DCS系统在闪电停运离心泵恢复启动中的应用

摘要: 离心泵的连续稳定运行是生产装置高效平稳运行的根本保障。中原油气高新股份有限公司第二气体处理厂利用DCS系统解决闪电停运离心泵的瞬间恢复启动问题，极大地降低了闪电对轻烃装置连续生产造成的影响。
关键词：DCS系统 闪电 离心泵 恢复启动
0 引言
中原油气高新股份有限公司第二气体处理厂25000吨／年轻烃深加工装置为典型的连续精馏操作单元，生产过程中对各种工艺参数的变化范围要求严格， 参数波动会严重影响轻烃产品质量。中原油田供电网络处于豫北电网的末端， 电压波动较大，闪电现象频繁， 闪电经常造成离心泵等用电设备停运。停运设备的恢复启动由人工操作完成。由于运转动力设备偏多，恢复启动操作所需时间较长， 系统运行参数波动，较长时间波动偏离正常值，严重影响了轻烃装置生产的连续运行。系统运行参数调整正常一般需要8～1 2h，每次调整期大约消耗轻烃原料40～60m ，天燃气4000～6000m ，经济损失较大。
闪电时引起离心泵停运， 若在较短的时间（如1～2 S）内恢复启动离心泵， 则闪电几乎不会影响轻烃装置的连续运行。这由人工操作已无法实现，但利用先进的自动化控制系统则可在瞬间完成。
第二气体处理厂25000吨／年轻烃深加工装置自动化控制系统采用YOKOGAWA 公司的DCS（CS3000）控制系统， 闪电时DCS系统可迅速检测到离心泵停运。通过对离心泵启动控制电路进行技改， 使它遇到闪电时，DCS系统瞬间发出一个时间为2 S的启动信号， 并自动完成停运离心泵的恢复启动操作， 极大程度地消除了闪电对轻烃装置的影响。
1 闪电现象产生原因
由于高压架空配电线路均安装有自动重合闸系统， 因此线路一旦发生故障跳闸， 系统将自动进行一次重合闸， 若此时故障消除，则高压配电系统供电恢复正常（表现为： 系统电压瞬间下降，又瞬间恢复正常，时间最长不超过1．25 S）。若线路跳闸的故障依然存在，则重合闸后加速开关跳闸切断高压配电线路。一次成功的重合闸对下游用户的表现就是供电系统发生一次闪电，据资料统计2003年中原油田供电公司高压架空线路故障约80％ 为瞬时性故障， 即系统重合闸约有8 0％ 的成功率。
2 离心泵直接恢复启动的可行性
离心泵正常启动前要关闭出口阀， 原因是：降低离心泵的启动负荷， 以减小电机的启动电流，使其在功率最小的条件下启动。遇到闪电离心泵停运时， 能否不关闭出口阀直接启泵成为解决问题的关键。
当离心泵停运时， 惯性电机没有立即停下， 有一个逐渐减速然后到静止的过程。电机的启动电流与电机负荷和转子转差率等因素有关， 即转差率越大， 启动电流也就越大。电机转子静止启动时， 转差率最大； 在其较高转速下启动，转差率较小。因此遇到闪电时电机转子靠惯性运转时期， 转差率比电机静止状态下要小， 此时转子转速尚未完全降低到零时对其恢复启动，其启动电流应该比静止状态下的启动电流小。
对此我们选择1台离心泵，对其电机停运后的瞬间恢复启动电流进行了测试（电机的额定电流为1 5A）。经试验测定，其关闭出口阀正常启动时最大启动电流为90A，在未关闭出口阀条件下，针对不同时间间隔的电机恢复启动电流统计见表1。

由试验数据可知， 闪停在3 S以内时， 电机恢复启动电流均低于电机正常启动电流值。而供电系统闪电的时间一般不会超过1．2 5 S，此刻在未关闭出口阀条件下电机的恢复启动电流要小于电机正常启动的电流， 因此离心泵闪停3 S内对电机进行恢复启动可行。
3 解决方案
利用Dc s系统可以监测供电系统是否发生闪电，一旦闪电引起离心泵停运，则由DCS系统发出一个时间为2 S的启动信号瞬间对停运离心泵进行恢复启动操作。若闪电后供电系统能在2 S内恢复，则离心泵恢复启动可以成功完成，反之，恢复启动操作中止， 待供电系统正常后， 由人工手动操作完成 其恢复启动操作过程的具体实现由闪电停运检测电路、恢复启动控制电路和Dcs系统组态3部分协作完成。
3．1 闪电停运检测电路
闪电停运检测电路图如图1。元器件的选型及要求：由于闪电时间很短， 为给DcS系统足够的反应时间，K1可选用一停电瞬时断开、来电延时闭合时间继电器， 其时间整定值为5 S， 以确保恢复启动信号动作准确；K1同时又要做电源检测元件， 因此要求K1的返回系数要高， 不能低于0．6， 否则， 其动作灵敏性偏低， 可能发生闪电离心泵停运后， K1还没有动作。一般控制用交流接触器的返回系数为为0．4，K1的返回系数为0．6以上时，可以杜绝上述现象的发生。

检修开关1、2可以做到更换K 1时不影响系统正常运行。当K 1发生故障需要更换时， 可以把检修开关2合上，确保DCS系统不会接收到错误的停运信号，再把检修开关1断开更换K 1，在K 1更换完毕后，合上检修开关1，再断开检修开关2，此刻系统恢复正常。接线： 电源检测元件的线圈接于总电源开关的
输出端，其来电延时闭合触点接到DCS系统的开关量输入端口。
3．2恢复启动控制电路
恢复启动控制电路如图2。

3．3 DCS系统组态
第二气体处理厂自动化控制系统采用DCS（CS3000）控制系统， 具体组态过程为：
（1）建立4个I／O点：①供电指示输入点K1-DI；②泵运行指示输入点K2-DI； ③控制启泵输出点K3-DO； ④ 内部开关K4。
（2）采用LC64[Logic chart]模块对离心泵运行与供电指示状态及恢复启泵控制输出进行系统组态，
其逻辑关系见表2。

由表2可知其逻辑关系为： 只有当闪电离心泵停运与系统停电两者同时发生时，DCS系统恢复启泵控制输出才能闭合。为防止K 1故障断开， 造成离心泵自动恢复启动现象发生， 一旦闪电离心泵停运与系统停电两者同时发生时， DCS系统输出闭合，延时2 S后断开。其DC S组态逻辑关系图如图3。

（3）建立供电状态监视光字牌。
（4）利用DCS系统组态报警事件，建立顺控表，当K I断开后， 触发供电状态监视光字牌， 提醒操作人员发生闪电。

3．4工作过程
（1）闪电离心泵停运时，Kl动作，其触点发出一个开关断开信号给DCS系统。
（2）DCS系统收到Kl的开关断开信号后，控制其DC S系统开关输出闭合2 s后断开。
（3）如果停电超过2s，DCS系统开关输出断开，恢复启动过程中止， 来电以后只能人工启泵。
（4）在DCS开关输出闭合2s内若电源能够恢复，则由Lll—FU—SB l—DCS系统开关一KM —FR—N构成一个回路，KM 动作闭合，离心泵来电启动，2 s后DCs开关输出断开，恢复启动过程结束，泵恢复正常运转（如图2）。
4 结束语
第二气体处理厂2 5000吨／年轻烃深加工装置，通过改进离心泵启动控制电路，利用DCs系统实现了对闪电停运离心泵的恢复启动操作；此项技改的应用，保障了闪电后轻烃装置的连续稳定运行，使闪电对轻烃装置的影响降到了最低， 经济效益显著， 同时还降低了离心泵再启动时的启动电流， 有效地延长了离心泵电机的使用寿命。该技术具有较强的推广应用价值。
参考文献
【1】孙晋 宋永英 钱入庭．DCS控制系统在液化汽化、混气站的应用．重庆：电工技术 2004（12）：27