安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陶 明， 丁 旭， 后劍波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個(gè)舊 661000)

安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陶 明， 丁 旭， 后劍波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個(gè)舊 661000)

通過(guò)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)重要工藝參數(shù)及有關(guān)安全環(huán)保重要關(guān)鍵數(shù)據(jù)，監(jiān)控生產(chǎn)工藝設(shè)備及安全環(huán)保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，將安全環(huán)保聯(lián)鎖控制納入已有橫河DCS控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了安全環(huán)保聯(lián)鎖控制在DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了安全環(huán)保監(jiān)控管理水平，為企業(yè)創(chuàng)造更好經(jīng)濟(jì)效益。

安全環(huán)保； 達(dá)標(biāo)排放； DCS； 聯(lián)鎖控制； 編程組態(tài)

0 引言

環(huán)保在線監(jiān)測(cè)設(shè)備(設(shè)施)主要布置在工藝煙氣排放處，及污水處理工藝的關(guān)鍵檢測(cè)位置點(diǎn)，主要檢測(cè)有關(guān)排放物濃度含量、流量、壓力、溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)檢測(cè)監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警、上傳、上報(bào)等功能。與生產(chǎn)工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)鎖較少，一旦出現(xiàn)排放物超標(biāo)情況，再來(lái)調(diào)整控制生產(chǎn)工藝參數(shù)為時(shí)已晚，在一定程度上會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染，給企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

按國(guó)家有關(guān)規(guī)定新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目涉及危險(xiǎn)裝置的，必須同時(shí)設(shè)計(jì)、安裝和使用相應(yīng)的自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖裝置。并要根據(jù)工藝裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和措施建議，充分考慮和設(shè)計(jì)重要參數(shù)的測(cè)量、控制、報(bào)警、自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)及緊急停車等自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖設(shè)施和措施。

將安全環(huán)保在線檢測(cè)裝置與先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相聯(lián)鎖，可預(yù)先對(duì)重要的工藝控制參數(shù)進(jìn)行預(yù)調(diào)整控制，關(guān)聯(lián)安全環(huán)保有關(guān)重要數(shù)據(jù)指標(biāo)，預(yù)先報(bào)警提示，必要時(shí)緊急聯(lián)鎖停車，緊急停止相關(guān)生產(chǎn)工序，確保排放物按環(huán)保指標(biāo)要求排放，保證安全生產(chǎn)，避免發(fā)生人身、設(shè)備、環(huán)保事故，確保企業(yè)安全環(huán)保生產(chǎn)正常運(yùn)行。本文以銅業(yè)分公司冶煉工藝為例，按照安全環(huán)保評(píng)價(jià)報(bào)告要求，利用生產(chǎn)工藝DCS控制系統(tǒng)，就安全環(huán)保技術(shù)改造在DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用作相關(guān)探討分析，以便滿足安全生產(chǎn)，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。

1 集散控制系統(tǒng)與安全環(huán)保檢測(cè)裝置

1.1 DCS裝置配備情況

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高、發(fā)展和普及，集散控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，在大型冶煉項(xiàng)目中，都配置有多套生產(chǎn)控制系統(tǒng)和多套生產(chǎn)工藝設(shè)備自動(dòng)控制裝置，公司DCS裝置配備情況是：生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要以橫河DCS和西門子PLC為主，其作用是對(duì)銅冶煉生產(chǎn)工藝進(jìn)行檢測(cè)、控制、監(jiān)示、記錄等。其中多項(xiàng)配套項(xiàng)目都采用橫河DCS系統(tǒng)，如氧氣站、煙氣制酸；電解系統(tǒng)主要采用西門子公司的S7- 300、S7- 400可編程控制器，部分大型成套設(shè)備如雙圓盤澆鑄機(jī)組、余熱發(fā)電機(jī)組、陰極剝片機(jī)組等配套西門子公司的S7- 300可編程控制器。熔煉吹煉區(qū)域配套了1套橫河VP系統(tǒng)和1套橫河CS3000系統(tǒng)，氧氣站區(qū)域和煙氣制酸區(qū)域各配套了1套DCS控制系統(tǒng)，4套系統(tǒng)相互獨(dú)立，均采用橫河DCS系統(tǒng)。為了達(dá)到生產(chǎn)工藝操作層間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳要求，通過(guò)多項(xiàng)目配置工程，實(shí)現(xiàn)了4套橫河DCS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)間的連接。

1.2 安全環(huán)保在線檢測(cè)的裝置

公司在煙氣制酸脫硫工序配備一套在線檢測(cè)裝置，主要監(jiān)測(cè)尾氣煙囪排放的SO2濃度、NOx濃度、O2濃度、顆粒物濃度、及尾氣溫度和壓力等，進(jìn)行參數(shù)報(bào)警、記錄存儲(chǔ)、上傳、形成報(bào)表等處理工作。

在環(huán)保脫硫排煙工序配備一套在線檢測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)環(huán)保排煙尾氣煙囪的SO2排放濃度、NOx排放濃度、煙塵顆粒物排放濃度等，實(shí)現(xiàn)參數(shù)報(bào)警、記錄存儲(chǔ)、上傳、形成報(bào)表等功能。

在生產(chǎn)工藝工序的危險(xiǎn)區(qū)域安裝有CO有毒氣體檢測(cè)探測(cè)器、低氧濃度探測(cè)器等幾十套，防止發(fā)生有毒氣體中毒、粉塵爆炸、氧氣中毒等安全事故；以及按安全環(huán)保要求，為保證人身設(shè)備安全而設(shè)置的若干數(shù)量的檢測(cè)控制設(shè)備設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施檢測(cè)控制參數(shù)大多進(jìn)入到DCS控制系統(tǒng)監(jiān)控。

2 安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)改造控制方案

安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)改造控制方案要針對(duì)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)來(lái)確定方案。從控制參數(shù)、控制點(diǎn)、安全控制工作原理、采用的邏輯控制單元、檢測(cè)變送單元等方面綜合論證，并要測(cè)試檢驗(yàn)和調(diào)試安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案的運(yùn)行效果，檢驗(yàn)是否達(dá)到方案要求，并完善安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施完成的部分安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案作簡(jiǎn)介。

2.1 制酸環(huán)保尾氣煙囪排放系統(tǒng)與DCS聯(lián)鎖控制

煙氣制酸脫硫工序配備一套環(huán)保在線檢測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)尾氣煙囪SO2排放濃度、NOx排放濃度、O2排放濃度、顆粒物排放濃度及尾氣排放溫度和壓力，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換后由信號(hào)電纜接入橫河DCS監(jiān)示。通過(guò)工程技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)工藝綜合分析，確定安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案：實(shí)時(shí)顯示和嚴(yán)格監(jiān)控轉(zhuǎn)化器一層溫度和環(huán)保在線SO2濃度，當(dāng)排放煙氣指標(biāo)超過(guò)報(bào)警值時(shí)，監(jiān)控電腦彈出報(bào)警畫面，提醒操作員工加強(qiáng)工藝操作和及時(shí)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，同時(shí)其報(bào)警信號(hào)傳送到頂吹爐系統(tǒng)，聯(lián)鎖控制頂吹進(jìn)料，杜絕煙氣排放物超標(biāo)排放。

2.1.1 安全環(huán)保聯(lián)鎖控制回路功能

煙囪尾氣SO2排放濃度(儀表位號(hào)WPSO2)大于360 mg/m3時(shí)，在制酸控制室監(jiān)控電腦彈出報(bào)警提醒畫面，提醒操作工加強(qiáng)工藝操作控制，防止尾氣SO2濃度超標(biāo)。

煙囪尾氣SO2排放濃度(WPSO2)大于400mg/m3，在制酸控制室監(jiān)控電腦和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦彈出警告畫面，警示操作員工注意監(jiān)控，延時(shí)5 min后，聯(lián)鎖控制停止頂吹爐進(jìn)料，緊急停止冶煉作業(yè)，嚴(yán)防煙囪尾氣超標(biāo)排放。

煙囪尾氣SO2排放濃度超過(guò)儀表量程或環(huán)保在線檢測(cè)設(shè)備出故障，檢測(cè)信號(hào)不正常時(shí)，為防止超標(biāo)排放，在制酸控制室和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦上彈出警告畫面，警示操作員工注意監(jiān)控，延時(shí)5 h后，自動(dòng)聯(lián)鎖控制停止頂吹爐進(jìn)料。

轉(zhuǎn)化器一層入口上部溫度(儀表位號(hào)TI3305A)大于418 ℃，且轉(zhuǎn)化器一層入口下部溫度(TI3305B)大于460 ℃時(shí)，延時(shí)5 min后，在制酸控制室和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦上彈出警告畫面，再延時(shí)5 min后自動(dòng)停止頂吹爐進(jìn)料。

2.1.2 安全環(huán)保聯(lián)鎖控制邏輯

其有關(guān)安全環(huán)保聯(lián)鎖控制原理邏輯如下，聯(lián)鎖控制參數(shù)設(shè)定如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖控制參數(shù)設(shè)定圖

聯(lián)鎖控制邏輯原理如圖2所示。

2.1.3 控制報(bào)警畫面

當(dāng)煙囪尾氣SO2排放濃度大于360 mg/m3時(shí)，觸發(fā)事件開關(guān)(WPSO2-QH)，彈出報(bào)警提醒畫面如圖3所示。

當(dāng)煙囪尾氣SO2排放濃度大于400 mg/m3，或煙囪尾氣SO2排放濃度超過(guò)儀表量程，檢測(cè)信號(hào)不正常，或轉(zhuǎn)化器一層入口上部溫度小于418 ℃，同時(shí)下部溫度小于460 ℃，時(shí)間超過(guò)5 min，觸發(fā)事件開關(guān)WPSO2-400，彈出報(bào)警畫面如圖4示。

圖2 聯(lián)鎖控制邏輯原理圖

圖3 報(bào)警提醒畫面

圖4 報(bào)警畫面

同時(shí)將報(bào)警信號(hào)(WPSO2-400RL)，硬接線方式送到頂吹爐DCS系統(tǒng)。

2.1.4 安全環(huán)保聯(lián)鎖頂吹爐控制邏輯

熔煉DCS控制系統(tǒng)接收到報(bào)警開關(guān)信號(hào)(WPSO2-400RL)后，延時(shí)5 min后聯(lián)鎖自動(dòng)控制停止吹煉爐17#和18#進(jìn)料皮帶，緊急停止吹煉爐進(jìn)料；同時(shí)觸發(fā)熔煉爐緊急開關(guān)(JLJT-RL)，以停止熔煉頂吹爐進(jìn)料，確保煙氣不超標(biāo)排放。相關(guān)頂吹爐停止進(jìn)料邏輯原理如圖5所示。

完成上述編程組態(tài)后，對(duì)此聯(lián)鎖控制方案進(jìn)行實(shí)際操作演習(xí)，確?？煽亢笸度脒\(yùn)行。

2.2 粉煤制備工藝設(shè)備安全保護(hù)DCS聯(lián)鎖控制

在粉煤制備的生產(chǎn)過(guò)程中，周圍環(huán)境粉塵濃度達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)引發(fā)爆炸事故，造成人身傷害和設(shè)備的損壞，因此，保證有關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行，可有效防止發(fā)生粉塵爆炸事故。在粉煤制備工序中，要保證引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，確保立磨機(jī)出口管道壓力為一定的負(fù)壓。因此，粉煤制備工藝設(shè)備必須實(shí)施安全聯(lián)鎖控制保護(hù)，避免周圍環(huán)境粉塵濃度超標(biāo)，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故。

圖5 頂吹爐停止進(jìn)料邏輯原理圖

2.2.1 控制回路功能

(1)引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，若立磨機(jī)出口管壓力大于-2 kPa，則立刻停止立磨機(jī)的運(yùn)行。

(2)當(dāng)引風(fēng)機(jī)無(wú)正常運(yùn)行信號(hào)時(shí)，停止粉煤引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)控制輸出，其輸出為零。

2.2.2 控制回路邏輯原理

立磨機(jī)出口管壓力設(shè)定控制值模塊如圖6。

圖6 立磨機(jī)出口管壓力設(shè)定控制值模塊

圖7 立磨機(jī)安全聯(lián)鎖停機(jī)邏輯控制程序圖

立磨機(jī)安全聯(lián)鎖停機(jī)邏輯控制程序如圖7。

引風(fēng)機(jī)因故障停止正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)控制輸出為零值邏輯原理如圖8。

圖8 調(diào)節(jié)控制輸出為零值邏輯原理

在上面圖6至圖8中，各儀表位號(hào)含義如下：

FM-YFJ，粉煤引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)控制模塊；

KA4-5859，粉煤引風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)；

PT1904.PV，粉煤立磨機(jī)出口壓力；

LMLS-DCS，DCS輸出至立磨聯(lián)鎖控制信號(hào)。

在方案實(shí)施中，通過(guò)用最少的電纜接線實(shí)現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)與立磨機(jī)相互聯(lián)鎖，用強(qiáng)大的DCS控制功能，達(dá)到了粉煤制備安全生產(chǎn)的效果，為企業(yè)效益做出了貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)將安全環(huán)保聯(lián)鎖控制與先進(jìn)的DCS系統(tǒng)相結(jié)合是一種經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、高效的實(shí)施方案，充分利用了DCS系統(tǒng)潛能，創(chuàng)造了一個(gè)和諧的安全生產(chǎn)環(huán)境，節(jié)約了安全生產(chǎn)投入的成本。

(2)嚴(yán)格遵守國(guó)家的有關(guān)安全、環(huán)保方面的法律法規(guī)，執(zhí)行有關(guān)技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，做好檢測(cè)控制設(shè)備，邏輯編程組態(tài)，以及測(cè)試演習(xí)安全預(yù)案工作，確認(rèn)方案可靠運(yùn)行，滿足安全環(huán)保要求。

(3)深入廣泛分析對(duì)安全環(huán)保有重要影響的工藝控制參數(shù)，確定安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)方案，完善相關(guān)編程控制程序，并定期檢測(cè)試驗(yàn)，確保長(zhǎng)期安全生產(chǎn)。

(4)進(jìn)一步檢測(cè)原DCS控制系統(tǒng)中有關(guān)安全環(huán)保聯(lián)鎖控制程序，檢驗(yàn)其可靠性，保證設(shè)備安全運(yùn)行，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故，促進(jìn)安全文明生產(chǎn)。

Application of safety and environmental protection interlocking technology in DCS control system

TAO Ming, DING Xu, HOU Jian-bo

The safety and environmental protection interlocking control system was applied in DCS control system of Henghe, through real-time on-line detection of important process parameters and key data about safety and environmental protection, monitoring production process equipment, safety and environmental protection equipment running status. The application of safety and environmental protection interlocking control in DCS control system is realized which can improve the management level of safety and environmental protection, also can create better economic benefits for enterprise.

safety and environmental protection; standard discharge; DCS; interlocking control; programming configuration

陶明(1962—)，男，高級(jí)工程師，云南個(gè)舊人，主要從事儀表控制工作。

2015-12-25

TF811; TP273

B

1672-6103(2016)02-0041-04