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水帘生产厂家PLC在催化裂化装置主风机自保中的应用三点加重法解
1 概述
大庆炼化公司林源生产区是一个以生产燃料油为主的石化企业。1989年投产的6×105t/a重油同轨催化裂化装置是该生产区的第二套催化裂化装置，1997年实施了技术改造，使其生产能力由现有的6×105t/a提高到8×105 t/a，由于处理量的增加，原主风机工程已不能满足生产的需要，因此在本次改造中决定更换该装置的主风机工程，将原主风机及仪表控制部分移至一套催化裂化装置，新的主风机及仪表控制部分移至一套催化裂化装置，新的主风机机组由原有的烟气轮机、新主风机、新变速齿轮箱机构、新的电动/发电机组成，并做到三机同轴，取消了烟气轮机与主风机之间的离合器；原主风机滑润油工程同时也做了部分改造，原主风机控制部分的全部二次仪表、机械量检测仪表一次元件及仪表盘等整体移至一套催化主风机控制室，新主风机机组的仪表控制及联锁保护工程需重新进行设计，由于取消了烟气轮机与主风机之间的离合器，因此对新机组的仪表控制及自动联锁保护工程设计提出了更高的要求。
2 主风机控制工程改造前的状况
主风机机组更新改造前，也是三机组同轴，所不同的是在烟气轮机与主风机之间不是由现在的联轴器连接，而是由英国生产的3S离合器来实现连接的，3S离合器的优点是使烟气轮机具有较大的操作弹性，可根据生产的需要或烟气轮机设备自身的状况随时开停烟气轮机，而不影响主风机的正常运行，3S离合器可以根据烟气轮机的转速自动实现烟气轮机轴与主风机轴之间离与合，但3S离合器也存在着有时振动大等特点。由于供货周期等各方面原因，本次主风机更新改造用联轴器取代了原来的3S离合器，在主风机电机选型时考虑了带动烟气轮机的负荷，即在烟气轮机未投用或开工时由电机同时带动烟气轮机及主风机转动，但是当烟气轮机设备本身出现故障时无法实现有3S离合器时那样单独停烟气轮机，而只能将主风机机组停下来解开烟气轮机与主风机之间的逻辑关系。原主风机仪表控制工程为FC系列仪表，机械量仪表为美国BENTLY公司生产的7200系列仪表，联锁保护工程由美国生产的M-84可编程序控制仪实现。
3 主风机自保工程实现
由于M-84可编程序控制仪采有梯形图编程方法，在实际应用中有很大的局限性，与现在流行的可把梯形图变在程序语言进行编程的可编程序控制器（PLC）相比，后者无论从价格还是使用方面都存在着很大的优势。因此，决定本次主风机更新改造常规仪表仍选用FC系列仪表，而主风机自动联锁保护工程由可编程控制器（PLC）来实现，具体型号为OMRON系列产品C60P，由于主风机自保工程的I/O点比较多，所以本次采用的PLC由C60P主机和扩展单两部分组成，共计有64点输入（INPUT）和56点输出（OUTPUT）；实际使用43点输入，53点输出，I/O点负荷达到80%，PLC的输入输出点电压为24VDC，送至电气专业的信号经中间继电器进行放大以满足电气专业的容量要求，同时也防止PLC输出接点容量超负荷而损坏PLC设备。主风机自保项目及投入自保后各阀门状态见表1，主风机自保逻辑关系原理图见图1、图2。
3.1 联锁功能的实施
由于主风机是催化裂化装置的关键设备，它的运行状况直接决定了装置的运行状态，如果不能正确处理主风机突发的非正常停机事故，将会导致催化装置严重的事故发生，后果是不堪设想的，因此，主风机机组的控制工程设计显得尤为重要，特别是自动联锁保护工程。为了保护机组设备，本次改造设计了机组紧急停机程序、机组正常启动联锁程序、机组自动操作程序、机组逆流保护程序及机组安全运行程序五个相互关联的机组自动联锁保护程序，详细逻辑关系见图1、图2。与原主风机相比，新增了机组正常启动联锁程序，由原来的操作人员开机前现场巡检逐个判断改为现在的由PLC自动判断，即由PLC自动判断润滑油压国、动力油压力、主风止回阀位置、静叶角度、紧急放空阀、烟气轮机保护蒸汽闸阀等是否达到机组启动前所要求的预定值，若某一启动条件不满足要求，会自动发出该条件不符合要求的声光报警提示操作人员机组目前尚不具备启动条件，不能启动，同时通过程序使主电机允许合闸信号无效，当全部启动条件都满足后，正常启动联锁程序会发出“启动待命”声光报警，同时向电气专业发出主电机允许合闸信号，只有这时按下“主电机手动合闸”按钮后才能启动主风机；通过机组正常启动联锁程序的设置，使机组启动前各启动条件的检查与确认变得快速、准确、简捷；所有的主要信息都能在报警光子牌显示，使复杂的过程变得一目了然。本次主风机更新改造自控设计中共设置了77个报警光子牌，基本满足了主风机组安全操作的需要，为机组的安全运行提供了强大的“预警”功能，是机组安全运行的可靠保障，同时也方便了操作。
3.2 联锁功能中开关的设置
为了便于工艺人员操作及仪表维护，在主风机机组逻辑联锁工程的设计中设置了7个手动开关或按钮，它们分别是手动紧急停主风机按钮、手动紧急打开放空阀按钮、主风机手动安全运行按钮、自保工程复位按钮、主风机实现自动操作按钮、烟气轮机自保切除/联锁开关及主风机自保切除/联锁开关，这些开关或按钮的设置增加了自动联锁保护工程操作上的灵活性，为机组的安全运行提供了保障。
分别设置主风机及烟气轮机自保切除/联锁开关，其目的是方便仪表维护人员对主风机机组参与自保仪表的维修，正常情况下两个自保切除开关始终处于“联锁”位置，当自保切除开关处于“切除”位置时，维护人员可正常维修与自保工程有关的设备，设置自保切除开关的目的是为了防止维修人员进行正常维修（或调校）时使该自保工程误动作，从而导致主风机的非正常停机，在两个自保切除开关处于“切除”位置时，不影响报警功能；主风机机组是催化裂化装置的关键设备，但主风机机组中的烟气轮机只是能量回收设备，是否运行直接影响装置的能耗水平，不影响催化裂装置的正常生产，当烟气轮机设备出现故障时，必须停烟气轮机，所以烟气轮机自保切除/联锁开关同时还起到烟气轮机不运行时从主风机机组总的逻辑联锁工程中切除来自于烟气轮机的自保信号，使主风机仍能正常运行，并且保护一了主风机机组自动逻辑联锁工程功能的完整性，考虑到“持续逆流”现象的特殊性及对主风机设备的危害性，主风机自保切除/联锁开关、烟气轮机自保切除/联锁开关均置于“切除”位置时，如果有持续逆流现象发生，自动逻辑联锁工程程序仍能自动实现紧急停机功能，保护机组设备的安全。
3.3 报警记忆功能
由于主风机机组停机大多数情况下为突发事故，自动逻辑联锁保护程序的设置就是为了防止突发事故的发生而损坏机组设备，然而作为机组的自动逻辑联锁保护程序只做到防止机组设备损坏是不够的，还必须能够记录下来主风机机组发生停机或进入安全运行时各重要参数的状态，亦即各重要参数的报警状态，这种功能有利于分析事故发生的原因，进而采取有针对性的措施，杜绝类似事故的再次发生。
在自动逻辑联锁保护程序中对图1、图2中的带“*”号的重要参数的报警实施了记忆功能，并在仪表盘内设置了记忆报警复位按钮，当机组发生停机事故或进入安全运行时，自动逻辑联锁程序会自动记忆上述报警信号的状态，使报警光子牌中这些报警在进行记忆报警复位前始终保持机组停机或进入安全运行时的状态，在进行逻辑关系设计时，充分考虑了主风机事故停机后需重新开机的实际情况，在停机事故发生后，可以通过仪表盘上的主风机自保切除/联锁开关使自动逻辑联锁保护程序向电气发出的主风机主电机跳闸信号复位，达到能够重新开主风机的目的，当工艺操作人员记录下这些记忆报警信号的状态后由仪表维护人员进入仪表盘内按下记忆报警复位按钮，使这些记忆报警复位。
3.4 工程的可靠性
由于主风机机组是催化裂化装置的关键设备，从安全角度出来，为了使仪表控制工程及自动逻辑联锁保护工程在供电工程事故停电状态下，仍然能够实现自动逻辑联锁功能及维持必要的操作，配备了不间断电源（UPS）工程，做到了既使在主风机岗局部短时间停电的情况下，仍能保证自动逻辑联锁保护工程正常工作。另外，为了提高自动联锁保护工程的可靠性及准确性，对润滑油压力过低和动力油压力过低两个参与自保的信号采取了三取二的措施，烟气轮机转速采用了美国BENTLY公司的超速保护工程，使工程的可靠性得到进一步提高。
4 改造后投用情况
催化裂化装置主风机机组更新改造完成后，投用3年多的时间，没有出现由于该套自动联锁保护程序工程本身的原因而导致主风机机组自保工程产生误动作。通过这3年多的实际运行检验，本次主风机更新改造过程中自动逻辑联锁保护工程的设计是成功的，能够在线修改和检查程序，达到了预期的目的。
但是，一套好的工程要使其始终正常发挥作用，必须有一套完整的维护试验措施，并能做致持续严格地执行下去。自改造完成后，按生产部门的要求，在一年一次的装置大检修中由供电、仪表、工艺生产车间三家联合对自动联锁程序工程逐点逐项地进行一次全面的模拟试验，发现问题及时解决，并对每次试验结果做详细记录，这些工作是保证主风机组自动保护工程正常工作的重要前提。
中国铝业青海分公司第一电解厂160kA260台预焙电解槽1987年投产，年产10万t，并建有两套具有20世纪80年代技术水平的电解干法净化工程，干法净化工艺流程从功能上主要包括电解槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械通风五个部分。机械通风由6台800KW锅炉引风机完成，机械通风是整个净化工程的主动力源，净化工程的烟气输送、氧化铝输送、除尘器等均在负压状态下操作，不向外界排放污染物。但是排烟机锅炉引风机的故障率较高，特别是风机振动问题引起的机械故障较多，严重影响净化效果。风机的振动：风机转子振动类型有横向振动，轴向振动及扭转振动，其中横向振动对机械动转的影响最为严重，因此横向振动是振动检测的主要对象。风机在运转一段时期后，由于叶轮的磨损，致使风机工作时振动超差。
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2 主风机控制工程改造前的状况
主风机机组更新改造前，也是三机组同轴，所不同的是在烟气轮机与主风机之间不是由现在的联轴器连接，而是由英国生产的3S离合器来实现连接的，3S离合器的优点是使烟气轮机具有较大的操作弹性，可根据生产的需要或烟气轮机设备自身的状况随时开停烟气轮机，而不影响主风机的正常运行，3S离合器可以根据烟气轮机的转速自动实现烟气轮机轴与主风机轴之间离与合，但3S离合器也存在着有时振动大等特点。由于供货周期等各方面原因，本次主风机更新改造用联轴器取代了原来的3S离合器，在主风机电机选型时考虑了带动烟气轮机的负荷，即在烟气轮机未投用或开工时由电机同时带动烟气轮机及主风机转动，但是当烟气轮机设备本身出现故障时无法实现有3S离合器时那样单独停烟气轮机，而只能将主风机机组停下来解开烟气轮机与主风机之间的逻辑关系。原主风机仪表控制工程为FC系列仪表，机械量仪表为美国BENTLY公司生产的7200系列仪表，联锁保护工程由美国生产的M-84可编程序控制仪实现。
3 主风机自保工程实现
由于M-84可编程序控制仪采有梯形图编程方法，在实际应用中有很大的局限性，与现在流行的可把梯形图变在程序语言进行编程的可编程序控制器（PLC）相比，后者无论从价格还是使用方面都存在着很大的优势。因此，决定本次主风机更新改造常规仪表仍选用FC系列仪表，而主风机自动联锁保护工程由可编程控制器（PLC）来实现，具体型号为OMRON系列产品C60P，由于主风机自保工程的I/O点比较多，所以本次采用的PLC由C60P主机和扩展单两部分组成，共计有64点输入（INPUT）和56点输出（OUTPUT）；实际使用43点输入，53点输出，I/O点负荷达到80%，PLC的输入输出点电压为24VDC，送至电气专业的信号经中间继电器进行放大以满足电气专业的容量要求，同时也防止PLC输出接点容量超负荷而损坏PLC设备。主风机自保项目及投入自保后各阀门状态见表1，主风机自保逻辑关系原理图见图1、图2。
3.1 联锁功能的实施
由于主风机是催化裂化装置的关键设备，它的运行状况直接决定了装置的运行状态，如果不能正确处理主风机突发的非正常停机事故，将会导致催化装置严重的事故发生，后果是不堪设想的，因此，主风机机组的控制工程设计显得尤为重要，特别是自动联锁保护工程。为了保护机组设备，本次改造设计了机组紧急停机程序、机组正常启动联锁程序、机组自动操作程序、机组逆流保护程序及机组安全运行程序五个相互关联的机组自动联锁保护程序，详细逻辑关系见图1、图2。与原主风机相比，新增了机组正常启动联锁程序，由原来的操作人员开机前现场巡检逐个判断改为现在的由PLC自动判断，即由PLC自动判断润滑油压国、动力油压力、主风止回阀位置、静叶角度、紧急放空阀、烟气轮机保护蒸汽闸阀等是否达到机组启动前所要求的预定值，若某一启动条件不满足要求，会自动发出该条件不符合要求的声光报警提示操作人员机组目前尚不具备启动条件，不能启动，同时通过程序使主电机允许合闸信号无效，当全部启动条件都满足后，正常启动联锁程序会发出“启动待命”声光报警，同时向电气专业发出主电机允许合闸信号，只有这时按下“主电机手动合闸”按钮后才能启动主风机；通过机组正常启动联锁程序的设置，使机组启动前各启动条件的检查与确认变得快速、准确、简捷；所有的主要信息都能在报警光子牌显示，使复杂的过程变得一目了然。本次主风机更新改造自控设计中共设置了77个报警光子牌，基本满足了主风机组安全操作的需要，为机组的安全运行提供了强大的“预警”功能，是机组安全运行的可靠保障，同时也方便了操作。
3.2 联锁功能中开关的设置
为了便于工艺人员操作及仪表维护，在主风机机组逻辑联锁工程的设计中设置了7个手动开关或按钮，它们分别是手动紧急停主风机按钮、手动紧急打开放空阀按钮、主风机手动安全运行按钮、自保工程复位按钮、主风机实现自动操作按钮、烟气轮机自保切除/联锁开关及主风机自保切除/联锁开关，这些开关或按钮的设置增加了自动联锁保护工程操作上的灵活性，为机组的安全运行提供了保障。
分别设置主风机及烟气轮机自保切除/联锁开关，其目的是方便仪表维护人员对主风机机组参与自保仪表的维修，正常情况下两个自保切除开关始终处于“联锁”位置，当自保切除开关处于“切除”位置时，维护人员可正常维修与自保工程有关的设备，设置自保切除开关的目的是为了防止维修人员进行正常维修（或调校）时使该自保工程误动作，从而导致主风机的非正常停机，在两个自保切除开关处于“切除”位置时，不影响报警功能；主风机机组是催化裂化装置的关键设备，但主风机机组中的烟气轮机只是能量回收设备，是否运行直接影响装置的能耗水平，不影响催化裂装置的正常生产，当烟气轮机设备出现故障时，必须停烟气轮机，所以烟气轮机自保切除/联锁开关同时还起到烟气轮机不运行时从主风机机组总的逻辑联锁工程中切除来自于烟气轮机的自保信号，使主风机仍能正常运行，并且保护一了主风机机组自动逻辑联锁工程功能的完整性，考虑到“持续逆流”现象的特殊性及对主风机设备的危害性，主风机自保切除/联锁开关、烟气轮机自保切除/联锁开关均置于“切除”位置时，如果有持续逆流现象发生，自动逻辑联锁工程程序仍能自动实现紧急停机功能，保护机组设备的安全。
3.3 报警记忆功能
由于主风机机组停机大多数情况下为突发事故，自动逻辑联锁保护程序的设置就是为了防止突发事故的发生而损坏机组设备，然而作为机组的自动逻辑联锁保护程序只做到防止机组设备损坏是不够的，还必须能够记录下来主风机机组发生停机或进入安全运行时各重要参数的状态，亦即各重要参数的报警状态，这种功能有利于分析事故发生的原因，进而采取有针对性的措施，杜绝类似事故的再次发生。
在自动逻辑联锁保护程序中对图1、图2中的带“*”号的重要参数的报警实施了记忆功能，并在仪表盘内设置了记忆报警复位按钮，当机组发生停机事故或进入安全运行时，自动逻辑联锁程序会自动记忆上述报警信号的状态，使报警光子牌中这些报警在进行记忆报警复位前始终保持机组停机或进入安全运行时的状态，在进行逻辑关系设计时，充分考虑了主风机事故停机后需重新开机的实际情况，在停机事故发生后，可以通过仪表盘上的主风机自保切除/联锁开关使自动逻辑联锁保护程序向电气发出的主风机主电机跳闸信号复位，达到能够重新开主风机的目的，当工艺操作人员记录下这些记忆报警信号的状态后由仪表维护人员进入仪表盘内按下记忆报警复位按钮，使这些记忆报警复位。
3.4 工程的可靠性
由于主风机机组是催化裂化装置的关键设备，从安全角度出来，为了使仪表控制工程及自动逻辑联锁保护工程在供电工程事故停电状态下，仍然能够实现自动逻辑联锁功能及维持必要的操作，配备了不间断电源（UPS）工程，做到了既使在主风机岗局部短时间停电的情况下，仍能保证自动逻辑联锁保护工程正常工作。另外，为了提高自动联锁保护工程的可靠性及准确性，对润滑油压力过低和动力油压力过低两个参与自保的信号采取了三取二的措施，烟气轮机转速采用了美国BENTLY公司的超速保护工程，使工程的可靠性得到进一步提高。
4 改造后投用情况
催化裂化装置主风机机组更新改造完成后，投用3年多的时间，没有出现由于该套自动联锁保护程序工程本身的原因而导致主风机机组自保工程产生误动作。通过这3年多的实际运行检验，本次主风机更新改造过程中自动逻辑联锁保护工程的设计是成功的，能够在线修改和检查程序，达到了预期的目的。
但是，一套好的工程要使其始终正常发挥作用，必须有一套完整的维护试验措施，并能做致持续严格地执行下去。自改造完成后，按生产部门的要求，在一年一次的装置大检修中由供电、仪表、工艺生产车间三家联合对自动联锁程序工程逐点逐项地进行一次全面的模拟试验，发现问题及时解决，并对每次试验结果做详细记录，这些工作是保证主风机组自动保护工程正常工作的重要前提。
中国铝业青海分公司第一电解厂160kA260台预焙电解槽1987年投产，年产10万t，并建有两套具有20世纪80年代技术水平的电解干法净化工程，干法净化工艺流程从功能上主要包括电解槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械通风五个部分。机械通风由6台800KW锅炉引风机完成，机械通风是整个净化工程的主动力源，净化工程的烟气输送、氧化铝输送、除尘器等均在负压状态下操作，不向外界排放污染物。但是排烟机锅炉引风机的故障率较高，特别是风机振动问题引起的机械故障较多，严重影响净化效果。风机的振动：风机转子振动类型有横向振动，轴向振动及扭转振动，其中横向振动对机械动转的影响最为严重，因此横向振动是振动检测的主要对象。风机在运转一段时期后，由于叶轮的磨损，致使风机工作时振动超差。
离心锅炉引风机型号y4－73－11No、28D，轴功率为800KW，转速为750r／min，流量为500000m3／h，是整个净化工程烟气流动的动力源，将净化处理的干净烟气排入大气。
在工作过程中我们通常用单面三点加重法来解决风机的现场动不平衡问题。
操作步骤：第一步：清除叶片上的积灰或积粉；第二步：选取试重；第三步：加重测振；第四步：加重校正。
测试时初始振速V0＝20mm／s选取试重M＝400g在叶轮上标示P1（α＝0°），P2（α＝120°），P3（α＝240°）三点，分别加试重M，并测得振速分别为V1＝10mm／s，V2＝21mm／s，V3＝30mm／s。依下列公式计算得：K2＝（V12＋V22＋V32－3V02）／3M2＝0.0005m
x＝（V12－V02）／（2MK2）－M／2＝－950my＝（V22－V32）／（2√3MK2）＝－665m＝√m
x2＋my2＝1159.6α＝tg－1（my／mx）＝38.9°试验结果：在叶轮218.9°位置加重1159.6g时，达到了现场动不平衡消振的要求。
三点加重法在解决风机的动不平衡问题得到广泛运用，这种方法操作简便，所需设备只需一块测振仪，整个解决问题的时间不超过2小时，缩短风机的停机时间，从根本上解决风机的振动问题，保证风机的正常运行，提高了净化效率。
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