DCS系統在閃電停運離心泵恢復啟動中的應用

摘要: 離心泵的連續穩定運行是生產裝置高效平穩運行的根本保障。中原油氣高新股份有限公司第二氣體處理廠利用DCS系統解決閃電停運離心泵的瞬間恢復啟動問題，極大地降低了閃電對輕烴裝置連續生產造成的影響。
關鍵詞：DCS系統 閃電 離心泵 恢復啟動
0 引言
中原油氣高新股份有限公司第二氣體處理廠25000噸／年輕烴深加工裝置為典型的連續精餾操作單元，生產過程中對各種工藝參數的變化范圍要求嚴格， 參數波動會嚴重影響輕烴產品質量。中原油田供電網絡處于豫北電網的末端， 電壓波動較大，閃電現象頻繁， 閃電經常造成離心泵等用電設備停運。停運設備的恢復啟動由人工操作完成。由于運轉動力設備偏多，恢復啟動操作所需時間較長， 系統運行參數波動，較長時間波動偏離正常值，嚴重影響了輕烴裝置生產的連續運行。系統運行參數調整正常一般需要8～1 2h，每次調整期大約消耗輕烴原料40～60m ，天燃氣4000～6000m ，經濟損失較大。
閃電時引起離心泵停運， 若在較短的時間（如1～2 S）內恢復啟動離心泵， 則閃電幾乎不會影響輕烴裝置的連續運行。這由人工操作已無法實現，但利用先進的自動化控制系統則可在瞬間完成。
第二氣體處理廠25000噸／年輕烴深加工裝置自動化控制系統采用YOKOGAWA 公司的DCS（CS3000）控制系統， 閃電時DCS系統可迅速檢測到離心泵停運。通過對離心泵啟動控制電路進行技改， 使它遇到閃電時，DCS系統瞬間發出一個時間為2 S的啟動信號， 并自動完成停運離心泵的恢復啟動操作， 極大程度地消除了閃電對輕烴裝置的影響。
1 閃電現象產生原因
由于高壓架空配電線路均安裝有自動重合閘系統， 因此線路一旦發生故障跳閘， 系統將自動進行一次重合閘， 若此時故障消除，則高壓配電系統供電恢復正常（表現為： 系統電壓瞬間下降，又瞬間恢復正常，時間最長不超過1．25 S）。若線路跳閘的故障依然存在，則重合閘后加速開關跳閘切斷高壓配電線路。一次成功的重合閘對下游用戶的表現就是供電系統發生一次閃電，據資料統計2003年中原油田供電公司高壓架空線路故障約80％ 為瞬時性故障， 即系統重合閘約有8 0％ 的成功率。
2 離心泵直接恢復啟動的可行性
離心泵正常啟動前要關閉出口閥， 原因是：降低離心泵的啟動負荷， 以減小電機的啟動電流，使其在功率最小的條件下啟動。遇到閃電離心泵停運時， 能否不關閉出口閥直接啟泵成為解決問題的關鍵。
當離心泵停運時， 慣性電機沒有立即停下， 有一個逐漸減速然后到靜止的過程。電機的啟動電流與電機負荷和轉子轉差率等因素有關， 即轉差率越大， 啟動電流也就越大。電機轉子靜止啟動時， 轉差率最大； 在其較高轉速下啟動，轉差率較小。因此遇到閃電時電機轉子靠慣性運轉時期， 轉差率比電機靜止狀態下要小， 此時轉子轉速尚未完全降低到零時對其恢復啟動，其啟動電流應該比靜止狀態下的啟動電流小。
對此我們選擇1臺離心泵，對其電機停運后的瞬間恢復啟動電流進行了測試（電機的額定電流為1 5A）。經試驗測定，其關閉出口閥正常啟動時最大啟動電流為90A，在未關閉出口閥條件下，針對不同時間間隔的電機恢復啟動電流統計見表1。

由試驗數據可知， 閃停在3 S以內時， 電機恢復啟動電流均低于電機正常啟動電流值。而供電系統閃電的時間一般不會超過1．2 5 S，此刻在未關閉出口閥條件下電機的恢復啟動電流要小于電機正常啟動的電流， 因此離心泵閃停3 S內對電機進行恢復啟動可行。
3 解決方案
利用Dc s系統可以監測供電系統是否發生閃電，一旦閃電引起離心泵停運，則由DCS系統發出一個時間為2 S的啟動信號瞬間對停運離心泵進行恢復啟動操作。若閃電后供電系統能在2 S內恢復，則離心泵恢復啟動可以成功完成，反之，恢復啟動操作中止， 待供電系統正常后， 由人工手動操作完成 其恢復啟動操作過程的具體實現由閃電停運檢測電路、恢復啟動控制電路和Dcs系統組態3部分協作完成。
3．1 閃電停運檢測電路
閃電停運檢測電路圖如圖1。元器件的選型及要求：由于閃電時間很短， 為給DcS系統足夠的反應時間，K1可選用一停電瞬時斷開、來電延時閉合時間繼電器， 其時間整定值為5 S， 以確保恢復啟動信號動作準確；K1同時又要做電源檢測元件， 因此要求K1的返回系數要高， 不能低于0．6， 否則， 其動作靈敏性偏低， 可能發生閃電離心泵停運后， K1還沒有動作。一般控制用交流接觸器的返回系數為為0．4，K1的返回系數為0．6以上時，可以杜絕上述現象的發生。

檢修開關1、2可以做到更換K 1時不影響系統正常運行。當K 1發生故障需要更換時， 可以把檢修開關2合上，確保DCS系統不會接收到錯誤的停運信號，再把檢修開關1斷開更換K 1，在K 1更換完畢后，合上檢修開關1，再斷開檢修開關2，此刻系統恢復正常。接線： 電源檢測元件的線圈接于總電源開關的
輸出端，其來電延時閉合觸點接到DCS系統的開關量輸入端口。
3．2恢復啟動控制電路
恢復啟動控制電路如圖2。

3．3 DCS系統組態
第二氣體處理廠自動化控制系統采用DCS（CS3000）控制系統， 具體組態過程為：
（1）建立4個I／O點：①供電指示輸入點K1-DI；②泵運行指示輸入點K2-DI； ③控制啟泵輸出點K3-DO； ④ 內部開關K4。
（2）采用LC64[Logic chart]模塊對離心泵運行與供電指示狀態及恢復啟泵控制輸出進行系統組態，
其邏輯關系見表2。

由表2可知其邏輯關系為： 只有當閃電離心泵停運與系統停電兩者同時發生時，DCS系統恢復啟泵控制輸出才能閉合。為防止K 1故障斷開， 造成離心泵自動恢復啟動現象發生， 一旦閃電離心泵停運與系統停電兩者同時發生時， DCS系統輸出閉合，延時2 S后斷開。其DC S組態邏輯關系圖如圖3。

（3）建立供電狀態監視光字牌。
（4）利用DCS系統組態報警事件，建立順控表，當K I斷開后， 觸發供電狀態監視光字牌， 提醒操作人員發生閃電。

3．4工作過程
（1）閃電離心泵停運時，Kl動作，其觸點發出一個開關斷開信號給DCS系統。
（2）DCS系統收到Kl的開關斷開信號后，控制其DC S系統開關輸出閉合2 s后斷開。
（3）如果停電超過2s，DCS系統開關輸出斷開，恢復啟動過程中止， 來電以后只能人工啟泵。
（4）在DCS開關輸出閉合2s內若電源能夠恢復，則由Lll—FU—SB l—DCS系統開關一KM —FR—N構成一個回路，KM 動作閉合，離心泵來電啟動，2 s后DCs開關輸出斷開，恢復啟動過程結束，泵恢復正常運轉（如圖2）。
4 結束語
第二氣體處理廠2 5000噸／年輕烴深加工裝置，通過改進離心泵啟動控制電路，利用DCs系統實現了對閃電停運離心泵的恢復啟動操作；此項技改的應用，保障了閃電后輕烴裝置的連續穩定運行，使閃電對輕烴裝置的影響降到了最低， 經濟效益顯著， 同時還降低了離心泵再啟動時的啟動電流， 有效地延長了離心泵電機的使用壽命。該技術具有較強的推廣應用價值。
參考文獻
【1】孫晉 宋永英 錢入庭．DCS控制系統在液化汽化、混氣站的應用．重慶：電工技術 2004（12）：27