基于TRICON的煤气化装置ESD系统的应用

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 付佐业



基于TRICON的煤气化装置ESD系统的应用

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 付佐业

【摘要】煤制氢装置连续稳定运行是全厂长期稳定运行的根本保证，煤气化装置的运行工况对下游装置具有先决意义。煤气化生产装置工艺复杂，在生产过程中大部分都是高温、高压、易燃、易爆的，为了保证生产中的安全，煤制氢采用了TRICON紧急停车系统，本文主要介绍TRICON系统在煤制氢生产装置上的应用。

【关键词】三重化冗余；TRICON；配置

煤制氢装置通过把煤粉和氧气按一定比例在壳牌气化炉内发生不完全燃烧产生合成气，合成气通过变换产生氢气。此工艺过程具有高温高压且流程长、控制点多、工艺复杂等特点。在这些情况下，安全系统必须产生及时、正确的输出，来防止任何危险发生或减轻后果。为了煤制氢装置安全稳定的运行，就要选用一套反应迅速，故障率低的紧急停车系统，ESD系统。具体的说，一个基本的Tricon高密度系统由以下几部分构成：模件、容纳各模件的机架、现场端子板、以及编程工作站。

1　TRICON　ESD系统的特点

TRICONEX系统采用当今最先进的TMR微处理器硬件技术，和成熟可靠的TRISTATION 1131软件，系统的高可靠性和高可用率被广泛应用于石化行业，国内已应用了3000多套Tricon TMR系统。

1)TRICON最大的特点就是三重化冗余结构，从输入模件到MP到输出模件是完全三重化冗余的 ，每一个IO信号都拥有相互独立的三个Leg，每一个Leg自主地读取输入信号并将读到状态送给相应的MP，三个主处理器之间通过TriBus进行通讯，每一个扫描周期每个MP都会通过TriBus与其他两个MP进行通讯和同步 ，TriBus把DI的表决结果和AI的计算结果送给每一个MP，每个MP独立地进行Program的运算并将结果送到输出出模件 。

2)冗余：三重化主处理器、每一I/O模块都有三条独立的分电路、双重电源供给、双重通讯模块。电源模块和通讯模块是双重冗余。

3)隔离结构：三重独立的主处理机、每个组件箱内都配备两重冗余电源、在I/O组件内部，没有共享部件、系统与现场之间隔离

4)在线维护：无需系统停车即可在线更换I/O组件、无需系统停车即可在线更换主处理机、卡件故障时可自动切换到热备卡件。无需系统停车即可在线更改系统组态、在线软件下装。只能局部下装，不能整体下装 。

5)高安全性，高可用性：此系统是通过三重模件冗余结构（T MR）提供容错能力的。此系统由三个完全相同的系统通道组成，可以消除因硬件故障造成的误停车。

6)与上位机系统直接通讯。

7)TriStation软件允许离线仿真。

8)安装简便。

2　TRICON系统在煤制氢中的应用

煤制氢106单元ESD共有4个机架，一个主机架三个扩展机架。电源模块为双重冗余在主机架的最左侧，双电源供电－每个电源模块可承担整个机架的负荷（175瓦），正常工作条件时，所需功率由两个电源分担，即每一电源提供系统电力的50％，当一个电源坏掉的时候另外一个电源承担整个机架的供电。三重冗余主处理器，型号3008紧挨着电源模块，每个模件控制系统的独立的一支，并与其它两个主处理器并行工作，三个主处理器之间的数据通信通过TRIBUS总线传输。4119EICM通讯卡，用来与DCS通讯，4329NCM通讯卡用来和交换机连接、然后通过网线与工程师站上位机连接供仪表人员操作。TRICON系统的模件由装在一金属骨架内的电子元件构成，可就地更换。每个模件有一个保护盖，当模件从机架上取下来时，也不会暴露。各模件上的“键”又可以避免模件被插入到错误的槽内。Tricon模件支持数字的和模拟的输入与输出点，不同的模件有不同的表决方式、在DI组件内实现数字量输入表决 3-2-1、在 DO 组件内实现数字量输出表决 3-2-0、在AO组件内实现模拟量输出选择表决，选择中值、在AI组件内实现模拟量输入选择表决，选择中值，当AI、AO有一个坏值就会输出平均值，两个坏值就输出剩下的好值。

3　系统维护

3.1硬件维护

1)不可以从机架上拔出任何“active” 的卡件！！！因为当正常开车情况下，IO卡被拔出会造成全部点变成“0”，如果MP被拔出安全等级会降低。

2)当某个I/O卡件故障需在线更换时，更换前需检查卡件上所有的针是直的平行的，无断损无歪斜。

3)正常开车情况下在用的卡件的固定螺丝保证紧固不要松开。

4)系统存在多个故障，其中包含了MP或I/O卡的故障，要记住首先要解决MP再解决I/O卡件故障。

5)如果需要拔出热备的卡件，要保证在正点过了10分钟后，也不要靠近正点，因为在整点时刻主备卡件进行自动切换，如果整点拔出卡件容易造成装置停车。

3.2软件维护

1)在线运行时信号的应急处理：a)正常生产时有特殊情况发生需要强制操作，如现场一次仪表需处理，应履行相关手续，填写联锁摘除申请单，对此次操作进行相关记录；b)具有相关资质的工程师进入工程师站，用具有相关级别权限的登录名打开1131程序；c)分析此信号产生的相关联锁都用在哪些逻辑中，可使用“全部搜索功能”找出程序中所有使用该变量的逻辑一一检查核实！d)为方便处理完故障后恢复此信号的联锁功能，建议对AI信号强制实型的变量，这样可以在解除强制信号前看到现场进入系统的实际值。

2)装置在正常开车情况下只允许部分下装不允许整体下装，如若整体下装需等到停车时再做整体下装。暂停按钮和HALT按钮在开车情况下严禁使用，否则会导致控制器停止运行，所有输出点变为：“0”。

4　日常巡检注意事项

我们可以通过诊断软件观察各个模件的运行状况，也可以通过模件面板上的指示灯判断模件运行状态。每个班要检查所有的电源、机架卡件的指示灯，目测检查接地螺丝的状况 ，检查电源风扇，机柜风扇的状态 、照明、检查机柜内各部位的温度，检查环境温度及振动等。如发现不正常运行时要及时处理以防引起停车。

5　故障处理

故障一般分为两种，一种是一般故障；不会引起停车，在线可以处理此故障。第二种为严重故障；能够引起工艺或设备停车，或者同时出现两个以上的卡件故障。

当一般故障发生时，仪表人员通过诊断软件收集故障信息，然后由厂家判断故障原因。更换故障卡件时要严格遵守操作规程，保证硬件版本号一致。如果发生严重故障导致停车，要及时联系厂家人员到现场查明原因，消除隐患防止以后类似情况发生。

1)系统温度高报警：电源模块上的TEMP报警灯会亮，此时仪表人员要仔细检查环境温度，检查风扇运行状态。以及各模件运行状态。

2)冗余电源中的一路电源故障：电源Pass灯会灭，如果是电源输入故障，修复输入电源；如果是卡件故障了或电源输入丢失则更换电源模件，当电源故障时对应的继电器会灭，上位机会显示电源报警。

3)卡件报警：目前煤制氢都用的是单卡，如果卡件报警，我们需把新卡件插入热备卡槽内，待检测完成后方可拔出坏卡（注意事项：不要在整点插拔卡件）。

4)通讯故障：如出现通讯故障要及时检测通讯卡夹、通讯线以及接头的好坏。

5)控制系统停止运行：控制系统全部失电，事故原因分析:程序a)停止运行。b)三个控制器同时故障不工作。c)两路电源同时失电。以上原因都会导致系统完全停电，各控制阀输出回零，现场电磁阀都不能动作，最终停车。

6　结语

自2008年公司开车，煤制氢装置就遇到了一系列的难题，面对出现的问题，公司领导和技术人员寻找问题根源，并加以解决。公司目前拥有的煤直接液化生产线是全世界第一套商业化运行生产线，是国家十五重点项目之一，是涉及国家能源战略、产业战略以及神华自身发展战略的重大项目，是一种先进的洁净煤技术，是解决我国石油供应的一条重要途径。

随着我国工业发展程度的推进，对于能源资源的需求量也在不断增加，而我国发展是一条以资源换取发展的道路，我国的能源在不断消耗中。本文通过以神华鄂尔多斯煤制油分公司煤制氢为例子，介绍了Tricon系统在该项目中的应用以及存在的风险。随着现代社会的高速发展，全球的石油、天然气等能源的用量也在不断增加，消耗量日渐增加，将会出现某些资源能源短缺的现象。众多国家都靠从国外进口相关能源来解决国内的能源问题，煤炭的储藏量相对要比较高，使用量也不高，同时发掘方面投入少，通过将煤转化为人们所需要的各种石化能源。煤炭作为世界上的第一大能源，同时，在环保方面，煤炭气化也是一种极为有效的洁净煤利用技术。通过合理地对于煤炭资源的运用，可以从中得到不可合成的化学品，以代替我国现行发展中所消耗的能源，例如石油氢气等。

参考文献

[1]Tricon 硬件安装手册培训教材.

[2]吕作青.Tristation 1131配置及应用.