机机组为例，进行一下概述讲解。循环氢气体压缩机机组是炼油装置最关键的设备之一。机组的安全、平稳运行是装置安全、平稳生产的前提。因此其监测、控制（报警与联锁）保护系统是机组相当重要的组成部分。加氢装置循环氢离心式压缩机组的报警与联锁保护系统在同类机组中具有一定的代表性。Page 2 一、工艺过程概述 为了提高轻油创收率和提高产品质量的需要，炼油厂大多建设了加氢装置，主要作用就是把来自上游

3、生产装置的原料油，在一定的压力和温度下，利用催化剂的作用，使原料油转化成为高附加值的产品。其化学反应比较复杂，高温、高压、临氢的操作条件相当苛刻。在高温下加氢处理催化剂具有很高的活性，使氢气与油发生反应，然而高温下也增加了生焦速率并且降低了催化剂的能力，而高的氢分压可以抑制生焦而延长催化剂的寿命。循环氢压缩机就是维持高的反应总压，实现富氢与原料油一起通过反应器进行反应并把反应后剩余的氢，经油气分离和脱硫处理后再循环，并为控制反应温度提供冷氢（即把低温富氢注入到两个反应器床层之间，以限制加氢处理过程中放热反应引起的温升，保证反应温升不超高）的重要设备。人们常把循环氢压缩机形象地称之为炼油厂加氢装

4、置的心脏。 为了保证加氢循环氢气体压缩机机组的安全、平稳运行，机组设置了报警与联锁保护系统。在机组的相关参数实行PID定值控制的基础上，设置了重要参数越限报警和联锁保护系统是大型机组必不可少的组成部分。报警提醒操作人员及时发现机组运行异常并调整操作使其恢复正常的一项有效措施。联锁保护是紧急情况下机组自动退出运行工况而保证其安全的最终手段。报警与联锁保护系统在保证大机组的安全、平稳运行方面起到举足轻重的作用。Page 3 二、循环氢压缩机组报警与联锁保护系统介绍 胜利炼油厂使用的一台加氢循环氢压缩机，是以凝汽式透平为动力的高压离心式气体（氢气）压缩机。为保证机组的安全、平稳运行，该机组的控制系统

5、中除设计有压缩机密封油的温度、封油高位罐、油气分离器液位，润滑油、控制油压力，蒸汽凝液器液位等定值的PID模拟控制回路和机组的防喘振控制外，还设计了机组的轴瓦温度高、润滑油、封油温度高/低等报警。设计有润滑油、控制油压力低低、封油液位低低，机组运行状态等参数越限检测，通过PLC逻辑运算实现报警和机组的安全开、停车联锁保护系统。还有机组开/停车按扭ESD，泵的启/停旋扭, 联锁复位按扭 PB，旁路开关OHS,信号指示灯等。Page 4 三、循环氢压缩机组机械方面包括：轴向位移、轴承温度、转子振动和偏心、与机壳涨差以及转速指示控制等，状态监测系统就是用各种仪表对这些参数进行测量和监视，从而了解其运

6、行状态。系统一般由传感器（探头）、前置器和状态监视仪等部分组成。必须掌握转速探头、位移探头、振动探头、键相探头的安装与调试以及理论结合，了解了它们的特性。 压缩机组的工作内容主要包括了检测仪表安装，控制系统组态和测试以及控制/保护系统的静态测试三个方面的内容。由于测量的是高速旋转的机械设备，检测仪表的安装和调试要求与常规仪表有很大差异；大型动设备控制系统根据机组类型和同类型机组的性能指标而异，一般由厂家（压缩机或汽轮机厂家）成套提供，组态数据也由它们根据不同机组的机械性能和在不同装置中的应用情况提供；静态测试是压缩机组试车前一种综合测试，主要包括了输入检测、输出调节和联锁保护三个方面，任何差错

7、都可能给动态高速运行的动设备带来毁灭性损坏，所以静态测试过程要求多方参与并对测试结果签字确认后才能进入下一道程序。 本章主要针对仪表安装工的薄弱环节，讲述了压缩机组中几种典型的控制系统。主要是机组转速控制系统；机组运行状态的监控系统；危机停车超速保护系统。Page 5Page 6Page 7第二节第二节 转速透平控制系统的构成及使用转速透平控制系统的构成及使用 在离心式压缩机组中，压缩机的转速是通过控制汽轮机转速来实现的，目前工程上压缩机组转速控制的专用系统典型的是woodward的505调速系统。 一、一、505调速器构成调速器构成 1、机壳外形结构Page 8 2、跨接件的选择 为了使50

8、5调速器能够灵活的与各种不同类型的转速探头、变送器和通信电缆连接，采用了可变换的跨接件，这些跨接件位于I/O插件板上。Page 9不同的选择方式：。Page 10 3、接线端子板 接线端子板的端子针对不同的压缩机组是需要选择使用的（参照程序卡中对应的功能选择）。Page 11 4、回路图例Page 12 5、转速传感器的输入 为了检测转速，调速器接受来自一个或二个无源电磁式转速传感器(MPU)或有源探头的转速信号传感器或探头安装在靠近与汽轮机转轴连接或耦合的齿轮处。 由于无源 MPU 和有源探头之间的差别要求不同的检测回路，所以提供了跨接件允许按所采用探头的类型对各种转速输入进行现场组态，跨接

9、件选择见上表 ，在系统起动或运行前检查确认跨接件位置。 无源MPU通过检测齿轮上的齿经过其磁极的移动提供对应于汽轮机转速的频率输出信号，MPU的磁极越靠近齿轮，齿轮转动越快无源MPU的输出幅值就越高。505调速器必须检测到125Vrms的电压值才能正常运行。 采用合适的MPU，合适的齿轮尺寸和MPU与齿轮之间的合适间隙，应能够测量100Hz的转速，从齿轮齿面到MPU磁极的标准间隙推荐为0.0100.040。 有源探头可以用于检测很低的转速，最低可检测转速为0.5Hz，输入电压必须在16和 28VDC 之间才能正常运行，转速传感器输入通道是隔离的。因此每个通道都能通过跨接件的设置采用MPU或有源

10、探头。由于能够检测到这样低的汽轮机转速，因此能将 505 调速器编程组态成通过继电器输出来接通或断开汽轮机的盘车装置。Page 13 6、执行机构输出 有两路执行机构输出，并能编程组态成用于Woodward调速器公司生产的执行机构20160mA驱动电流或非Woodward执行机构420mA驱动电流。 每个执行机构输出都能单独地组态成与 Woodward 或非 Woodward 型执行机构连接，在编程方式下选择执行机构的驱动电流。420mA执行机构输出的最大阻抗是360欧姆(执行机构阻抗+线路电阻)。20160mA执行机构输出的最大阻抗是45欧姆(执行机构阻抗+线路电阻)。两种输出都具有高频颤振

11、功能。 每个执行机构驱动器检测驱动电流以提供过电流和欠电流停机功能。505调速器能组态成使用一个或两个执行机构。如果只使用一个执行机构并巳组态必须将其连接在执行机构 1#输出端子上，如果使用两个执行机构，那么能组态成分程或并行方式运行。若2#执行机构的偏置值设置为50%，那么当 1#执行机构的行程达到50%时，2#执行机构开始开启调速器以50%的位置差继续开启两个阀至100%。为了使两个执行机构并行运行，将2#执行机构偏置值设置为零，这将使两个执行机构以同一数值运行即并列运行。 如果2#执行机构不用作执行机构输出驱动器，那么就能用作420mA的电流输出以驱动显示表或作为 DCS 输入。Page

12、 14Page 15 二、二、505调速器的使用调速器的使用 1、505调速器的应用 泵和压缩机的出口压力是生产要求的主要指标之一，需要严格控制，控制的手段是调节压缩机的转速以达到目的，而压缩机的转速根据蒸汽入口流量决定。按照蒸汽透平的结构性能不同，分为单凝液式、抽汽式、补汽式和抽补汽式四种，505调速器一般用于单凝液式和补汽式，505E用于抽汽和抽补汽式。图2-5-5和2-5-6分别是单凝式和补汽式透平的蒸汽图。Page 16 从上面的图中可以看出，要控制透平的转速需要两个条件，即知道透平目前的转速（使用转速探头测量），与要求的转速进行比较，得出偏差信号；控制调速阀的开度（改变进汽流量）从而

13、改变转速。图2-5-7就是505调速器在单凝式透平中的典型应用图。调速阀的开度选择限制器、出口压力和进汽压力三者的低选值，一般情况下，起/停压缩机时限制器起作用，正常调节时出口压力起作用，进汽压力处于正常状态。Page 17 以微处理器为基础的 505调速器适用于单执行机构或双执行机构分程控制的汽轮机控制(抽汽式汽轮机需要使用 505E 型调速器),505调速器可现场编程组态，从而使单一的设计能适用于各种不同的控制场合，调速器采用菜单驱动软件以引导现场工程师根据具体的发电机或机械驱动应用要求对调速器进行编程组态，505调速器能设置成独立单元或连同工厂的集散控制系统一起运行。505调速器能够通过

14、两个ModBus(R) 通信口直接与集散控制系统或以CRT 为基础的操作人员控制屏进行通信，这两个通信口支持采用ASC或 RTU MODBUS传输协议的RS-232、RS-422 或 RS-485 通信，505 与集散控制系统之间的通信也能够通过硬接线连接进行。Page 18 2、键盘和显示器以及附加特性Page 19 1.1 505 调速器的操作屏由调速器面板上的键盘和 LED(发光二极管) 显示器组成。 LED显示器具有二行，每行显示24个字符，用于以英文显示运行参数和故障查寻参数。此外，还有30个键，提供了505调速器面板上的全部控制操作。汽轮机的控制操作不需要附加的控制屏，每个汽轮机控

15、制功能都能通过505调速器的面板执行。 键盘中央的大菱形键，在其四个角上带有箭头。 (左右翻动)使编程或运行方式下的功能块显示左移或右移， 和 (上下翻动)使编程或运行方式下的功能块显示上下移动。 选择键用于505显示器上行或下行变量的选择控制。符号用于指出哪一行(变量)能通过调整键来进行调整。只有当上、下行都为可调整变量(动态,阀门标定方式)时，SELECT 键和符号才起作用。当显示器只显示一个变量时，SELECT 键和符号的位置将不起作用。调整) 在运行方式中, “”增大可调参数,“”减小可调参数。Page 20编程) 当调速器处于停机状态时，用该键选择编程方式。在运行方式中，该键用于选择

16、程序监视方式。在程序监视方式中，能浏览所编制的程序但不能改变。 从(CONTROLLING PARAMETR/PUSH RUN or PRGM)状态触发汽轮机运行即起动指令。 一旦给予确认，触发汽轮机控制停机(运行方式)。能够通过服务方式设定值(在“键选择”下)来取消“STOP”指令。Page 21 对运行方式的报警和停机作复位/清除，在停机后按该键还使调速器返回到(CONTROLLING PARAMETR/PUSH RUN or PRGM)状态。 0/NO：输入 0/NO 或退出； 1/YES：输入 1/YES 或投入； 2/ACTR (执行机构) ：输入2或显示执行机构位置(运行方式)；

17、3/CONT(控制参数)：输入3或显示控制参数(运行方式)；按“下翻箭头”键显示调速器的最后一次跳闸原因、达到的最高转速和就地/远程状态(如果使用的话)； 4/CAS(串级)：输入4或显示串级控制信息(运行方式)； 5/RMT(远程)：输入5或显示远程转速给定值控制信息(运行方式)； 6/LMTR(阀位限制器)：输入6或显示阀位限制器信息； 7/SPEED：输入7或显示转速控制信息(运行方式)； 8/AUX(辅助)：输入8或显示辅助控制信息(运行方式)； 9/KW(负荷)：输入9或显示KW/负荷或第一级压力信息(运行方式)。 Page 22 清除编程状态和运行状态下的输入值和使调速器退出现有方

18、式。 在编程方式下输入一个新值，在运行方式下允许输入具体的给定值。 DYNAMICS(+/-)： 在运行方式下访问控制执行机构位置的参数动态设定值。能够通过服务方式设定值 (在“键选项”下)来禁止动态调整。该键还可改变所输入值的符号。小数点键) 给键盘输入的数值加上小数点。 当键的LED指示灯发亮时显示任何报警原因(最后/最新报警)，按下翻箭头(菱形键)显示另外的报警。Page 23 允许转速基准高于最高控制转速给定值以进行电子或机械超速跳闸试验。功能键) 可编程功能键，用于可编程控制功能的投入或退出。 功能键) 可编程功能键，用于可编程控制功能的投入或退出。 面板上的大红色八角按钮。这是调速

19、器的紧急停机按钮。Page 24 1.2 505调速器还具备如下附加特性：先出跳闸指示（共有 5 个跳闸输入），避开临界转速（2 个转速范围），顺序自动起动（热态和冷态起动），两组转速/负荷动态特性，零转速检测，超速跳闸的峰值转速指示。的模式 505 调速器具有二种正常操作方式，编程方式和运行方式。 编程方式针对汽轮机具体使用场合选择调速器组态所需的各选项，一旦调速器组态完毕，通常就不再使用编程方式，除非汽轮机的选项或运行条件有所改变。组态完毕后，运行方式用于汽轮机从起动直至停机的操作。Page 25 的输入和输出 输入：2个转速输入，由跨接件设置为 MPU (电磁式传感器)输入或有源探头输入

20、。 6个可编程模拟输入，可用于下列选项之一：辅助输入，远程辅助给定值，串级输入，远程串级给定值，KW(负荷)输入，远程转速给定值，同步，负荷分配，同步和负荷分配以及第一级压力。第 6 个模拟输入具有隔离回路，应用于不隔离的有源信号。 16 个触点输入：其中4个指定用于停机、复位、升转速给定值和降转速给定值。如果调速器用于驱动发电机的场合，另外2个触点输入必须指定用于发电机断路器和电网断路器，其余10个触点输入都是可组态的。如果调速器不是用于驱动发电机的场合，那么就有12个触点输入是可组态的。 调速器的面板上有4个功能键，F1和F2分别指定用于报警和超速，F3和F4能用于投入或退出调速器的各种不

21、同功能。 输出：2个带有线性化曲线的执行机构输出，如果第二个执行机构输出不用作执行机构的输出，则能用作额外的读数输出。8个C 型继电器触点输出，其中6个是可组态的，另二个指定用作停机和报警指示。 接口：2个ModBus通信口用作为调速器的通信接口，采用ASC或RTU传输协议，通信可采用RS-232、RS-422或RS-485。1个计算机接口用于程序设置的存储。Page 26 3、505调速器的编程内容简介 505调速器是Woodward公司针对压缩机组（主要是透平机）的性能指标而设计的，由于压缩机组开停车程序和控制的参数是一定的，所以505调速器相对其他可编程控制器而言，采用的是“progra

22、m mode worksheet”填充形式，也就是在组态时只需要进入内设的“Program List Of Electronic Governor”，调出各个项目选择和填充数据就可以了。 3.1 编程组态和操作步骤 操作步骤可以分为两部分：编程方式和运行方式，编程方式用于对指定用途的505进行组态以及设定所有的运行参数，运行方式是汽轮机的正常运行操作，用于查看运行参数和进行汽轮机的运行操作。见图2-5-10运行/编程流程图Page 27Page 28 汽轮机在运行中不能对所组态的程序进行更改或修正，但可以访问编程方式以监视所有设置值。 在运行方式下监视或浏览组态程序，只要按“PRGM”，再根据

23、需要左右或上下翻动即可。如果按错了键，在进入编程方式前显示将返回到上次的显示屏幕或所按键的显示屏幕。 键盘上有一些双功能键，在编程方式中按了这些双功能键就输入刻印在键上的相应数字或YES/NO，在运行方式中按了这些键就输入刻印在键上的相应操作参数，除非先按了“ENTER”键以输入一个具体的给定值。Page 29 3.2 编程方式 在使用 505 调速器控制汽轮机前，必须采用有效的程序对其进行编程组态，填写一份编程方式工作卡。 一旦组态检查完毕且汽轮机处于停机状态就可进入 505 的编程方式(组态)。为了安全，汽轮机运行时只能检查程序而不接受对程序的任何更改。按PRGM 键输入口令1113，然后

24、按 ENTER 键，505的显示器上将出现“SHUTDOWN CONTROL Y/N”的提示。如果按了YES键，505调速器将触发停机并可进入编程方式。如果按了NO键，505将返回到选择方式屏幕且不进入编程方式。见图2-5-11编程流程图 所有的组态(编程方式)值和保存的服务方式更改都被存放在505调速器的非易失存储器EEPROMs中，如果505调速器失电后，只要恢复供电所有的保存值都将恢复，不需要电池或备用电源。Page 30 Page 31 4、505调速器分屏显示的英语含义 4.1 SPEED键按下后出现的显示： SPEED转速 SETPT给定转速 STOPED停止 Mvg to Idl

25、e给定转速到暖机转速 At Idle Spd在暖机转速 In Crit Band转速通过临界转速范围 Mvg To Rated给定转速到调速器下额定转速 At Rated Spd在调速器下限转速（额定转速） Rtd Inhibited不选择调速器下限转速 Idle Inhibited不选择暖机转速Page 32 4.2 RMT（遥控）键按下后出现的显示 Rmote input遥控输入 Rmote setpt遥控转速给定 Disabled 遥控没被选择 Inhibited 遥控不能执行 Enabled可以没遥控 Active遥控在控制给定转速但未控制实际转速 In control遥控以投入 4.

26、3 ALARMS报警：按下FI键，并用方向键寻找，可显示以下内容 Speed Probe#1 Failed第一个转速探头失灵 Speed Probe#2 Failed第二个转速探头失灵 Remote Spd Input Failed没有遥控信号或遥控信号大于22mA或小于2mA Overspeed超速 Turbine trip汽轮机调闸 Alarms Cleared所有报警清除Page 33 4.4 TRIP汽轮机调闸：当汽轮机调闸，显示以下内容 Emer Shutdown Button按505面板上“Emergenc Stop“键实现停机 Overspeed超速调闸 All Speed Pr

27、obes Failed转速探头全部失灵 Actuator#1 Failed电液转换器回路短路或断路 Power Up Trip失电调闸 Shutdown Complete正常停机完成 4.5 LMTR Limit Setpt 505电子超速设定值 ACT Demand 执行器实际阀位指示值 4.6 ACTR LSS Demand低选值（%） ACT Lift Dmd低选器输出值（%） ACT Output低选器输出值（mA）Page 34 5、操作规程 5.1 按下505面板上的Emergency Stop（停机）键，此时红灯亮，505处于停机状态。 5.2 开启速关阀 5.3 开车前准备（暖

28、管、疏水、盘车等） 5.4 试验紧急停机电磁阀和手动停机阀的可靠性 5.5 就绪后先按505面板上RESET（复位）键，再按RUN（运行），汽轮机开始运行，将转速提升到了暖机转速（如600r/min），暖机30分钟。 5.6 暖机完毕后，按F3键，再按YES键，提升转速，当转速达到第二暖机转速（如2000r/min）时，按ADJ调整键停止升速，暖机15分钟。 5.7暖机结束后，再按F3键和YES键，恢复提速到调速器下限转速（自动调整范围，如7600r/min），在提速过程中，如果想将汽轮机降回暖机转速，可按F3和NO键。 5.8 达到调速器下限转速7600r/min后，按F4和YES键，投入遥

29、控。若想退出遥控，按F4和NO键。进入遥控，可按RMT（遥控）键进行监视。Page 35 5.9 正常停机，先按STOP，再按YES键，如果想停止正常停机，可按STOP，再按NO。 5.10 速关闭调节汽阀而不关闭速关阀，按红色Emergency Stop键。 5.11 紧急关速关阀，必须旋动仪表柜上的停机开关。 5.12 停机后盘车。 说明： （1）当按下RUN键后，可用“方向键”找到汽轮机实际转速与设定转速的屏幕。 （2）当汽轮机转速达到暖机转速后，可用ADJ键人为提升或降低转速。 （3）当调速器屏幕上出现其它信息时，可按SPEED键回到转速显示窗口。 （4）当汽轮机转速达到调速器上限（如

30、10008r/min）时，可同时按下F2和ADJ键做超速试验。 （5）当F1键灯亮，表示有警报，这时可以按下F1键，显示报警原因，如有多项报警，用“方向键”寻找，当外部报警状态清除后，按RESET消除505报警，此时F1键灯灭。Page 36 6、维护事项 6.1当调速器转速出现反常波动，先检查屏蔽情况，特别应注意接线盒及接线端子点。 6.2当505出现因电液转换器原因调闸，先检查线路，短路和断路都会引起调闸。 6.3当汽轮机转速调速器下限时，“On-line”动态参数起作用。 6.4调整动态参数，按面板上的DYN键，并使用SELECT键，选择所需调整的参数。不要将干扰源（如对讲机）接近调速器

31、及其信号线。 6.5 505出现“CPU failure”时，检查是否受到干扰以及所有的屏蔽线。 6.6 505出现“Power failure”时，电源板可能烧坏。 6.7 505上电后一切正常，但模拟量输出为“0mA”，先检查接线端子点是否牢固。Page 37 6.8 505正常运行中死机（无按键响应），需要检查电源是否符合要求。外部模拟量输入设定值的电信号与实际物理值对不上，可能内部24VDC电压偏低，需要重新标定模拟量的输入与输出。正常运行时，执行器输出突然增大，检查测速探头信号（电压1V RMS，” 或 “=“ ，箭头所指方向的通道将被复制；同样第一通道对完成组态后也可以直接传送到第

32、二通道对，节省了组态时间。 通道对的复制，可以用左箭头或右箭头来实现，并且用 “等号”来表示其组态相同； 当监测器模块已被组态, 它可以用 “复制/剪贴”方式对相同功能的监测器进行组态。 如果是位移类型，则出现2-5-23通道参数设定。Page 62 3.4报警值的设定。 警告报警，即水平1报警，可以调整每一变量的设置点，包括幅值及相位； 危险报警，即水平2报警，可以调整所有变量中被选择的任何两个变量； 可以通过调整改变标尺或输入相应的数值来改变设置点。Page 63 4、将数据存储在指定文件中并下载到3500系统中去，组态工作完成。 5、显示软件 3500有三种显示软件类型，即提供棒图，实时

33、和历史趋势，机组图显示，见下面图形：图 2-5-252-5-27Page 64Page 65第四节第四节 203电子超速保护系统的构成及使用电子超速保护系统的构成及使用 一、一、203电子超速保护系统的构成电子超速保护系统的构成 203电子超速保护系统构成图2-5-28Page 66 二、二、203电子超速保护系统的使用电子超速保护系统的使用 透平带动的压缩机组停车方式有四种：第一种是按钮停车：其中一种是正常停车，使用现场手动停车按钮或505调速器上的STOP按钮实现，它实现停车的形式是关闭液压执行机构；另一种是紧急电动停车，使用现场或505上“危急停车”按钮实现，它通过关闭控制油电磁阀实现停车，关闭