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【摘要】N’DJAMENA 炼油厂重整装置氢压机采用 TRICONEX 1131 控制系统，主要完成压缩机的启停、负荷控制和紧急停车，在装置的安全长周期平稳生产中起到极其重要的作用。
【关键词】SIS（安全仪表系统） 氢压机
1 概述
N’DJAMENA 炼油厂 10 万吨/年催化重整装置使用了五台氢气压缩机为预加氢反应
和重整反应提供氢气，五台氢气压缩机结构为往复式结构，采用整机法国生产的机器，其控制是全自动的启动程序，压缩机所有的运行均由逻辑控制，无需人为启动任何设备。在设计阶段压缩机的紧急停车保护，启停和负荷控制是在 SIS 中实现的，控制系统采用美国TRICONEX 公司生产的TRICONEX 1131 系统。根据氢压机安全等级的要求，我公司采用一套硬件基于三层冗余容错（TMR）结构，软件满足 IEC1131-3标准的 SIS 系统。它将安全系统的关键电路都实现三重化，每个通道各自独立，但又完成同一功能。TMR 技术保证安全系统的连续性和可预测性，从本质上提高了氢压机的安全平稳运行的水平。
2 SIS 系统基本设施及功能
2.1 基本硬件配置和结构
我公司催化重整装置的 SIS 系统采用美国 TRICONEX 公司生产的 TRICONEX 1131系统。基本硬件配置包括三台 3008 CPU 控制处理器，AI、DI、 DO 模块，冗余通讯模块，冗余电源模块，机柜，编程终端（包括编程软件）。TRICON 系统为机架扩展式结构，机架之间采用三冗余的 I/0 BUS 相连，有一个主机架两个扩展机架。
2.2 功能及特点
TRICON 系统采用基于三重模件冗余容错（TMR）结构的容错控制器。该系统有三个主处理器，每一个主处理器的 CPU32 位、50MHZ、16M RAM，工作方式为 3-2-1-0 或者3-2-0。其 32 位浮点协处理器的使用得到了德国技术监督机构 TUK AK6 级的安全认证。
系统中所有的 I/O 信号都要经过硬件的三取二表決。
TRICON 系统最大的特点是同时满足高可靠性、高可用性的容错控制能力，控制系统可以自动识别控制系统原件的故障，自动把故障的原件加以排除，并允许在继续完成指定任务的同时，对故障元件进行在线修复而不中断过程的操作。TRICON 系统这种高级别的系统容错功能极大的提高了系统及工艺过程的安全性和可用性。
3 氢压机的控制逻辑
3.1 氢压机的启停控制
（1）首先允许启动条件满足，包括仪表风压、氮气压力、除盐水流量、循环水流量达到启动要求并且没有公共连锁信号。
（2）允许启动指示灯亮后，点击复位按钮，然后点击启动。
（3）首先发出一个 1S 的秒冲信号开始预润滑，启动辅助油泵。
（4）延迟 10S 程序自动投润滑油压报警、连锁逻辑。
（5）点击启动开始后，并且润滑油压正常，30S 后给 5S 脉冲启动主电机。
（6）主电机启动后，延迟 10S 可以投负荷。
（7）主电机启动后，延迟 60S 停辅助油泵。
（8）主电机启动后如果 15 分钟没有加负荷，氢压机停机。
（9）点击启动按钮后，如果 30S 辅助油泵状态不正常，停辅助油泵。
（10）当在操作画面点击停机按钮，或者公共连锁触发，或者压缩机状态为停止的时候，氢压机连锁停机。
（11）氢压机连锁停机同时开始后润滑，辅助油泵启动，氢压机停6分钟后辅助油泵停止。
（12）在氢压机运行中，如果润滑油压低于设定值，辅助油泵启动，油压正常后需现场手动停止辅助油泵。3.2 氢压机的负荷控制
压缩机启动后处于 0%负荷，这时四个负荷阀都处于未加载的状态，启动一分钟后可加载值 25%、50%、75%、100%任意负荷。例如当加载至 25%负荷的时候，1#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#，然后 3#依次循环，加载至 50%负荷的先是 1#、3#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#、4#，然后依次循环。加载至 75%负荷的时候，先是 1#、2#、3#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#、3#、4#负荷阀加载，然后依次循环。加载至 100%负荷时 1#、2#、3#、4#负荷阀全部加载。
3.3 氢压机的紧急停车保护控制机逻辑
氢压机的保护控制逻辑主要是为了保证机组的安全，当出现下列情况时候，氢压机紧急停车。
（1）进气压力过低，或者排气压气过高。
（2）左右排气温度、前后轴承温度、电机温度过高。
（3） 润滑油压力过低。
（4）冷却器循环水流量和气缸除盐水流量过低。
4 系统调试中存在的问题及改进
（1）在 SIS 逻辑测试阶段，对由于系统润滑油压的未建立而影响压缩机正常启动的部分进行修改。在连锁停机信号中，润滑油压低低三取二发出连锁停机信号，在压缩机停机的时候，将润滑油压连锁停机信号在程序里自动旁路，压缩机运行状态正常后10秒自动投入润滑油压力低低联锁停机条件，以实现在压缩机能正常启动，并且正常启动后润滑油压低低自动停机条件恢复投用。
（2）压缩机正常停机或者连锁停机后，开始后润滑，辅助油泵启动，运行6分钟停止。在测试中发现当压缩机停机后，如果任意一个连锁停机信号再次发出，虽然压缩机停止，但是停机程序仍然会运行，这时候辅助油泵将启动，运行6分钟后停止。这个问题造成处于停机状态的氢压机如果一旦触发紧急停机的连锁条件，辅助油泵就会自启运行，这样明显不符合生产设计的要求。针对这个问题，我们认真研究程序，最后决定在连锁停机信号后面加了 RS 触发器，当停机信号发出后，对信号锁位，当压缩机停止时再有连锁停机信号发出时，就不会触发停机程序，只有当对信号进行复位后，才能再次触发连锁停机程序。
（3）由上面的问题可以看出，当压缩机处于停机状态的时候，压缩机处于 0%负荷，这时候 4 个负荷电磁阀都处于带电状态，仪表风压作用于负荷阀上，负荷阀内部弹簧处于受力状态。如果压缩机停机时间较长，弹簧一直受力就大大缩短了负荷阀的使用寿命，而且负荷电磁阀也一直处于带电状态，线圈发热，严重损害负荷电磁阀的使用寿命。考虑到这个情况，我们在负荷控制画面做了一个软切换开关，通过权限，在停机的时候可以强制把负荷阀切换到 100%负荷，这样负荷阀处于不受力的状态，负荷电磁阀也处于不带电状态，保证了负荷阀和负荷电磁阀能使用更长的时间。
5 结束语
经过装置将近一年的运行和考验，装置运行操作平稳，压缩机运转正常。并对比国内外同样类型机组曾出现多次非计划停工，造成了整个装置停运造成了重大损失的情况相比，我们较好地规避了这些风险，也为我厂维护了较大的经济利益。
参考文献
[1] The basic design of N’DJAMENA Refinery Project （ N’DJAMENA 炼油厂基础设计 ）[S]
[2] The user manual of HOWDEN BC Serial Compressors （HOWDEN BC 系列压缩机用户手册 ） [S]
作者简介
董少康（1982-），男，主要从事炼厂炼油控制系统维护、调试和现场仪表维护工作。
【关键词】SIS（安全仪表系统） 氢压机
1 概述
N’DJAMENA 炼油厂 10 万吨/年催化重整装置使用了五台氢气压缩机为预加氢反应
和重整反应提供氢气，五台氢气压缩机结构为往复式结构，采用整机法国生产的机器，其控制是全自动的启动程序，压缩机所有的运行均由逻辑控制，无需人为启动任何设备。在设计阶段压缩机的紧急停车保护，启停和负荷控制是在 SIS 中实现的，控制系统采用美国TRICONEX 公司生产的TRICONEX 1131 系统。根据氢压机安全等级的要求，我公司采用一套硬件基于三层冗余容错（TMR）结构，软件满足 IEC1131-3标准的 SIS 系统。它将安全系统的关键电路都实现三重化，每个通道各自独立，但又完成同一功能。TMR 技术保证安全系统的连续性和可预测性，从本质上提高了氢压机的安全平稳运行的水平。
2 SIS 系统基本设施及功能
2.1 基本硬件配置和结构
我公司催化重整装置的 SIS 系统采用美国 TRICONEX 公司生产的 TRICONEX 1131系统。基本硬件配置包括三台 3008 CPU 控制处理器，AI、DI、 DO 模块，冗余通讯模块，冗余电源模块，机柜，编程终端（包括编程软件）。TRICON 系统为机架扩展式结构，机架之间采用三冗余的 I/0 BUS 相连，有一个主机架两个扩展机架。
2.2 功能及特点
TRICON 系统采用基于三重模件冗余容错（TMR）结构的容错控制器。该系统有三个主处理器，每一个主处理器的 CPU32 位、50MHZ、16M RAM，工作方式为 3-2-1-0 或者3-2-0。其 32 位浮点协处理器的使用得到了德国技术监督机构 TUK AK6 级的安全认证。
系统中所有的 I/O 信号都要经过硬件的三取二表決。
TRICON 系统最大的特点是同时满足高可靠性、高可用性的容错控制能力，控制系统可以自动识别控制系统原件的故障，自动把故障的原件加以排除，并允许在继续完成指定任务的同时，对故障元件进行在线修复而不中断过程的操作。TRICON 系统这种高级别的系统容错功能极大的提高了系统及工艺过程的安全性和可用性。
3 氢压机的控制逻辑
3.1 氢压机的启停控制
（1）首先允许启动条件满足，包括仪表风压、氮气压力、除盐水流量、循环水流量达到启动要求并且没有公共连锁信号。
（2）允许启动指示灯亮后，点击复位按钮，然后点击启动。
（3）首先发出一个 1S 的秒冲信号开始预润滑，启动辅助油泵。
（4）延迟 10S 程序自动投润滑油压报警、连锁逻辑。
（5）点击启动开始后，并且润滑油压正常，30S 后给 5S 脉冲启动主电机。
（6）主电机启动后，延迟 10S 可以投负荷。
（7）主电机启动后，延迟 60S 停辅助油泵。
（8）主电机启动后如果 15 分钟没有加负荷，氢压机停机。
（9）点击启动按钮后，如果 30S 辅助油泵状态不正常，停辅助油泵。
（10）当在操作画面点击停机按钮，或者公共连锁触发，或者压缩机状态为停止的时候，氢压机连锁停机。
（11）氢压机连锁停机同时开始后润滑，辅助油泵启动，氢压机停6分钟后辅助油泵停止。
（12）在氢压机运行中，如果润滑油压低于设定值，辅助油泵启动，油压正常后需现场手动停止辅助油泵。3.2 氢压机的负荷控制
压缩机启动后处于 0%负荷，这时四个负荷阀都处于未加载的状态，启动一分钟后可加载值 25%、50%、75%、100%任意负荷。例如当加载至 25%负荷的时候，1#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#，然后 3#依次循环，加载至 50%负荷的先是 1#、3#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#、4#，然后依次循环。加载至 75%负荷的时候，先是 1#、2#、3#负荷阀加载，十五分钟后切换至 2#、3#、4#负荷阀加载，然后依次循环。加载至 100%负荷时 1#、2#、3#、4#负荷阀全部加载。
3.3 氢压机的紧急停车保护控制机逻辑
氢压机的保护控制逻辑主要是为了保证机组的安全，当出现下列情况时候，氢压机紧急停车。
（1）进气压力过低，或者排气压气过高。
（2）左右排气温度、前后轴承温度、电机温度过高。
（3） 润滑油压力过低。
（4）冷却器循环水流量和气缸除盐水流量过低。
4 系统调试中存在的问题及改进
（1）在 SIS 逻辑测试阶段，对由于系统润滑油压的未建立而影响压缩机正常启动的部分进行修改。在连锁停机信号中，润滑油压低低三取二发出连锁停机信号，在压缩机停机的时候，将润滑油压连锁停机信号在程序里自动旁路，压缩机运行状态正常后10秒自动投入润滑油压力低低联锁停机条件，以实现在压缩机能正常启动，并且正常启动后润滑油压低低自动停机条件恢复投用。
（2）压缩机正常停机或者连锁停机后，开始后润滑，辅助油泵启动，运行6分钟停止。在测试中发现当压缩机停机后，如果任意一个连锁停机信号再次发出，虽然压缩机停止，但是停机程序仍然会运行，这时候辅助油泵将启动，运行6分钟后停止。这个问题造成处于停机状态的氢压机如果一旦触发紧急停机的连锁条件，辅助油泵就会自启运行，这样明显不符合生产设计的要求。针对这个问题，我们认真研究程序，最后决定在连锁停机信号后面加了 RS 触发器，当停机信号发出后，对信号锁位，当压缩机停止时再有连锁停机信号发出时，就不会触发停机程序，只有当对信号进行复位后，才能再次触发连锁停机程序。
（3）由上面的问题可以看出，当压缩机处于停机状态的时候，压缩机处于 0%负荷，这时候 4 个负荷电磁阀都处于带电状态，仪表风压作用于负荷阀上，负荷阀内部弹簧处于受力状态。如果压缩机停机时间较长，弹簧一直受力就大大缩短了负荷阀的使用寿命，而且负荷电磁阀也一直处于带电状态，线圈发热，严重损害负荷电磁阀的使用寿命。考虑到这个情况，我们在负荷控制画面做了一个软切换开关，通过权限，在停机的时候可以强制把负荷阀切换到 100%负荷，这样负荷阀处于不受力的状态，负荷电磁阀也处于不带电状态，保证了负荷阀和负荷电磁阀能使用更长的时间。
5 结束语
经过装置将近一年的运行和考验，装置运行操作平稳，压缩机运转正常。并对比国内外同样类型机组曾出现多次非计划停工，造成了整个装置停运造成了重大损失的情况相比，我们较好地规避了这些风险，也为我厂维护了较大的经济利益。
参考文献
[1] The basic design of N’DJAMENA Refinery Project （ N’DJAMENA 炼油厂基础设计 ）[S]
[2] The user manual of HOWDEN BC Serial Compressors （HOWDEN BC 系列压缩机用户手册 ） [S]
作者简介
董少康（1982-），男，主要从事炼厂炼油控制系统维护、调试和现场仪表维护工作。