接上篇
紧急停车连锁系统的可靠性分析（二）
高 骥,王华胜
(金陵石化公司炼油厂机动处,江苏南京 210033)
摘要:讨论了DCS 和ESD
的特点、显性故障和隐性故障的区别,着重分析了影响机组润滑油压力低时备泵自启动可靠运行的各种原因,并提出了改进DCS 和ESD
实行UPS 供电的方案。
关键词:紧急停车连锁;可靠性;显性故障;隐性故障;润滑油低油压;备泵自启动;UPS
供电
3
小降值与大降值
为了确保机组的安全运行,润滑油是十分重要的。在我厂大机组中润滑油通常由主油泵供给,使润滑油压力达到正常值(比如012MPa
以上) ,而当驱动主油泵电机故障或者泵本身故障时,造成润滑油压力低于小降值(比如0107MPa) 时,ESD
连锁动作,启动备用油泵,使润滑油压力迅速恢复到正常数值,从而保证机组的安全正常运行。
然而在实际运行过程中,我厂某些装置都曾发生过如下情况:当润滑油压力低于小降值后,虽然备用油泵也自启动,但是在一个很短暂的时间内,由于润滑油压力继续下降,越过了大降值(比如0105MPa)
———使机组停机的连锁值,此时ESD 产生连锁停机信号送至电气停主机,相应的连锁阀全部动作,从而对生产造成很大的损失。
首先我们应该分析清楚是什么原因造成上述事故,然后才能找出相应的对策予以解决。图5
是我厂某装置主风机由于电网晃电造成主油泵停车,润滑油压力下降,电机跳闸,使整个装置全面停工时记录下来的润滑油压力p 与时间t的关系图。
图5 润滑油压力与时间的关系图
从图5 可知,由于液体的不可压缩性,所以在191186s 时,主油泵停车后,润滑油压力呈指数曲线很快衰减;在191980s
时,润滑油压力降到0107MPa(小降值) ,此时ESD
发出讯号,启动备用油泵,由于备用油泵从接到启动讯号至到达额定输出功率尚需一定的时间间隔Δt ,这个时间间隔Δt
的长短和诸多因素有关,我们要求Δt 越小越好。然而在实际运行中由于Δt 影响,使润滑油压力继续下降;在201214s
时,润滑油压力低于0105MPa (大降值) ,ESD 发出连锁停机讯号停主风机。随后在201828s ,压力回升到0105MPa
,在201922s ,压力回升到0107MPa ,在211524s 时油压恢复正常(见图5) 。
整个过程极为短暂,
从润滑油压力低于0107MPa 即从发出启动备用油泵信号191980s 算起,到压力低于大降值0105MPa
,再到油压恢复到0105MPa ,即201828s 止,时间间隔为01848s ,而出降低于大降值的时间间隔仅为01614s
,正是这个01614s 间隔内,润滑油压力低于大降值(0105MPa) ,造成连锁停机。
我厂有的机组也发生过在机组停机后,仪表维护人员现场实地反复试验主、辅油泵的切换时,润滑油压力往往都跟得上,并没有发生在切换过程中因润滑油压力低于大降值而造成连锁停机的情况。但是当机组正常运行一段时间后,突然发生主油泵故障,辅助油泵自启动,而此时润滑油压力却跟不上,出现在切换过程中因润滑油压力低于大降值而造成连锁停机的事故。如何来避免主、辅油泵切换过程中润滑油压力过低造成连锁停机的故障呢?我们的主导思想主要是从两个方面来考虑:首先是如何提早发出启动备用油泵的讯号?
其次是在一定的条件下延缓停主风机信号的发出。根据以上指导思想,并结合一些具体的实际问题逐个进行分析。
1)
检测仪表的选择
了检测润滑油压力的高低,我们可以采用触点式压力开关,也可以采用变送器加设定器的方法。压力开关其接收信号元件通常是由波纹管组成。如图6
所示。
图6 压力开关接收信号元件工作原理简图
当润滑油压力变化时,引起波纹管的伸缩,从而产生一定的位移,其位移量通常达几个毫米的变化,然后推动微动开关或使水银开关翻转,从而发出触点讯号。
而变送器其接收信号元件是膜盒,基于力平衡原理,所以膜盒内元件几乎没有位移,或者说位移很微小,只有微米级。
对比以上两种方法可知,当压力变化时,压力开关的发讯由于受机械惯性的影响要来得慢些,为了在润滑油压力一旦低于小降值时,仪表立即发出讯号启动备用油泵,建议还是采用变送器为好。此外压力开关,特别是国产开关的元器件稳定性差,连锁整定值重复性不好、回差大等缺点,所以宜采用电子式仪表取代机械式仪表。
2)
变送器的安装位置
采用压力变送器来测量润滑油压力时,我们还要注意变送器安装的位置。当测量液体压力时,变送器安装位置通常低于取压口,而避免安装位置高于取压口。如图7
所示。
若变送器位置高于取压口时,当设备停车检修时,润滑油管道内压力为零,这时候从润滑油管道引至变送器的导压管内贮存的润滑油就会漏掉,等到设备检修完后重新开车时,导压管内充有气体,而气体是可压缩的,这样当润滑油压力低于小降值时由于气泡存在就会延迟了变送器发出启动备用泵的讯号。
图7
测量液体压力时变送器的安装位置
3) 取压口位置的选择
根据有关资料报道,九江石化总厂一套催化装置,老D800
主风机在运行时也曾发生过因主油泵停,油压下降,辅助油泵启动,但油压继续降到停机值(大降值)
,导致机组停机。辅助油泵启动的压力开关是装在润滑油集合管上的。分析研究认为主油泵停运后,需要经过一个短暂的时间间隔压力开关触点才能翻转,因此辅助油泵启动滞后时间较长。为了克服这一弱点,该厂决定在油泵出口处增加一个压力开关,其设定值为014MPa
,与原安装在集合管上的压力开关进行“或”运算,只要主油泵一停运,油泵出口处压力开关反应快,立即使辅助油泵启动,油压及时得到回升。从而保证机组继续正常运行。对照他们的经验,结合我厂具体情况,制定了切实可行的方案。
4)
提高小降值
上面已提到图5
所显示的我厂某装置主风机由于电网晃电造成主油泵停车,润滑油压力下降,电机跳闸的例子。当时小降值为0107MPa
,而大降值为0105MPa ,为了提早发出启动备用油泵的信号,经分析和反复试验,将小降值由0107MPa 提高0115MPa
,这样图5 的曲线就变成如图8
所示。压力曲线上移,这样就可以避免低油压连锁动作。反复试验的结果也证实了上述分析预测。当然小降值也不能无限制地提高,否则润滑油压力稍有下降就会引起备泵自启动,也会影响机组正常运行,因此提高小降值是有限的。
5)
增加延时逻辑
大机组润滑油系统通常都设置高位油槽,一般高位油槽底部离机组中心线约6m 高,高位油槽直径约115m ,储油量约2500L
。在正常情况下,机组消耗润滑油大约5L/ s
左右。当主油泵停后,备用油泵自启动,但在这交替的很短时间内,由于备用泵输出功率未达到额定值,这时主机高位油槽的润滑油液面下降来补充润滑油供给,以保证机组正常运行。假如在主油泵停止后造成低油压时开始计算2s
内,不考虑备用油泵的输出功率,消耗的润滑油xx由高位油槽供给,经估算,高位油槽液面下降不超过10mm。所以说在主油泵停后2s
钟内即使辅助油泵输出功率为零,高位油槽液面的下降也很少,不会影响机组正常运转。
鉴于以上分析,我们可以设想, 在保证备用已启动的前提下增加一个2s 钟的延时逻辑,也就是说,润滑油压力低于大降值(0105MPa)
需持续2s钟,才能发出停主机的逻辑信号,如果在2s
钟内油压又恢复超过大降值,此时就不会发出停主机的逻辑信号。当然这一条需得到机械技术人员的认可。
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