常壓爐典型回路及其聯(lián)鎖邏輯功能的實(shí)現(xiàn)

崔富軍

(中石化茂名分公司煉油分部，廣東 茂名 525011)

常壓爐典型回路及其聯(lián)鎖邏輯功能的實(shí)現(xiàn)

崔富軍

(中石化茂名分公司煉油分部，廣東 茂名 525011)

介紹中石化茂名分公司原油一次加工5#常減壓裝置常壓爐的典型回路及其聯(lián)鎖邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，分別從加熱爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度控制、燃料氣總閥聯(lián)鎖、燃料氣總閥現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路、余熱回收部分快開風(fēng)門聯(lián)鎖及余熱回收部分煙道擋板聯(lián)鎖邏輯等方面進(jìn)行闡述。

典型回路 聯(lián)鎖邏輯 常壓爐

年產(chǎn)1 000萬噸常減壓蒸餾裝置是中石化茂名分公司原油一次加工過程的第5套裝置，由中石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司設(shè)計(jì)，該裝置在自控設(shè)計(jì)方面采用了一些比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，也取得了較好的應(yīng)用效果。

下面就5#常減壓裝置常壓爐的典型回路及其聯(lián)鎖邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，分別從加熱爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度控制、燃料氣總閥聯(lián)鎖、燃料氣總閥現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路、余熱回收部分快開風(fēng)門聯(lián)鎖及余熱回收部分煙道擋板聯(lián)鎖邏輯等方面進(jìn)行闡述。

1 加熱爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度控制

常壓爐將爐管中的原料油加熱至需要的溫度，原料油進(jìn)入常壓分餾塔進(jìn)行分餾反應(yīng)，隨著裝置處理量的增大，被加熱的油品處理量增大，油品分為8個(gè)側(cè)線在加熱爐中加熱，如果側(cè)線進(jìn)料流量控制發(fā)生波動(dòng)，會(huì)直接影響加熱爐中油品的加熱效果，爐膛內(nèi)油品受熱不均勻，而且各個(gè)側(cè)線爐管傳熱特性存在差異，導(dǎo)致各個(gè)加熱爐側(cè)線出口溫度不同，容易引起結(jié)焦和熱損耗。正是由于這些原因，常減壓裝置加熱爐出口溫度平衡和側(cè)線進(jìn)料流量平衡是該類裝置加熱爐的重要控制指標(biāo)，對(duì)于裝置的安全生產(chǎn)和降低能耗具有非常重要的意義。

為了防止以上現(xiàn)象的發(fā)生，5#常減壓加熱爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度采用增量式PID控制算法，實(shí)現(xiàn)多側(cè)線平衡控制。

1.1增量式PID控制算法

增量式PID控制算法如下：

ΔEt=Et-Et-1

Et=設(shè)定值-測(cè)量值

式中dMVt——本周期輸出；

PB——比例系數(shù)；

Td——微分系數(shù)；

Ti——積分系數(shù)；

Ts——控制周期。

增量式PID控制算法中，對(duì)每個(gè)側(cè)線均采用一個(gè)單獨(dú)的增量式PID控制，將各側(cè)線的出口溫度(或進(jìn)料壓力或進(jìn)料流量)取平均值，作為該平衡調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，將其現(xiàn)場(chǎng)儀表返回的相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)(各側(cè)線的出口溫度、進(jìn)料壓力或進(jìn)料流量)作為該平衡調(diào)節(jié)器的測(cè)量值，可以單獨(dú)按照各個(gè)側(cè)線的特性，對(duì)該平衡調(diào)節(jié)器設(shè)置不同的PID值。同時(shí)，為了保證總量不變，對(duì)每個(gè)側(cè)線的輸出進(jìn)行修正，一旦各側(cè)線被控變量控制平穩(wěn)，各側(cè)線的偏差等于零，各支路平衡調(diào)節(jié)器的輸出都為零，各支路流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值不變，故稱之為均值平衡控制[1，2]。

1.2常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量與側(cè)線出口溫度控制方案

常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量與側(cè)線出口溫度的控制方案如圖1所示。

圖1 常壓爐進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度控制方案

在常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量與側(cè)線出口溫度的控制方案中，某路側(cè)線出口溫度控制器作為主調(diào)節(jié)器，測(cè)量信號(hào)為該側(cè)線出口溫度，8路側(cè)線出口溫度的平均值作為該側(cè)線出口溫度主調(diào)節(jié)器的遠(yuǎn)程給定信號(hào)，經(jīng)過PID控制，溫度調(diào)節(jié)器的輸出值與平均進(jìn)料流量調(diào)節(jié)器輸出值進(jìn)行加法運(yùn)算，其結(jié)果作為該路側(cè)線流量副回路調(diào)節(jié)器的遠(yuǎn)程給定，用該路側(cè)線流量調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制該側(cè)線管線上的調(diào)節(jié)閥。

在副回路平均進(jìn)料流量調(diào)節(jié)器的控制回路中，上游初餾塔T101液位PID調(diào)節(jié)器作為主回路，該調(diào)節(jié)器的測(cè)量值作為8路進(jìn)料流量的平均值，其PID輸出信號(hào)參與某路側(cè)線流量控制。

從以上控制方案可以看出，常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量與側(cè)線出口溫度的控制聯(lián)系緊密，相互影響，而且都采用均值平衡控制策略，既實(shí)現(xiàn)了常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量的平穩(wěn)控制也實(shí)現(xiàn)了常壓爐各側(cè)線出口溫度的控制。

以常壓爐第1路側(cè)線進(jìn)料流量與第1路側(cè)線出口溫度為例說明。

在第1路側(cè)線進(jìn)料流量的控制方案中，該路側(cè)線出口溫度控制器0201TIC11705A作為主調(diào)節(jié)器，8路側(cè)線出口溫度的平均值0201TX11705.OUT作為某側(cè)線出口溫度主調(diào)節(jié)器的遠(yuǎn)程給定信號(hào)，該側(cè)線出口溫度0201TI11705A.PV作為測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過PID控制，0201TIC11705A的輸出值與平均進(jìn)料流量調(diào)節(jié)器0201FIC11709FOUT.MV1的輸出值進(jìn)行加法運(yùn)算，其結(jié)果作為某路側(cè)線流量副回路調(diào)節(jié)器0201FIC11701的遠(yuǎn)程給定，用該路側(cè)線流量調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制該側(cè)線上的調(diào)節(jié)閥0201FV11701。

在副回路平均進(jìn)料流量調(diào)節(jié)器0201FIC11709的控制回路中，上游初餾塔T101液位PID調(diào)節(jié)器0201LIC11501作為主回路，該調(diào)節(jié)器的測(cè)量值為8路進(jìn)料流量的平均值0201FX11709.OUT，其PID輸出信號(hào)經(jīng)過0201FIC11709FOUT，同時(shí)輸出8個(gè)等值信號(hào)，其中0201FIC11709FOUT.MV1參與第1路側(cè)線FIC11701的流量控制。

在控制方案中，8路側(cè)線進(jìn)料流量(或側(cè)線出口溫度)測(cè)量信號(hào)正常時(shí)，參與相關(guān)信號(hào)的平均值計(jì)算，否則將該故障測(cè)量點(diǎn)自動(dòng)屏蔽，對(duì)其他7路側(cè)線進(jìn)料流量(或側(cè)線出口溫度)進(jìn)行平均值計(jì)算。

2 常壓爐燃料氣總閥聯(lián)鎖

2.1常壓爐燃料氣總閥聯(lián)鎖邏輯

常壓爐燃料氣總閥的聯(lián)鎖邏輯如圖2所示?？梢钥闯觯诼?lián)鎖條件都滿足的情況下，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕，啟動(dòng)聯(lián)鎖邏輯，如果有條件不滿足，聯(lián)鎖關(guān)閉燃料氣閥。如果加熱爐出口溫度高高報(bào)警，為了防止常壓爐出口溫度由于儀表信號(hào)回路故障(如信號(hào)接線端子虛接等原因)引起常壓爐燃料氣總閥聯(lián)鎖閥關(guān)閉，需要人工二次確認(rèn)該聯(lián)鎖輸入信號(hào)，確認(rèn)后才能聯(lián)鎖關(guān)閉燃料氣總閥。

圖2 常壓爐燃料氣總閥門聯(lián)鎖邏輯

在聯(lián)鎖邏輯中，采用“三取二”(指3個(gè)聯(lián)鎖條件中有兩個(gè)聯(lián)鎖條件滿足，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)聯(lián)鎖，現(xiàn)場(chǎng)電磁閥動(dòng)作)和“四取二”(指4個(gè)聯(lián)鎖條件中有兩個(gè)聯(lián)鎖條件滿足，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)聯(lián)鎖，現(xiàn)場(chǎng)電磁閥動(dòng)作)設(shè)計(jì)。

2.2常壓爐燃料氣總閥現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路

常壓爐燃料氣總閥現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路如圖3所示。400kPa的儀表風(fēng)經(jīng)過濾器后，一路到儲(chǔ)氣罐，作為儀表風(fēng)故障時(shí)應(yīng)急使用；一路直接到空氣換向閥5，然后分兩路，分別送到連接開位的空氣換向閥4(正常時(shí)該空氣換向閥關(guān)閉，儀表風(fēng)排大氣)和連接關(guān)位的空氣換向閥4(正常時(shí)該空氣換向閥打開，儀表風(fēng)進(jìn)入調(diào)節(jié)閥氣缸下部)，以上兩個(gè)空氣換向閥由電磁閥和鎖止閥控制開啟與關(guān)畢，來自控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制信號(hào)送到鎖止閥，然后控制連接開位的空氣換向閥4和連接關(guān)位的空氣換向閥4，保證其正常動(dòng)作。

在燃料氣總閥現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路設(shè)計(jì)中，空氣換向閥5的氣路和來自儲(chǔ)氣罐的氣源連接，在儀表風(fēng)停風(fēng)的情況下，提供應(yīng)急氣源給連接開位的空氣換向閥4，該空氣換向閥打開，調(diào)節(jié)閥氣缸上部進(jìn)氣，保證燃料氣總閥能安全關(guān)閉。

方案中采用儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)，就是為了保證現(xiàn)場(chǎng)電磁閥故障或儀表風(fēng)停風(fēng)，或聯(lián)鎖輸出線路故障，常壓爐燃料氣總閥能完全關(guān)閉。鎖止閥也是保證以上情況發(fā)生時(shí)常壓爐燃料氣總閥能正常關(guān)閉。二者都是保證聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)及時(shí)切斷燃料氣進(jìn)入常壓爐，達(dá)到常壓爐故障安全的目的。

3 常壓爐余熱回收部分快開風(fēng)門聯(lián)鎖

常壓爐余熱回收部分快開風(fēng)門的聯(lián)鎖邏輯如圖4所示。

在加熱爐余熱回收聯(lián)鎖邏輯中，手動(dòng)打開快開風(fēng)門與鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)都正常的情況下，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕，啟動(dòng)打開快開風(fēng)門聯(lián)鎖邏輯，在手動(dòng)打開快開風(fēng)門不滿足或鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)都不滿足的情況下，聯(lián)鎖打開快開風(fēng)門；鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)不正常的情況下，故障報(bào)警指示燈變成紅色，正常情況下無色。

圖3 常壓爐燃料氣總閥門現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖氣路1——過濾器； 2——電磁閥； 3——鎖止閥； 4、5——空氣換向閥； 6——限位開關(guān)(回訊器)； 7——儲(chǔ)氣罐； 8——過濾器； 9——單向閥

圖4 余熱回收部分快開風(fēng)門聯(lián)鎖邏輯

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果某個(gè)快開風(fēng)門現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行發(fā)生機(jī)構(gòu)故障，或者回訊器發(fā)生故障，該路聯(lián)鎖輸出可以手動(dòng)切出，并不影響其他部分快開風(fēng)門的聯(lián)鎖動(dòng)作，一旦維修完畢，再將該路聯(lián)鎖輸出投用，該項(xiàng)功能在SIS系統(tǒng)上位機(jī)Intouch軟件上實(shí)現(xiàn)。

4 常壓爐余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯

常壓爐余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯初始設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯初始設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)聯(lián)鎖邏輯中，在兩個(gè)“三取二”和其他條件都滿足的情況下，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕啟動(dòng)聯(lián)鎖；任一“三取二”或其他條件不滿足，聯(lián)鎖打開煙道擋板，同時(shí)關(guān)閉預(yù)熱器入口擋板。引風(fēng)機(jī)停機(jī)信號(hào)正常時(shí)，顯示為綠色；不正常時(shí)顯示為紅色，引風(fēng)機(jī)故障，報(bào)警指示燈為紅色。在裝置開工后一年多的時(shí)間內(nèi)，初始聯(lián)鎖設(shè)計(jì)方案投用，聯(lián)鎖正常動(dòng)作，煙道擋板關(guān)閉，預(yù)熱器入口擋板打開。

2014年4月引風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，引起聯(lián)鎖動(dòng)作，故障消除后，在圖5聯(lián)鎖進(jìn)行復(fù)位操作，聯(lián)鎖打開煙道擋板，同時(shí)關(guān)閉預(yù)熱器入口擋板，造成常壓爐內(nèi)憋壓，無法正常開工。

基于這種情況，對(duì)聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行修改，對(duì)煙道擋板單獨(dú)復(fù)位，修改后的余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯如圖6所示，之后常壓爐開工時(shí)煙道擋板可正常打開。

圖6 修改后的余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯

5 結(jié)束語

常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度控制方案控制投運(yùn)前，一直采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，側(cè)線進(jìn)料流量控制效果較差，一旦上游初餾塔液位發(fā)生變化，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)各側(cè)線調(diào)節(jié)閥的開度來穩(wěn)定各側(cè)線進(jìn)料，出口各側(cè)線溫度偏差較大。采用均值平衡控制的控制策略并投入自動(dòng)控制后，常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量和側(cè)線出口溫度采用自動(dòng)控制，減少了常壓爐側(cè)線進(jìn)料流量波動(dòng)次數(shù)和幅度，側(cè)線出口溫度也得到很好的控制。

常壓爐聯(lián)鎖方案投用后，發(fā)現(xiàn)余熱回收煙道擋板聯(lián)鎖邏輯存在設(shè)計(jì)缺陷并進(jìn)行修改，在余熱回收部分快開風(fēng)門聯(lián)鎖中風(fēng)門現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行發(fā)生機(jī)構(gòu)故障，或回訊器發(fā)生故障后增加該路聯(lián)鎖輸出手動(dòng)切出功能。而且在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際組態(tài)中還增加“第一事故首出”功能，一旦發(fā)生聯(lián)鎖動(dòng)作，引起聯(lián)鎖動(dòng)作的第一聯(lián)鎖條件除了變?yōu)榧t色外，該聯(lián)鎖條件上方有“首出”文字顯示，該項(xiàng)功能與SIS系統(tǒng)的SOE相互結(jié)合，可以快速查處系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作原因，所有這些功能的完善，保障了生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用效果很好。

[1] 吳潔蕓,雷衛(wèi)良,周娓程,等.平均值法在加熱爐支路平衡控制上的實(shí)現(xiàn)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2014,41(10):1189～1190.

[2] 羅雄麟,葉松濤,許鋒.加熱爐支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析[J].化工自動(dòng)化及儀表,2014,41(11):1232～1235.

TH862

B

1000-3932(2016)09-0998-05

2016-06-05(修改稿)