炼化装置大型机组报警联锁系统的设置

朱 哲，王建军

(中国石油化工股份有限公司炼油事业部，北京 100728)

炼化企业大型机组是装置正常运行的心脏，且大部分都没有备机，如果因故障引发事故，损失将非常严重。出现故障时能够及时报警直至自保停机，是保障机组安全非常重要的手段之一。大型机组能否稳定运行，通常以振动、温度、轴位移等监测指标判断，通过监测指标的烈度设置报警和联锁停机。合理的联锁逻辑设置和硬件配置要求有较高的可靠性，报警和联锁的设置要对机组运行异常做出精准判断和适当反应，既要避免拒动，又要避免误动。

1 大型机组联锁和报警存在的问题

当前炼化企业大型机组普遍存在的主要问题是反复报警、漏报警、假报警现象。联锁误动作成为制约大型机组长周期稳定运行的因素之一。例如：2017年8月31日，某企业1号重整装置循环氢压缩机30C1高位油罐液位低位报警，操作人员认为是误报，没有重视,直接消除报警，未到现场检查，41 min后高位油罐液位低低联锁动作，引发机组停机，重整装置反应系统切断进料。又例如：2018年2月24日，某企业连续重整装置循环氢压缩机发生一起因报警设置不合理、联锁逻辑设置缺失导致的损坏事故(见图1和图2)。故障发生时，机组非驱动端干气密封泄漏气差压突然大幅波动，压缩机各振动值由正常的10～20 μm 同步快速上升至满量程100 μm，并发出报警，机组产生巨大的振动和响声，最终由于机械卡涩停机。期间机组报警及巨大杂音都没有引起操作人员、巡检人员注意，干气密封停机联锁缺失，无法及时停机，导致机组严重损坏。

图1 损坏的干气密封组件

图2 损坏的轴承座

鉴于大型机组报警联锁设置的诸多问题，炼化企业优化系统、完善大型机组的报警联锁设置就显得十分重要。

2 合理设置大型机组报警和联锁逻辑的重要性

大型机组的报警、联锁系统能否合理设置，直接影响异常情况下机组的安全，是关系整个装置能否正常平稳运行的关键。不同类型机组的报警和联锁设置要求不同，在设置报警和联锁系统时，应根据不同机组的固有特性与运行工况，以及“简单、可靠、实用”的原则，使设备管理人员、操作人员在理解报警和联锁含义的基础上采取正确的应对措施，进而提高大型机组运行的可靠性。

设置合理的联锁条件，可避免操作人员主观判断故障原因和决策故障的处理方法，避免在需要应急处置时犹豫不决，甚至不敢处理，以至于错过处理故障、实施保护的机会而造成重大事故。

多起工业事故均与报警管理不当有直接关系。一些企业的机组管理人员认为机组出厂时设置的报警条件不合理、无效报警频繁； 还有一些企业，为了减少报警和联锁停机，随意修改报警条件，随意摘除联锁，留下重大隐患。目前常见的管理问题主要有操作台工艺和设备报警信息混乱、 操作人员盲目抑制、 大型机组运行过程中的重要报警信息被忽视等。为了改变现状， 必须对合理设置大型机组的报警和联锁系统进行合理设置。

3 大型机组联锁设置的总体原则

大型机组报警和联锁的设置要以大型机组安全、可靠运行为导向，根据机组特点和工艺要求，合理设置机组报警和联锁装置，准确反映机组运行中出现的异常，及时发出报警信息或采取联锁停机措施【1】。报警和联锁设置应满足GB/T 50770—2013《石油化工安全仪表设计规范》要求。

机组参与联锁的各项测量信号，如温度、压力、振动、转速等，首选“3取2”(见图3)或 “2取2”方式联锁【2】，即设置3个测量信号中2个采集信号达到联锁设定值即联锁停机，或2个测量信号全部达到联锁值即联锁停机。不建议采用单点联锁设置，为防止“2取2”联锁拒动，可设置偏差报警。参与“3取2”或“2取2”联锁的输入/输出信号应分配在不同的输入/输出卡件上【3】。所有参与报警、联锁的I/O信号应有SOE记录，通讯信号只能用于指示和报警，不应用于联锁或控制。机组联锁应设置“人工复位”按钮，防止机组误动。为判断停机继电器是否误动作，还应将停机继电器状态引入到DI卡监控。

图3 典型的“3取2”硬件结构示意

4 压缩机组报警联锁系统设置的共性要求

机组的润滑油系统应设置温度高/低、压力低报警。润滑油压力低报警时应自启动润滑油备泵，采用双润滑油电泵的，还须在电气控制柜设置电联锁。润滑油应设置总管油压低低联锁，联锁应采用“3取2”方式,可延时联锁。设置有事故油泵的润滑油站，停主机时自启动事故油泵，机组全部冷却到常温后手动停止事故油泵。润滑油箱和高位油箱应设置液位低报警。润滑油过滤器应设置压差高报警。

密封油系统应设置温度高/低、压力低报警。密封油压力低报警时自启动密封油备泵，采用双密封油电泵的，还须在电气控制柜设置当主油泵停时自启备用电泵的电气联锁。密封油系统应设置油气压差低报警、低低联锁；高位油罐宜设置液位高报、低报，用于自启动油泵或低低联锁停机。密封油过滤器应设置压差高报警。

控制油系统应设置压力高/低报警。控制油压力低时自启动油泵。速关油宜设置压力低报警值、低低联锁。

机组每个径向轴承部位应安装2个振动探头(见图4)，应设置振动高报警、高高联锁。机组推力轴承应安装3个轴位移探头(见图5)，并设置轴位移高报警、高高“3取2”联锁【4】；对于只能安装2个轴位移探头的系统，应设置轴位移“2取2”联锁。机组推力轴承主、副推力瓦以及径向轴承设置双点双支测温元件，轴承温度应设置高报警、高高报警，必要时设置联锁。机组应设置键相位探头。

图4 径向轴承振动探头安装示意

图5 轴位移探头安装示意

离心压缩机和轴流压缩机应设置防喘振控制和保护【5】，并设置喘振报警。压缩机在正常工况时，气体进入叶道的方向角基本上等于叶轮叶片的进口安装角，这时不会出现气体附着面层脱离的现象；但流量减小到一定程度时，气体进入叶道的方向与叶片方向将产生较大的偏角，在叶片的背面将形成涡流区，导致整个流道被堵塞，压缩机出口的压力低于管网压力，从性能曲线上表现为压缩机的性能曲线存在顶点【6】。这是离心式压缩机的特性决定的。不同转速下，顶点的连线形成了压缩机的喘振线。为了使压缩机不发生喘振，必须使压缩机工作在喘振线的右侧(见图6)，且远离喘振线。

图6 压缩机运行工况点与喘振线设置

5 不同类型机组报警联锁系统的设置特点

往复式压缩机应设置主轴承、填料函、吸气、排气温度的高报警、高高报警，必要时设置联锁。机身应设置振动高报警、高高联锁。活塞杆应设置位移下沉高报警、高高报警。

轴流压缩机应设置喉部差压报警及联锁。持续逆流信号宜采用“3取2”联锁停主风机组【7】。

汽轮机应设置独立的电子超速保护系统。电子超速保护联锁宜采用“3取2”或 “2取2”方式【8】。电子调速宜采用“3取中”或“2取高”方式。电子超速保护系统和电子调速系统具有自诊断功能，系统异常应立即发出报警。入口蒸汽温度应设置低报警。凝汽式汽轮机应设置排气压力高报警、高高联锁，联锁宜采用“3取2”方式；设置排气温度高报警。背压式汽轮机应设置排气压力高/低报警【9】。汽轮机热井、集液箱应分别设置双液位测量系统，液位应设置高/低报警、高高联锁及液位自动控制，复水泵设置液位高时自启动。热井、集液箱宜设置高温报警。

烟气轮机应设置独立的电子超速保护系统。电子超速保护联锁应采用“3取2”方式。烟气轮机轴振动设高报警、高高报警及手动停机，应设置第3级高报、“2取2”联锁停机。烟气轮机轴位移设高报警、高高报警及联锁停机。

电机定子温度宜设置高报警、高高报警；每相定子线圈宜设置用于报警的双支热电阻。大型电机应设置轴瓦温度高报警、高高报警，必要时设置转子轴振动高报警、高高报警。电机应设置电流高报警、高高联锁。水空冷电机宜设置漏水开关报警。

6 大型机组联锁报警设置的其他要求

在现场的操作盘和控制室的辅操台应分别设置大型机组的紧急停车开关，并加防护罩。机组吸入罐液位宜设置高报警、高高联锁。根据机组特点和生产需要，设置压缩机进、出口压力和温度报警与联锁，级间冷却器温度、压力及液位报警，必要时设置联锁。

7 结语

炼化装置的大型机组数量众多，人工实时监控机组运行状态效率低下，任何一台机组的故障若不能及时发现，都有可能造成事故。设置合理的报警值以及完善、精准的联锁，形成大型机组的报警联锁系统，保证机组安全、稳定运行的同时，也可减少设备管理人员和操作人员查看机组运行参数的工作量。