MACSV系統(tǒng)在中原石油化工總廠(chǎng)的應(yīng)用

張延軍，田麗娜

(1.中原油田工程建設(shè)總公司，河南濮陽(yáng) 457001;2.中國(guó)石化中原油田分公司石油化工總廠(chǎng)，河南濮陽(yáng) 457001)

中原油田石油化工總廠(chǎng)2011年建成30萬(wàn)t/a氣體分餾、6萬(wàn)t/aMTBE裝置、80 t/h汽提、2萬(wàn)t/a硫黃回收聯(lián)合裝置1套，該裝置采用MACSV系統(tǒng)完成對(duì)裝置的檢測(cè)及控制。

1 生產(chǎn)工藝

氣分裝置是以液態(tài)烴為原料，設(shè)計(jì)處理能力為30萬(wàn)t/a，液態(tài)烴經(jīng)分餾裝置后，可提供大于99.5%(體積分?jǐn)?shù))的丙烯作為聚丙烯的原料，裝置由液態(tài)烴脫硫和分餾部分組成。

MTBE裝置以氣分裝置生產(chǎn)的混合碳四中的異丁烯為原料與甲醇在酸性催化劑的作用下生成MTBE，裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6萬(wàn)t/a，產(chǎn)品為純度99%以上的MTBE，辛烷值為109.5(MON+RON)用作汽油調(diào)和劑。

污水汽提裝置采用單塔常壓汽提新工藝，在0.1 MPa的壓力下單塔處理酸性水，經(jīng)脫氣除油后進(jìn)入汽提塔上部。塔底用1.0 MPa蒸汽加熱汽提，酸性水中硫化氫、氨被汽提，自塔頂經(jīng)冷凝分液后酸性氣送至硫黃回收部分，塔底得到合格凈化水，凈化水可作為催化、常壓等生產(chǎn)裝置注水回用。

硫黃回收部分采用CLAUS部分燃燒法制硫工藝，在高溫下將酸性氣中的氨全部轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退捎贸Ｒ?guī)SCOT(還原—吸收)工藝，總硫回收率可達(dá)99.8%以上。最后煙囪排放尾氣中SO2濃度為477.7 mg/m3(4.99 kg/h)完全滿(mǎn)足國(guó)家大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 工藝I/O測(cè)點(diǎn)清單

2 系統(tǒng)配制

2.1 系統(tǒng)配置

整套DCS系統(tǒng)配置4個(gè)操作員站、2個(gè)工程師站、3臺(tái)冗余現(xiàn)場(chǎng)控制站及I/O模塊。其中，10#控制站完成對(duì)30萬(wàn)t/a氣體分餾的控制與監(jiān)測(cè);11#控制站完成對(duì)6萬(wàn)t/aMTBE裝置、控制與監(jiān)測(cè);12#控制站完成對(duì)2萬(wàn)t/a硫黃回收和80 t/h汽提裝置的控制與監(jiān)測(cè)。四臺(tái)操作員站分別完成對(duì)各個(gè)界區(qū)的監(jiān)控;工程師站負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的軟件維護(hù)、操作員站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、電源冗余配置。

服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)域內(nèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視，包括:報(bào)警、日志等事件的捕捉和記錄管理，并為域內(nèi)其他各站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求(包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)件信息和歷史記錄)提供服務(wù)和為其他域的數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)。

工程師站完成組態(tài)修改及下裝，包括:數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形、控制算法、報(bào)表的組態(tài)、參數(shù)配置、操作員站、服務(wù)站、現(xiàn)場(chǎng)控制站及過(guò)程I/O模塊的配置組態(tài)，數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。

操作員站完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和管理，包括:工藝流程圖顯示、報(bào)表打印、控制操作、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警管理等。

現(xiàn)場(chǎng)控制站又稱(chēng)I/O站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制，主要完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制和聯(lián)鎖算法、控制輸出等，通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到系統(tǒng)服務(wù)器等。

現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控單元、智能I/O單元、電源單元和專(zhuān)用機(jī)柜四部分組成，在主控單元和智能I/O單元上，分別固化了實(shí)時(shí)控制軟件和I/O單元運(yùn)行軟件?，F(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部采用了分布式的結(jié)構(gòu)，與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接的是現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)與各個(gè)智能IO單元實(shí)現(xiàn)連接。

系統(tǒng)機(jī)柜由FM系列I/O模塊及DP主站組成現(xiàn)成控制站，采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，構(gòu)成先進(jìn)的、可靠的DCS分布式控制系統(tǒng)。I/O模塊和底座組成現(xiàn)場(chǎng)模塊單元(FMU)，在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)中成為DP從站?，F(xiàn)場(chǎng)控制站主要由I/O模塊、底座、電源模塊、終端匹配器、DP主站接口卡組成。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、打印服務(wù)站，現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O模塊的通訊。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用可靠性高的雙冗余結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時(shí)可以保證在任何一條網(wǎng)絡(luò)失效的情況下都不影響系統(tǒng)通信。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，中央節(jié)點(diǎn)為服務(wù)器。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(SNET)

由100 M工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成，用于工程師站、操作站、系統(tǒng)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通信控制站的連接，完成現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站的數(shù)據(jù)下裝，服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。

2.4 控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)

由PROFIBUS－DP總線(xiàn)構(gòu)成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元的通信，完成實(shí)時(shí)輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。PROFIBUS－DP是專(zhuān)門(mén)為自動(dòng)控制系統(tǒng)與在設(shè)備級(jí)分散I/O之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的。

3 主要控制回路

根據(jù)工藝要求，本裝置典型的控制回路有串級(jí)調(diào)節(jié)、分程調(diào)節(jié)、比值調(diào)節(jié)等。

3.1 污油緩沖罐液位/流量串級(jí)控制

圖1 串級(jí)控制示意圖

污油罐液位LI5104與污油泵出口流量FI5104進(jìn)行串級(jí)調(diào)節(jié)，液位LICA5104作為主回路，出口流量FIC5104作為副回路，當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)泵的出口流量進(jìn)行控制。

3.2 酸性氣/空氣進(jìn)制硫爐流量比值控制

圖2 制硫爐比值控制示意圖

裝置外來(lái)酸性氣進(jìn)入制硫爐燃燒，酸性氣流量FI6104，與進(jìn)制硫爐空氣流量FI6107進(jìn)行比例控制，當(dāng)酸性氣流量FI6104發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)制硫爐供風(fēng)量FI6107增加或減少，獲得良好的燃燒效果。

3.3 脫丙烷塔頂壓力分程控制

圖3 脫丙烷塔頂壓力分程控制

當(dāng)脫丙烷塔頂壓力PIC151輸出為0～50%時(shí)，A控制閥打開(kāi)(0～100%);當(dāng) PI151輸出50% ～100% ，熱補(bǔ)償閥B打開(kāi)(0～100%);當(dāng)A、B閥都打開(kāi)，脫丙烷塔頂壓力仍然增加，就打開(kāi)瓦斯放空閥C，進(jìn)行手動(dòng)控制，以保證脫丙烷塔頂壓力穩(wěn)定。

4 聯(lián)鎖自保系統(tǒng)

在硫黃回收裝置中，尾氣爐和制硫爐是重要的工藝設(shè)備，所有控制方案和操作都是為了保證這兩個(gè)燃燒爐的穩(wěn)定操作和安全進(jìn)行設(shè)計(jì)的。按照設(shè)計(jì)要求，在緊急狀態(tài)下，所有的切斷閥都能夠自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉;并且每個(gè)聯(lián)鎖條件都能夠單獨(dú)投入或解除，在裝置解除聯(lián)鎖時(shí)，切斷閥應(yīng)能夠進(jìn)行手動(dòng)操作。

在尾氣焚燒爐風(fēng)機(jī)K－2621/1，2斷電的情況下，關(guān)閉進(jìn)燃燒爐的空氣自保閥，切斷供給燃料氣的自保閥，同時(shí)為安全考慮，打開(kāi)氮?dú)獯祾唛y，對(duì)燃燒爐進(jìn)行吹掃，為下次點(diǎn)爐做好準(zhǔn)備。

制硫爐聯(lián)鎖控制示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 制硫爐聯(lián)鎖控制

當(dāng)制硫爐風(fēng)機(jī)斷電、風(fēng)機(jī)出口流量低于聯(lián)鎖值;或進(jìn)制硫爐酸性氣流量低低、進(jìn)酸性氣緩沖罐壓力低低時(shí)，關(guān)閉酸性氣切斷閥，打開(kāi)酸性氣放空閥，切斷進(jìn)制硫爐空氣閥，打開(kāi)酸性氣緩沖罐放空閥，打開(kāi)酸性氣放火炬閥，同時(shí)為安全考慮，打開(kāi)氮?dú)獯祾唛y，對(duì)燃燒爐進(jìn)行吹掃，為下次點(diǎn)爐做好準(zhǔn)備。當(dāng)酸性氣緩沖罐壓力高高時(shí)，打開(kāi)放空閥進(jìn)行放空。當(dāng)酸性氣壓力高高或低低的情況下，打開(kāi)酸性氣放火炬閥。

5 結(jié)論

該裝置自2011年投產(chǎn)至今，DCS系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，性能穩(wěn)定，為該廠(chǎng)帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，為國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，具有推廣價(jià)值。