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大型空分装置的仪控电源系统设计分析

作者: 发布时间:2019-11-08 17:37:15 阅读: 94 次

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型空分装置的仪控电源系统设计分析 

摘要:本文对空分仪控系统进行简要介绍,包括系统构成、控制要求和选用原则等方面,并从直流电源和交流电源两种类型着手,对仪控电源系统进行设计,最后通过模拟空投调试、实践运行测试、静态调试等方式进行系统测试,力求通过强化电源设计,使控制系统的运行更加安全可靠。

关键词:空分装置;仪控电源;系统设计

 

引言:新时期背景下,石油、冶金、化工等行业的生产规模日渐扩大,尤其对于煤化工业来说,对大型空分装置的需求量逐渐增加,空分分离设备作为原料气和保护气投入使用,具有质量高、性能好、安全环保等特征。根据以往经验,因仪表故障而出现停车的情况屡见不鲜,因此对空分仪控电源系统设计提出较高要求。

1. 空分仪控系统概述

1.1系统构成

    现阶段,空分仪控系统中以DCS集散控制系统为主,包括PLC、打印机、工控机、二次仪表、电磁阀柜、调节法等多个部件构成,分别应用于监控系统、执行系统、检测变松装置等方面。

1.2控制要求

在标准化生产过程中,空分装置主要为生产装置,具有监控点多、周期长等特征。在中控DCS画面中可对压力、温度、流量、液位等相关装置、参数信息进行实时显示和控制,并在DCS中实现对机泵、程序、阀门等装置的开关操作,对操作画面具有较强的控制性,开车逻辑尽量详细、各项参数完整显示,查询要便利、报警及时、故障联锁清楚等等,具体要求如下:

(1)在系统控制方面以DCS为主,现场配合检测,不同设备和机泵中应设置操作柜和仪表,保障在紧急情况下可立即停车;

(2)控制系统的主要范围涵盖整个单元,包括设备开启和停止、机泵运行和停止、全部自调阀门开关等等,对各项仪表的检测点数量进行实时显示;

(3)对于不同的设备、单元来说,应配置相应的检测系统和联锁保护,应由中控DCS进行统一控制;

(4)在联锁和报警方面应更加明确,在报警过程中不可出现联锁动作;

(5)对于不同报警信息和控制回路来说,应确保回路的独立性;

(6)在产品纯度、水分、杂志生产过程中,应包含中控DCS;

1.3选用原则

为了使空分装置仪控、工艺等符合控制要求,空分装置应构建有效的控制系统,在控制系统的选用方面应遵循以下原则。

一是可靠性原则。空分装置的内部构件众多,且工艺复杂,与其他生产流程之间存在紧密联系,一旦空分系统出现故障问题,势必会因联锁反应导致整个工厂陷入瘫痪,带来巨大经济损失,可见系统运行可靠性的重要。在规定条件下,装置应保质保量的完成规定工作,根据平均故障时间衡量其可靠性,间隔越长,系统的可靠性便越高;

二是先进性原则。在信息时代背景下,DCS和PLC等系统功能在不断完善,系统更新换代速度加快,先进性成为系统评估的主要指标之一。因此,不但要单纯满足CPU指标,还要求系统自身发展现状与DCS行业趋势一致,采用国际标准、软件技术、控制策略等提高系统先进性[1]

三是经济性原则。从成本控制的角度考虑系统经济性,通常情况下,在性能条件相同的情况下,性价比更高者优先,在运行中可与通用设备直接相连,使运行成本降低,还要考虑到系统投入使用后续的维护、维修等费用,易损设备的价格、维修频率等等,应确保良好的售后和技术支持。

2. 空分仪控电源系统设计

    在计算机、通信技术飞速发展背景下,DCS系统和智能仪表的应用日渐广泛,要想提高仪表和控制系统的运行可靠性,不但要注重ESD和DCS系统,还要注重它们的动力来源,即电源系统运行的可靠性。

2.1直流电源设计

    目前工厂所使用的自动控制系统大多为24V直流供电系统,在电磁电源、I/O卡件驱动电源、继电器联锁保护等多个方面均为直流电源。但是,当直流供电网出现故障时,将会对整体控制系统、生产装置安全构成严重威胁。某工厂安装两台西门子SITOP直流电源,其中输出值为24VDC,额定值为10A,此种电源具有自动启动、短路保护等功能,可实现并联使用。在实际工作中,将两台10A的直流电源并用完成冗余配置,UPS供电具有较强的可靠性,可提高直流电的安全性。在设计过程中,虽然SITOP直流电源可完成并联应用,但为了使两台电源之间实现并联,在整机输出端口可将两个正向导通二极管接入其中,防止因直流电输出不同电压对环流产生不良影响[2]

2.2交流电源设计

在大型石化生产装置中,按照相关规定,一级负荷通常是指当装置电源突然切断时,对后续生产工作造成的不良影响与经济损失,待到负荷恢复后需要较长的时间才能使用电负荷满足大型装置的运行需求,具有代表性的一级负荷为DCS、PLC和ESD等。控制系统属于总装置的重要组成部分,可将仪控电源进行统一调配。由于一级负荷的平均无故障时间可达百万小时,但单一的UPS工作时间只有十万小时,且还有一些设备的工作时间更短,因此厂家对无故障工作时间的计算采用以下几种方式:

(1)模型计算。对全部元器件间的相互关系进行汇总,构建可靠性模型,根据模型进行计算,得出不同元器件的可靠性数据;

(2)实验分析。当设备的数量固定且规定时间、条件均确定的情况下,可根据实际情况和相关方式对可靠性结果进行计算;

(3)故障统计。按照市场中应用较为稳定的产品,对其应用故障情况进行统计,在此基础上对产品的可靠性进行反应。

由于使用情况不尽相同,UPS质量方面也存在诸多差异,在实际应用过程中,UPS电源系统运行具有较强的可靠性,与预测值相比较低,单套UPS电源相互串联后形成联锁系统,使仪控系统的可靠性因此受到制约。在电源系统设计过程中,总结以往工作经验,通过三台UPS电源冗余并联的方式设计出供电体系,且每台UPS容量在30kvA左右[3]

当系统正常运行时,由两路380V交流电源为母线提供电流,电源经过ATS后合二为一,有效防止工作频率锁相问题产生。在ATS的帮助下,交流电源形成热备配置,当电源在同一时间出现断电情况时,发电机组将会自动重启,在30s后替代外供交流电,向母线输送电流,这样做使UPS成为一用两备。在工业生产中,三台UPS呈现并联,从厂家引入智能直接并机均流技术,使两台发电机的容量一致,使UPS得以安全可靠的运行。在并机方案实施过程中,必须确保每个控制板上均配置专门的逻辑控制板,做好并机通讯连接工作,使任意UPS均可实现同频、同相、同输出电压运行,当任意UPS输出端与母线并联后,可借助配电柜实现负载供电,这样做便可延长供电系统平均无故障时间,使其与单台UPS相比,超过十倍不止。

在三台UPS均处于正常工作的情况下,任意电源模块均可平摊负载电流,当其中某个UPS电源出现故障时,在并机程序的命令下可将其所对应的UPS罐壁,并将静态开关断开,这样可使故障设备脱离总电路而独立存在,此时剩余的电源将对负载进行再次平分。当系统出现过载量时,可超出全部UPS的输出量,且任意UPS同时进行电路切断,利用旁路维修开关将剩余三台UPS进行脱离维修,并在正常运行的情况下开启维修旁路,禁止闭合电闸。如若在系统运行的过程中,380V电源突然断电,则剩余UPS将转换电池逆变运行,上述操作均为自动完成,在任意状态发生变化时,都会出现报警提示,并发出检测信号。

3. 系统测试与分析

3.1模拟空投调试

主要目的是对报警、程序运行、联锁等是否发生动作进行检测。在报警调试过程中,由工程师站模拟数值,在操作站中观察DCS是否能够正常响起警报,通过测试可知,只有LIA7201没有正常响起警报,剩余均正常,通过检查发现,主要由于数值设置错误引起,通过重新设定后联锁逻辑已经恢复正常。

3.2实践运行测试

通过开车判断机组振动系统联锁的运行情况,按照正常数据进行联锁设定后,发现振动与运行振动相比较大,出现联锁跳车情况,经过分析后,将振动联锁逻辑转变为高值联锁动作数值,待到正常运行后,再将联锁值降低。经过测试,联锁动作已经恢复正常[4]

3.3静态调试

    对中控DCS输入命令与当前动作的一致性进行对比,判断现场动作反馈信息是否与其保持一致,主要包括设备机泵开启和闭合,温度点、压力点是否正常等。在调试过程中,部分机泵无法启动,经过检查发现,部分压力点、温度点的NaN没有数值,将检查系统引入其中,使现场线路和接口中存在的问题得到有效解决。

结论:综上所述,在计算机控制系统应用过程中,常常忽视电源系统设计的重要性,导致安全隐患难以及时消除。对此,应积极强化电源设计,及时有效的解决线路和接口等方面存在的问题,使控制系统得以稳定运行,为设备运行提供充足的动力支持,促进工业行业的健康可持续发展。

参考文献:

[1]赵阳, 汪泓. 大型空分设备仪控设计方法和DCS选型[J]. 深冷技术, 2018(5):20-26.

[2]刘卫红, 谢善翔, 任红格. 空分仪控系统设计经验谈[J]. 科技情报开发与经济, 2017, 19(5):227-228.

[3]秦洪涛, 齐春辉. 煤化工中大型空分装置自控系统电源系统设计[J]. 工业仪表与自动化装置, 2017(3):91-93.

[4]杨筝, 秦洪涛. 煤化工中大型空分装置的仪控电源系统设计[J]. 化工自动化及仪表, 2018, 35(6).