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離心壓縮機組緊急停車及安全連鎖系統(tǒng)設計研究

文檔作者：何廣平文檔來源：沈陽透平機械股份有限公司研發(fā)部		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月06日
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離心壓縮機組
緊急停車及安全連鎖系統(tǒng)設計研究
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何廣平／沈陽透平機械股份有限公司研發(fā)部
【摘要】闡述了在離心壓縮機組緊急停車和安全
連鎖系統(tǒng)設計中應遵循的主要設計原則和注意
事項。
關鍵詞：離心式壓縮機停車安全控制系統(tǒng)
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一、引言
壓縮機組在各種裝置中都是心臟設備，由于
其壓縮的介質(zhì)大都為高溫、高壓、易燃、易爆的介
質(zhì)，所以對安全要求性極高，而緊急停車系統(tǒng)
9:;<:=:（9>9?@9ABC:DEF;GHAIA;
:IJ9FC=AF9?KGBL=A@:C:F9>）的功能
就是確保在生產(chǎn)裝置出現(xiàn)問題、事故或潛在危險
時能使壓縮機停下來，進入安全狀態(tài)，隔離并減
少連續(xù)的損失或避免事故的升級，以達到保護裝
置、機組及人員安全的目的。目前，我公司已為
各種生產(chǎn)裝置設計配套了幾百套離心壓縮機組
的9:;<:=:系統(tǒng)。
二、設計應遵循的原則
M8獨立設置的原則
緊急停車及安全連鎖系統(tǒng)應獨立于過程控
制系統(tǒng)，以降低控制功能和安全功能同時失效的
概率，使9:;<:=:系統(tǒng)不依附于過程控制系
統(tǒng)。
根據(jù)這一原則，應盡量將能分開的監(jiān)測元件
和執(zhí)行元件分開：如潤滑油壓控制與連鎖停車回
路；高位罐液位的控制與連鎖停車回路；氣封入
口壓力的控制與連鎖停車回路；汽輪機轉(zhuǎn)速的控
制與連鎖停車回路；級間分離罐的控制與連鎖停
車回路等。
若不可能將9:;<:=:與過程控制系統(tǒng)分
開（如氣體透平控制系統(tǒng)包括控制和安全功能），
那么將控制和安全功能結(jié)合在同一系統(tǒng)中則應
考慮下面的因素：（M）確定公用元件和軟件的故
障及其對9:;<:=: 性能的影響；（N）在
9:;<:=:與過程控制系統(tǒng)之間設置獨立的分組
后備手動功能；（O）確保9:;<:=:作用優(yōu)先于
過程控制的作用；（P）建立并保存9:;<:=:整
個系統(tǒng)完整的修改、維護及測試文件。
對于軸溫，由于是一個推薦的停車點，它的
故障對9:;<:=:的影響有限，其信號與連鎖采
用了同一元件；但對于軸振動、軸位移，則是堅持
將顯示信號和安全連鎖信號分開的原則。另外，
作為緊急停車按鈕信號應具備9:;<:=:和硬
接線同時有效，從而保證了機組能夠安全、可靠
地停下來。
N8選擇采用技術的原則
由于可編程電子（Q9:）技術日臻完善，所
以，主要采用了QKB、;B:、=FBB控制系統(tǒng)，而繼
電器采用了G>G?A 產(chǎn)品。這就保證滿足了
9:;<:=:的要求。
O8結(jié)構選用原則
冗余容錯結(jié)構是采用的主要結(jié)構，如目前采
用的硬件冗余的@9公司的產(chǎn)品：@9RSTUS組
成的9:;<:=:系統(tǒng)；軟件冗余的@9公司的產(chǎn)
NSSP年N月MS日收到沈陽市MMSSNN
— V —
離心壓縮機組緊急停車及安全連鎖系統(tǒng)設計研究
萬方數(shù)據(jù)
品：!"#$%&amp;amp;$組成的"’()’*’系統(tǒng)，+,,(+-.(
公司的*/00及冗余容錯的/.*0,1"2公司
的/’%&amp;amp;$$$產(chǎn)品組成的"’()’*’系統(tǒng)；目前
都在各種重要的生產(chǎn)裝置中安全可靠地運行。
34故障安全性原則
故障安全性原則體現(xiàn)在邏輯編程中，同時
也體現(xiàn)在檢測元件及最終執(zhí)行元件上，如各種
壓力開關、測振動和位移表的接點及控制防喘
振閥及各種緊急切斷閥的電磁閥的線圈等，系
統(tǒng)正常時應是勵磁的，而不正常時則應是非勵
磁的（即非勵磁停車設計）。
54中間環(huán)節(jié)最少的原則
在設計中做到：能不用繼電器的就不用繼
電器，能不用中間接線端子的就不用中間接線
端子。這樣，最大限度地減少了可能的故障點，
為機組長周期運行提供了保證。
三、硬件配置原則
64配置原則
根據(jù)"’()’*’的規(guī)模和功能需求以及工
序與管理的劃分等因素來考慮有關的硬件配
置。
根據(jù)這一原則，對于規(guī)模大、功能要求較高
的場合，采用了/’%&amp;amp;$$$和+,,(+-.(的
*/00冗余容錯的綜合控制系統(tǒng)；而對于規(guī)模
小、相對功能要求少的場合，則采用了!"#$%
7$和!"#$%&amp;amp;$等產(chǎn)品構成熱備冗余系統(tǒng)，這
樣就使資源得到了合理配置。
84用戶接口的選用原則
用戶接口用于操作員和"’()’*’之間的
信息通訊（包括顯示器、含燈、按鈕、指示器和開
關的盤，報警器、打印機，這些設備的任何組
合）。
操作員接口和相關的系統(tǒng)（如(0’）可以用
于提供自動的與安全有關的事件記錄和報警功
能。記錄的條件應包括"’()’*’事件（例如停
車和出現(xiàn)預停車）及任何時候"’()’*’的程序
修改和診斷的記錄。
當接口設備發(fā)生故障、切斷電源和斷線等
應不會影響安全功能。
維護／工程接口應提供拷貝應用程序的存
儲介質(zhì)。
&amp;amp;4過程接口選用原則
過程接口的各類*／,卡件的品種必須與現(xiàn)
場信號源或負載匹配，在輸入／輸出接口前宜設
置隔離器；凡信號來自或送至爆炸危險區(qū)域，按
照防爆要求采用本安全防爆等級時，要在輸入／
輸出接口的現(xiàn)場側(cè)加隔離型安全柵。過程接口
的備用點不宜超過6$9；卡件空槽位為6$9!
659。
34邏輯運算器的選用原則
邏輯運算器的0:;負荷不得超過<$9；其
平均故障間隔時間（=/>?）、隱故障模式、可識
別隱故障出現(xiàn)的頻率應滿足工藝要求；除非工
藝過程允許重新自動啟動，一般邏輯運算器應
確保在恢復通電時不重新自動啟動。
54通訊接口的選用原則
通訊接口與總線應采用冗余配置，通訊距
離應能滿足裝置的實際要求，通訊總線的負荷
不應超過@$9，通訊接口故障不應影響
"’()’*’使過程進入安全狀態(tài)的能力，同時應
采用屏蔽電纜或光纖等將通訊信號與其他能源
隔離開。
@4電源的選用原則
系統(tǒng)內(nèi)部電源應是帶電池的后備冗余電
源，外部負載電源應是獨立的（;:’電源）。
四、現(xiàn)場設備的選用原則
64檢測元件的選用原則
檢測元件的選擇除按一般規(guī)范要求外，對
進"’()’*’的宜獨立設置。對同一測點既要
顯示、又要連鎖的情況，宜選用雙元件，對于關
鍵點，如大型機組的潤滑油壓力低低連鎖；大型
機組的超速開關；裂解氣壓縮機軸位移、吸入罐
液位；加氫循環(huán)氫離心壓縮機的入口分離器液
位高高開關；催化裂化主風低低流量開關等。
這些關鍵部件的檢測元件宜&amp;amp;取8配置或8取
8配置。當選用熱電耦、熱電阻斷線時
"’()’*’的功能應能實現(xiàn)只報警，而不誤動
作。模擬設備優(yōu)先于開關的設備。
84執(zhí)行元件的選用原則
"’()’*’的輸出原則上應有獨立的執(zhí)行
器，當工藝條件允許與正?？刂乒脠?zhí)行器時，
可采用有取代切換方式執(zhí)行的事故命令。如防
（下轉(zhuǎn)第@6頁）
— @ —
風機技術8$$3年第8期／設計試驗
萬方數(shù)據(jù)
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從頻譜圖上明顯見到減速機輸出軸轉(zhuǎn)速
!"#$／%&amp;amp;’頻率占主要成分，振速達()(*%%／+。
其次，輸入軸轉(zhuǎn)速（電機轉(zhuǎn)速）頻率也表現(xiàn)出來，并
伴有其,倍頻成分。隨后又采集了減速機輸入
軸軸向振動頻譜如圖-。從圖-的頻譜圖上可見
減速機軸向總振值為.)-(%%／+，也超過允許標
準，而且影響振動的主要因素為輸入軸轉(zhuǎn)速頻率
和輸出軸轉(zhuǎn)速頻率，其中輸入軸頻率比較突出。
結(jié)合圖,和圖-的頻譜上可以看出沒有出現(xiàn)齒輪
嚙合頻率及其諧波成分，也無邊頻帶形成，可以
排除齒輪故障。引起頻譜圖上輸入軸轉(zhuǎn)速頻率
升高的原因應為輸入軸對中不良，而對應引起輸
出軸轉(zhuǎn)速頻率成分高的因素為輸出軸串量大或
風機葉片不平衡。為逐一消除故障現(xiàn)象，首先復
查了風機傳動軸對中情況，發(fā)現(xiàn)傳動軸中間軸承
座聯(lián)軸器兩側(cè)軸沿軸線相差#)"(%%，軸向下張
口為#),*%%／!##%%，風機存在對中不良現(xiàn)象。
圖- 減速機輸入軸軸向頻譜
重新對風機進行找正，啟動風機，采集減速
機輸入軸徑向垂直方向頻譜，頻譜圖如圖*所示。
圖* 減速機輸入軸徑向垂直頻譜
頻譜圖上減速機輸入軸轉(zhuǎn)速頻率及其,倍頻
成分已消失，但輸出軸轉(zhuǎn)速頻率仍然存在，振速為
(),!%%／+。復查輸出軸串量在允許標準內(nèi)，故可
判斷為風機葉片組存在不平衡故障。分析原因
為葉片安裝角度不一致或葉片局部出現(xiàn)開裂，破
壞了風機葉片的動平衡。經(jīng)重新調(diào)整葉片的安
裝角度并清除葉片表面附著物后，風機振動明顯
降低，運行狀況良好。
四、結(jié)束語
通過采集、分析風機運行故障數(shù)據(jù)，運用故
障診斷技術，不僅可以早期發(fā)現(xiàn)風機故障現(xiàn)象，準
確判斷故障原因，減少風機大修的頻率，而且還可
節(jié)約大量的人力、物力。這種方法也可以在其它
設備維護上廣泛應用。目前，很多企業(yè)在設備管
理上已開展了此項工作，如能科學、合理應用，將
對提高企業(yè)設備管理經(jīng)濟效益有重要意義。
參考文獻
［!］徐敏)設備故障診斷手冊)西安交通大學出版社，!//()
［,］沈慶根)化工機械故障診斷技術)浙江大學出版社，
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!//*)
（上接第0頁）
喘振控制閥正常通過*!,#%123信號控制閥門
定位器，當緊急停車時，通過電磁閥失電使防喘
振閥迅速打開，以避免喘振，電磁閥應選用長期
帶電、低功耗的型式，另外與安全有關的控制閥
不應設置現(xiàn)場手動功能。
五、結(jié)論
壓縮機組緊急停車及安全連鎖系統(tǒng)的設計
是一項重要而嚴謹?shù)墓ぷ?，它的設計好壞直接影
響整個裝置的安全、可靠、長周期運行。
以上就設計過程中的體會談一下4526575
系統(tǒng)設計中的某些原則，設計時應遵循有關標準
手冊。
— 0! —
冷卻塔風機故障的診斷

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