Sentry G3振动监测保护系统在硫酸装置透平机中的应用

徐 健 潘茂强

(1.贵州工业职业技术学院电子与信息工程学院，贵阳 550008；2.贵州瓮福集团有限责任公司瓮福磷肥厂， 贵州 福泉 550501)

贵州瓮福集团有限责任公司的80万t/a硫酸装置A、B系列SO2主风机由杭州汽轮机股份有限公司生产的背压式汽轮机驱动，其风机振动保护系统采用的是Bently 3300机械保护系统，经过十余年的运转，模块性能老化，经常出现振动和位移监测模块故障率高，仪表测量值不稳定并且会有阶跃式变化现象，导致主风机因联锁保护动作而停车，硫酸装置也随即停产，成为硫酸装置稳定运行的重大隐患。为了保证汽轮机设备和SO2主风机的安全稳定运行，保证硫酸装置生产的长周期稳定运行，公司决定组织技术人员对旋转机械保护系统进行技术更新改造。

1 旋转机械常用检测参数①

旋转机械的故障一般都反映在机械振动上，所以技术人员也多从机械振动方面入手确定故障原因。由振动理论可知，如果一个机械系统在多种原因的作用下发生振动，其结果波形相当于各个振因单独作用时波形的叠加。一种振因对应一个特定的振动频率，多种振因就对应多个不同频率的振动波形，因此振动故障的原因可由不同频率的振动波形分析得出。旋转机械常用的检测参数有振幅、频率、相角、转速、振动形式(时基波形和轴心轨迹)和其他参数(轴承温度、润滑油温度、介质压力及介质流量等)。

2 Sentry G3机械保护系统

Sentry G3机械保护系统是一种具有较高性能的信号处理系统(符合API670标准)，为各类传感器提供了一个多功能监测平台。四通道工作模块的每个通道均可独立组态，进行连续监测和在线保护；每个通道可测量振动、位移、膨胀、温度、转速及过程量等参数。数字信号处理技术使得每个通道在组态并运行后，继电器动作和模拟量输出功能均是独立的，不影响所在模块的运行。系统还提供了标准的模拟信号(4～20mA)和数字信号，可引到DCS系统进行远程监控。框架为304.8mm(12″)EIA标准设计，紧凑的3U框架，最多可以测量12个通道。同时设有可选的双冗余电源。框架电源背面有Modbus485通信接口。

Sentry G3监测模块的后端接线方式灵活，可以接收任何TSI系统传感器的输入；USB电脑组态接口，可方便地监测接入传感器的输入信号；每个G3模块配有5个继电器A1～A5，A1～A4继电器可对模块内的4个监测通道做报警逻辑，A5继电器输出模块与通道的自检状态；模块为每个通道提供了两路模拟量信号输出，用于与DCS/PLC的通信；标准彩色LCD显示，不同的显示颜色表明不同的机器状态，实时显示每个通道的测量值。Sentry G3可组态多种显示模式，包括历史报警、每个通道的趋势数据和振动通道的FFT频谱图。

3 技改方案

SO2主风机是硫酸生产装置中的关键设备，采用汽轮机驱动，其进汽压力3.2MPa、温度450℃、设计工作转速4 500r/min。SO2风机工作负荷是由电液调速系统实现的，对安全性和可靠性有着很高的要求。原风机使用的Bently 3300机械保护系统，由于模块性能老化而多次出现检测数据瞬间变高现象，导致振动参数高高限报警引起跳闸停车。该振动检测系统(TSI)由振动位移探头、前置放大器及显示变送仪表等组成，其中显示变送仪表部分故障率高、稳定性差，对生产的稳定运行带来严重影响。因此，有必要对检测系统进行改造。

公司技术人员在综合考虑了性能、成本、服务及原电涡流传感器的兼容匹配等因素后，最终选定了性价比较高的Sentry G3系统。该系统包括一个标准机架，双重冗余电源模块和监控模块，由于其监控模块具有四通道“万能输入”特性，所以仅用6个模块就实现了22个点的监控，比之前用的Bently 3300两通道系统节省了监测模块的数量，节省了投资。透平汽机机组Sentry G3 TSI测点见表1。

表1 透平汽机机组Sentry G3 TSI系统测点

传感器机组全部采用Bently电涡流传感器，与Sentry G3振动监测保护系统完全兼容。TSI的安装机柜采用原机柜，只是安装孔有改动。

改造后的振动保护系统的测点配置如图1所示，透平机键相(K781B)一点(K-键相，0～5000r/min)，透平机前、后轴X、Y向振动(X733B～X738B)4点(X-轴振动，0～250μm)，透平机轴向位移(Z769/770B)两点(Z-轴位移，±1mm)，风机转子X、Y向振动(X4165/4166)两点，位移(Z4163/4164)两点。DCS通过引入G3的4～20mA输出生成了振动位移测量值的历史趋势记录，便于对主风机运行状态进行长期监测。而停机联锁则采用Sentry G3的继电器输出，其中振动值0～100μm，停机值80μm，位移-1～+1mm，停机值±0.8mm。

图1 改造后振动保护系统的测点配置

改造后，贵州瓮福集团有限责任公司的80万t/a硫酸装置A、B系列SO2主风机系统可靠性高， Sentry G3振动保护系统运行稳定可靠，没有发生测量值异常波动导致SO2主风机停车和硫酸装置停产事件，有力保障了硫酸装置的平稳运行。由于Sentry G3振动保护系统具有“万能输入”特性，使得对SO2主风机的远程状态监测得以实现，通过在DCS上生成的历史数据记录，专业技术人员能够对汽轮机和主风机的各项参数进行记录和分析。原有的22个Bently传感器继续留用，单个测点的投资仅是原来的一半。由于硫酸装置的意外停车容易引发环保事故，该项目的成功实施大大提高了硫酸装置的运行率，降低了意外停车引发环保事故的风险。

4 结束语

该项目实施后，经过长时间的运行测试，证实改造后的振动保护系统能够稳定地与原Bently传感器兼容，对信号的处理准确稳定，联锁保护动作可靠，系统测量变送各项参数正常，满足了设计要求，达到了项目预期效果，项目改造获得了成功。这对于大型旋转机械设备的监测保护设计具有一定的借鉴意义。