煉廠罐區(qū)廢氣治理裝置遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉 偉，柳 偉

（中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

煉廠罐區(qū)廢氣治理裝置遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉 偉，柳 偉

（中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

介紹了以工控機、PLC以及控制設(shè)備和檢測儀表所組成的煉油廠罐區(qū)油氣回收自動監(jiān)控系統(tǒng)。工控機通過組態(tài)王軟件進行組態(tài)，PLC作為現(xiàn)場控制單元，配合各種檢測設(shè)備對油氣回收裝置中的工藝參數(shù)進行采集，實時監(jiān)測廢氣處理過程與設(shè)備運行狀態(tài)，并對現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥和動設(shè)備進行相應(yīng)控制。同時，利用現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)交換，完成整套裝置的自動監(jiān)控與管理。從監(jiān)控結(jié)果中可知，PLC與上位機之間數(shù)據(jù)傳送可靠穩(wěn)定、操作簡單，提高了煉油廠的監(jiān)控和管理水平。

VOCs治理；PLC現(xiàn)場總線；自動監(jiān)控；組態(tài)畫面

隨著全球環(huán)保形勢的日益嚴峻，2015年國家又頒布并實施了更為嚴格的石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準（GB31570-2015）。該標準進一步規(guī)定，有機廢氣排放口非甲烷總烴去除效率≥95%，有機廢氣收集處理裝置排放口苯＜4 mg/m3，甲苯＜15 mg/m3，二甲苯＜20 mg/m3。因此國內(nèi)石化企業(yè)又在面臨新一輪更大的環(huán)保壓力。中國石化撫順石油化工研究院一直從事石化行業(yè)各種污染治理技術(shù)的開發(fā)，已有多種廢水廢氣廢渣技術(shù)在國內(nèi)石化企業(yè)廣泛應(yīng)用。其中自主開發(fā)的油氣回收技術(shù)通過利用低溫柴油的相似相容原理對石化企業(yè)含 VOCS廢氣中的非甲烷總烴、硫化物進行吸收處理，并取得了良好效果，在廢氣處理方向應(yīng)用前景廣闊。

我國煉廠罐區(qū)廢氣處理曾采用粗放型的管理模式，廢氣處理率很低，大部分廢氣不經(jīng)過處理直接排放，曾是煉廠廢氣污染的重災(zāi)區(qū)。經(jīng)過近十幾年的努力，目前已基本得到了有效控制。其中在煉廠罐區(qū)附近建設(shè)油氣回收裝置已成為廢氣污染有效控制手段之一。

本文重點論述了煉廠罐區(qū)廢氣治理裝置遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，以PLC為核心單元，采集并處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，應(yīng)用多種現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)與PLC的交換以及上位機與下位機之間的通訊，實時監(jiān)控廢氣處理裝置各個系統(tǒng)運行狀態(tài)[1]，從而實現(xiàn)罐區(qū)廢氣處理裝置的自動化控制。

1 工藝流程和總體設(shè)計方案

油氣回收裝置的工藝流程可簡述如下。經(jīng)過制冷的柴油被送入油氣回收裝置吸收塔的頂部，經(jīng)過液環(huán)壓縮機加壓的廢氣被送到吸收塔的中部。正常開車時，油氣兩相在吸收塔內(nèi)逆向流動，從而實現(xiàn)充分接觸。與氣體充分接觸后的柴油通過富油泵輸送回界區(qū)進行下一步處理，被吸收后的氣體從吸收塔頂部經(jīng)過脫硫反應(yīng)處理后達標排放。

工藝流程確定之后控制系統(tǒng)的設(shè)計就變得尤為重要?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計要與油氣回收裝置處理流程相輔相成，需實現(xiàn)如下功能。

1.1 開關(guān)量輸入輸出的收集與處理

裝置的輸入開關(guān)量包括：富油泵，排液泵，液環(huán)壓縮機，制冷機等動設(shè)備和開關(guān)閥的運行狀態(tài)反饋；輸出開關(guān)量包括：動設(shè)備和開關(guān)閥的啟停信號等。

1.2 模擬量的采集、通訊和數(shù)據(jù)運算

對現(xiàn)場的模擬量，比如界區(qū)至裝置的進油流量、界區(qū)至裝置的進氣流量、回油溫度、吸收塔的差壓、液位、塔頂壓力、液環(huán)壓縮機分液罐液位、壓力、回流調(diào)節(jié)閥的開度等數(shù)據(jù)進行采集和處理[2]。

1.3 設(shè)備與設(shè)備之間的通信

考慮到系統(tǒng)的實用性及可靠性,本系統(tǒng)采用Profibus總線實現(xiàn)分站與主站的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用RS-485總線實現(xiàn)智能設(shè)備與儀表的數(shù)據(jù)交換。

1.4 廢氣治理裝置的報警記錄和聯(lián)鎖

裝置正常運轉(zhuǎn)過程中如產(chǎn)生異常工況,系統(tǒng)會產(chǎn)生報警記錄，工藝員可根據(jù)報警記錄適當?shù)恼{(diào)節(jié)工藝參數(shù)，及時的解除報警。為了保證裝置的安全運行，本系統(tǒng)設(shè)置多個聯(lián)鎖保護，裝置聯(lián)鎖停車、各個動設(shè)備的聯(lián)鎖停車等，按照邏輯框圖的順控方式分步停車[3]。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

根據(jù)總體設(shè)計方案的要求，選用了西門子公司S7-300系列的CPU315-2PN/DP。PLC是本系統(tǒng)重要的組成部分，PLC采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，根據(jù)控制要求實現(xiàn)自動控制；PLC把采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送到操作室的計算機中，操作室的工作人員可根據(jù)計算機畫面實現(xiàn)遠程監(jiān)控[4]。因此，PLC是整個控制系統(tǒng)的中樞，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖Fig.1 Architecture diagram of the system network

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 上位機軟件設(shè)計

本裝置采用組態(tài)王軟件編輯各工藝流程畫面。上位機工藝流程畫面應(yīng)具有操作簡單、實用、美觀等特點，根據(jù)上述要求實現(xiàn)柴油溫度、塔液位、油氣和柴油流量、塔和泵的壓力等參數(shù)的監(jiān)視控制、各個模擬量趨勢圖、故障報警、聯(lián)鎖停車、電氣設(shè)備啟?？刂坪蜖顟B(tài)反饋等功能。上位機監(jiān)控系統(tǒng)的主要界面包括：油氣回收主畫面、制冷機系統(tǒng)畫面、液環(huán)壓縮機系統(tǒng)畫面、聯(lián)鎖畫面、趨勢畫面、報警記錄等[5]。

3.1.1 主畫面

顯示油氣回收的主要工藝流程。包括顯示重點設(shè)備的運行狀態(tài)、主要運行參數(shù)等。

3.1.2 各工藝流程圖

包括制冷機組、吸收塔、液環(huán)壓縮機。各部分畫面包括廢氣回路和柴油回路的流動方向、各設(shè)備中的重要參數(shù)設(shè)置及實時數(shù)據(jù)顯示。

3.1.3 趨勢圖

分為實時和歷史趨勢圖。當出現(xiàn)停車或異常工況可通過趨勢圖初步判斷出故障原因。

3.1.4 聯(lián)鎖和旁路

包括裝置、制冷機、液環(huán)壓縮機聯(lián)鎖畫面和旁路畫面，如下圖所示，如旁路顯示綠色代表本條聯(lián)鎖條件處于正常狀態(tài)；當顯示紅色時代表有異常工況存在，會導(dǎo)致故障停車。本裝置的部分聯(lián)鎖畫面如圖2所示。

圖2 裝置聯(lián)鎖畫面Fig.2 Interlocking image of equipment

3.2 下位機程序設(shè)計

結(jié)合罐區(qū)廢氣治理工藝流程，依據(jù)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)編寫程序?qū)崿F(xiàn)整套裝置的自動控制。對廢氣處理裝置而言，控制對象包括各種動設(shè)備、調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥，每個控制對象都可分為手動或自動兩種控制方式[6]。

3.2.1 制冷機系統(tǒng)信號的采集和控制

制冷機模擬量包括機組內(nèi)部的蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度等，這些參數(shù)表征了制冷機的制冷狀態(tài)；制冷機數(shù)字量包括機組的高低壓保護、電機過熱保護、電源相序及電壓保護、電磁閥等，多重保護可使制冷機避免損耗，而電磁閥的開關(guān)可以來控制制冷機組的制冷能力。

制冷機進入程控之后，通過蒸發(fā)壓力來控制制冷量，當蒸發(fā)壓力大于等于設(shè)定的加載值時，制冷機會以最大功率來提高制冷能力，制冷機處于加載狀態(tài);當蒸發(fā)壓力大于等于設(shè)定的減載值并小于等于設(shè)定的加載值時，制冷機會以正常功率穩(wěn)定制冷能力，制冷機處于穩(wěn)定運行狀態(tài); 當蒸發(fā)壓力小于等于設(shè)定的減載值時，制冷機會以小功率降低制冷能力，制冷機處于減載狀態(tài)。制冷機控制邏輯框圖如圖3所示。

圖3 制冷機控制邏輯框圖Fig.3 Logic diagram of refrigerator

3.2.2 液環(huán)壓縮機分液罐的液位控制系統(tǒng)

液環(huán)壓縮機系統(tǒng)分為裝置引氣系統(tǒng)和分液罐液位控制系統(tǒng)。其中分液罐可以把介質(zhì)中的液體和氣體分離開來。本液位控制系統(tǒng)包括一個分液罐、一個遠傳液位計，兩個開關(guān)電磁閥，兩個排液泵。當分液罐的液位在低低限與低限之間的時候打開補液閥，分液罐補液，液位逐漸升高，當液位達到正常值與高限之間，關(guān)閉補液閥，停止補液；當分液罐的液位在高限與高高限之間的時候打開排液閥，延時數(shù)秒后打開排液泵，開啟排液過程，當液位達到正常值與低限之間的時候，先關(guān)閉排液泵，延時數(shù)秒后關(guān)閉排液閥。

4 工業(yè)應(yīng)用

采用上述監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的廢氣處理（油氣回收）裝置已在國內(nèi)多家石化企業(yè)得到應(yīng)用。以在某煉廠罐區(qū)工業(yè)應(yīng)用為例，廢氣處理規(guī)模為500 m3/h。由表1可以看出，該罐區(qū)未經(jīng)處理的廢氣中組分較為復(fù)雜，總烴濃度較高，廢氣中含硫化物惡臭污染物也較高。但從表1中也可以看到，該裝置對罐區(qū)廢氣的凈化效果是相當顯著的。

表1 油氣回收裝置廢氣處理效果Table 1 The treatment effect of oil and gas recovery unit

經(jīng)過本裝置處理后的凈化氣中的硫化氫和有機硫化物排放質(zhì)量濃度幾乎可以忽略不計，兩項指標的回收率均達到99%以上，處理后排放的凈化氣的非甲烷總烴質(zhì)量濃度為 3.58 g/m3，回收率大于97%，達到了國家頒布的廢氣治理標準。罐區(qū)油氣進口非甲烷總烴質(zhì)量濃度為128 g/m3，油氣回收率為97%，該裝置的廢氣處理規(guī)模為500 m3/h，若按全年運行，可計算出本套裝置年油氣回收量為543.8噸左右，經(jīng)濟效益十分可觀。

5 結(jié)束語

撫順石油化工研究院開發(fā)的油氣回收技術(shù)以煉廠可自行提供的柴油為吸收劑，廢氣處理效果好，且裝置投資低，運行又可靠，因此已廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)的罐區(qū)油氣回收管理，在燕山石化、天津石化、金陵石化、齊魯石化、上海石化、茂名石化等各大煉油廠均有已運行或準備在建的裝置，且運行狀況良好，處理效果均達到國家頒布的廢氣治理標準。

應(yīng)用結(jié)果表明，采用本設(shè)計控制系統(tǒng)，能夠有效完成罐區(qū)油氣回收裝置的數(shù)據(jù)采集，確保設(shè)備與處理器的通信，保證了裝置的穩(wěn)定可靠運行。

［1］ 翁維勤，等．過程控制系統(tǒng)[M]．第二版. 北京：化工工業(yè)出版社，2002:119．

［2］ 王吉龍．基于模糊PID的溫度控制系統(tǒng)[J]．電子工程師，2008，34(5)：77-80．

［3］ 劉喜梅，王康勝. 污水處理場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 自動化儀表，2014(6)：83-86.

［4］ 彭魏臻，麻紅昭，張華，等. PPI 協(xié)議分析[J]. 化工自動化及儀表，2006(4)：47-49.

［5］ 唐偉杰 組態(tài)王技術(shù)在PLC教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 科技與生活, 2010(11).

［6］ 陳立定．電氣控制與可編程序控制器的原理及應(yīng)用[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

Design of Remote Monitoring System for Waste Gas Treatment Unit in Refinery Tank Area

LIU Wei，LIU Wei

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China ）

The automatic monitoring system for oil and gas recovery unit in refinery tank area was introduced, the system included industrial computers, PLC and control equipments and detection instruments. Industrial computer works through kingview configuration software;PLC as the control unit collects the technological parameters of equipments for oil and gas recovery, monitors the gas treatment process and equipment running status, and controls the valve and dynamic equipments. At the same time, the system uses the fieldbus to exchange data, and the system completes automatic monitoring and management of the unit. The monitoring results show that the data transmission between the PLC and the upper machine is stable and reliable, the system improves the monitoring and management level of the oil refinery.

VOCs treatment; PLC fieldbus ; automatic monitoring; the configuration screen

TE 991

A

1671-0460（2016）12-2895-03

2016-11-04

劉偉（1986-），男，遼寧省丹東市人，碩士學(xué)位，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，研究方向：儀表自動化控制。E-mail：361074471@163.com。