烯烃装置引进压缩机组若干随机仪表问题的分析

诸宝定

(上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂，上海 200540)

烯烃装置引进压缩机组若干随机仪表问题的分析

诸宝定

(上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂，上海 200540)

对多台引进压缩机组随机仪表的配置情况作了比较分析，结合现场实际运行中出现过的故障问题处理实例，提出今后在引进压缩机组的同时，对其轴位移、轴振动及安全栅等随机仪表在选型、相应的系统冗余配置等方面应考虑或注意装置整体仪表完善、统一的问题。

压缩机 随机仪表 仪表选型 冗余配置

乙烯装置是上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂的主要装置，内含多台引进的压缩机组。自2005年一次开车成功运行到现在为止，装置先后进行了两次较大的扩能改造，又新添加了两台压缩机组，至今烯烃工厂共有9台不同时期、不同形式的压缩机组。

在引进这些特大型转动压缩机设备的同时，其中的随机仪表和监控系统由于涉及到专利技术或特殊要求，往往与压缩机一起以打包形式整体集成引进，主要由本特利(Bently-Nevada)监控系统和ITCC控制系统组成，包括相应的现场随机仪表和机柜内的各种安全栅和卡件。在实际使用、维护这些随机仪表和监控系统的过程中，曾出现过由于客观上仪表型号参差不同、安全栅及卡件等电子产品更新升级原因，以及由于维护人员的主观意识、粗心或未完全搞清楚产品型号差异，误换仪表或卡件时，造成部分机组不必要非计划停车事故的发生。下面根据有关资料通过对这些机组仪表进行一次深入的、有益的比较分析，透过现象看本质，找出深层次原因和解决方法，指导相关人员在今后引进设备时消除仪表隐患，必须对随机仪表的选型和系统配置更加完善、合理，确保压缩机组可靠、长周期地安全运行。

1 压缩机组概况①

上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂乙烯装置的9台不同时期、不同形式的压缩机组概况见表1。

表1 烯烃工厂各种压缩机组概况

2 本特利监控仪表分析

一套完善的监控系统是压缩机这种关键转动设备安全可靠运行的保障。从表1可以看出，这些压缩机大多采用了美国本特利监控系统，要达到监控目的，离不开对压缩机的轴位移、轴振动及轴瓦温度等参数的检测。

2.1轴位移、轴振动仪表测量

在仪表检测信号的设计过程中，对于重要仪表测量信号常采用三取中，在联锁系统中常采用三取二的测量方式；在这同一测点的3个点A、B、C在设计过程中所选的仪表型号或量程一般都是相同的。按一般经验在日常仪表维护过程中也是这样认为的。同样，也认为这些引进的压缩机组中的轴位移、轴振动仪表的测量方式也同样如此。一般轴位移、轴振动仪表测量方法主要由探头、延伸电缆及前置放大器等部件组成。然后通过专用电缆将这些本安信号接入系统机柜内的转换卡件上来获取这些仪表信号。一个轴位移信号测量往往有A、B、C共3个测点，然后三取二；一个轴振动信号测量往往由A、B两个测点，然后二取一。因此，在早期对压缩机组运行中的轴位移、轴振动探头或延伸电缆更换过程中，多次出现更换备件后并未解决测量指示异常或偏差的现象，经过分析发现，人们总是想当然地认为同一A、B、C测点的部件的探头型号应该相同，延伸电缆应该相同；同一机组的轴位移或轴振动探头型号应该相同，延伸电缆相同，以为都可以互换。在实际维护过程中发现，被这个习惯思维禁锢了。

但是通过对上海赛科石油化工有限责任公司烯烃工厂的压缩机组有关仪表资料分析发现：不同机组、不同测点选用的仪表有不同型号、不同长度；即使在同一机组，同一测点上在仪表选型上也不尽相同，而且这种情况还比较多。正因为这些随机仪表尽管在外观上基本相同，又在同一测点，事实上它们的仪表选型却不同，在日常仪表维护和更换过程中，很容易造成误换，从而造成信号测量误差和不准的后果，严重时造成机组联锁停车事故的发生。这个问题，在仪表平常更换或检查过程中需要注意或高度重视。

2.1.1同一机组同一测点上轴位移仪表选型不同

从表2中的数据可以看出，同一机组、同一测点上轴位移仪表选型不同。裂解气循环压缩机11C2000是乙烯装置中最重要的关键压缩机组之一，主要由HP、MP、LP 3个气缸组成。从表2中发现：轴位移11XZE22004的A、B、C探头用于测量压缩机LP低压缸的轴位移信号，虽然测点相同，但它们的探头和延伸电缆并不相同；同样，另一个MP中压缸的轴位移11XZE22004的A、B、C，C测点与A、B测点相比，它们的探头和延伸电缆并不相同。而其他机组对于同一测点来说一般选用相同的探头和延伸电缆。

表2 同一机组同一轴位移仪表测点选型

对于同一个LP低压缸两侧的轴振动11VXE/VYE22010与11VXE/VYE22011来说，发现它们在延伸电缆长度相同的情况下，所选的探头却不相同；11VXE/VYE22012与11VXE/VYE22013存在同样的情况。

在日常仪表维护工作中，一旦需要更换这些仪表部件，很容易忽略这些细小的型号的差别。事实上就出现过由于没有重视型号上的微小差异，造成出现更换部件后仍不能解决指示不准的问题。

2.1.2不同机组、不同测点上在仪表选型不同

从表3可以看出，不同机组、不同测点上的仪表选型不同。在表3中发现了这样一个事实：在不同机组、不同测点上轴位移仪表选型基本上都不相同，探头和电缆型号五花八门。同一A、B、C测点的部件的探头型号可能不尽相同，延伸电缆可能不尽相同；同一机组的轴位移或轴振动探头型号可能不尽相同，延伸电缆可能不尽相同；都不可以互换。如果选择了错误的探头型号或错误的延伸电缆，长度不对，那么即使更换了新的部件，测量也不会准确。同样，轴振动仪表选型基本也都不相同，在这里不再一一列举。

表3 不同机组轴位移仪表选型

现场实际工作中，在更换这些部件时必须先要查阅有关资料，然后使新部件型号或延伸电缆型必须跟原来一样才可更换。

事实上，在传感器选型过程中涉及到探头、延伸电缆和前置放大器三者协调统一的问题。可以有不同组合，探头与延伸电缆是通过调整其长度来满足前置放大器的电气长度。比如在选定9m电气长度的前置放大器后，如果探头长度为0.5m，延伸电缆长度选用8.5m为好；如果不选用8.5m，也一定不要超出本特利有关规范限制范围的长度，使得总长度不能长也不能短，否则会出现系统上电气长度不匹配，影响测量精度等问题。在选型上还应注意3300 XL与3300 NSV探头系列不同，所选的延伸电缆型号不同的问题。

2.1.3不同机组信号转换器仪表选型不同

从表4可以看出，不同机组轴位移、振动仪表转换器选型不同。在烯烃工厂9台压缩机中的8台机组中，轴位移、轴振动仪表均通过前置放大器转换后为0～10V(DC)的电压信号，然后送到有关的安全栅中，通过安全栅后再将信号送入到本特利3500系统的卡件上。而裂解气烧焦空气压缩机11C1801对于这些信号的处理与其他机组有所不同：首先它选择的轴位移、轴振动探头是本特利厂家的NSV型，对应的转换器也是对应本特利厂家的NSV型变送器，输出信号为4～20mA。这些信号直接送入美国AB公司的PLC系统卡件上，省去了一套本特利监控系统，更要注意的是它的轴位移和轴振动所使用的安全栅型号是不同的，而其他压缩机的轴位移和轴振动所使用的安全栅型号是相同的。

表4 不同机组轴位移、振动仪表转换器选型

在一次对丁二烯循环压缩机12C1231中的一块轴振动转换器更换过程中，发生了联锁停车事件。由于引进设备内配置的轴振动安全栅选用的是早期型号MTL4031，由于产品升级换代，老型号已被淘汰不再生产，现有的备件是MTL4531新型号，要去更换坏的轴振动安全栅。由于对MTL4531的性能不了解，认为跟老卡外形一样的新卡在性能上也与老卡一样即插即用。在两卡件更换完成后，在系统上取消这点强制联锁信号后，即发生此振动信号输出值超过联锁值而造成联锁停车。事后通过查阅MTL4531使用说明书发现，虽然两块卡件都是轴振动安全栅，但是两者又有区别，即新卡是多功能卡件，在卡件的侧面上有DIP拨动开关，比较隐蔽，在使用前要先根据实际接线是两线制还是三线制情况，来选择DIP拨动开关位置的设置，设置正确后再更换。而MTL4031只有一种三线制接线方法，没有DIP设置开关，可以即插即用。此次维护造成联锁停车的原因就是在卡件更换前没有预先进行DIP拨动开关的设置，直接更换所致。

还有一次在裂解气烧焦空气压缩机11C1801中，出现过将轴振动转换器卡件错误地当成轴位移转换器去更换坏的轴位移转换器的情况，造成轴位移指示也达到联锁值，幸亏这台压缩机处于停车状态，才没有发生停车事故。这也是由于两者卡件在外观上相同，在更换前没有仔细了解二者的区别导致的错误。

2.2轴瓦温度测量

对于这9台压缩机组的轴瓦温度信号测量方法基本相同。一个测点往往由A、B、C 3个测点组成，然后三取二；测量元件均为热电阻RTD，以三线制形式通过现场电缆送入控制机柜内的温度安全栅本安输入端子中，通过安全栅信号转换后再将信号送入本特利3500系统的卡件上。

不同机组温度转换器仪表安全栅选型不同，见表5。可以看出，由于不同引进机组中使用了不同厂家或同一厂家但不同型号的温度安全栅，在实际使用过程中带来了极大的不便。由于这些安全栅在外观上大多基本相同，模块安装紧凑。在对这些坏的安全栅更换过程中，必须搞清楚这些安全栅的安装、量程、输出信号及性能等特点，否则轻则出现错误指示，严重的会造成停车事故。

表5 不同机组轴瓦温度仪表转换器选型

(续表5)

一次在对裂解气烧焦空气压缩机11C1801的一块温度安全栅由于故障更换过程中，原来使用的是PHENIX CONTACT生产的PI-EX-RTD-I型号，其输出信号为4～20mA。而当时工厂现有的备件只有MTL5045温度安全栅，第一次更换后仍没有解决原来的故障问题。后来发现此新型号的温度安全栅不能直接拿来使用，在使用前需要预先离线在电脑上通过软件对此卡件进行简单的组态设置，如：RTD三线制，量程0～200℃等参数的设置。这是一个不同厂家、不同型号卡件更换时需要注意的问题。

3 系统配置问题

在引进大型压缩机组过程中，ITCC系统也随机成套提供给用户，包括本特利BN 3500监控系统。而在工厂整个自控系统中往往有自己的一套完整的SIS联锁系统，这就存在涉及到三者之间对现场随机仪表的联锁信号的接收和处理问题。

3.1本特利随机仪表联锁信号的处理

所有轴位移、轴振动和轴瓦温度的信号均进入本特利系统的AI输入卡中，其中每一个轴位移上3个测点A、B、C通过内部3500软件经过信号处理后均产生联锁信号A、B、C，通过DO输出卡件输出A、B、C干触点联锁信号。

轴振动和轴瓦温度的联锁信号处理方法不同于轴位移。每一个轴振动上两个测点A、B信号通过内部软件3500信号处理，对于多个轴振动信号以X取二原则只产生一个总的内部联锁信号VSHH，然后此信号通过本特利3500系统的DO输出卡件输出一个总的轴振动干触点联锁信号。

每个轴瓦温度上3个测点A、B、C信号通过内部3500软件经过信号处理后，以三取二的原则，产生上个内部软点的联锁信号，对于多个轴瓦温度测点来说就产生多个内部软点的联锁信号，然后将这些内部软点的联锁信号以与的逻辑关系输出一个总的轴瓦温度联锁信号TSHH。

在本特利系统上的多个轴位移干触点联锁信号以硬接线方式送到SIS系统端子上，SIS系统中的总联锁信号A、B、C再以硬接线方式送到ITCC系统端子上。一个总的轴振动干触点联锁信号VSHH和一个总的轴瓦温度联锁信号TSHH以硬接线方式送到ITCC控制系统端子上。从而完成完整的联锁功能。

3.2冗余管理方案

美国GE公司的ITCC系统实际上是一个复杂的多重数据处理与控制系统，其数据处理和控制手段有许多独特的专利或核心技术。其特点之一是三重(Triplex)冗余管理，在该系统中有3个核心CPU处理器，对于不同的输入信号也采用了不同的冗余管理方式。比如：乙烯裂解气压缩机润滑油压力11PIT22001ABC这3个A、B、C输入信号在送入ITCC系统时，在硬件配置的处理上是将这3个输入信号分别连接到 3个独立的核心CPU A、CPU B、CPU C中的3块独立的输入卡件中，对应为AFTM104A、BFTM104B、CFTM104C，而每块卡所对应的通道是相同的，均为A13通道。这样真正实现了系统即冗余又分散风险的目的。裂解气压缩机ITCC系统润滑油压力输入信号的冗余处理如图1所示。

图1 裂解气压缩机ITCC系统润滑油 压力输入信号的冗余处理

而在本特利系统中，只有一个CPU，对于同一个测点上的A、B、C联锁信号在硬件配置上，就达不到这种冗余目的。比如：裂解气压缩机ITCC系统HP高压缸一侧轴位移11XZT22005的A、B、C 3个输入信号的处理，均连接在同一块AI输入卡件上的3个不同通道上，并没有实现真正的冗余和风险分散的要求，如图2所示。

图2 裂解气压缩机ITCC系统HP高压缸 一侧轴位移输入信号的处理

对于SIS系统，一般来说CPU也是冗余的，对于同一个测点上的3个A、B、C联锁信号来说，它们的安全等级往往为SIL3，某系统中在输入卡的硬件配置上仍然将这3个信号安排在同一块卡件的3个通道上，事实上并没有实现真正的冗余和风险分散的目的。烯烃转换装置原料流量11FZT52003的A、B、C输入信号的处理如图3所示。

在有的联锁系统中，对于3个信号虽然在硬件配置上采用了3块独立的输入卡，但对应的通道且不相同。虽然在逻辑和冗余上没有问题，但这给维护带来一定的不便。在此，不再举例。

图3 烯烃转换装置原料流量11FZT52003A、 B、C输入信号的处理

对于SIS系统，一般关心的是系统中CPU处理器的冗余和无扰动切换的功能。而对于同一个测点上的3个A、B、C联锁信号来说，其安全等级是SIL3，因此现场设计时有3个仪表测点，风险得到了分散，因为在一般情况下，3台仪表不可能同时发生故障。但进行这3个信号输入卡件的硬件配置上，常将这3个信号安排在同一块卡件相邻的3个通道上，这在组态和日后处理问题时比较方便，如图3所示。表面上看没有多大问题，但没有考虑到这块卡件一旦发生故障，这3个测点信号将同时失效，造成不必要的增大三取二误联锁的风险概率。

这是自控系统中在硬件配置过程中出现的一个普遍现象，平常也是这样用的，包括增压机选用的ITCC系统中(非GE公司产品)，对3个测点的输入信号的硬件配置就采用了如图3所示的形式。对这种3个测点信号，在输入卡硬件配置的处理上并没有实现真正的冗余配置方式。仔细分析图1和图2之间在输入信号处理方面的差异，图2只有一个CPU，就没有冗余的概念。对于有两个或3个CPU的控制系统或SIS联锁系统来说，在选择CPU冗余的基础上，对于多点测点信号在输入卡硬件配置处理上，正确的方案应该是：3个信号禁止安排在同一块卡件相邻的3个通道上，应该在不同的卡件上。通过这种调整后，实际卡件数可能并没有增加或会增加几块卡件，但真正实现了风险分散的目的。结论是图1的处理方式比图3的好。

4 结束语

通过对多个实例的分析，并总结现场维护遇到的实际问题，深入消化吸收引进的设备仪表系统在设计上的优点，发现其中的缺点，更好地为将来新引进的设备和系统优化配置提供借鉴。今后在引进压缩机组和设备投用运转正常的日常维护过程中，仪表谈判人员在考虑有关自控喘振控制、阀门选型等重大方案的同时，还必须注意现场仪表的选型问题：

a. 在双方谈判阶段，就要向国外供应商提出我方现场随机仪表的选型方案，在条件允许的情况下，特别对现场的探头、延伸电缆及各种安全栅等随机仪表做到型号统一，便于今后日常仪表维护和备品件的管理，从源头上降低维护风险和成本。特别是同一测点上的型号相同，否则容易搞混，而疏忽这些选型的现场仪表往往是日后经常出故障的地方。

b. 在备品件更换过程中，客观上由于电子产品升级换代快，特别在用新型号或不同厂家的产品相互替代时，必须先仔细阅读其产品说明书，避免由于误换或没有需要预先设置开关或没有预先组态等主观人为原因造成不必要的联锁停车事故的发生。

c. 在有关冗余系统的设计配置过程中，特别对于SIL3等级的多点联锁输入信号和多测点重要控制信号在输入卡件硬件配置处理上，必须树立风险分散理念，通过合理设计来降低它们的安全风险。比如对3个输入信号禁止被安排在同一块输入卡件相邻的3个通道上，正确的方式应该是安排在3块不同的卡件上。进一步分析，对输出信号的配置方法相同。

AnalysisofInstrumentAllocationinCompressorUnitImportedforOlefinPlant

ZHU Bao-ding

(OlefinPlant,ShanghaiSayokPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540,China)

The instrument allocation for compressors imported was comparatively analyzed.Considering the instrument failures in the operation, the matters needing attention in selecting axial displacement device and axial vibrator and safety barrier and that in the system redundancy configuration as well as that in perfecting and unifying all instrument were proposed.

compressor, instrument attached, instrument selection, redundancy configuration

TH45

B

1000-3932(2016)10-1036-07

2016-07-18(修改稿)