RR燃驅(qū)機(jī)組控制系統(tǒng)停機(jī)信號缺陷分析與改進(jìn)措施

RR燃驅(qū)機(jī)組控制系統(tǒng)停機(jī)信號缺陷分析與改進(jìn)措施摘要：天然氣管道運(yùn)輸系統(tǒng)中，壓縮機(jī)是最復(fù)雜和重要的大型增壓設(shè)備，每臺壓縮機(jī)均有著復(fù)雜的控制系統(tǒng)。西氣東輸目前使用的Rolls-RoyceRB211發(fā)動機(jī)是一款很早從英國引進(jìn)的燃驅(qū)機(jī)組機(jī)芯，在天然氣管道大量使用。雖然其機(jī)械結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行穩(wěn)定性高，但其控制系統(tǒng)卻沒有隨著國內(nèi)控制技術(shù)的提高而得到相應(yīng)的改進(jìn)，眾所周知，控制系統(tǒng)的發(fā)展迭代遠(yuǎn)快于機(jī)械機(jī)構(gòu)。近些年來RR壓縮機(jī)控制系統(tǒng)故障的現(xiàn)象越來越頻繁，呈逐年增長趨勢，經(jīng)常導(dǎo)致此型號的機(jī)組停機(jī)，嚴(yán)重影響管道輸氣生產(chǎn)，本文通過分析目前RR機(jī)組控制系統(tǒng)停機(jī)信號存在的一些缺陷和改進(jìn)方法、設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì)理念與當(dāng)今管道安全穩(wěn)定運(yùn)行理念進(jìn)行深入分析，在最大程度上發(fā)揮改進(jìn)后的控制系統(tǒng)與運(yùn)營理念結(jié)合的作用，提高壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：RR壓縮機(jī)；控制系統(tǒng)；停機(jī)信號缺陷；本質(zhì)安全；連續(xù)運(yùn)行引言西氣東輸二線RR壓縮機(jī)組投產(chǎn)最近的一批是2012年的機(jī)組，已有十年之久，其控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)更是直接沿用于一線投產(chǎn)的機(jī)組，可追溯至20年前。隨著國家管網(wǎng)的成立，對管網(wǎng)高效集輸、機(jī)組可用率要求也達(dá)到了高峰?；跁r(shí)代及理念原因其部分設(shè)計(jì)已不符合現(xiàn)代運(yùn)行要求，針對西二線RR燃驅(qū)機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀，在不增加硬件的情況下本文通過分析機(jī)組控制系統(tǒng)停機(jī)信號缺陷及理念，優(yōu)化控制邏輯，有效消除機(jī)組現(xiàn)有控制系統(tǒng)導(dǎo)致的非必要停機(jī)次數(shù)。1、控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析西二線RR燃驅(qū)離心式機(jī)組控制系統(tǒng)采用羅克韋爾公司的ABPLC產(chǎn)品，處理器為1756-L61系列模塊，下掛1794系列IO模塊。機(jī)組控制系統(tǒng)主要由過程控制系統(tǒng)（PCS）、燃機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）組成。主要存在2類停車邏輯導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行可靠性低：(1)部分現(xiàn)場采集信號任一變量的偶發(fā)超限、誤報(bào)或故障均聯(lián)鎖停車，造成機(jī)組非必要停機(jī)。(2)控制系統(tǒng)本體的所有I/O模塊故障均連鎖緊急停機(jī)，但是有些是備用模塊，有的模塊所接現(xiàn)場信號實(shí)際也并不參與機(jī)組連鎖。從統(tǒng)計(jì)來看，隨著運(yùn)行時(shí)長的需求，每年因?yàn)閱我蛔兞颗及l(fā)超限及模塊故障而導(dǎo)致的緊急停機(jī)次數(shù)逐年升高，而這兩類都不是壓縮機(jī)本體出現(xiàn)故障，屬于可非緊急停機(jī)次數(shù)。此兩類停車邏輯更多的考慮是壓縮機(jī)本質(zhì)安全，對系統(tǒng)的零容忍，但是卻忽略了機(jī)組的可利用率，影響管網(wǎng)輸送的穩(wěn)定可靠性。發(fā)展至今，管理理念的變化需要兼容安全性的同時(shí)也要兼顧運(yùn)行連續(xù)和穩(wěn)定性，對不合理的邏輯進(jìn)行優(yōu)化尤為必要。2、機(jī)組控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化改進(jìn)措施2.1任一變量的偶發(fā)超限、誤報(bào)或故障均聯(lián)鎖停車2.1.1振動冗余邏輯優(yōu)化原系統(tǒng)同一個位置的任何一個X、Y方向的振動傳感器超過停車值都會引發(fā)機(jī)組停機(jī)，優(yōu)化為：1）同一個位置的兩個傳感器一個停車動作，且一個故障則觸發(fā)停車；2）同一個位置的兩個傳感器一個停車動作，且一個報(bào)警動作則觸發(fā)停車。2.1.2壓縮機(jī)軸承溫度高冗余邏輯優(yōu)化原系統(tǒng)壓縮機(jī)驅(qū)動端和非驅(qū)動端、內(nèi)止推軸承和外止推軸承各部位都有兩個溫度探頭，任何一個超溫或者兩個溫度信號同時(shí)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機(jī)。實(shí)際兩個溫度探頭所安裝位置為同一個地方不可能出現(xiàn)較大偏差，優(yōu)化為：1）同位置溫度探頭2個同時(shí)出現(xiàn)高報(bào)停機(jī)；2）取消溫度信號2個同時(shí)故障停機(jī)的邏輯。2.1.3PT輪緣冷卻溫度高冗余邏輯優(yōu)化原系統(tǒng)PT輪緣溫度1和PT輪緣溫度2，,各有A、B兩個溫度探頭，任何一個超溫或者兩個溫度信號同時(shí)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停機(jī)。實(shí)際兩個溫度探頭所安裝位置為同一個地方不可能出現(xiàn)較大偏差，優(yōu)化為：1）同位置溫度探頭2個同時(shí)出現(xiàn)高報(bào)停機(jī)；2）取消2個溫度信號同時(shí)故障停機(jī)的邏輯。2.1.405模塊溫度高冗余邏輯優(yōu)化原系統(tǒng)05模塊有A、B、C三個溫度探頭，任何一個超溫導(dǎo)致停機(jī)。實(shí)際三個溫度探頭所安裝位置為同一個地方不可能出現(xiàn)較大偏差，優(yōu)化為：1）三個中有任意兩個同時(shí)超溫高報(bào)則停機(jī)。2.1.5取消部分不影響機(jī)組運(yùn)行安全的停機(jī)信號1）關(guān)于機(jī)組控制系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)溫度高停機(jī)信號，在西氣東輸站場設(shè)計(jì)里機(jī)柜本體和配電室內(nèi)的溫度都有scada系統(tǒng)嚴(yán)密的監(jiān)控措施，完全無需再連鎖機(jī)組本體停機(jī)，保留報(bào)警提示功能即可。2）關(guān)于可燃?xì)怏w探頭任何1個故障導(dǎo)致停機(jī)邏輯，RR機(jī)組每臺共有6個可燃?xì)怏w探頭，4個安裝在箱體通風(fēng)入口處檢測是否吸入天然氣，2個安裝在箱體通風(fēng)出口檢測是否有燃料氣泄漏，探頭的本質(zhì)作用為檢測是否存在可燃?xì)怏w，而故障時(shí)并非影響機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵因素，當(dāng)探頭發(fā)生個例本體故障而非檢測濃度警時(shí)出發(fā)緊急停機(jī)是不合理的。因此關(guān)于可燃?xì)怏w探頭本體故障的邏輯可優(yōu)化為保留報(bào)警提示功能或者多個同時(shí)故障停機(jī)。2.1.6壓縮機(jī)進(jìn)出口閥門邏輯信號優(yōu)化原系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，閥門均處于全開位置，一旦閥門全開到位的反饋信號丟失，即便閥門沒有動作，仍會觸發(fā)機(jī)組停機(jī)?？赏ㄟ^閥門預(yù)留線增加一個閥門開關(guān)4-20ma信號，在程序里進(jìn)行邏輯優(yōu)化，將4-20ma信號對應(yīng)為閥門0-100%的開度，原閥門接受全開反饋信號的同時(shí)，需要滿足閥門開度小于90%，此時(shí)才發(fā)出機(jī)組閥門處于非開位連鎖停機(jī)，提高信號穩(wěn)定性。2.2機(jī)組模塊故障停機(jī)信號優(yōu)化2.2.1模塊的分類定義首先根據(jù)現(xiàn)場模塊所接信號的關(guān)鍵性，劃分為三個等級的定義。第一類：單信號停機(jī)模塊、或雙信號停機(jī)但接同一個模塊第二類：影響停機(jī)、非單信號停機(jī)第三類：不影響機(jī)組運(yùn)行的模塊2.2.2控制系統(tǒng)模塊類別分析按照不同功能型號統(tǒng)計(jì)機(jī)組所有的模塊數(shù)量，對每個模塊所接現(xiàn)場信號逐一分析定義其等級，得出以下結(jié)論。（1）輸出模塊繼電器源OW8序號模塊編號分類12N036、2N037、2N044、2N045、2N046、2N053、2N054、1N021、1N022、1N031、1N032一類22N055（空）、2N056（空）、2N057（空）三類（2）輸出模塊OF4I序號模塊編號分類12N084、2N085、2N086、1N050一類22N087（空）、1N051三類（3）輸入模塊IRT8序號模塊編號分類12N061、2N064、2N065、2N066、1N044、1N045、1N053、一類21N046、1N047、1N052、1N054、1N055二類32N060（空）、2N062、2N063（空）、2N067（空）三類（4）輸入模塊IF4I序號模塊編號分類12N083、1N042、1N043一類22N077（空）三類（5）輸入模塊IE8序號模塊編號分類12N071、2N074、2N080、2N081、1N040、1N057一類22N070、2N072、2N073、2N075、2N076（空）、2N082、1N041、1N056三類（6）輸入信號IB16

序號模塊編號分類12N030、2N031、2N032、2N033、2N040、2N041、2N042、2N043、2N050、2N090、2N091、1N020、1N030一類22N034（空）、2N051、2N052（空）三類（7）輸出信號0B16序號模塊編號分類12N035、2N092、2N093一類（8）輸入信號IJ2序號模塊編號分類11N023、1N025、1N033、1N034二類21N024、1N035三類2.2.3控制系統(tǒng)模塊等級分類后的優(yōu)化通過對控制系統(tǒng)79個模塊進(jìn)行分類分析，三類有23個，二類有9個，一類有47個，在三類23個模塊中，其中有11個屬于完全備用模塊不影響機(jī)組運(yùn)行。優(yōu)化方案：（1）三類23個模塊故障停機(jī)信號進(jìn)行刪除，發(fā)生故障時(shí)僅保留觸發(fā)提示報(bào)警信息。（2）二類9個分別為：1N046、1N047、1N052、1N054、1N055、1N023、1N025、1N033、1N034。優(yōu)化為將雙信號關(guān)聯(lián)模塊故障冗余停機(jī)，具體如下：a、1N046與1N054所接信號分別為熱電偶A/B信號，將1N046與1N054模塊故障分別停機(jī)，優(yōu)化為1N046與1N054模塊同時(shí)故障停機(jī)。b、1N047與1N055所接信號分別為熱電偶A/B信號，將1N047與1N055模塊故障分別停機(jī)，優(yōu)化為1N047與1N055模塊同時(shí)故障停機(jī)。c、1N052與1N044所接信號分別為熱電偶A/B信號，將1N052與1N044模塊故障分別停機(jī)，優(yōu)化為1N052與1N044模塊同時(shí)故障停機(jī)。d、1N023與1N033所接信號分別為轉(zhuǎn)速探頭99GGNL1/99GGNL2信號，將1N023與1N033模塊故障分別停機(jī)，優(yōu)化為1N023與1N033模塊同時(shí)故障停機(jī)。e、1N025與1N034所接信號分別為轉(zhuǎn)速探頭99GGPT1/99GGPT2信號，將1N025與1N034模塊故障分別停機(jī)，優(yōu)化為1N025與1N034模塊同時(shí)故障停機(jī)。（3）一類有47個，可通過優(yōu)化I/O分配、調(diào)整信號接線，把同一邏輯下關(guān)聯(lián)停車的輸入信號接線分配到兩個不同的I/O板卡，實(shí)現(xiàn)模塊冗余，兩塊板卡任何一個故障，或者兩個I/O信號任何一個故障都不會導(dǎo)致停車，避免共因失效?；蚩紤]根據(jù)使用年限采用逐步預(yù)防性更換策略，由于本文重點(diǎn)討論非硬件改動，不再詳細(xì)分析。根據(jù)對模塊其重要性進(jìn)行分類分析，可以清晰的發(fā)現(xiàn)，有的模塊故障大可不必緊急停機(jī)，完全可以在得到提示信息后及時(shí)啟動備用機(jī)組，再停機(jī)檢修，確保管網(wǎng)壓力不波動，減少非計(jì)劃性的緊急操作，提高安全性的同時(shí)保證管網(wǎng)穩(wěn)定。3、優(yōu)化結(jié)果分析通過以上優(yōu)化，在2022年至2023年4月期間，某壓氣站3臺機(jī)組累計(jì)運(yùn)行10560h，成功抵御一次可燃?xì)怏w探頭故障和一次三類模塊故障的緊急停機(jī)，都通過得到提示報(bào)警計(jì)劃性先啟后停切換了機(jī)組，保證了輸氣平穩(wěn)，驗(yàn)證了本方案的有效性。結(jié)語本文通過對RR壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)目前普遍存在的缺陷進(jìn)行總結(jié)，特別是對邏輯控制的改變理念尤其重要，這是從設(shè)備本質(zhì)安全和運(yùn)營理念完美結(jié)合的出發(fā)點(diǎn)，做出的科學(xué)判斷，而不是一味的遵循國外機(jī)組一直沿用