大型化工企业的仪表电源隐患治理

江勇，陈荣（重庆金维实业有限责任公司，重庆 401254）

1 川维厂的生产装置简介

中国石化四川维尼纶厂（简称“川维厂”）于1976年投产，是一家拥有天然气制乙炔核心技术的企业，目前拥有空分、甲醇、合成氨、乙炔、醋酸乙烯、聚乙烯醇、乳液、纺丝等核心生产装置和锅炉、发电、供排水等公用工程装置。川维厂很多装置是以天然气、氧气等气体为原料生成产品，具有反应快、易燃易爆等特点，所以对设备、工艺、公用工程的可靠性和稳定性提出了很高的要求。

2 问题的提出

2005年8月出现因仪表电源故障引发大面积非计划停车并波及下游装置的事故，造成大约120多万元的损失。事后，川维厂组织设备管理部门和仪表车间对全厂的仪表电源进行了一次全面的清理，暴露出从建厂以来积累的电源配置存在的重大问题有：

（1）电气为仪表控制系统的220VAC供电设计多数为单路，不符合冗余供电要求。

（2）电气为仪表控制系统的220VAC供电很少采用UPS电源。而且，UPS电源多为商用电源，可靠性较低。

（3）部分UPS电源只有一路交流电源输入接口，当该路交流电源故障时，UPS没有输出。

（4）部分装置UPS电源没有加装手动外置旁路，当UPS电源发生故障后，切换至盘路运行，不能离线检修。

（5）24VDC设计为单路供电，一旦电源故障，会造成装置停车。

（6）很多仪表没有设置区域性的仪表配电柜，存在乱搭乱接现象。

（7）仪表配电空气开关设计或安装时分级不合理。

（8）仪表配电上下级容量设置不合理。有的下级空开与上级空开容量接近甚至相同，容易导致越级跳闸。有的容量过大，永不跳闸，起不到保护作用。

（9）仪表现场用电设备（电磁阀和报警灯）设计时无末端保护，或者用空气开关代替快速熔断器。

（10）压缩机组现场控制盘内电源布局混乱、可靠性低，存在较高的失电风险。

3 整改方案

全厂生产装置仪表电源供电系统隐患整改分为仪表电源供电系统的规范整改和仪表电源配电系统的规范整改。

3.1 仪表供电系统（主要由电气专业负责）

（1）对能够接受双电源的仪表控制系统，电气专业按一路UPS电源和一路市电提供。如图1所示。

图1 UPS和市电双路供电示意图

（2）增加UPS电源外置手动旁路，在UPS电源故障后，手动切换至外置盘路，实现UPS电源离线检修。

（3）把商用UPS（基本上是10kVA以下）更新为工业用大容量UPS。

（4）特别重要的装置，在更新UPS的时候，最好采用具备两路交流输入的UPS电源，以便接收不同段母线的电能。

3.2 仪表电源配电系统

（1）要求重新对全厂仪表供电统一规划和设计。

（2）各个装置（区域）统一设置专门的图，配电柜对各个仪表盘（柜）送电。一般是配电柜的正面交流配电，背面直流配电。

（3）按N+1或者1:1冗余配置仪表24VDC电源。

（4）供电系统分级要合理。电源开关配置分级合理，并且合理设置总开关和分开关。

（5）合理设计空气开关容量，各级空气开关/保险上下级要匹配。重新核算并设计开关容量，防止越级跳闸。

（6）电源末端采用保险端子。

（7）报警和联锁原则上分开供电。

（8）在线分析仪表电源原则上分开供电。各装置可燃及有毒气体报警仪应视同重要在线分析仪表，电源应分开供电甚至配置双电源。

（9）配电柜内尽量配置冗余电源，增强安全性。

（10）更新质量较差的24VDC电源，降低运行风险和维护难度。

（11）在24VDC直流电源选型时最好选带有自诊断的产品，甚至考虑电源故障报警引入DCS。

（12）重要的DCS/SIS操作站（只能接受单电源）设置交流电源切换开关，便于接受两路电源并自动切换。

3.3 机组就地控制盘的电源配置

（1）对机组应按就地盘独立供电原则进行，由电气分别独立提供2路220VAC作为该就地盘总电源。

（2）仪表需要的2路24VDC（或48VDC）电源，设置直流开关电源按冗余配置。

（3）根据负载种类用直流空开进行分级供电，并根据负载负荷大小计算各级空开和保险容量，以实现有效的保护。

（4）末端负载用保险进行保护。

3.4 重要联锁回路的电源

仪表联锁除了对电源的可靠性有较高的要求外，还对电源的风险分散有特别的要求。

锅炉的MFT（即主燃料跳闸）联锁是锅炉运行当中对设备的自动保护措施。当炉膛火焰检测等联锁因素发生异常突发事故时或报警，自动停止给粉机的电源，以免发生炉膛爆炸的恶性安全事故。每台锅炉有上、中、下三层火检探头，每一层的四个角都各有一个火检探头。每一层利用4个火检探头的“无火”开关信号进行4取三逻辑判断，只要4个火检探头中有三个同时检测到“无火”，即判定本层火焰熄灭。只要上中下三层同时检测到“本层火焰熄灭”，即联锁停炉。图2为锅炉膛火焰检测导致MFT动作的逻辑示意图。

图2 锅炉炉膛火焰检测导致MFT动作逻辑示意图

锅炉炉膛火焰检测以往经常因为仪表电源故障引起停炉。电源隐患治理时我们考虑：（1）22VAC电源分为一路UPS和一路市电双路供电；（2）1#、2#角火检和3#、4#角火检的24VDC电源分别供电；（3）24VDC电源采用冗余供电，和利时的24VDC电源模块SM910内置反向保护电路，可以两台或多台冗余配置并联运行。在1＋1方式下，可实现电源供电的无扰切换及在线更换；（4）每一对24VDC电源分别由UPS和市电提供220VAC电源。

如图3所示，仪表电源系统进行了充分的风险分散：

图3 锅炉煤层火检仪表电源图

4 效果

从2005年开始对各个装置的仪表电源进行系统清理和规划，2006年到2009年分阶段完成各个装置进行大规模的仪表电源整改。电源整改完成后，仪表系统工作稳定，仪表供电分级合理，电源负载分配合理，仪表保护可靠。特别是联锁回路和重要调节回路的仪表电源稳定性和可靠性得有了质的提高，对于降低非计划停车起到很好的作用。