关于化工大型机组在线监控的设计

一、西门子透平机结构分析

西门子透平机为涡轮压缩机型, 径向设计以及型号为3 (2) VRZ 250/430/12 G;其基本结构为:压缩机设备构成主要包括带有中间冷却功能的2-级离心式压缩机、涡轮行星齿轮、传动压缩机、可用于压缩机相互接合的基础框架、齿轮设备&传动电动机、中间冷却器&带有连接管线的二次冷却器以及润滑油系统、密封气体系统和所测量&管控。

二、在线监控控制系统介绍

对于涡轮压缩机而言, 其设计流控制范围一般在45%至100%之间。较低控制范围内的限制, 主要取决于气体的有效输入、或者输出状态 (压力、抽吸温度、排放温度和气体组成) 和现有导向装置 (入口导向叶轮以及出口位置的扩散叶轮) 位置。实践中, 若气体流量节流过多, 则压缩机就会出现喘振现象, 并且伴随着机器运作与强烈的振动, 进而导致机器受损。比如, 叶片出现断裂现象。对于防冲击控制而言, 其主要目的在于确保其不能达到冲击限制范围只能。基于此, 三套自动保护系统的设计, 主要是为了能够有效地避免出现喘振现象。

实践中, 利用氮气对压盖进行密封, 以此来防止产品气体从压缩机中进入到机器设备时出现渗漏现象。在实际操作过程中, 密封气体流入的压力一定要比受控压盖室内压力要高。在连续运行过程中, 应当保证压盖的安全可靠性。对于防喘振控制而言, 每个检测周期时间范围内, 自动检测过程中排放压力PT2457 (在SIMATIC C7上的X13 A13-I) 的压力呈现出梯度变化。如果在100毫秒检测周期时间内, 超过设定压力梯度时, 不管正向还是负向压力变化梯度, 在线监控系统会自动启动计数器计数。以下结合喘振控制说明, 模拟透平机出口压力波动过程中出现的具体情况。以下按周期进行说明:第一个周期时间内, 检测到的相关压力梯度。检测到正向超过梯度, 喘振复位时间计时开始, 喘振计数器从5次逐渐向0次计数, 共计4次;检测到压力梯度出现负向超压梯度时, 计数器计数3次。实践中, 若连续出现的2个压力梯度都有超限现象, 则喘振报警系统就会启动。之所以会出现这一情况, 主要是在透平机出口压力产生超限波动, 或者由于压力变送器自身存在着一定的故障问题, 到产生一系列信号误差问题, 透平机喘振报警系统被触发。当喘振报警系统被触发以后, 应当尽快查看透平机参数, 然后判断故障问题。透平机出口压力波动、或者压力变送器存在着故障问题。在第二周期时间内, 10秒钟喘振复位时间范围内, 尽管出现了压力梯度变化情况, 但正、负向均没有超过预设压力梯度范围, 喘振计数器不会自动启动, 此时喘振计数直接复位。之所以会出现该种情况, 主要是因为透平机喘振保护系统允许机组在一定范围内, 出现波动、允许机组在10秒钟的复位时间内, 出现2个超限波动。第三运行周期时间内, 10秒钟喘振复位时间, 连续出现3次正、负向的压力梯度超限现象, 喘振计数器从5次降至0次。此时, 触发喘振报警系统, 未复位, 产生喘振联锁, 立即停车。之所以会出现该种情况, 主要是因为透平机组喘振保护设备, 不允许机组出口压力出现超过2次超限波动、持续压力变化情况。基于此, 在机组运行维护过程中, 透平机出口压力变送器出现了相关的故障问题, 导致压力信号在较短时间范围内达到满量程;实际上, 透平机联锁停车现象的发生, 也属于这类情况。控制的负向和正向压力梯度设定值和造成喘振联锁的梯度超限设定次数。

三、大型机组在线监控的设计

1.大型机组在线监控的设计思想:

(1) 分区域集中采集, 统一监控

依据华泰氯碱厂设备数量多、分布相对集中的特点, 本方案建议采用基于区域集中、统一监控的监测方案, 即以车间为区域监测单元, 通过各节点利用西门子PLC控制, 然后把所有信息集中于MES监控中心, 统一监控, 实现监管控一体化。

(2) 整体考虑, 分步实施

本方案建议首先解决独子关键大型机组的在线监测, 其余的设备或者其他设备以后实施, 这样可以最大限度地保障设备资产效益最大化, 突出监测效果。

(3) 注重效果, 突出效益

本方案涉及的关键设备, 传感器、采集方式、监测分析方法及数据管理方式均考虑设备的特殊性、环境条件。项目将对状态检修起指导作用, 对提高经济效益起到技术保障作用。

(4) 易于扩展, 维护方便

本方案采用网络化系统, 采集器及借口标准化设计, 为以后的扩展和维护提供方便。系统服务器采用工业化专用设计, 通讯协议标准化, 能方便MES的通讯。

(5) 冗余设计, 可靠第一

关键的测量点采用冗余设计, 确保整个系统稳定、可靠。以透平机举例, 按照国外设计理念, 穿插讲解

透平机组硬件系统进行划分。

根据透平机硬件系统, 可以划分为:5个大的系统。因此, 我们设计机组在线监控的时候, 需要根据机组的硬件系统进行划分, 充分根据机组的保护要求, 设计机组的系统监控保护。

自动化的概念基于工作状态

透平机从硬件的监控, 只能保证各硬件系统独立的安全工作状态, 作为整套机组来讲, 各硬件系统不是独立存在的, 而是在各个工作状态协同工作。因此, 为了保证整体机组的安全可靠运行, 在线监控的理念应该来源于机组的各个工作状态, 国外设计师, 把机组的连续运行划分为5个状态:不工作状态, 待机状态, 启动状态, 正常运行状态, 正常关机状态。

摘要：本文以西门子压缩机为例, 讲述集散控制系统对大型机组的控制。集散控制系统具有寄存所有压缩机测量点, 计算需要的反馈和顺序控制, 以及操纵执行机构。控制系统由以下功能组成:1、特性控制2、压缩机启动和停止顺序控制3、辅助设备控制, 比如润滑油路系统。

关键词：仪表,集散控制系统,自动化控制系统