關于化工大型機組在線監控的設計

溫汪洋(新疆中泰化學（集團）有限公司 新疆烏魯木齊 830009)

一、西門子透平機結構分析

西門子透平機為渦輪壓縮機型，徑向設計以及型號為3(2)VRZ 250/430/12 G；其基本結構為：壓縮機設備構成主要包括帶有中間冷卻功能的2-級離心式壓縮機、渦輪行星齒輪、傳動壓縮機、可用于壓縮機相互接合的基礎框架、齒輪設備&傳動電動機、中間冷卻器&帶有連接管線的二次冷卻器以及潤滑油系統、密封氣體系統和所測量&管控。

二、在線監控控制系統介紹

對于渦輪壓縮機而言，其設計流控制范圍一般在45%至100%之間。較低控制范圍內的限制，主要取決于氣體的有效輸入、或者輸出狀態（壓力、抽吸溫度、排放溫度和氣體組成）和現有導向裝置（入口導向葉輪以及出口位置的擴散葉輪）位置。實踐中，若氣體流量節流過多，則壓縮機就會出現喘振現象，并且伴隨著機器運作與強烈的振動，進而導致機器受損。比如，葉片出現斷裂現象。對于防沖擊控制而言，其主要目的在于確保其不能達到沖擊限制范圍只能。基于此，三套自動保護系統的設計，主要是為了能夠有效地避免出現喘振現象。

實踐中，利用氮氣對壓蓋進行密封，以此來防止產品氣體從壓縮機中進入到機器設備時出現滲漏現象。在實際操作過程中，密封氣體流入的壓力一定要比受控壓蓋室內壓力要高。在連續運行過程中，應當保證壓蓋的安全可靠性。對于防喘振控制而言，每個檢測周期時間范圍內，自動檢測過程中排放壓力PT 2457（在SIM AT IC C7上的X13 A13-I）的壓力呈現出梯度變化。如果在100毫秒檢測周期時間內，超過設定壓力梯度時，不管正向還是負向壓力變化梯度，在線監控系統會自動啟動計數器計數。以下結合喘振控制說明，模擬透平機出口壓力波動過程中出現的具體情況。以下按周期進行說明：第一個周期時間內，檢測到的相關壓力梯度。檢測到正向超過梯度，喘振復位時間計時開始，喘振計數器從5次逐漸向0次計數，共計4次；檢測到壓力梯度出現負向超壓梯度時，計數器計數3次。實踐中，若連續出現的2個壓力梯度都有超限現象，則喘振報警系統就會啟動。之所以會出現這一情況，主要是在透平機出口壓力產生超限波動，或者由于壓力變送器自身存在著一定的故障問題，到產生一系列信號誤差問題，透平機喘振報警系統被觸發。當喘振報警系統被觸發以后，應當盡快查看透平機參數，然后判斷故障問題。透平機出口壓力波動、或者壓力變送器存在著故障問題。在第二周期時間內，10秒鐘喘振復位時間范圍內，盡管出現了壓力梯度變化情況，但正、負向均沒有超過預設壓力梯度范圍，喘振計數器不會自動啟動，此時喘振計數直接復位。之所以會出現該種情況，主要是

因為透平機喘振保護系統允許機組在一定范圍內，出現波動、允許機組在10秒鐘的復位時間內，出現2個超限波動。第三運行周期時間內，10秒鐘喘振復位時間，連續出現3次正、負向的壓力梯度超限現象，喘振計數器從5次降至0次。此時，觸發喘振報警系統，未復位，產生喘振聯鎖，立即停車。之所以會出現該種情況，主要是因為透平機組喘振保護設備，不允許機組出口壓力出現超過2次超限波動、持續壓力變化情況。基于此，在機組運行維護過程中，透平機出口壓力變送器出現了相關的故障問題，導致壓力信號在較短時間范圍內達到滿量程；實際上，透平機聯鎖停車現象的發生，也屬于這類情況。控制的負向和正向壓力梯度設定值和造成喘振聯鎖的梯度超限設定次數。

三、大型機組在線監控的設計

1.大型機組在線監控的設計思想：

（1）分區域集中采集，統一監控

依據華泰氯堿廠設備數量多、分布相對集中的特點，本方案建議采用基于區域集中、統一監控的監測方案，即以車間為區域監測單元，通過各節點利用西門子PLC控制，然后把所有信息集中于M ES監控中心，統一監控，實現監管控一體化。

（2）整體考慮，分步實施

本方案建議首先解決獨子關鍵大型機組的在線監測，其余的設備或者其他設備以后實施，這樣可以最大限度地保障設備資產效益最大化，突出監測效果。

（3）注重效果，突出效益

本方案涉及的關鍵設備，傳感器、采集方式、監測分析方法及數據管理方式均考慮設備的特殊性、環境條件。項目將對狀態檢修起指導作用，對提高經濟效益起到技術保障作用。

（4）易于擴展，維護方便

本方案采用網絡化系統，采集器及借口標準化設計，為以后的擴展和維護提供方便。系統服務器采用工業化專用設計，通訊協議標準化，能方便M ES的通訊。

（5）冗余設計，可靠第一

關鍵的測量點采用冗余設計，確保整個系統穩定、可靠。以透平機舉例，按照國外設計理念，穿插講解

透平機組硬件系統進行劃分。

根據透平機硬件系統，可以劃分為：5個大的系統。因此，我們設計機組在線監控的時候，需要根據機組的硬件系統進行劃分，充分根據機組的保護要求，設計機組的系統監控保護。

自動化的概念基于工作狀態

透平機從硬件的監控，只能保證各硬件系統獨立的安全工作狀態，作為整套機組來講，各硬件系統不是獨立存在的，而是在各個工作狀態協同工作。因此，為了保證整體機組的安全可靠運行，在線監控的理念應該來源于機組的各個工作狀態，國外設計師，把機組的連續運行劃分為5個狀態：不工作狀態，待機狀態，啟動狀態，正常運行狀態，正常關機狀態。