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變送器故障檢測(cè)技術(shù)在乙烯裝置SIS 中的應(yīng)用
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變送器故障檢測(cè)技術(shù)在乙烯裝置SIS 中的應(yīng)用

時(shí)間:2016-08-01

摘要: 主要介紹了變送器故障檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式及在康吉森TS3000 SIS 系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。分析了變送器故障信號(hào)的產(chǎn)生,康吉森TS3000 對(duì)變送器故障信號(hào)的檢測(cè)及該信號(hào)在系統(tǒng)的“2oo3”( 三取二) 安全邏輯中的使用。同時(shí)引入了NAMUR NE43 tuijian標(biāo)準(zhǔn),對(duì)SIS 系統(tǒng)中所有的變送器進(jìn)行了剖析,找出并改正變送器故障檢測(cè)在系統(tǒng)應(yīng)用的隱患,在滿足聯(lián)鎖安全性的前提下,提高了聯(lián)鎖的可用性,保障乙烯裝置“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”運(yùn)行。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        安全儀表系統(tǒng)( Safety instrumentation System,簡(jiǎn)稱SIS) ,在石油化工生產(chǎn)裝置的開(kāi)車、停車、運(yùn)行擾動(dòng)以及維護(hù)操作期間,為人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。在《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》( SH/T 3018—2003) 中對(duì)石油化工安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的要求。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司( 以下簡(jiǎn)稱四川石化) 乙烯裝置使用的是SIS 系統(tǒng)。根據(jù)工藝的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)階段,該乙烯裝置的安全系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)大量采用2oo3 的邏輯結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。此邏輯結(jié)構(gòu)既保證了聯(lián)鎖邏輯的安全性,也提高了聯(lián)鎖邏輯的可用性。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2oo3 安全系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

1、SIS 系統(tǒng)中變送器故障檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        在邏輯結(jié)構(gòu)中,有3 臺(tái)感測(cè)器( 即變送器) 的信號(hào)輸入進(jìn)入康吉森SIS 系統(tǒng)。在硬件IO 模塊中, IO 模塊把變送器輸入的模擬量電流值4 ~ 20mA 轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的819 ~ 4 095 的數(shù)字量信號(hào),然后送入SIS 系統(tǒng)軟件的輸入處理模塊( AI2L /AI2H模塊) ( 見(jiàn)圖2) ,此模塊把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的工程量并可以通過(guò)與聯(lián)鎖值比較,輸出高高或低低報(bào)警信號(hào); 同時(shí)此模塊可根據(jù)變送器的輸入電流判斷變送器是否故障。如果此模塊檢測(cè)到信號(hào)低于737( 輸入電流值3. 6 mA) 或大于4 258( 輸入電流值20. 8 mA) ,則認(rèn)為變送器已經(jīng)故障,該電流值無(wú)效,同時(shí)輸出變送器故障報(bào)警信號(hào)INV,此INV 信號(hào)在SIS 邏輯中的“三取二”模塊參與聯(lián)鎖。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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康吉森TS3000 系統(tǒng)AI2L/AI2H 模擬量輸入模塊qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        在“三取二”邏輯中,康吉森SIS 采用了V2oo3模塊,見(jiàn)圖3。此模塊可以把AI2L /AI2H 輸出得到的3 個(gè)低低或高高的報(bào)警信號(hào)輸入該模塊做三qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        取二的表決輸出。同時(shí),為保證聯(lián)鎖可靠,在該模塊中,康吉森SIS 設(shè)計(jì)引用了變送器故障報(bào)警信號(hào)INV。該模塊功能參照了《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》( SH/T 3018—2003) 中“安全儀表邏輯結(jié)構(gòu)圖”的“2oo3”功能。當(dāng)輸入信號(hào)有1 個(gè)故障時(shí),“2oo3”功能下降為“1oo2”; 當(dāng)輸入信號(hào)有2 個(gè)故障時(shí),“1oo2”功能下降為“0oo0”,即如果同時(shí)有2 個(gè)信號(hào)故障,也會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖。在邏輯結(jié)構(gòu)上,從軟件的角度,兼顧了聯(lián)鎖系統(tǒng)的可用性及安全性。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

TS3000 系統(tǒng)V2oo3 模塊qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2、存在的問(wèn)題qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        在乙烯裝置裂解爐崗位中,“裂解爐爐膛負(fù)壓高高”參與了裂解爐SIS 系統(tǒng)的SD - 2 聯(lián)鎖: 當(dāng)爐膛負(fù)壓高于50 Pa 時(shí),裂解爐SD - 2 停車。為提高聯(lián)鎖的安全性及可用性,該聯(lián)鎖邏輯采用了“2oo3”邏輯,在現(xiàn)場(chǎng)采用了3 臺(tái)三暢儀表的EJA - 120A系列微差壓變送器測(cè)量爐膛負(fù)壓,變送器量程“- 100 ~ 100 Pa”。在開(kāi)車期間,由于工藝操作原因,爐膛負(fù)壓達(dá)到了- 110 Pa。由于EJA變送器默認(rèn)設(shè)置為正常測(cè)量時(shí),輸出電流值3. 2 ~21. 6 mA( 變送器量程的- 5% ~ 110%) 。雖然此時(shí)3 臺(tái)變送器測(cè)量值低于量程的- 5%,但會(huì)同時(shí)輸出3. 2 mA 電流信號(hào)到SIS 系統(tǒng)。此時(shí)SIS 系統(tǒng)中的AI 模塊( AI2H) 檢測(cè)判斷為這3 臺(tái)變送器已經(jīng)故障,同時(shí)產(chǎn)生變送器故障信號(hào)INV,在V2oo3模塊中,由于模塊檢測(cè)到3 個(gè)變送器故障信號(hào)INV,“2oo3”功能下降為“0oo0”,繼而觸發(fā)聯(lián)鎖,裂解爐SD - 2 跳車。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        按照設(shè)計(jì),在正常操作下,僅當(dāng)爐膛負(fù)壓高于50 Pa 時(shí),才觸發(fā)聯(lián)鎖。在開(kāi)車過(guò)程中,工藝操作可能會(huì)使?fàn)t膛負(fù)壓低于- 110 Pa,因此不能聯(lián)鎖。同時(shí)雖然爐膛負(fù)壓低于了變送器量程的- 5%,但該變送器并未故障,屬于正常測(cè)量,待工藝條件恢復(fù)后,變送器立即測(cè)量正常。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

3、解決方案qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        通過(guò)分析,問(wèn)題的根源在于未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器正常工作時(shí)( 包含儀表雖超量程,但儀表整體運(yùn)行時(shí)正常的情況) 的輸出電流值、變送器故障時(shí)的輸出電流值與康吉森SIS 系統(tǒng)檢測(cè)方式下的電流值進(jìn)行有效的分配及劃分。康吉森SIS 系統(tǒng)中AI2L /AI2H 模塊,會(huì)誤把正常工作但超量程測(cè)量的變送器認(rèn)為故障。所以必須對(duì)變送器輸出電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐�,使康吉森SIS 能準(zhǔn)確地把變送器的故障及正常工作狀態(tài)區(qū)分開(kāi)來(lái),防止誤聯(lián)鎖。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        NAMUR NE43,“Standardization of the SignalLevel for the Failure Information of Digital Transmitters”,是“德國(guó)測(cè)量與控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)”制定的一項(xiàng)tuijian標(biāo)準(zhǔn)。其對(duì)變送器在不同工作狀態(tài)下( 正常工作,故障工作) 的輸出電流進(jìn)行范圍劃分,使電流的接收端可以通過(guò)電流值判斷變送器的工作狀態(tài)。NAMUR NE43 對(duì)變送器輸出電流的具體劃分,見(jiàn)圖4。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

NAMUR NE43 tuijian標(biāo)準(zhǔn)的變送器輸出電流劃分qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        由于NAMUR 的大力推廣,符合NE43 的現(xiàn)場(chǎng)變送器應(yīng)用非常廣泛,只要選取適當(dāng)?shù)碾娏鞣秶�,就可以使參與聯(lián)鎖的變送器在故障與正常測(cè)量之間被康吉森SIS 系統(tǒng)準(zhǔn)確區(qū)分開(kāi)來(lái)。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        通過(guò)與三暢儀表廠家討論確認(rèn),EJA 系列壓力、差壓變送器,符合NE43 標(biāo)準(zhǔn),默認(rèn)出廠設(shè)置為: 在正常測(cè)量時(shí),儀表默認(rèn)電流輸出范圍為- 5% ~ 110% ( 3. 2 ~ 21. 6 mA) ,此輸出范圍可修改; 當(dāng)變送器CPU 或硬件故障時(shí),可選擇輸出“小于3. 2 mA”或“大于21. 6 mA”。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        為保證聯(lián)鎖的可靠性及安全性,經(jīng)設(shè)計(jì)院確認(rèn),把測(cè)量裂解爐的爐膛負(fù)壓且參與聯(lián)鎖的變送器的正常輸出電流值由3. 2 ~ 21. 6 mA 改為4 ~ 20mA。即在變送器正常測(cè)量時(shí),變送器僅能輸出4 ~ 20 mA 的電流值。即使當(dāng)實(shí)際測(cè)量值低于或高于儀表量程時(shí),變送器也只能輸出對(duì)應(yīng)的4 mA或20 mA 信號(hào)。在變送器故障時(shí),根據(jù)設(shè)置,輸出電流為21. 6 mA。通過(guò)此方法,即使在某些極端操作條件下,工藝參數(shù)超出了變送器的測(cè)量范圍,只要未達(dá)到聯(lián)鎖值,SIS 系統(tǒng)也不會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖,工藝操作可以繼續(xù)進(jìn)行。在此次修改以后,裂解爐再未出現(xiàn)由于爐膛負(fù)壓低于變送器測(cè)量范圍,而導(dǎo)致SIS 的系統(tǒng)誤聯(lián)鎖,裂解爐跳車的事故。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        儀表專業(yè)人員對(duì)SIS 系統(tǒng)中使用了變送器故障信號(hào)的聯(lián)鎖進(jìn)行了剖析,進(jìn)一步對(duì)相關(guān)的變送器的故障電流值范圍及正常測(cè)量電流值范圍進(jìn)行了核實(shí),查看是否與康吉森SIS 系統(tǒng)的故障檢測(cè)電流范圍存在不統(tǒng)一的情況,并與乙烯裝置工藝和設(shè)計(jì)人員就各種聯(lián)鎖參與的工藝操作進(jìn)行討論,對(duì)極端操作條件下,工藝參數(shù)可能超過(guò)變送器量程的情況進(jìn)行確認(rèn)。結(jié)合以上方法對(duì)存在的隱患進(jìn)行逐一整改,#后確認(rèn)整改的內(nèi)容為:qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

1) 對(duì)于差壓流量變送器( 型號(hào): 三暢儀表EJA110A/120A 差壓變送器) ( 共232 臺(tái)) ,由于可能出現(xiàn)正負(fù)導(dǎo)壓管堵塞而引起高/低超量程,導(dǎo)致非正常聯(lián)鎖,故將變送器正常輸出高低限鉗制在4 ~ 20 mA。在變送器故障時(shí),輸出電流為21. 6mA。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2) 對(duì)于小量程的溫度變送器( 型號(hào): 三暢儀表YTA 系列溫度變送器) ( 共30 臺(tái)) ,可能在極端負(fù)溫下出現(xiàn)超量程,導(dǎo)致非正常聯(lián)鎖,故將變送器正常輸出鉗制在3. 68 ~ 20. 8 mA。在變送器故障時(shí),輸出電流為21. 6 mA。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

3) 對(duì)于差壓液位變送器( 型號(hào): 三暢儀表EJA110A 差壓變送器) ( 共9 臺(tái)) ,由于可能出現(xiàn)正負(fù)導(dǎo)壓管堵塞而引起高/低超量程,導(dǎo)致非正常聯(lián)鎖,故將變送器正常輸出高低限鉗制在4 ~ 20mA。在變送器故障時(shí),輸出電流為21. 6 mA。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

4) 對(duì)于壓力變送器( 型號(hào): 三暢儀表EJA430A差壓變送器) ( 共15 臺(tái)) ,由于可能出現(xiàn)管道高壓而引發(fā)超量程,導(dǎo)致非正常聯(lián)鎖,故將變送器正常輸出高低限鉗制在4 ~ 20 mA。在變送器故障時(shí),輸出電流為21. 6 mA。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

4 結(jié)語(yǔ)qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        在現(xiàn)在的SIS 系統(tǒng)中,為增加聯(lián)鎖的安全性,變送器故障信號(hào)越來(lái)越多地作為聯(lián)鎖信號(hào)引入到聯(lián)鎖中。同時(shí),NANUR NE43 規(guī)范的廣泛使用,也使這種功能的實(shí)現(xiàn)非常容易。但在使用過(guò)程中,儀表專業(yè)人員必須熟悉在SIS 聯(lián)鎖中,變送器故障信號(hào)在SIS 系統(tǒng)中的作用,同時(shí),熟悉現(xiàn)場(chǎng)變送器輸出電流的設(shè)置( 不同廠家的變送器,雖然都符合NE 43 標(biāo)準(zhǔn),但具體的出廠默認(rèn)設(shè)置不一樣) 。確認(rèn)設(shè)置變送器的正常輸出電流在SIS 系統(tǒng)變送器的正常檢測(cè)電流范圍內(nèi),確認(rèn)變送器的故障電流在SIS 系統(tǒng)的變送器故障電流范圍內(nèi),防止SIS 系統(tǒng)出現(xiàn)誤聯(lián)鎖,在不降低SIS 系統(tǒng)安全性的前提下,大幅增加聯(lián)鎖系統(tǒng)的可用性,保障裝置的安全、高效生產(chǎn)。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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