Sentry G3振動監(jiān)測保護系統(tǒng)在硫酸裝置透平機中的應(yīng)用

徐 健 潘茂強

(1.貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電子與信息工程學院，貴陽 550008；2.貴州甕福集團有限責任公司甕福磷肥廠， 貴州 福泉 550501)

貴州甕福集團有限責任公司的80萬t/a硫酸裝置A、B系列SO2主風機由杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的背壓式汽輪機驅(qū)動，其風機振動保護系統(tǒng)采用的是Bently 3300機械保護系統(tǒng)，經(jīng)過十余年的運轉(zhuǎn)，模塊性能老化，經(jīng)常出現(xiàn)振動和位移監(jiān)測模塊故障率高，儀表測量值不穩(wěn)定并且會有階躍式變化現(xiàn)象，導致主風機因聯(lián)鎖保護動作而停車，硫酸裝置也隨即停產(chǎn)，成為硫酸裝置穩(wěn)定運行的重大隱患。為了保證汽輪機設(shè)備和SO2主風機的安全穩(wěn)定運行，保證硫酸裝置生產(chǎn)的長周期穩(wěn)定運行，公司決定組織技術(shù)人員對旋轉(zhuǎn)機械保護系統(tǒng)進行技術(shù)更新改造。

1 旋轉(zhuǎn)機械常用檢測參數(shù)①

旋轉(zhuǎn)機械的故障一般都反映在機械振動上，所以技術(shù)人員也多從機械振動方面入手確定故障原因。由振動理論可知，如果一個機械系統(tǒng)在多種原因的作用下發(fā)生振動，其結(jié)果波形相當于各個振因單獨作用時波形的疊加。一種振因?qū)?yīng)一個特定的振動頻率，多種振因就對應(yīng)多個不同頻率的振動波形，因此振動故障的原因可由不同頻率的振動波形分析得出。旋轉(zhuǎn)機械常用的檢測參數(shù)有振幅、頻率、相角、轉(zhuǎn)速、振動形式(時基波形和軸心軌跡)和其他參數(shù)(軸承溫度、潤滑油溫度、介質(zhì)壓力及介質(zhì)流量等)。

2 Sentry G3機械保護系統(tǒng)

Sentry G3機械保護系統(tǒng)是一種具有較高性能的信號處理系統(tǒng)(符合API670標準)，為各類傳感器提供了一個多功能監(jiān)測平臺。四通道工作模塊的每個通道均可獨立組態(tài)，進行連續(xù)監(jiān)測和在線保護；每個通道可測量振動、位移、膨脹、溫度、轉(zhuǎn)速及過程量等參數(shù)。數(shù)字信號處理技術(shù)使得每個通道在組態(tài)并運行后，繼電器動作和模擬量輸出功能均是獨立的，不影響所在模塊的運行。系統(tǒng)還提供了標準的模擬信號(4～20mA)和數(shù)字信號，可引到DCS系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控?？蚣転?04.8mm(12″)EIA標準設(shè)計，緊湊的3U框架，最多可以測量12個通道。同時設(shè)有可選的雙冗余電源?？蚣茈娫幢趁嬗蠱odbus485通信接口。

Sentry G3監(jiān)測模塊的后端接線方式靈活，可以接收任何TSI系統(tǒng)傳感器的輸入；USB電腦組態(tài)接口，可方便地監(jiān)測接入傳感器的輸入信號；每個G3模塊配有5個繼電器A1～A5，A1～A4繼電器可對模塊內(nèi)的4個監(jiān)測通道做報警邏輯，A5繼電器輸出模塊與通道的自檢狀態(tài)；模塊為每個通道提供了兩路模擬量信號輸出，用于與DCS/PLC的通信；標準彩色LCD顯示，不同的顯示顏色表明不同的機器狀態(tài)，實時顯示每個通道的測量值。Sentry G3可組態(tài)多種顯示模式，包括歷史報警、每個通道的趨勢數(shù)據(jù)和振動通道的FFT頻譜圖。

3 技改方案

SO2主風機是硫酸生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，采用汽輪機驅(qū)動，其進汽壓力3.2MPa、溫度450℃、設(shè)計工作轉(zhuǎn)速4 500r/min。SO2風機工作負荷是由電液調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)的，對安全性和可靠性有著很高的要求。原風機使用的Bently 3300機械保護系統(tǒng)，由于模塊性能老化而多次出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)瞬間變高現(xiàn)象，導致振動參數(shù)高高限報警引起跳閘停車。該振動檢測系統(tǒng)(TSI)由振動位移探頭、前置放大器及顯示變送儀表等組成，其中顯示變送儀表部分故障率高、穩(wěn)定性差，對生產(chǎn)的穩(wěn)定運行帶來嚴重影響。因此，有必要對檢測系統(tǒng)進行改造。

公司技術(shù)人員在綜合考慮了性能、成本、服務(wù)及原電渦流傳感器的兼容匹配等因素后，最終選定了性價比較高的Sentry G3系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個標準機架，雙重冗余電源模塊和監(jiān)控模塊，由于其監(jiān)控模塊具有四通道“萬能輸入”特性，所以僅用6個模塊就實現(xiàn)了22個點的監(jiān)控，比之前用的Bently 3300兩通道系統(tǒng)節(jié)省了監(jiān)測模塊的數(shù)量，節(jié)省了投資。透平汽機機組Sentry G3 TSI測點見表1。

表1 透平汽機機組Sentry G3 TSI系統(tǒng)測點

傳感器機組全部采用Bently電渦流傳感器，與Sentry G3振動監(jiān)測保護系統(tǒng)完全兼容。TSI的安裝機柜采用原機柜，只是安裝孔有改動。

改造后的振動保護系統(tǒng)的測點配置如圖1所示，透平機鍵相(K781B)一點(K-鍵相，0～5000r/min)，透平機前、后軸X、Y向振動(X733B～X738B)4點(X-軸振動，0～250μm)，透平機軸向位移(Z769/770B)兩點(Z-軸位移，±1mm)，風機轉(zhuǎn)子X、Y向振動(X4165/4166)兩點，位移(Z4163/4164)兩點。DCS通過引入G3的4～20mA輸出生成了振動位移測量值的歷史趨勢記錄，便于對主風機運行狀態(tài)進行長期監(jiān)測。而停機聯(lián)鎖則采用Sentry G3的繼電器輸出，其中振動值0～100μm，停機值80μm，位移-1～+1mm，停機值±0.8mm。

圖1 改造后振動保護系統(tǒng)的測點配置

改造后，貴州甕福集團有限責任公司的80萬t/a硫酸裝置A、B系列SO2主風機系統(tǒng)可靠性高， Sentry G3振動保護系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，沒有發(fā)生測量值異常波動導致SO2主風機停車和硫酸裝置停產(chǎn)事件，有力保障了硫酸裝置的平穩(wěn)運行。由于Sentry G3振動保護系統(tǒng)具有“萬能輸入”特性，使得對SO2主風機的遠程狀態(tài)監(jiān)測得以實現(xiàn)，通過在DCS上生成的歷史數(shù)據(jù)記錄，專業(yè)技術(shù)人員能夠?qū)ζ啓C和主風機的各項參數(shù)進行記錄和分析。原有的22個Bently傳感器繼續(xù)留用，單個測點的投資僅是原來的一半。由于硫酸裝置的意外停車容易引發(fā)環(huán)保事故，該項目的成功實施大大提高了硫酸裝置的運行率，降低了意外停車引發(fā)環(huán)保事故的風險。

4 結(jié)束語

該項目實施后，經(jīng)過長時間的運行測試，證實改造后的振動保護系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地與原Bently傳感器兼容，對信號的處理準確穩(wěn)定，聯(lián)鎖保護動作可靠，系統(tǒng)測量變送各項參數(shù)正常，滿足了設(shè)計要求，達到了項目預期效果，項目改造獲得了成功。這對于大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的監(jiān)測保護設(shè)計具有一定的借鑒意義。