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變送器故障檢測技術(shù)在乙烯裝置SIS 中的應用
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變送器故障檢測技術(shù)在乙烯裝置SIS 中的應用

時間:2016-08-01

摘要: 主要介紹了變送器故障檢測技術(shù)的實現(xiàn)方式及在康吉森TS3000 SIS 系統(tǒng)中的具體應用。分析了變送器故障信號的產(chǎn)生,康吉森TS3000 對變送器故障信號的檢測及該信號在系統(tǒng)的“2oo3”( 三取二) 安全邏輯中的使用。同時引入了NAMUR NE43 tuijian標準,對SIS 系統(tǒng)中所有的變送器進行了剖析,找出并改正變送器故障檢測在系統(tǒng)應用的隱患,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)長滿優(yōu)”運行。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,簡稱SIS) ,在石油化工生產(chǎn)裝置的開車、停車、運行擾動以及維護操作期間,為人員健康、裝置設備及環(huán)境提供安全保護。在《石油化工安全儀表系統(tǒng)設計規(guī)范》( SH/T 3018—2003) 中對石油化工安全儀表系統(tǒng)的設計進行了詳細的要求。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        中國石油四川石化有限責任公司( 以下簡稱四川石化) 乙烯裝置使用的是SIS 系統(tǒng)。根據(jù)工藝的特點,在設計階段,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)中變送器故障檢測的實現(xiàn)及應用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 臺感測器( 即變送器) 的信號輸入進入康吉森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)換為對應的819 ~ 4 095 的數(shù)字量信號,然后送入SIS 系統(tǒng)軟件的輸入處理模塊( AI2L /AI2H模塊) ( 見圖2) ,此模塊把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應的工程量并可以通過與聯(lián)鎖值比較,輸出高高或低低報警信號; 同時此模塊可根據(jù)變送器的輸入電流判斷變送器是否故障。如果此模塊檢測到信號低于737( 輸入電流值3. 6 mA) 或大于4 258( 輸入電流值20. 8 mA) ,則認為變送器已經(jīng)故障,該電流值無效,同時輸出變送器故障報警信號INV,此INV 信號在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,見圖3。此模塊可以把AI2L /AI2H 輸出得到的3 個低低或高高的報警信號輸入該模塊做三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,為保證聯(lián)鎖可靠,在該模塊中,康吉森SIS 設計引用了變送器故障報警信號INV。該模塊功能參照了《石油化工安全儀表系統(tǒng)設計規(guī)范》( SH/T 3018—2003) 中“安全儀表邏輯結(jié)構(gòu)圖”的“2oo3”功能。當輸入信號有1 個故障時,“2oo3”功能下降為“1oo2”; 當輸入信號有2 個故障時,“1oo2”功能下降為“0oo0”,即如果同時有2 個信號故障,也會觸發(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,“裂解爐爐膛負壓高高”參與了裂解爐SIS 系統(tǒng)的SD - 2 聯(lián)鎖: 當爐膛負壓高于50 Pa 時,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)場采用了3 臺三暢儀表的EJA - 120A系列微差壓變送器測量爐膛負壓,變送器量程“- 100 ~ 100 Pa”。在開車期間,由于工藝操作原因,爐膛負壓達到了- 110 Pa。由于EJA變送器默認設置為正常測量時,輸出電流值3. 2 ~21. 6 mA( 變送器量程的- 5% ~ 110%) 。雖然此時3 臺變送器測量值低于量程的- 5%,但會同時輸出3. 2 mA 電流信號到SIS 系統(tǒng)。此時SIS 系統(tǒng)中的AI 模塊( AI2H) 檢測判斷為這3 臺變送器已經(jīng)故障,同時產(chǎn)生變送器故障信號INV,在V2oo3模塊中,由于模塊檢測到3 個變送器故障信號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

        按照設計,在正常操作下,僅當爐膛負壓高于50 Pa 時,才觸發(fā)聯(lián)鎖。在開車過程中,工藝操作可能會使爐膛負壓低于- 110 Pa,因此不能聯(lián)鎖。同時雖然爐膛負壓低于了變送器量程的- 5%,但該變送器并未故障,屬于正常測量,待工藝條件恢復后,變送器立即測量正常。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
        通過分析,問題的根源在于未對現(xiàn)場變送器正常工作時( 包含儀表雖超量程,但儀表整體運行時正常的情況) 的輸出電流值、變送器故障時的輸出電流值與康吉森SIS 系統(tǒng)檢測方式下的電流值進行有效的分配及劃分?导璖IS 系統(tǒng)中AI2L /AI2H 模塊,會誤把正常工作但超量程測量的變送器認為故障。所以必須對變送器輸出電流進行適當?shù)膭澐,使康吉森SIS 能準確地把變送器的故障及正常工作狀態(tài)區(qū)分開來,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“德國測量與控制標準委員會”制定的一項tuijian標準。其對變送器在不同工作狀態(tài)下( 正常工作,故障工作) 的輸出電流進行范圍劃分,使電流的接收端可以通過電流值判斷變送器的工作狀態(tài)。NAMUR NE43 對變送器輸出電流的具體劃分,見圖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標準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)場變送器應用非常廣泛,只要選取適當?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量之間被康吉森SIS 系統(tǒng)準確區(qū)分開來。qwd壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

        通過與三暢儀表廠家討論確認,EJA 系列壓力、差壓變送器,符合NE43 標準,默認出廠設置為: 在正常測量時,儀表默認電流輸出范圍為- 5% ~ 110% ( 3. 2 ~ 21. 6 mA) ,此輸出范圍可修改; 當變送器CPU 或硬件故障時,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)設計院確認,把測量裂解爐的爐膛負壓且參與聯(lián)鎖的變送器的正常輸出電流值由3. 2 ~ 21. 6 mA 改為4 ~ 20mA。即在變送器正常測量時,變送器僅能輸出4 ~ 20 mA 的電流值。即使當實際測量值低于或高于儀表量程時,變送器也只能輸出對應的4 mA或20 mA 信號。在變送器故障時,根據(jù)設置,輸出電流為21. 6 mA。通過此方法,即使在某些極端操作條件下,工藝參數(shù)超出了變送器的測量范圍,只要未達到聯(lián)鎖值,SIS 系統(tǒng)也不會觸發(fā)聯(lián)鎖,工藝操作可以繼續(xù)進行。在此次修改以后,裂解爐再未出現(xiàn)由于爐膛負壓低于變送器測量范圍,而導致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SIS 系統(tǒng)中使用了變送器故障信號的聯(lián)鎖進行了剖析,進一步對相關(guān)的變送器的故障電流值范圍及正常測量電流值范圍進行了核實,查看是否與康吉森SIS 系統(tǒng)的故障檢測電流范圍存在不統(tǒng)一的情況,并與乙烯裝置工藝和設計人員就各種聯(lián)鎖參與的工藝操作進行討論,對極端操作條件下,工藝參數(shù)可能超過變送器量程的情況進行確認。結(jié)合以上方法對存在的隱患進行逐一整改,#后確認整改的內(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) 對于差壓流量變送器( 型號: 三暢儀表EJA110A/120A 差壓變送器) ( 共232 臺) ,由于可能出現(xiàn)正負導壓管堵塞而引起高/低超量程,導致非正常聯(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,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) 對于小量程的溫度變送器( 型號: 三暢儀表YTA 系列溫度變送器) ( 共30 臺) ,可能在極端負溫下出現(xiàn)超量程,導致非正常聯(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,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) 對于差壓液位變送器( 型號: 三暢儀表EJA110A 差壓變送器) ( 共9 臺) ,由于可能出現(xiàn)正負導壓管堵塞而引起高/低超量程,導致非正常聯(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,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) 對于壓力變送器( 型號: 三暢儀表EJA430A差壓變送器) ( 共15 臺) ,由于可能出現(xiàn)管道高壓而引發(fā)超量程,導致非正常聯(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,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,變送器故障信號越來越多地作為聯(lián)鎖信號引入到聯(lián)鎖中。同時,NANUR NE43 規(guī)范的廣泛使用,也使這種功能的實現(xiàn)非常容易。但在使用過程中,儀表專業(yè)人員必須熟悉在SIS 聯(lián)鎖中,變送器故障信號在SIS 系統(tǒng)中的作用,同時,熟悉現(xiàn)場變送器輸出電流的設置( 不同廠家的變送器,雖然都符合NE 43 標準,但具體的出廠默認設置不一樣) 。確認設置變送器的正常輸出電流在SIS 系統(tǒng)變送器的正常檢測電流范圍內(nèi),確認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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