制氧空分膨脹機跳閘原因分析及解決

摘 要：制氧1#空分膨脹機經常無規律，突然停機，沒有任何故障記錄，影響1#空分安全穩定運行，通過對故障現象的跟蹤分析，判斷出是1#空分系統的UPS電源輸出瞬間中斷又自動恢復，中斷時間過長造成膨脹機突然停機。文章介紹了故障診斷及處理過程。

關鍵詞：膨脹機；UPS；電源

引言

空分裝置大部分冷量是靠膨脹機制取。空氣先經增壓機增壓，再冷卻后進入主換熱器，然后進入膨脹機進行絕熱膨脹產生空分裝置所需的冷量，同時產生的機械功又為增壓機所吸收。自2012年11月以來，制氧站1#空分兩臺膨脹機經常無規律，突然停機，給空分系統的安全穩定運行造成了很大的影響，為解決這一技術難度問題，對橫河DCS系統、膨脹機機旁控制系統和電源系統進行了認真分析和不斷的摸索，找到了故障點。

1 控制系統簡介

膨脹機運行狀態和相關工藝信號都進入橫河CS3000 DCS系統。當工藝條件滿足時，DCS系統發出允許啟動油泵信號，在現場機旁箱操作，啟動油泵，油系統正常后，在現場機旁箱啟動膨脹機。正常停機時在現場先停膨脹機，再停油泵，當工藝條件不滿足時，DCS系統發出停膨脹機或潤滑油泵的信號。

2 故障現象

最初運行方式是1#膨脹機運行，2#膨脹機備用，1#膨脹機頻繁無規律自停，有時只1#膨脹機停機，有時1#膨脹機和潤滑油泵都突然停機，停機后膨脹機又能馬上正常開機，有時半個月停一次，有時一二天停一次，沒有規律。DCS上沒有任何故障記錄，DCS系統中的其它設備運行正常。2#膨脹機運行，1#膨脹機備用時，故障現象也一樣。

3 控制原理和邏輯

1#膨脹機與2#膨脹機DCS系統邏輯圖完全一樣，1#膨脹機膨脹機DCS系統邏輯圖如1所示。

圖1 1#膨脹機DCS邏輯圖

4 故障原因分析及處理

4.1 原因分析

由于DCS系統中沒有任何故障記錄，一開始懷疑機旁箱控制回路中的設備和線路，仔細檢查1#膨脹機及油泵控制回路中的設備及線路，沒有發現故障點，決定更換1#膨脹機柜內停機按鈕和啟停繼電器，但自停故障仍時有發生。針對2臺膨脹機的共同點進行分析，初步判定有有三方面原因：原因一、密封氣氣源不穩定。1#、2#膨脹機密封氣源都取自一根管，密封氣壓力低報警時會導致2臺膨脹機停。原因二、DCS輸出模塊或端子板。DCS系統中1#膨脹機和2#膨脹機的聯鎖停機和允許啟動信號共用一個數字量輸出模塊，若該模塊不穩定，有可能出現膨脹機無規律自停。原因三電源。1#膨脹機旁箱和2#膨脹機旁箱電源分別取自中控室電源柜中的兩個斷路器，都是由UPS供電。

4.2 故障原因的查找和確認

在不影響空分運行的基礎上，在生產允許的條件下分步驟進行模擬測試，以確認故障原因。

4.2.1 測試DCS報警及歷史曲線是否正常

分別調低潤滑油壓力和密封氣壓力至停機值，DCS有相應的報警信息，歷史曲線上也有相應記錄，說明DCS系統的報警記錄和歷史曲線運行正常，可以排除由于潤滑油壓力或密封氣壓力低報導致停機的可能性。

4.2.2 加裝事故順序記錄儀

由于UPS供電系統中的其它設備都運行正常，當時主要懷疑DCS的輸出模塊或端子板。但是由于1#空分正在運行，DCS柜內設備很緊湊，要是在線更換輸出模塊或端子板，稍有不慎就可能導致1#空分停工。為了不影響1#空分正常生產和進一步確認故障點，決定加裝RSS-01事故順序顯示記錄儀。它具有一毫秒的時間分辨率，自動依次準確記錄全部輸入信號發生跳變的時間、相對順序及閉合或釋放之狀態。

將1#膨脹機KA1、KA2和KA3備用輔助觸點信號引入事故順序記錄儀，對K2、K3和SB5信號在機旁箱內分別加裝擴展繼電器，將信號引入事故順序記錄儀，分別接入一至六通道。11月31日事故順序記錄儀加裝完成，再次啟動1#膨脹機，觀察運行情況。

1月6日1#膨脹機兩次停機，RSS-01事故順序顯示記錄儀動作記錄如下：

（1）6：45：33：956 ms二、五通道斷開（膨脹機啟停、允許油泵啟動）

6：45：33：957 ms一、三、六通道斷開（膨脹機允許啟動、油泵啟停、急停按鈕）

6：45：33：960 ms五、六通道閉合（允許油泵啟動、急停按鈕）

6：45：33：963 ms一通道閉合（膨脹機允許啟動）

（2）7：10：34：249ms 二、三通道斷開（膨脹機啟停、油泵啟停）

從故障記錄儀來看，動作順序沒有規律，也不符合由于某個信號故障導致的聯鎖動作；“急停”信號來自按鈕臺，該信號也有動作記錄，因此也可以排除DCS模塊故障的可能性。這時將故障點鎖定為電源，即電源瞬間中斷又自動恢復，造成膨脹機機旁柜內的繼電器失電，膨脹機無信號自停。

5 故障處理

由低壓柜處新接一路AC220V電源至1#、2#膨脹機機旁箱，膨脹機運行一直正常，沒有出現自停現象，同時監測UPS輸出電源，確實存在閃斷現象。結合空分檢修，更換UPS后，膨脹機運行正常，沒有出現自停故障。

6 UPS故障原因分析

6.1 在線式UPS工作原理

該UPS為在線式， UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態，通過電路將外部交流電轉變為直流電，再通過高質量的逆變器將直流電轉換為高質量的正弦波交流電輸出給負載。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩壓及防止電波干擾；在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電，因此也有切換時間。

6.2 UPS故障原因分析

該型號的UPS應該是當交流市電電壓低于165伏或高于275V時，進入蓄電池供電的逆變模塊；當交流市電電壓恢復正常時自動切換到市電供電的逆變模式。

該UPS的輸入市電電源不穩定，經常有大功率設備啟動，造成電壓降，而這臺UPS輸入電源檢測環節故障，允許電壓的波動范圍較小，并且在自動進行切換中輸出電源中斷時間過長，造成膨脹機機旁柜內的繼電器失電動作。故障的UPS更換輸入電源檢測板和重新調整后，切換時間很短，在切換過程中不會造成繼電器動作，這臺UPS能正常工作。

UPS供電系統中的其它繼電器都是DC24V，膨脹機機旁柜內的繼電器線圈電壓是AC220V，并且與UPS相距較遠，約150米，同時該型號的繼電器對電壓的變化，反映較靈敏，這是膨脹機頻繁自停而電源系統中的其它設備還能正常運行的原因。

7 結束語

通過對膨脹機無信號自停故障的分析、處理，雖然最終解決了問題，但在故障最終確定前，花費了很大的時間和精力。