高密度聚乙烯装置反应器轴流泵电流联锁改造及在线故障处理

李俊霖

摘 要：HDPE聚乙烯装置反应器轴流泵P4001电气侧的电机电流变送器运行故障，无法保证装置安全稳定运行。在电气专业无法在线修复和更换的情况下，通过对仪表联锁改造方案的实施恢复关键联锁投运，避免非计划停车风险，并对过程中遇到的问题逐一分析处理及总结。

关键词：改造 干扰 隔离 故障安全

1、概述

轴流泵是高密度聚乙烯装置反应单元的重要组成设备，泵体和电机分别由LAWRENCE PUMP 和ABB公司提供。轴流泵主要为环管反应器内淤浆物料的循环流动提供动能，主电机联锁和监控分别由SIS（TRICON）系统和DCS（HONEYWELL TPS）系统实现。原设计终止反应的联锁之一即电机电流IT4201A/B低低报二取一表决方式，该电流值主要用于监控轴流泵桨叶做功情况及产率计算，一旦连轴脱开空转必须立即打终止剂停车。而每次停开车需要至少24小时置换残余终止剂，无法立即恢复生产，每次效益损失约288万元。

2008年5月曾因电机电流变送器IT4201B故障跑低联锁装置非计划停车，极大的影响装置效益。在停车抢修期间申请将该单点联锁改为2oo2低报联锁及示值偏差报警功能，可用性提高。具体方案为：（1）SIS中组态将原IT4201A/B任意一台70A低报联锁停车，改为IT4201A或IT4201B任意一台变送器低低报70A，且另一台亦同时达到低报80A，联锁触发停车。（2）组态增加IT4201A和IT4201B示值偏差报警，设定偏差为正负5A高报警。效果说明：（1）防止由于设备故障误报停车事故。（2）报警交叉设置有效防止测量临界状态联锁触发失效。（3）运行监控A/B变送器偏差诊断报警提醒操作员进行确认检查，能及早发现问题并采取维护措施。改造后如图1所示。

2014年7月6日，再次因为变电所的IT4201A故障突然指示零下触发电流低报及低低报警，而IT4201B显示197A，运行功率JI4201指示1660KW正常，因2oo2未触发联锁误动作停车。但装置运行情况下电气人员无法实施变送器更换或修复，并且装置离下次停车大修时间较长。此情况下只要IT4201B变送器故障或干扰等都会导致装置联锁停车，安全等级由2oo2降为1oo2。

2、处理方案分析与确定

由于电气无法在线修复，经分析，泵主电机PM-4001有单独的功率变送信号JI4201送往DCS作显示，且功率信号与电机的电流存在一定的比例关系，可利用功率信号在DCS系统中进行运算还原电流值，再通过DCS的AO通道硬线送往SIS的原IT4201A通道进行替换临时恢复联锁投运。

3、方案实施

3.1 DCS组态建点

电气功率转换为电流换算公式：IT4201A=JT4201/6/1.732/0.815，DCS系统建立RPV点IT4201A_2，输入公式将JT4201换算成电流，建立硬点AO点IT4201A_1，用于将换算的信号从DCS系统送至SIS系统。过程中遇到的问题：（1）AI点的RPV运算值无法直接送往AO输出，所以需要建立一个逻辑软点LG_II4201A_2用于连接和推送RPV运算值到AO输出点IT4201A_1。（2）功率通过公式转换为电流的量程设置为0～600AMP，而硬点AO只能接受RPV输送量程为0～100%，工程单位不对应，需要对RPV的值进行转换，所以在原公式中除以6即可。

3.2电缆敷设

3.2.1原SIS系统中来至电气变送器接入线使用的1X2X1.5接入，电缆的单层屏蔽在仪表系统端进行工作接地。当前DCS/SIS控制系统要有公共参考地，直流电源负极接地。由系统外的电源供电且信号接受源本身已经接地的情况下，设备或控制系统间的参考地之间存在电势差，因而形成接地环路，接地线环流会带来共模或串模干扰，极有可能导致系统不能正常工作。如图2所示：

仪表多点接地、直击或感应雷电、大型电力设备启停、开关操作浪涌、变频器或及线路敷设不合理都会引入干扰影响测量，并且会损坏控制系统中敏感的I/O卡。

3.2.2避免干扰。根据《石油化工接地设计规范》2.2.4，如果一条回路中的信号源和接收源都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离。所以对两系统间接地连接进行隔离，使原本相互联接的地线网络变为相互独立的单元，相互之间存在的干扰也将大大减小。所以需在DCS、SIS两系统间信号连接增加信号隔离，避免卡件通道信号及在用的其他通道信号造成影响，如图3所示。在电缆敷设方面使用了双屏蔽电缆单点接地，避免地下复杂的走线带入的附加干扰。

3.2.3隔离栅选用及信号测试。现有的备件型号为MTL 5042、P+F的KCD2-SCD-EX1（输出型）和HIX的1660A隔离器三种。由于在室内不涉及现场安全防爆限制能量问题，三个隔离栅理论上均能实现隔离功能。由于SIS的AI点为无源输入，DCS的AO为有源输出，从现场条件及安全栅性能参数分析，HIX的1660A无源隔离栅需要两端单独供电，取电不便。所以最终选用的安全栅P+F的KCD2-SCD-EX1（执行端）安装在DCS端较为合适。

为保万无一失，保证备件正常工作无故障。通过实际的测试，所有的输入式及输出式安全栅均可以实现信号的传递及隔离。经过万用表测量隔离栅的输入输出及供电端子的正、负极均不连通。使用信号发生器、万用表、进行五点上、下行测试，结果线性良好转换精度较高。

在隔离栅输入端接入DCS的AO通道，并给隔离栅供24VDC电后（供电由DCS端子柜中取得，即與DCS系统共地），通过前面DCS组态的RPV点IT4201_1给手动值走行程，用万用表在安全栅输出端进行五点测量，进一步校验回路功能，同时监控测量值响应速度。测试中从DCS给出阶跃信号到发生变化时间约1秒，能够满足工艺要求。

在测试过程中安全栅输出端万用表开路，安全栅输出高阻抗，DCS能够检测到开路而初始化报警，具有线路自诊断功能。而安全栅输入端开路，测试输出电流跑下限，能够实现故障安全功能。

3.3、旁路联锁及接线投用

接线前需将联锁进行摘除，在摘除IT4201A联锁时，务必将IT4201B同时旁路，避免误操作。旁路过程避免强制输入值，否则无法观察信号实时值。旁路完成后，隔离栅需先断电，将隔离栅输出端到SIS的AI端子连接（注意正负极）。一切就绪后上电，观察示值变化一段时间。完成投用后最后一道检查手段，可以使用FLUKE红外热像仪对TRICON信号采集板进行定时监控，检查发热量，一旦异常立即断开连接，确保系统正常运行。

4、经验总结

4.1改造方案制定前，需要对接线及投运的风险进行论证评估，实施工作前应充分准备，包括系统通道隔离方式、电路确认及施工过程可能的风险应对。

4.2重要回路中安全栅的使用要谨慎，选型的参数及测试需要满足现场安装要求，确保各环节的故障安全功能正常实现。

4.3在线作业前摘除联锁，务必将相关的联锁同时摘除，避免误操作的发生。且摘除时应该强制中间变量而非输入值，否则无法观察信号实时值。

4.4完成正负极正确接入后，可使用红外热像仪观察卡件温升情况，再投入使用。

4.5确认清楚DCS运算转换输入输出响应速度是否能够满足工艺联锁要求。

5、结束语

通过对轴流泵电流变送器IT4201A/B二取一联锁的改造，同时对遇到的问题进行分析、实践，以及进一步了解控制系统的结构及隔离栅在仪表系统中的应用。以此为基础对本装置存在的一些接地及抗干扰的共性问题进行排查，仍然存在隐患及缺陷，需要日后继续改造完善。

参考文献：

[1]SH-T3081-2003 《石油化工仪表接地设计规范》

[2]SH-T3018-2003 《石油化工安全仪表设计规范》

[3]TRICON V9-V10手册

[4]HONEYWELL Process Manager I/O Installation

[5]P+F安全栅选型手册