一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统的制作方法

1.本实用新型涉及煤化工技术领域，特别涉及一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统。


背景技术：

2.锅炉装置、空分装置作为煤化工企业常见的公用工程装置，通常用来给后续工段提供蒸汽、氧气、氮气等公用物料，在整个工厂中占有及其重要的地位。锅炉和空分装置发生异常往往会导致全厂各个装置发生波动甚至是大面积的停车事故。目前大部分空分装置的核心设备空分空压机都使用锅炉产生的蒸汽作为动力，因此又增加了锅炉、空分之间的耦合关系。
3.现有技术中锅炉、空分、蒸汽管网之间的蒸汽压力联锁保护系统的相互独立的，其内容可简要描述为：1、单台锅炉异常停炉则联锁停一台空分空压机； 2、单台空分空压机异常停机则联锁停一台锅炉；3、单台空分空压机异常停机则联锁打开蒸汽管网放空阀。但是在实际运行过程中，三种情况发生了耦合关系，会出现蒸汽管网无法保持平衡，管网压力瞬间下降的问题。导致其他空分空压机因管网压力低而异常停车，空分空压机停机后又导致剩余锅炉联锁停炉。最终导致连锁反应，蒸汽、氧气、氮气供应不足，整个锅炉、空分装置及后续工段装置被拖垮，对企业造成巨大经济损失。同时，蒸汽平衡被破坏后会有超压的风险，存在安全隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统。
5.本实用新型的技术方案是：
6.一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，包括：
7.锅炉装置dcs子系统，包括锅炉装置dcs控制器，锅炉装置dcs控制器与锅炉装置现场的各类变送器、传感器连接；锅炉装置dcs控制器与锅炉 mft连接；
8.空分装置dcs子系统，包括空分装置dcs控制器，空分装置dcs控制器与所述锅炉mft连接用于判断是否为锅炉故障导致的空分空压机跳车；所述空分装置dcs控制器与所述锅炉装置dcs控制器连接用于发送空分空压机运行信号；
9.蒸汽管网装置dcs子系统，包括蒸汽管网dcs控制器，蒸汽管网dcs 控制器与所述空分装置dcs控制器连接；蒸汽管网dcs控制器与放空阀连接。
10.上述锅炉装置dcs控制器通过ai模拟量输入卡件和di数字量输入卡件接收锅炉装置现场的各类触发信号；所述锅炉装置dcs控制器通过di数字量输入卡件接收所述空分装置dcs控制器通过do数字量输出卡件输出的空分空压机运行信号；所述锅炉装置dcs控制器通过do数字量输出卡件与所述锅炉mft连接，锅炉mft通过di数字量输入卡件与所述空分装置dcs控制器连接。
11.上述空分装置dcs控制器通过di数字量输入卡件与所述蒸汽管网dcs 控制器连接。
12.上述蒸汽管网dcs控制器通过do数字量输出卡件与所述放空阀连接。
13.上述锅炉装置dcs控制器通过ai模拟量输入卡件和di数字量输入卡件接收锅炉装置现场的辅操台两个mft急停按钮均按下的触发信号、火检冷却风母管压力开关低报警的触发信号、火检冷却风机运行信号消失的触发信号、锅炉总风量低报警，延时30s的触发信号、汽包水位高报警的触发信号、汽包水位低报警的触发信号、炉膛负压高报警的触发信号、炉膛负压低报警的触发信号、送风机运行信号均消失的触发信号、引风机运行信号均消失的触发信号、火检信号均消失的触发信号以及空分空压机运行信号消失的触发信号。
14.与现有技术相比，本实用新型提供的一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，其有益效果是：
15.本实用新型提供的空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，修改原有的设计联锁内容，修改后锅炉停炉导致空分空压机停机后，不会再进一步使蒸汽管网放空阀打开，蒸汽管网平衡得以保持，其余装置可以稳定运行，避免故障的扩大化。
附图说明
16.图1为本实用新型的系统原理框图。
具体实施方式
17.下面结合附图1，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
18.实施例1：
19.如图1所示，本实用新型提供的一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，包括锅炉装置dcs子系统、空分装置dcs子系统以及蒸汽管网装置dcs 子系统；锅炉装置dcs子系统包括锅炉装置dcs控制器，锅炉装置dcs控制器与锅炉装置现场的各类变送器、传感器连接；锅炉装置dcs控制器与锅炉mft连接；空分装置dcs子系统，包括空分装置dcs控制器，空分装置 dcs控制器与所述锅炉mft连接用于判断是否为锅炉故障导致的空分空压机跳车；所述空分装置dcs控制器与所述锅炉装置dcs控制器连接用于发送空分空压机运行信号；蒸汽管网装置dcs子系统，包括蒸汽管网dcs控制器，蒸汽管网dcs控制器与所述空分装置dcs控制器连接；蒸汽管网dcs控制器与放空阀连接。
20.本实用新型中mft一般指的是锅炉运行当中对设备的自动保护措施，当发生异常突发事故时或报警，或自动停止设备运行。缺陷或故障消除后需启动设备时，必须先将mft复位方可启动设备，否则电机设备无法启动。mft即主燃料跳闸。主燃料跳闸是锅炉安全保护的核心内容。
21.现有技术中锅炉、空分、蒸汽管网之间的蒸汽压力联锁保护系统的相互独立的，其内容可简要描述为：
22.1、单台锅炉异常停炉则联锁停一台空分空压机；
23.2、单台空分空压机异常停机则联锁停一台锅炉；
24.3、单台空分空压机异常停机则联锁打开蒸汽管网放空阀。
25.但是在实际运行过程中，三种情况发生了耦合关系，会出现蒸汽管网无法保持平衡，管网压力瞬间下降的问题。导致其他空分空压机因管网压力低而异常停车，空分空压机停机后又导致剩余锅炉联锁停炉。最终导致连锁反应，蒸汽、氧气、氮气供应不足，整个锅炉、空分装置及后续工段装置被拖垮，对企业造成巨大经济损失。同时，蒸汽平衡被破坏后会有超压的风险，存在安全隐患。
26.本实用新型提供的空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，修改原有的设计联锁内容，修改后锅炉停炉导致空分空压机停机后，不会再进一步使蒸汽管网放空阀打开，蒸汽管网平衡得以保持，其余装置可以稳定运行，避免故障的扩大化。
27.实施例2：
28.本实施例基于实施例1，所述锅炉装置dcs控制器通过ai模拟量输入卡件和di数字量输入卡件接收锅炉装置现场的各类触发信号；锅炉装置dcs控制器通过di数字量输入卡件接收所述空分装置dcs控制器通过do数字量输出卡件输出的空分空压机运行信号；锅炉装置dcs控制器通过do数字量输出卡件与所述锅炉mft连接，锅炉mft通过di数字量输入卡件与空分装置 dcs控制器连接。
29.进一步地，所述空分装置dcs控制器通过di数字量输入卡件与所述蒸汽管网dcs控制器连接。
30.进一步地，所述蒸汽管网dcs控制器通过do数字量输出卡件与所述放空阀连接。
31.进一步地，所述锅炉装置dcs控制器通过ai模拟量输入卡件和di数字量输入卡件接收锅炉装置现场的辅操台两个mft急停按钮均按下的触发信号、火检冷却风母管压力开关低报警的触发信号、火检冷却风机运行信号消失的触发信号、锅炉总风量低报警，延时30s的触发信号、汽包水位高报警的触发信号、汽包水位低报警的触发信号、炉膛负压高报警的触发信号、炉膛负压低报警的触发信号、送风机运行信号均消失的触发信号、引风机运行信号均消失的触发信号、火检信号均消失的触发信号以及空分空压机运行信号消失的触发信号。
32.本实用新型的工作原理：
33.锅炉装置、空分装置作为煤化工企业常见的公用工程装置，通常同来给后续工段提供蒸汽、氧气、氮气等公用物料，在整个工厂中占有及其重要的地位。锅炉和空分装置发生异常往往会导致全厂各个装置发生波动甚至是大面积的停车事故。目前大部分空分装置的核心设备空分空压机都使用锅炉产生的蒸汽作为动力，因此有增加了锅炉、空分之间的耦合关系。
34.现以四台锅炉及3套空分空压机(即空分装置)，正常时锅炉三开一备，三套空分空压机全部运行。单台锅炉蒸汽产量为230吨/小时，单台空分空压机蒸汽消耗量为180吨/小时(基本接近1台锅炉的蒸汽产量，剩余少量蒸汽进入下级蒸汽管网供其他用户使用)。同时蒸汽管网上设置有一台放空阀，当阀门打开时，释放的蒸汽量近似等于一台锅炉的蒸汽产量。按照设计院最初的设计，锅炉、空分、蒸汽管网之间的蒸汽压力联锁保护系统的相互独立的，其内容可简要描述为：
35.1、单台锅炉异常停炉则联锁停一台空分空压机；
36.2、单台空分空压机异常停机则联锁停一台锅炉；
37.3、单台空分空压机异常停机则联锁打开蒸汽管网放空阀。
38.从蒸汽平衡的角度来考虑，假定单台空分空压机消耗的蒸汽量、单台锅炉的蒸汽产量、蒸汽管网放空阀释放蒸汽量一致，其值均为q。按照现有的联锁设计内容单独来看，情况为：
39.1、单台锅炉异常停炉则联锁停一台空分空压机；单台锅炉停炉后蒸汽产量少了q，单台空分空压机蒸汽消耗量少了q，因此蒸汽总量达到平衡，剩余锅炉和空分空压机可以正常运行；
40.2、单台空分空压机异常停机则联锁停一台锅炉；即单台空分空压机蒸汽消耗量少了q，单台锅炉停炉后蒸汽产量少了q，因此蒸汽总量达到平衡；
41.3、单台空分空压机异常停机则联锁打开蒸汽管网放空阀；即单台空分空压机蒸汽消耗量少了q，由于锅炉还在运行，空分空压机没有消耗掉的蒸汽量 q从放空阀释放，因此蒸汽总量也可达到平衡；
42.上述三种情况单独来看均没有问题，联锁设置可以保证蒸汽平衡和装置安全稳定运行。但在实际运行过程中，三种情况发生了耦合关系。当一台空分空压机出现故障时，会同时停一台锅炉并打开蒸汽管网放空阀，也就是说单台空分空压机蒸汽消耗量少了q，但是停一台锅炉使蒸汽产量少了q，同时打开蒸汽管网放空阀又使管网中蒸汽释放了q，即整个管网多释放了q蒸汽量，因此蒸汽管网无法保持平衡，管网压力瞬间下降，导致其他空分空压机因管网压力低而异常停车，空分空压机停机后又导致剩余锅炉联锁停炉。最终导致连锁反应，蒸汽、氧气、氮气供应不足，整个锅炉、空分装置及后续工段装置被拖垮，对企业造成巨大经济损失。同时，蒸汽平衡被破坏后会有超压的风险，存在安全隐患。
43.本实用新型修改原有的设计联锁内容，将“单台空分空压机异常停机则联锁打开蒸汽管网放空阀；”改为“非锅炉故障导致空分空压机停机才可以打开蒸汽管网放空阀”。修改后，锅炉停炉导致空分空压机停机后，不会再进一步使蒸汽管网放空阀打开，蒸汽管网平衡得以保持，其余装置可以稳定运行，避免故障的扩大化，系统结构如图1所示，如图1所示，整个联锁保护系统由三部分组成，包括了三套dcs系统。
44.一、第一部分为锅炉装置联锁保护系统，包括了一套dcs系统及部分的现场变送器、仪表、传感器等。现场的各类变送器、传感器将锅炉汽包液位信号、炉膛负压信号、火检信号、引风机运行信号等，通过信号电缆接入锅炉装置dcs系统的ai模拟量输入卡件及di数字量输入卡件，卡件将所有信号传入锅炉dcs控制器进行逻辑运算，当有信号超过预先设置的数值范围，联锁保护逻辑触发动作锅炉mft(主燃料切断保护)动作，将锅炉安全的停下来。为了消除变送器、传感器自身的故障导致的联锁误动作，部分变送器。传感器联锁设置了三组，通过控制器进行三取二的逻辑判断来触发联锁。锅炉装置的联锁触发信号包括以下内容：
45.(1)辅操台两个mft急停按钮均按下(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
46.(2)火检冷却风母管压力开关低报警(三取二)(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
47.(3)火检冷却风机运行信号消失(通过di数字量输入卡件与锅炉装置 dcs控制器连接)；
48.(4)锅炉总风量低报警，延时30s(通过ai数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连
接)；
49.(5)汽包水位高报警(通过ai数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
50.(6)汽包水位低报警(通过ai数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
51.(7)炉膛负压高报警(三取二)(通过ai数字量输入卡件与锅炉装置 dcs控制器连接)；
52.(8)炉膛负压低报警(通过ai数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
53.(9)送风机运行信号均消失(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs 控制器连接)；
54.(10)引风机运行信号均消失(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs 控制器连接)；
55.(11)火检信号均消失(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs控制器连接)；
56.(12)空分空压机运行信号消失(通过di数字量输入卡件与锅炉装置dcs 控制器连接)；
57.以上任意信号触发均会导致锅炉mft联锁停炉，同时锅炉dcs系统将通过do数字量输出卡件将mft联锁停炉信号送至空分装置。为避免卡件故障或者线路故障引起的误动作，每台锅炉mft停炉信号设置3组电缆，采用三取二联锁方式，以提高联锁的可靠性。
58.另外，针对上述第(12)项，空分空压机运行信号消失停锅炉，在锅炉 dcs控制器中还设计了一套独立的子程序，已实现多台空分空压机对多台锅炉的联锁动作。当空分装置有两台空分空压机停车时，联锁停一台锅炉，具体停哪台锅炉由工艺在操作画面上选择投入联锁；当空分装置有三台空分空压机停车时，联锁停两台锅炉，具体停哪台锅炉由工艺在操作画面上选择投入联锁。如果空分装置仅有一台空分空压机停车，则在锅炉dcs控制器不进行任何联锁动作，而在蒸汽管网dcs控制器中执行打开蒸汽管网放空阀的联锁逻辑。
59.二、第二部分为空分装置联锁保护系统，包括了一套dcs系统及相应的传感器附件。本套系统除了完成了空分装置空分空压机自身的设备联锁保护外，同时引入了来自锅炉装置的mft停车信号，通过di数字量输入卡件接入空分dcs控制器。该控制器主要完成三部分功能：
60.(1)完成了锅炉mft停车后停空分空压机的联锁逻辑。正常工况四台锅炉有三台运行。当三台运行的锅炉有一台停车时，联锁停一台空分空压机；有两台锅炉停车时联锁停两台空分空压机；三台锅炉全部停车时联锁停三台空分空压机。具体停哪台空分空压机可以在程序上选择。
61.(2)完成了空分空压机停车是否与锅炉停炉有关的逻辑判断。当逻辑判断为空分空压机停车不是由于锅炉停炉导致的时，空分dcs系统将信号送至蒸汽管网dcs系统，并联锁打开蒸汽管网放空阀；当逻辑判断为空分空压机停车是由于锅炉停炉导致的时，系统不执行开放空阀的联锁动作。为避免卡件故障或者线路故障引起的误动作，送往蒸汽管网dcs系统的信号设置3组电缆，采用三取二联锁方式，以提高联锁的可靠性。
62.三、第三部分为蒸汽管网装置联锁保护系统，主要实现了当一台空分空压机故障停机时(并且要经过空分dcs控制器判断空分空压机故障不是由锅炉停炉造成的)，联锁打开蒸汽管网放空阀的联锁逻辑。来自空分dcs系统的信号通过di数字量输入卡件进入蒸汽管网dcs控制器，当逻辑触发后，dcs 控制器通过do数字量输出卡件输出控制指令，打开蒸
汽管网的放空阀，释放蒸汽，避免蒸汽管网由于空分空压机停机，蒸汽缺少用户而超压。
63.综上所述，与现有技术相比，本实用新型的一种空分装置与锅炉装置间的联锁保护系统，很好的解决煤化工企业锅炉、空分、蒸汽管网之间复杂的联锁耦合缺陷，当异常情况出现时，避免了装置停车事故的扩大化，为企业避免了大量的经济损失，也很好的规避了潜在的安全隐患。
64.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。