大型煤化工系統(tǒng)聯(lián)合控制方案及現(xiàn)場機(jī)柜間的應(yīng)用

李麗琴

(華陸工程科技有限責(zé)任公司,西安 710054)

0 引 言

近幾年煤化工的發(fā)展較為迅速,大型煤化工項(xiàng)目一般由多個(gè)工藝裝置組成,規(guī)模較大,工藝復(fù)雜,流程長,對控制的要求高,各裝置現(xiàn)場儀表距離中控室都比較遠(yuǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,監(jiān)控系統(tǒng)由以前的全部集中在一個(gè)控制室的配置方式,逐步趨向于采用設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間的方式。近年來由于DCS,SIS電子設(shè)備可靠性的提高以及設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間節(jié)省投資的優(yōu)勢,使工程中設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間越來越受到各方面的重視和關(guān)注。該文對某大型煤氣化項(xiàng)目中設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間及DCS,SIS配置方案的具體應(yīng)用進(jìn)行論述,以實(shí)現(xiàn)“高質(zhì)量、高可靠、低造價(jià)”的目標(biāo)。

1 方案簡介

1.1 總圖布置方案

該項(xiàng)目是以煤為原料的600 kt/a甲醇項(xiàng)目,主要分為氣化裝置(3臺氣化爐)、甲醇裝置、空分裝置(2套4.5×103m3/h)、鍋爐裝置(2臺鍋爐)。根據(jù)總圖布置,中控室放在廠前區(qū),距氣化裝置800 m,甲醇裝置650 m,空分裝置500 m,鍋爐裝置850 m。各裝置距離中控室都比較遠(yuǎn),如果按常規(guī)設(shè)計(jì)儀表信號都送至中央控制室的機(jī)柜間。初步統(tǒng)計(jì)各裝置I/O點(diǎn)數(shù)均較多,所以電纜傳輸采用從現(xiàn)場儀表至接線箱,再從接線箱引至中控室,采用24端子的接線箱和12×2×1.5 mm2電纜。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù),每個(gè)接線箱備用10%端子,該項(xiàng)目中接線箱氣化裝置約有250個(gè)、甲醇裝置約有160個(gè)、空分裝置約有150個(gè)、鍋爐裝置約有180個(gè)(包括成套包)。從接線箱至中控室的電纜大約有 5.32×105m,進(jìn)控制室至少需要6排1 200(mm)×200(mm)的橋架,對裝置管廊的荷載要求很大,電纜和橋架的材料費(fèi)用和施工成本都很高。長距離的電纜,使信號衰減,很難保證穩(wěn)定傳輸,故在該煤氣化項(xiàng)目中設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間。

1.2 現(xiàn)場機(jī)柜間方案

現(xiàn)場機(jī)柜間的具體布置方案:全廠設(shè)置一個(gè)中央控制室、一個(gè)氣化界區(qū)現(xiàn)場機(jī)柜間(用于氣化、灰水處理和變換等裝置)、一個(gè)甲醇界區(qū)現(xiàn)場機(jī)柜間(用于凈化、甲醇合成、精餾等裝置)、一個(gè)空分現(xiàn)場機(jī)柜間(用于空分裝置)、一個(gè)鍋爐現(xiàn)場機(jī)柜間(用于鍋爐裝置),每一個(gè)現(xiàn)場機(jī)柜間用于安裝各相關(guān)裝置的DCS,SIS及ITCC系統(tǒng)機(jī)柜。各裝置儀表信號就近接入現(xiàn)場機(jī)柜間。另外設(shè)置現(xiàn)場機(jī)柜間還需與結(jié)構(gòu)、建筑、暖通、電氣、消防等專業(yè)密切配合,做好現(xiàn)場機(jī)柜間的抗干擾、防塵、空調(diào)、消防、隔音等設(shè)計(jì)工作。

所有生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)操作站均設(shè)置在中央控制室?？刂普炯八袡C(jī)柜設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機(jī)柜間,對應(yīng)儀表信號傳到現(xiàn)場機(jī)柜間,再從現(xiàn)場機(jī)柜間傳到中央控制室,現(xiàn)場機(jī)柜間到中控室的信號采用雙冗余光纜連接。在中控室進(jìn)行全廠的控制、監(jiān)測、報(bào)警等操作,可以滿足業(yè)主統(tǒng)一集中管理的要求。

2 配置方案

2.1 各裝置DCS配置

a)DCS的所有機(jī)柜及壓縮機(jī)組的機(jī)柜均安裝在現(xiàn)場機(jī)柜間。為方便開車可以在現(xiàn)場機(jī)柜間臨時(shí)設(shè)置一臺DCS操作站和一臺EWS工程師站及打印機(jī)。待開車正常后全部集中到中央控制室。

b)配置OPC服務(wù)器或串口服務(wù)器,與裝置的其他控制系統(tǒng)(如機(jī)組ITCC等)進(jìn)行通信,將數(shù)據(jù)采集進(jìn)DCS后,統(tǒng)一上傳至中央控制室及全廠生產(chǎn)調(diào)度中心。

c)為保證數(shù)據(jù)的傳遞速度,從現(xiàn)場機(jī)柜間的交換機(jī)引出2路通過光纜連到中央控制室,其中1路連接1臺交換機(jī),用于本裝置操作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的連接;另1路連接到上傳交換機(jī),負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳,供生產(chǎn)中心和全廠調(diào)度指揮中心使用。

2.2 中央控制室DCS配置

作為生產(chǎn)中心的調(diào)度室,各個(gè)裝置的DCS操作站均布置在中央控制室。負(fù)責(zé)對所轄裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中顯示、處理,使管理、生產(chǎn)調(diào)度人員隨時(shí)了解過程信息,便于管理人員進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度指揮和效益分析,使公司上層迅速做出決策。中央控制室DCS配置1對交換機(jī),用于連接各裝置的DCS,同時(shí)與全廠的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心進(jìn)行連接,負(fù)責(zé)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳。

2.3 SIS配置

全廠設(shè)置SIS,包括氣化爐、凈化、合成、精餾等裝置特別重要的聯(lián)鎖,以及大型機(jī)組等的聯(lián)鎖。按照工藝要求,當(dāng)涉及全廠停車的公用系統(tǒng)例如蒸汽供應(yīng)管網(wǎng)壓力和流量低低、儀表空氣壓力低低、電源中斷、故障或電壓過低,以及氣化爐停車等重要觸發(fā)因素發(fā)生時(shí),將啟動全廠聯(lián)鎖。SIS的設(shè)計(jì)原則:

a)SIS控制器采用三取二方式的三重冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)(TMR),有完善的自診斷功能。SIS符合IEC61508DIN V19250標(biāo)準(zhǔn)(包括軟件和硬件),取得IEC61508 SIL3或TUV A K6級以上認(rèn)證。

b)由于SIS控制的是重要和危險(xiǎn)的生產(chǎn)裝置,進(jìn)入SIS的輸入信號大部分采用三選二配置,要求進(jìn)入SIS的同一參數(shù)點(diǎn)不必分別接入3塊不同的輸入卡件。一旦出現(xiàn)I/O卡件故障時(shí),不會造成生產(chǎn)裝置停車,并且可以隨時(shí)更換I/O卡而不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

c)每套生產(chǎn)裝置的SIS都配置成獨(dú)立、完整的系統(tǒng)。而且對于有多個(gè)系列的裝置(如氣化裝置有3臺氣化爐),要求每個(gè)系列配獨(dú)立的控制器。

d)由于該項(xiàng)目采用中央控制室和現(xiàn)場機(jī)柜室結(jié)合的配置方式,正常生產(chǎn)時(shí)操作員都在中央控制室,因此生產(chǎn)裝置SIS的輔助操作臺設(shè)置在中央控制室,而SIS控制器設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場機(jī)柜室。

e)對于離中央控制室較遠(yuǎn)的裝置,從輔助操作臺到SIS控制器無法用硬接線實(shí)現(xiàn)信號的可靠傳送,因此在中央控制室設(shè)置了1臺SIS遠(yuǎn)程控制器,輔助操作臺上的信號先通過硬線接到遠(yuǎn)程控制器的輸入/輸出卡件,遠(yuǎn)程控制器與裝置SIS控制器間通過TUV認(rèn)證的冗余安全網(wǎng)來傳送信號。

該煤氣化項(xiàng)目采用1套SIS,分4個(gè)部分,每一部分使用1臺控制器,其中3部分用于3臺氣化爐,1部分用于全廠聯(lián)鎖及氣化爐公用部分,4部分要求相對獨(dú)立的同時(shí)應(yīng)該通過工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)SIS網(wǎng)絡(luò)。該項(xiàng)目將單獨(dú)設(shè)立一臺事件順序(SOE)站,以實(shí)現(xiàn)對SIS的SOE記錄,找出第一事故,并在SOE打印機(jī)上自動實(shí)時(shí)打印。SIS配置如圖1所示。

圖1 SIS配置方案

3 經(jīng)濟(jì)分析

氣化界區(qū)各裝置至氣化現(xiàn)場機(jī)柜間的平均電纜長度約300 m,相比引至中控室單根電纜縮短500 m,甲醇界區(qū)各裝置至甲醇現(xiàn)場機(jī)柜間的平均電纜長度約250 m,相比引至中控室單根電纜縮短400 m,空分裝置至空分現(xiàn)場機(jī)柜間的平均電纜長度約180 m,相比引至中控室單根總電纜縮短320 m,鍋爐裝置至鍋爐現(xiàn)場機(jī)柜間的平均電纜長度約200 m,相比引至中控室單根總電纜縮短650 m。由于分支電纜不管采取哪種方案長度都一樣,故只分析總電纜和總橋架節(jié)省的材料費(fèi)用和施工費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)見表1所列。

表1 經(jīng)濟(jì)效益分析元

從表1可以看出,各界區(qū)采用現(xiàn)場機(jī)柜間布置方案,計(jì)算機(jī)電纜和橋架的總費(fèi)用及施工費(fèi)用能夠節(jié)省約2261.15萬元,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,而且控制區(qū)域劃分合理,DCS整體性能大為提高。

4 結(jié)束語

從該項(xiàng)目DCS機(jī)柜分散布置的應(yīng)用來看, DCS機(jī)柜放置在現(xiàn)場機(jī)柜間,可使DCS“分散”的特點(diǎn)得以更充分地體現(xiàn),既可有效地減少電纜和橋架用量,減少施工工作量,節(jié)省投資,縮短施工周期,同時(shí)大量平行敷設(shè)的電源電纜和信號電纜間的干擾得以降低,使信號傳輸穩(wěn)定,DCS及SIS配置也更加合理,系統(tǒng)可靠性得到提高。

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