水力除焦控制系統(tǒng)在橫河ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００系統(tǒng)上的開發(fā)及應(yīng)用

摘要：本文詳細介紹了中國石化濟南分公司50萬噸/年延遲焦化裝置水力除焦控制系統(tǒng)在日本橫河CENTUM-CS3000系統(tǒng)上的開發(fā)過程，介紹了控制系統(tǒng)的構(gòu)成和完成的功能，以及應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：水力除焦控制系統(tǒng)；開發(fā)；應(yīng)用

1 工藝過程簡介：

中國石化濟南分公司50萬噸/年延遲焦化裝置由北京石化設(shè)計院設(shè)計，該裝置是以渣油或高黏度重質(zhì)稠油為原料，在高溫下進行深度熱裂化反應(yīng)，生成出石油焦（即焦炭）、汽柴油、液化氣等產(chǎn)品。其中水力除焦系統(tǒng)是我廠50萬噸/年延遲焦化裝置的一部分。焦化原料油經(jīng)過充分換熱，用加熱爐輻射進料泵抽出，打入焦化爐，快速升溫至496℃～500℃，經(jīng)四通閥進入焦炭塔底部，循環(huán)油及原料減渣中蠟油以上餾分在焦炭塔內(nèi)由于高溫和長停留時間而發(fā)生裂解、縮合等一系列反應(yīng)，最后生成富氣、汽油、柴油、蠟油和焦炭，急冷到420℃的油氣自塔頂流出，進入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而焦炭則積聚于塔內(nèi)。水力除焦操作就是將積聚在焦炭塔內(nèi)的焦炭除掉的過程。為確保生產(chǎn)的連續(xù)性，目前我廠采用雙焦炭塔操作的生產(chǎn)模式，一塔生焦時另一塔進行除焦操作，即焦炭塔C101/1生焦到一定高度需要進行除焦操作時將焦炭塔進料切換到C101/2，焦炭塔C101/1即可轉(zhuǎn)入除焦過程；反之當C101/2在生焦到一定高度需要進行除焦操作時將焦炭塔進料切換至C101/1，焦炭塔C101/2即可轉(zhuǎn)入除焦過程。所以必須有穩(wěn)定可靠的控制措施保證除焦操作的順利進行，從而保證焦化整個生產(chǎn)過程的連續(xù)性。另一方面，水力除焦的動力源來自高壓水泵打出的20Mpa的高壓水，經(jīng)過控制閥、隔斷閥、高壓水龍帶、旋轉(zhuǎn)節(jié)頭、鉆桿、切焦器打入焦炭塔內(nèi)，切焦水和焦炭一同流入焦池，然后切焦水流入沉淀池。而除焦操作是在就地高度為45米平臺操作臺進行操作，高壓水的任何泄露都是危險的，為保證除焦操作的安全，必須有安全可靠的自保聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

2問題的提出：

水力除焦監(jiān)控系統(tǒng)原為設(shè)計單位成套完成，原設(shè)計控制方案為PLC進行監(jiān)控，由PLC控制器完成數(shù)據(jù)的運算、處理和聯(lián)鎖保護，通過上位機進行信息的瀏覽和操作，同我廠加氫-制氫-焦化聯(lián)合裝置的DCS系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)連接只能通過采用通訊的方式進行連接。該方案同我廠整體控制方案不一致，且系統(tǒng)連接復(fù)雜，不利于整體管理和操作。根據(jù)我廠的實際情況，本著提高管理水平、便于管理和操作的要求，充分利用我廠的現(xiàn)有的DCS資源，充分發(fā)揮DCS控制系統(tǒng)豐富的流程圖畫面、記錄、報警功能，簡潔、直觀的操作、瀏覽功能，強大的運算功能，決定在橫河CS3000 DCS系統(tǒng)上自行開發(fā)應(yīng)用軟件，取代原設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)。

3 控制系統(tǒng)的的功能：

水力除焦控制系統(tǒng)完成對水力除焦單元的高壓水泵運行狀態(tài)監(jiān)視，運行數(shù)據(jù)顯示，完成高壓水泵的聯(lián)鎖保護，完成對泵閥、塔閥、除焦控制閥的控制，完成對絞車的控制、完成切焦系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護功能，對現(xiàn)場的各種模擬信號和開關(guān)信號、溫度信號的檢測、顯示、記錄和報警等功能；保證主控制室、高壓水泵房、45米平臺操作臺操作及控制信息的聯(lián)系功能。

4 控制系統(tǒng)構(gòu)成：

水力除焦控制系統(tǒng)和主裝置控制站各自獨立配置，操作站采用21″顯示器（主控制室和高壓水泵房分別設(shè)置），與工業(yè)鍵盤結(jié)合，操作簡便快潔，顯示直觀，具有流程圖顯示、控制分組、實時和歷史趨勢記錄、報警記錄、故障自診斷及各種報表功能，主控室水力除焦操作站和主裝置操作站配合在一起，互為備用，在主控室的任何一臺操作站上均可以完成監(jiān)視和操作功能；45米平臺操作臺的操作指令送至高壓水泵房內(nèi)變頻機柜或DCS系統(tǒng)處理完成，同時信息反饋至45米平臺進行顯示，指導(dǎo)操作。

系統(tǒng)構(gòu)成圖如下：

其中：DCS端子板機柜、安全柵柜、45米平臺操作臺、高壓水泵房變頻柜、高壓水泵房輔助機柜間信號通過點對點式控制電纜連接，主控室DCS控制機柜與主控制室DCS操作站、與高壓水泵房內(nèi)DCS操作站通過光纖通訊連接。

各組成部分的功能：

主控室DCS控制機柜：柜內(nèi)安裝有DCS系統(tǒng)的核心單元控制器，負責完成各種數(shù)據(jù)的運算、處理，各種控制、聯(lián)鎖功能；

主控室DCS操作站：作為人機操作界面工具，完成參數(shù)顯示、設(shè)定和操作，完成切焦系統(tǒng)及高壓水泵的流程及報警顯示，完成信息報警、趨勢記錄等功能；完成選泵、選塔等操作

主控室DCS端子板機柜：完成DCS系統(tǒng)配套端子板的安裝，完成DCS信號進入DCS處理單元的通道連接和信號轉(zhuǎn)換；

主控室DCS安全柵機柜：完成安全柵的安裝，完成各種信號的輸入、輸出連接及部分信號的轉(zhuǎn)換；

高壓水泵房內(nèi)DCS操作站：作為人機操作界面工具，完成參數(shù)顯示、設(shè)定和操作，完成切焦系統(tǒng)及高壓水泵的流程及報警顯示，完成信息報警、趨勢記錄等功能；完成選泵、選塔等操作，具有同主控室內(nèi)的DCS操作站具有同等級別的功能權(quán)限；

高壓水泵房內(nèi)DCS輔助機柜：輔助機柜上安裝有高壓水泵緊急停機按鈕，用來完成高壓水泵房內(nèi)緊急停泵操作；

高壓水泵房內(nèi)變頻柜：通過和DCS間的信號連接，通過和45米控制柜的信號連接，完成對絞車的升降控制，同時將絞車的上升和下降信號送至DCS進行顯示；

45米平臺操作臺：完成絞車、塔閥、泵閥及除焦閥的各種操作，完成聯(lián)鎖投用及解除操作，完成緊急停泵操作，對各閥位回訊、位置回訊、泵的運行狀態(tài)和鉆具位移進行顯示；

5控制系統(tǒng)的開發(fā)：

5.1開發(fā)平臺：

根據(jù)我廠焦化裝置控制體統(tǒng)的整體要求，焦化裝置的DCS控制體統(tǒng)采用橫河公司的CENTOMCS3000控制系統(tǒng)，作為焦化裝置的一部分，水力除焦單元的監(jiān)控軟件在橫河公司的CS3000系統(tǒng)上進行開發(fā)。

5.2CS3000 控制系統(tǒng)簡介：

橫河 CS3000集散控制系統(tǒng)是日本橫河公司九十年代中期推出的新型控制系統(tǒng)，保持了原來系統(tǒng)的高可靠性的特點，采用了雙CPU控制卡和雙重化控制器，電源和通訊為雙重配置。軟件功能有較大提高，除常用的PID外，提供了能進行復(fù)雜平穩(wěn)的SEBOL功能，增強了順控表和邏輯功能。CS3000系統(tǒng)具有功能強，可靠性高，擴散性好的特點，滿足了實現(xiàn)復(fù)雜控制功能的要求。

5.3.控制功能的實現(xiàn)：

控制系統(tǒng)I/O統(tǒng)計表：

.DCS硬件配置：

控制站和焦化主裝置共用，其他配置如下：

2個NODE；

6個MRI-114接點輸入卡；

2個AEA4D-00模擬量輸入；

1個MRT（32點）熱電阻輸入卡；

6個MRO-134接點輸入卡；

.創(chuàng)建水力除焦程序控制系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯表（聯(lián)鎖條件文字說明）：

A.高壓水泵的啟、停及聯(lián)鎖邏輯；

E.鉆機絞車控制及聯(lián)鎖邏輯（圖附后）

儀表位號分配和DCS I/O地址分配：

DCS軟件組態(tài)：

利用日本橫河CS3000 DCS系統(tǒng)為開發(fā)平臺，進行I/O地址的定義，進行內(nèi)部回路的連接和功能組態(tài)和設(shè)置，內(nèi)容包括：

測儀表功能組態(tài)、

控制儀表功能組態(tài)、

各種內(nèi)部開關(guān)、按鈕定義組態(tài)

鍵盤軟開關(guān)定義組態(tài)

順控邏輯及聯(lián)鎖功能組態(tài)、

流程圖畫面組態(tài)、

控制分組組態(tài)、

報警畫面組態(tài)、

實時及歷史趨勢組態(tài)

各種功能報表和打印組態(tài)

軟件的生成、編譯、下裝等

6水力除焦控制系統(tǒng)調(diào)試

測量儀表回路調(diào)試;控制儀表回路調(diào)試;聯(lián)鎖系統(tǒng)調(diào)試

準備工作。各相關(guān)單位人員到位，儀表風到位，電動絞車具備投用條件，焦碳塔頂、底蓋打開，除焦控制閥閥、塔閥、泵閥具備帶電條件，氣路正確，無泄露，高壓水泵調(diào)試完畢；除焦控制具備帶電條件，高壓水泵控制室變頻柜送電完畢；導(dǎo)向滑輪上計數(shù)開關(guān)安裝正確。

調(diào)試內(nèi)容：泵閥、塔閥、除焦控制閥、電動絞車、機械限位、鉆具模擬顯示、增壓柜

調(diào)試步驟

A 、泵閥

高壓水泵房現(xiàn)場閥位處于自動位置，儀表風投用，在未選泵情況下，泵閥都處于關(guān)的位置；在DCS上選1#泵，現(xiàn)場1#泵閥打開，2#泵閥處于關(guān)閉位置（DCS及高壓水泵房現(xiàn)場確認）；在DCS上選2#泵，現(xiàn)場2#泵閥打開，1#泵閥處于關(guān)閉位置（DCS及高壓水泵房現(xiàn)場確認）；選除焦控制結(jié)束，兩泵閥均處于關(guān)位置（DCS及高壓水泵房現(xiàn)場確認）。

B、 塔閥

45米操作平臺現(xiàn)場閥位于自動位置，儀表風投用，在未選塔情況下，塔閥都處于關(guān)的位置；主控室選1#塔，變頻柜送電，45米增壓操作柜增壓到規(guī)定要求，啟動1#電動絞車，送至塔內(nèi)5米以下，1#塔閥自動打開，2#塔閥處于關(guān)閉位置（DCS及45米平臺確認）；提出鉆桿至塔內(nèi)5米，1#塔自動關(guān)閉，45米平臺解除聯(lián)鎖，1#塔閥自動打開，再次復(fù)位聯(lián)鎖，1#塔閥關(guān)閉；主控室選2#塔，重復(fù)上述操作；除焦結(jié)束，兩塔閥均處于關(guān)閉位置（DCS及45米平臺確認）。

C、 除焦閥

高壓水泵房現(xiàn)場確認除焦控制閥處于回流狀態(tài)； 重復(fù)塔閥的操作，將1#塔閥打開，45米平臺操作除焦控制閥至予充位置，高壓水泵房現(xiàn)場及DCS確認除焦控制閥到位；在沒有予充壓力指示的情況下，45米平臺將除焦控制閥選至全開位置，高壓水泵房現(xiàn)場及DCS確認除焦控制閥保留原位置；45米平臺將除焦控制閥開關(guān)旋回予充位置，儀表短接予充壓力開關(guān)，45米平臺再次將除焦控制閥旋至全開位置，高壓水泵房現(xiàn)場及DCS確認除焦控制閥到位；按上述操作，將除焦控制閥旋回回流位置；DCS選除焦結(jié)束，2#塔重復(fù)上述操作。

D、 電動絞車

DCS選1#塔，45米平臺增壓柜壓力正常，啟動1#電動絞車下行，45.5米平臺觀察電動絞車下行，并有相應(yīng)感指示；旋動調(diào)速旋鈕，電動絞車速度有變化，并有相應(yīng)的指示；待電動絞車至塔底后，旋動上升旋鈕，將1#絞車上行，；DCS除焦結(jié)束，選2#塔，重復(fù)上述操作

E、機械限位

重復(fù)電動絞車帶電程序，選1#塔；開動電動絞車至上極限位置，電動絞車自動停車，并有相應(yīng)上極限指示（DCS及45米操作臺都應(yīng)該有指示）；開動電動絞車下行，至下極限位置，電動絞車自動停車，并有相應(yīng)下極限指示（DCS及45米操作臺都應(yīng)該有指示）；DCS選除焦結(jié)束，選2#塔，重復(fù)上述操作。

F、鉆具模擬顯示

1#電動絞車重復(fù)帶電操作；開動電動絞車至塔口下400mm，DCS啟動計數(shù)，45米平臺除焦控制柜光柱顯示儀有相對應(yīng)指示；開動電動絞車下行至全程，觀察光柱全滿，開動絞車上行，至塔口處400mm，DCS計數(shù)結(jié)束，45米操作平臺光柱清零；DCS選除焦結(jié)束，2#塔重復(fù)上述操作。

G、增壓操作

增壓柜所有儀表接口無泄露，儀表管線吹掃完畢，進線口用密封膠泥密封；45米操作平臺啟動正壓操作，在6～10分鐘內(nèi)達到正壓規(guī)定要求，45米操作臺上正壓指示燈亮

7系統(tǒng)投用效果

自裝置開工以來，該系統(tǒng)投用良好，系統(tǒng)穩(wěn)定，安全可靠性好，功能完善，，控制水平高，調(diào)節(jié)、顯示、聯(lián)鎖功能完善，顯示清晰直觀，操作方便，流程顯示、記錄、報警、趨勢內(nèi)容豐富，人機界面友好，為裝置的安全平穩(wěn)操作提供了保障，提高了我廠的自動化控制水平。

結(jié)束語

針對我廠除焦控制的具體要求，利用我廠現(xiàn)有的DCS 資源，完成了我廠水力除焦控制系統(tǒng)在日本橫河CENTUM-CS3000 DCS系統(tǒng)上的開發(fā)和應(yīng)用。實踐證明開發(fā)后的監(jiān)控軟件工作穩(wěn)定，安全性好，控制水平高，調(diào)節(jié)、顯示、聯(lián)鎖功能完善；整套控制系統(tǒng)顯示清晰直觀，控制、操作、參數(shù)設(shè)定方便，流程顯示、記錄、報警、趨勢內(nèi)容豐富，人機界面友好，真正的達到了提高控制水平，便于管理和操作，提高了裝置運行的自動化水平和安全可靠性。