浅谈尿素11#压缩机的联控联锁技术改造

宋瑞莲

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南，714100）

浅谈尿素11#压缩机的联控联锁技术改造

宋瑞莲

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南，714100）

氢氮气压缩机是生产合成氨的一项关键设备，其功能是气体输送或化学反应时提供动力。本文是以陕化集团老化肥厂区11#氢氮气压缩机的一次事故为例，分析了引发事故的原因和仪表联锁保护功能，研发设计了PLC逻辑关系，详细探讨了11#压缩机的联锁改进具体实施过程。结果证明：技术改造实现了保护设备的目的。

PLC掉电；仪表联锁；静态测试；动态测试

引言

2016年1月，操作工发现11#机曲轴箱冒烟，紧急停车。工艺处理完成后，发现现场压缩机控制机柜的触摸屏黑屏，辅助操作台上两台润滑油运行的指示灯已灭，通知电仪检查。经电仪检查恢复供电后，发现触摸屏从15时06分至15时53分之间无任何数据记录，说明PLC在15时06分已经断电。事后经联锁试验及与压缩机控制柜的厂家确认，PLC在失电情况下辅助回路（油泵、注油泵）跳车，但压缩机不跳车。

联锁失去作用，而压缩机主机继续在断润滑油的情况下连续运行47分钟，从而造成主机机身、曲轴、连杆瓦、十字头等部件不同程度损伤。

1 仪表联锁作用

仪表联锁保护，就是当生产过程中某些工艺变量或设备运行状态发生异常并接近危险值时，安全联锁保护系统动作，按照预先设计好的逻辑关系启动备用或自动停车，以实现保护设备的目的［1，2］。

本次事故发生，就是仪表联锁功能实效或不到位造成的。

1.1问题客观发生原因

一是压缩机控制的PLC机柜厂家原始程序设计存在缺陷［3］。在PLC断电时，所有辅机跳车。最关键的设备，即给压缩机供油回路的润滑油泵跳车，L12掉线（如图1所示）；24V5无24V输出，那么KA4或KA5无法带电，因其常开接点不闭合，接触器KM4或KM5无法吸油（如图2所示），故油泵的主回路失电跳车（如图3所示）［4］。

油压低到甚至严重缺油的情况，压缩机还连续运行，而不跳车，从而造成事故发生。

二是现场设备振动大，从而PLC的进线柜电源松动，从而PLC失去电压。

图1　PLC的供电图及硬件布置图

图2　油泵控制的二次回路

图3　 两台油泵的主回路控制回路

1.2问题主观发生原因

① 电仪二车间未抓住压缩机停车检修时机，安排紧固端子螺丝；属于车间管理缺陷。

② 尿素一车间当班操作工巡检不到位，未及时发现和处置问题。属于车间管理缺陷。损坏部位及经济价值：机身、曲轴、十字头、主瓦等约170万元。影响尿素产量约19吨，给企业带来经济损失。

2 联锁保护功能及技术要求

2.1联锁保护功能

联锁保护功能是当机组在启停和运行过程中发生危机及设备和人身安全故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证机组的正常启停和安全运行［5］。它是通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，在发生异常情况时，及时发出报警信号，并及时启动备用设备。一致达到“应该跳车的情况下及时跳车，不该跳车情况下不能跳车”的双重作用。充分达到既要保护设备的目的，又要节约生产费用的要求。11#机就是在润滑油压低于0.3 MPa时，备用油泵自动启动及时补充油压，从而能及时避免压缩机因油压低而误跳车的事故。

11#压缩机组联锁汇总：1#主轴承温度大于65℃，机组2#主轴承温度大于65℃，机组3#主轴承温度大于65℃机组，4#主轴承温度大于65℃机组，5#主轴承温度大于65℃，机组6#主轴承温度大于65℃，机组7#主轴承温度大于65℃，主电机前轴承温度大于300℃，主电机后轴承温度大于300℃，这9个温度任一个温度大于65℃主电机跳车（如图4所示）。

图4　温度联锁

2.2五级排气压力

五级排气压力大于25 MPa，润滑油压力小于0.2 MPa，冷却水供水压力小于0.2 MPa，一级进气压力小于6 kPa，四个工艺条件任一个满足条件联锁动作，主电机跳车（如图5所示）。

3 压缩机润滑油泵控制及联锁回路改造

3.1PLC控制系统改造

图5　压力联锁

11#压缩机原2台润滑油泵控制过程为PLC控制，且两台泵互为备用，在压缩机启动前手动打联动情况下，油压≤0.3 MPa时未运行的油泵启动，油压≥0.45 MPa时先启动的油泵停止，压缩机停止5分钟后，运行的油泵自动停止。因考虑到润滑油压在工艺联锁的位置至关重要，工艺提出，为了确保油压的持续供应。故提出让1#油泵手动控制，无故障时持续运行，不受PLC的控制，由人为判断具体停泵的时间。具体实现过程：拆除PLC硬接线 DI通道输入“1#油泵手动启动按钮I124.5”硬接线，短接停止按钮输入I124.6（如图6所示），短接Y14与56号线即就是1#油泵的DO输出接点Q124.3（如图7所示）。原设计的PLC的原程序无需改动。这样修改后，1#油泵控制过程为人为“手动”控制；具体操作过程：

① 1#油泵是主油泵，2#油泵是辅助油泵。开压缩机时先启动1#油泵，将辅助操作台的按钮打到“联动”情况下，油压≤0.3 MPa时2#油泵启动；油压≥0.45 MPa时，2#油泵停止。

② 压缩机停止运行后，1#油泵人为判断停泵时间。

图6　PLC的数字量输入

图7　PLC的数字量输出

3.2压缩机电气回路分析与改造

读者往往会提出这样的疑问：油压低了，压缩机不就跳车了吗？这个问题提的好啊！笔者开始也有此疑问，那么我们就来分析电气原理图。跳压缩机的继电器是KA11（如图7所示），原设计是常开接点（如图8所示），即压缩机正常运行的情况下，KA11是闲置的，就像人们俗话说的，那就是一个“摆设”。只有在跳车条件满足时，Q125.2带电接点闭合，24V送出后（如图7所示），KA11才活跃起来，其线圈带电常开接点闭合，跳车回路接通，压缩机跳车。但是在L12掉线或接线不牢固的情况下，二次控制回路失电（如图1所示），压缩机的跳车继电器KA11无法带电，从而其继电器的接点无法闭合，故压缩机不跳车。这就暴露出了严重的设计缺陷。为此，必须要进行整改。

其一，修改PLC原跳车回路程序（如图9所示），使PLC跳车回路输出线圈在压缩机正常运行时，PLC程序跳车回路Q125.2输出线圈常带电（如图10所示），电气回路跳车继电器KA11线圈常带电。其二，KA11的的常开接点改为常闭接点（如图8所示），当有任一跳车条件满足或PLC失电情况下，PLC跳车回路输出线圈失电，电气回路跳车继电器同时失电，常闭接点保持原状闭合，故压缩机主电机跳车。

图8　压缩机联锁停车接点

图9　事故前的跳车逻辑程序

图10　事故后的跳车逻辑程序

4 联锁回路测试及压缩机开车

修改完成后，压缩机控制回路静态测试，模拟开车条件。首先PLC带电，触幕屏带电，观察触幕屏显示，所有温度均正常，没有任何报警。首先在PLC柜将盘车信号短接，用仪表信号发生仪“胜利VICTOR 79”进行信号调试，油压信号用VICTOR 79 OUT档给定电流12 mA；触幕屏显示0.5 MPa，油压正常；用另一个VICTOR 79 OUT给定电流12 mA，触幕屏显示0.5 MPa，水压正常；PLC盘后KA11线圈吸合，常闭接点断开。逐渐调小电流输出档信号从12 mA降到 7.2 mA时，触幕屏显示值为0.2 mA时，KA11线圈失电，常闭复位，静态测试完成。其次进行动态测试：1#油泵手动开启油压升起，水压升起，手动盘车到位，触幕屏无任何报警，与压缩机连接的主电机动力控制线拆除，电气盘KA11吸合；测试动作开始，油泵停止，油压降低到0 MPa，KA11线圈失电，常闭接点复位，跳车回路接通，压缩机跳车，总变回路报警，显示工艺联锁跳车。联锁回路修改成功，动态测试成功。

5 结束语

经过技术改造，自2016年4月11#压缩机正常投运以来，润滑油泵运行正常，压缩机运行正常。

［1］张瑞妍， 何龙， 高国平. PLC在压缩机联锁保护系统中的应用［J］. 压缩机技术， 2008（5）: 44-46.

［2］李军， 常安勇， 郭金全. CNG压缩机组中PLC联锁保护应用浅析［J］. 电子技术与软件工程， 2014（19）: 242.

［3］王森， 晁禹， 艾红. 仪表工试题集: 控制仪表分册［M］. 北京: 化学工业出版社， 2010.

［4］乐嘉谦. 仪表工手册: 第2版［M］. 北京: 化学工业出版社， 2010.［5］冯晓玲. PLC在加热炉联锁保护系统中的应用［J］. 化工自动化及仪表， 2014， 41（2）: 217-218.

宋瑞莲（1977-），女，陕西富平人，工程师。

Research Technical Innovation on Urea 11# Compressor Spreading Chain

Ruilian Song（Shaanxi Shanhua Coal Chemical Group Co.， Ltd.， Weinan， Shaanxi， 714100， China）

Hydrogen nitrogen compressor is a key equipment in the production of synthetic ammonia，providing power when gas or chemical reacts. This article bases on urea # 11 an accident of hydrogen nitrogen compressor in Shanhua Coal Chemical Group of old fertilizer factory， analyses the causes of accidents and the meter chain protection， researches and designs the PLC logic relationship， discusses the 11# compressor chain to improve the concrete implementation process of the compressor. Results show that: the technical renovation achieve the goal of the protection equipment.

PLC off Electricity； Instrument Interlock； Static Testing； Dynamic Testing

TQ013.3

A

2095-8412 （2016） 04-652-04

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.019