基于DCS的聚酯熱媒控制系統(tǒng)改造

高永斌，耿海洲，趙健

（1.中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.揚(yáng)州惠通化工技術(shù)有限公司，江蘇揚(yáng)州225000）

設(shè)備改造

基于DCS的聚酯熱媒控制系統(tǒng)改造

高永斌1，耿海洲2，趙健1

（1.中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.揚(yáng)州惠通化工技術(shù)有限公司，江蘇揚(yáng)州225000）

根據(jù)PU1000聚合裝置熱媒系統(tǒng)的工藝流程，采用ECS-100集散控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)熱媒系統(tǒng)的各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行I/O登記和硬件架構(gòu)的組合，按照安全、可靠、優(yōu)化的原則，對(duì)熱媒爐的工藝聯(lián)鎖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，達(dá)到了控制及時(shí)、優(yōu)化工藝、運(yùn)行穩(wěn)定的效果。

集散控制 I/O 聯(lián)鎖控制 工藝優(yōu)化

在聚酯生產(chǎn)工藝中，熱煤爐是關(guān)鍵性的供熱設(shè)備，它將冷態(tài)熱媒加熱到一定的溫度，通過(guò)管道輸送到聚酯裝置系統(tǒng)的各個(gè)使用點(diǎn)，以保證酯化、縮聚反應(yīng)的運(yùn)行。2014年底到2015年上半年，某單位針對(duì)1 000噸試驗(yàn)聚合裝置進(jìn)行了工藝流程增容改造。為了提高熱媒爐控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，將整個(gè)聚合流程的控制系統(tǒng)改成DCS控制，與之相應(yīng)的熱煤爐加熱循環(huán)改成具有上位機(jī)的DCS控制方式，在組態(tài)設(shè)計(jì)中，對(duì)整個(gè)熱媒控制系統(tǒng)進(jìn)行了電氣聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)置。

1 熱媒系統(tǒng)工藝流程及控制要求

1.1 熱媒系統(tǒng)工藝流程

該裝置熱煤系統(tǒng)的一次熱媒有兩臺(tái)熱煤爐、兩臺(tái)熱媒泵以及熱媒總管和熱媒膨脹槽等組成。一次熱媒系統(tǒng)是一個(gè)完善的閉合循環(huán)回路，熱媒通過(guò)熱媒泵從熱煤爐頂端進(jìn)入爐內(nèi)盤管加熱，并從爐底輸出進(jìn)入總管，各個(gè)熱煤爐出口都有一個(gè)溫度控制回路，控制出口溫度在300℃左右。熱媒總管通過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥和兩個(gè)屏蔽熱媒泵后，變成二次熱媒，分別給聚合裝置的兩臺(tái)酯化釜和一臺(tái)縮聚釜使用。另外，在一次熱媒循環(huán)系統(tǒng)總管之間設(shè)有差壓控制回路，即壓力薄膜調(diào)節(jié)器來(lái)控制總管傳熱熱媒的流動(dòng)壓差，從而完成一次熱媒系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的熱量傳遞，工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2 聚合熱媒系統(tǒng)聯(lián)鎖控制要求

圖1 熱媒系統(tǒng)工藝流程圖

按照熱媒爐控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性的要求，熱煤系統(tǒng)聯(lián)鎖控制具體要求如圖2所示。

圖2 熱媒系統(tǒng)聯(lián)鎖控制圖

2 熱媒爐控制系統(tǒng)的改造

2.1 聚合裝置系統(tǒng)DCS控制總貌

該千噸聚合裝置增容改造，控制系統(tǒng)采用的是浙大中控ECS-100集散控制系統(tǒng)，它融合了最新的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它具有系統(tǒng)組態(tài)清晰、界面操作方便、流程圖功能強(qiáng)大、實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)操作靈活，以及能提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)和報(bào)警服務(wù)［1］。圖3是采用的DCS系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。

圖3 聚合裝置DCS硬件架構(gòu)

2.2 熱媒系統(tǒng)I/O表登記及硬件分配

此次熱媒系統(tǒng)電氣控制部分改造采用的是利舊原則，即主加熱和熱媒循環(huán)控制柜保留，而原先的繼電控制改成DCS控制方式，經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有28個(gè)開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)，8個(gè)模擬量輸入、輸出點(diǎn)，所以在硬件方面只增加了三塊開關(guān)量和模擬量輸入輸出卡件。

2.3 熱媒系統(tǒng)控制操作組態(tài)

根據(jù)熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制原則和聯(lián)鎖控制要求，按照I/O控制點(diǎn)硬件分布，運(yùn)用ECS-100控制系統(tǒng)中的AdvanTrd實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，設(shè)計(jì)了以下的熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制組態(tài)，如圖4所示。

圖4 熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制組態(tài)

3 熱媒控制聯(lián)鎖程序設(shè)計(jì)

為了保證熱媒爐可靠、穩(wěn)定、安全有效的運(yùn)行，運(yùn)用ECS-100控制系統(tǒng)中的Scontrol圖形化編程軟件，設(shè)計(jì)了以下的熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制聯(lián)鎖程序。

3.1 酯化/縮聚熱媒爐加熱聯(lián)鎖(E01)

酯化熱媒泵（30P61）啟動(dòng)，酯化熱媒爐才可以啟動(dòng)加熱；酯化爐出口溫度（TT-3041）大于超高限，則停酯化熱媒爐加熱；縮聚熱媒泵（30P62）啟動(dòng)，縮聚熱媒爐才可以啟動(dòng)加熱；縮聚熱媒爐出口溫度（TT-3042）大于高高限，則?？s聚熱媒爐加熱。如圖5所示。

圖5 熱媒爐加熱高高報(bào)

3.2 熱媒總管壓力(PT-3000)聯(lián)鎖(G01)

熱媒總管壓力值（PT3000）高于高高限，則關(guān)閉 酯化熱媒泵（30P061）和縮聚熱媒泵（30P062）。如圖6所示。

圖6 熱媒總管壓力高高報(bào)

3.3 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力高限報(bào)警(現(xiàn)場(chǎng)電接點(diǎn)壓力表)

對(duì)于熱媒爐現(xiàn)場(chǎng)接電接點(diǎn)壓力表，縮聚釜熱媒循環(huán)泵出口壓力高（PAH-30042），縮聚釜熱媒循環(huán)泵（HS-30P061）為OFF；酯化釜熱媒循環(huán)泵出口

壓力高報(bào)（PAH-30041），酯化釜熱媒循環(huán)泵觸點(diǎn)（HS-30P062）為OFF。如圖7所示。

3.4 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力低限報(bào)警(現(xiàn)場(chǎng)電接點(diǎn)壓力表)

圖7 熱媒爐出口壓力高報(bào)

酯化熱媒爐加熱啟動(dòng)60秒后若泵出口壓力（PAL-30041）小于低限值（1MPa）則停止酯化加熱自動(dòng)、手動(dòng)1、手動(dòng)2）；縮聚熱媒爐加熱啟動(dòng)60秒后若泵出口壓力（PAL-30042）小于低限值（1MPa）則停止縮聚加熱自動(dòng)、手動(dòng)1、手動(dòng)2。如圖8所示。

3.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)正反作用的選擇和PID參數(shù)的調(diào)整

該熱媒系統(tǒng)有六組閉環(huán)自動(dòng)控制，它們分別是兩臺(tái)熱媒爐加熱控制、三只調(diào)節(jié)閥熱媒開度控制以及熱媒總管壓力調(diào)節(jié)控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)正反作用的選擇原則和PID參數(shù)調(diào)整方法如下：

反作用：調(diào)節(jié)輸出信號(hào)越大，則被控制對(duì)象的參數(shù)值減小。例如：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制熱媒管道溫度值，總管熱媒溫度越接近或超過(guò)設(shè)定值，則氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度越小，從而熱媒流量越小使總管熱媒溫度降低。

正作用：調(diào)節(jié)輸出信號(hào)越大，則被控制對(duì)象的參數(shù)值減增大。例如：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制分餾柱溫度，分餾柱溫度越接近或超過(guò)設(shè)定值，則氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度越大，從而冷卻水流量越大使分餾柱降溫。

PID參數(shù)的調(diào)整：

P值：比例度，值越大則控制值增加幅度越大。

I值：積分時(shí)間，作用是消除余差，值越大則消除余差能力幅度越小。

D值：微分時(shí)間，也叫超調(diào)，值越小則系統(tǒng)超調(diào)能力幅度越大。［1］

圖8 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力高報(bào)

4 綜合效果

該千噸聚合裝置熱媒爐采用DCS控制系統(tǒng)以及相關(guān)的安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)以后，整個(gè)熱媒系統(tǒng)的運(yùn)行狀況在上位機(jī)屏幕上一目了然。在實(shí)際應(yīng)用中，采用DCS控制技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：提高了熱媒循環(huán)的熱效率，保證了系統(tǒng)高效安全穩(wěn)定運(yùn)行；從控制性能來(lái)看：調(diào)節(jié)及時(shí)，超調(diào)不大，熱媒主要控制參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定。

另外從節(jié)能效果來(lái)看，熱媒系統(tǒng)在優(yōu)化控制以后，提高了熱媒系統(tǒng)的可靠性。與改造前熱媒爐運(yùn)行相比較，按照每天連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)來(lái)計(jì)算，一年可減少故障停車時(shí)間約兩百小時(shí)，給科研試驗(yàn)運(yùn)行帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 劉巨良.過(guò)程控制儀表（第二版）.北京：中國(guó)電力出版社，2011：121-122.

DCS designed for polyester HTM control system

Gao Yongbin1，Geng Haizhou2，Zhao Jian1

（1.Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng Jiangshu 211900，China；2.Yangzhou Huitong Chem ical Industry Technique Co.，Ltd.，Yangzhou Jiangsu 225000，China）

According to the process of PU1000 polYester heat transfermaterial（HTM）control sYstem，transforming into ECS-100 sYstem，checked in input/output interface（I/O）and combined hardware for everY control point.An arrangement programm ing designed for the HTM furnace in accordance with safetY，reliable，and optim ization principles.

distributed control sYstem；input/output；interlocking control sYstem；technical optimization

TQ 320.5

B

1006-334X（2015）04-0049-04

2015-11-16

高永斌（1969—），江蘇儀征人，技師，主要從事電氣設(shè)備的維修改造工作。