防爆区域控制柜的电源改进

杨文戈

（陕西延长石油（集团）有限责任公司炼化公司，陕西 延安 727406）

0 引 言

石化企业装置生产中，安装在防爆区域内的自动控制柜大多采用正压通风防爆，即给密封的控制柜充一定压力的氮气或其他惰性气体，阻止易燃易爆气体进入。当柜内压力低于设定值时，联锁装置立即切断电源，以防止电气火花点燃进入柜内的易燃易爆气体[1]。然而，实际应用中，由于多种因素影响，防爆自动控制柜运行可靠性降低，影响了装置的长周期运行。

1 存在的问题

某LNG厂冷剂压缩机仪表控制柜采用正压通风型防爆控制柜，并安装在装置现场。2017年，陆续发生了几起仪表控制柜电源断电事故，造成冷剂压缩机停机、装置停工。事故发生后，分析断电原因，检查市电、UPS电源等，均未发现问题。经过多次试验后发现，如果电源电压稍有波动，就会造成断电。同时，对控制柜内接触器线圈做吸合释放测试，发现当控制电压低于200 V时接触器释放，初步断定接触器线圈释放电压过高导致系统断电。因此，只需更换原控制柜内接触器后即可消除故障。

2 控制柜供电系统分析

该控制柜由两路电源供电，一路220 VAC市电取自低压配电室，一路220 VAC UPS电源取自UPS电源柜。改造前，控制柜供电系统框图如图1所示。经分析发现，如果供电系统存在以下缺陷，可能会导致压缩机控制系统断电，压缩机停车。

通过分析控制柜供电系统并结合图1可知：

（1）该控制柜电源系统由两部分组成，一路220 VAC市电给控制单元（一）供电，另一路是220 VAC UPS电源给控制单元（二）供电，且市电供电受外界影响较大，可靠性相对较低，容易引起部分控制电源掉电。

图1 控制柜供电系统

（2）通入控制柜内的氮气或其他惰性气体由于系统管网压力变化或控制柜密封不好，容易引起压力波动。如果压力低于设定值，易造成柜内气体压力低联锁，控制系统供电中断。

（3）控制柜安装在室外，易受环境影响。尤其在夏季，外界环境温度高，控制柜内的温度随之增高，而温度过高会导致PLC主处理器报警，影响控制系统的安全运行。

（4）控制柜内所采用的空开、接触器、继电器等电气元件的性能、质量、可靠性不高，可能会由于电器元件故障或误动引起控制系统供电中断。

（5）UPS发生故障。一路控制电源掉电，导致控制系统失电，压缩机组停机，所有工艺参数无法上传，且主控室操作人员不能第一时间掌握现场工况和实施后续操作。

这些因素的存在降低了系统供电的可靠性。此外，石化装置连续生产的特性和故障停机等会造成巨大的经济损失，因此需要改进该控制柜电源，提高运行可靠性。

3 控制柜供电系统改造措施

控制柜内原有两路电源供电，一路是220 VAC市电，一路是220 VAC UPS供电。改造成两路220 VAC UPS电源供电，并增加双路快速切换开关，提高系统供电可靠性，减少电源因素的影响。改造后，控制柜供电系统框图如图2所示。

图2 改造后控制柜供电系统

当柜内气体出现压力波动且低于设定值时，增加延时联锁并报警，以便操作人员检查进气压力、箱体密封、压力表等，发现问题及时处理。控制柜安装位置应在避免阳光直射和通风良好的地点，或者控制柜搭设防雨遮阳棚加装空调。如果条件允许，可将控制柜移至非防爆区，也可以使用普通控制柜，在设备现场增加急停按钮，彻底消除现场正压柜由于气源压力不稳定导致的断电和现场控制柜由于阳光直射导致温度过高的隐患。将控制柜内空开、接触器、继电器等电气元件更换为质量可靠的产品，尤其是接触器，要选择线圈保持电压范围宽的产品，定期检查、校验元器件保护定值。此外，接触器要测试线圈的吸合、释放电压。按照相关规程及要求，定期预防性维护和检修UPS本体，对蓄电池定期充、放电，确保电池活性。另外，操作人员要加强巡视，检查UPS两路电源电压、蓄电池电压是否正常，UPS有无故障及报警信息，确保UPS运行状态完好。

4 改造实施及效果

经过多次讨论改造方案，2018年装置大检修期间，某LNG厂改造了冷剂压缩机仪表控制柜电源。

（1）将原控制柜内两路电源全部改为220 VAC UPS供电，并增加双路快速切换开关，为控制系统设备提供冗余电源。此外，两路220V AC UPS电源为控制系统提供电源，一路主电源，一路副电源。如果主电源失效，电源自动切换控制器将自动切换至副电源，从而保障控制系统不间断供电，提高供电可靠性。

（2）重新设定控制柜内气体压力低报警、联锁值，设定为气体压力低报警值和压力低低联锁值。当控制柜内气体压力低报警时，现场增加声光报警，以提醒操作人员检查控制柜。当控制柜内气体压力达到低联锁值时，考虑到压力低和环境中的气体短时间内不能进入控制柜，需增加延时联锁，为操作人员争取更多的时间处理故障，避免停机。

（3）因为控制柜安装在现场，所以2017年夏季曾经发生由于PLC温度过高导致系统出现故障的问题。利用本次改造机会，在原控制柜顶部增加防雨遮阳棚，另外在控制柜内增加小型工业空调，防止夏季温度过高导致PLC主处理器工作异常。

（4）由于原控制柜内空开、接触器、继电器等电气元件使用时间长，且经常出现偶发故障，本次检修应全部更换控制柜内的电气元件，将其更换为生产工艺先进、电气性能优异、质量可靠的品牌产品，以增加元器件的可靠性，避免由于电气元器件故障导致控制系统掉电。

（5）现场HIM（人机界面）操作员控制和监控屏柜内增加恒温电伴热，确保控制屏处于正常的工作温度，同时防止冬季温度过低，控制屏显示异常或死机现象；

（6）预防性维护和检修冷剂压缩机控制室UPS。本次检修需严格按照梅兰日兰UPS预防性维护计划表进行。根据UPS的运行时间，本次检修更换了UPS滤波电容、电解电容、散热风扇等元件，并更换了UPS蓄电池。另外，测试UPS整流单元、逆变单元及其他元件，并带电测试UPS运行性能，检修UPS是否达到了良好的运行状态。

通过以上改造，压缩机仪表控制柜运行至目前，未出现控制电源掉电和控制系统故障，提高了供电系统的可靠性和稳定性，保证了冷剂压缩机的长周期运行。

5 结 论

经实际运行验证，改造后的电源系统更加稳定、可靠，避免了压缩机由于控制系统掉电而导致停车，保证装置安全、稳定地运行，并取得了显著的经济效益和社会效益。