工廠中心控制室整合改造

李志峰 鄒春雨 楊發(fā)義 李貞強(qiáng)

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司烯烴廠）

目前集中控制已成為現(xiàn)代化煉化企業(yè)控制方式發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)集中控制，可提升運(yùn)行管理水平，提高操作效率，也可緩解公司指令層層傳達(dá)協(xié)調(diào)效率低、操作人員年齡老化、一線操作人員不足的現(xiàn)狀。2017年，遼陽(yáng)石化分公司設(shè)立烯烴廠、尼龍廠控制室整合改造項(xiàng)目，對(duì)烯烴廠、尼龍廠區(qū)域各裝置控制室進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)集中控制，同時(shí)使全廠的重要決策均由此發(fā)出。

1 現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)原則

遼陽(yáng)石化分公司烯烴廠現(xiàn)有4套生產(chǎn)裝置，包括裂解裝置、聚乙烯裝置、乙二醇裝置和鏈烷烴裝置；1套儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施為乙二醇EO罐區(qū)。尼龍廠現(xiàn)有9套生產(chǎn)裝置，包括2套硝酸裝置、2套環(huán)己烷裝置、2套醇酮裝置、2套己二酸裝置和1套N2O減排裝置；1套儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施為乙二醇罐區(qū)。

1.1 控制室及控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

烯烴廠目前有10個(gè)控制室，31套控制系統(tǒng)（含在建項(xiàng)目），各裝置的控制系統(tǒng)分別采用DCS、PLC、ESD及 ITCC等系統(tǒng)，其中有 5套DCS、2 套 ESD、9 套 ITCC、2 套 GDS 和 13 套PLC。尼龍廠目前有6個(gè)控制室，14套控制系統(tǒng)（含在建項(xiàng)目），其中有7套DCS、3套ITCC、2套GDS和2套PLC。DCS系統(tǒng)涉及的廠家為HONEYWELL、YOKOGAWA 和 艾 默 生 ；PLC、ESD 和ITCC涉及的廠家為通用GE、康吉森、羅克韋爾AB、SIEMENS、美國(guó) CCC及ABB等。

目前，烯烴廠共有操作站、工程師站（不包括籌建的裝置）60多臺(tái)，尼龍廠共有操作站、工程師站接近60臺(tái)。部分裝置采用的常規(guī)盤裝儀表目前備件已停產(chǎn)，出現(xiàn)故障依靠舊件拼湊維修使用，此控制方式難以適應(yīng)安全平穩(wěn)生產(chǎn)的要求，此次將升級(jí)改造成DCS控制。

多套HONEYWELL公司DCS系統(tǒng) （TPS）由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、老化嚴(yán)重、故障率高，存在安全生產(chǎn)隱患，此次也進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)對(duì)不滿足裝置安全聯(lián)鎖需要的系統(tǒng)進(jìn)行SIL改造，對(duì)單電源供電的系統(tǒng)進(jìn)行雙UPS改造，對(duì)機(jī)柜照明和風(fēng)扇全部采用市電。徹底解決新舊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致的問(wèn)題，滿足生產(chǎn)需要。

1.2 中心控制室的設(shè)計(jì)原則

中心控制室的設(shè)計(jì)原則為：a.嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和規(guī)定；b.優(yōu)化管理、集中控制，實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)裝置在中心控制室的集中操作和監(jiān)控；

c.中心控制室預(yù)留適當(dāng)空間，滿足年產(chǎn)30萬(wàn)噸高性能聚丙烯建設(shè)分步實(shí)施和企業(yè)未來(lái)發(fā)展需求；

d.在設(shè)備選型上，遵循技術(shù)先進(jìn)成熟、性能可靠、選型統(tǒng)一的原則，采用性價(jià)比高的設(shè)備，盡可能減少工程投資；

e.充分利用現(xiàn)有資源，堅(jiān)持低投入的原則，充分依托現(xiàn)有裝置資源，降低成本和減少物耗；

f.合理利用能源，選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和材料，節(jié)能降耗；

g.環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全及職業(yè)衛(wèi)生等方面符合國(guó)家和當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

2 中心控制室方案

計(jì)劃新建一座全廠中心控制室，將烯烴廠現(xiàn)有的4套生產(chǎn)裝置和尼龍廠現(xiàn)有的9套生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)、烯烴廠公用裝置控制室PLC系統(tǒng)遷移至中心控制室，并適當(dāng)考慮對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或更新改造，將烯烴廠鏈烷烴裝置常規(guī)儀表改造為DCS系統(tǒng)，增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，DCS操作站設(shè)在中心控制室；生產(chǎn)裝置和公用工程設(shè)施的光通信系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等遷移至中心控制室；在中心控制室為烯烴廠年產(chǎn)30萬(wàn)噸高性能聚丙烯裝置（新建）的控制系統(tǒng)預(yù)留安裝位置；為新建中心控制室和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室配套給排水、采暖空調(diào)、供配電及電信系統(tǒng)等工程。

按照控制分區(qū)可劃分為兩個(gè)部分，一部分為主體中心控制室，建設(shè)位置位于遼陽(yáng)石化研究院中試基地東側(cè)的預(yù)留地內(nèi)，新建中心控制室為抗爆結(jié)構(gòu)，主出口面向東側(cè)中線公路；另一部分為烯烴廠鏈烷烴裝置內(nèi)控制室改造，拆除部分原有控制室建筑，并在西側(cè)新建鏈烷烴裝置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室。中心控制室采用兩層鋼筋混凝土抗爆結(jié)構(gòu)，一層層高為4.8m，二層層高為6.3m，室內(nèi)外高差1.2m，建筑總高度12.3m。建筑面積3 816m2。一層為操作室、機(jī)柜室、UPS室、電信設(shè)備室、儀表備件室、配電室、空調(diào)間、更衣室、衛(wèi)生間、工具間；二層為風(fēng)機(jī)房、會(huì)議室、調(diào)度中心、調(diào)度值班室、應(yīng)急指揮中心、安全保衛(wèi)中心、交接班室。

3 自動(dòng)控制

生產(chǎn)裝置及公用工程設(shè)施采用中心控制室和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室分離設(shè)置方式?？刂葡到y(tǒng)操作站設(shè)置在中心控制室，控制站設(shè)置在相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，所有現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，再?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室傳到中心控制室。從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室到中心控制室的信號(hào)采用冗余光纜（不同路徑）連接。在中心控制室進(jìn)行全部的控制、監(jiān)視、報(bào)警、聯(lián)鎖及報(bào)表等操作［1］。

根據(jù)工藝裝置的需要，在各現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室設(shè)置監(jiān)視站和工程師站，用于系統(tǒng)調(diào)試、開(kāi)/停車、日常維護(hù)和非正常情況下的生產(chǎn)操作。

中心控制室操作室（大廳）建筑面積962m2，按聯(lián)合裝置或生產(chǎn)流程劃分成多個(gè)操作區(qū)域，每個(gè)操作區(qū)域布置控制系統(tǒng)操作站/監(jiān)視站等人機(jī)界面及輔操臺(tái)、打印機(jī)/架等。操作站/監(jiān)視站采用雙屏液晶顯示器。中心控制室機(jī)柜室內(nèi)部布置各種機(jī)柜，主要包括網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、遠(yuǎn)程I/O站機(jī)柜、配電柜及其他輔助機(jī)柜等。改造后，原有控制室內(nèi)的操作間將作為外操間使用。

為保證在緊急狀況下的用電安全，中心控制室儀表電源取自經(jīng)雙供電回路供電的兩組獨(dú)立的UPS不間斷電源系統(tǒng)，UPS后備電池供電時(shí)間不少于30min?，F(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室儀表電源取自經(jīng)雙供電回路供電的一套UPS不間斷電源系統(tǒng)，UPS后備電池供電時(shí)間不少于30min。UPS輸出到配電柜，由配電柜配電到用電設(shè)備。對(duì)于操作站，中心控制室同一裝置的設(shè)備應(yīng)按照冗余要求分別從兩組UPS對(duì)應(yīng)的分配電柜取電，DCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w及有毒有害氣體報(bào)警系統(tǒng)的操作站采用獨(dú)立的供電回路。非UPS用儀表、控制柜內(nèi)照明及風(fēng)扇等采用市電供電，其電壓等級(jí)為 220V（AC）±22V（AC），頻率為 50Hz±1Hz。

在中心控制室的空調(diào)引風(fēng)口分別設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)器，在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室的空調(diào)引風(fēng)口分別設(shè)置可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)器，并在現(xiàn)場(chǎng)和中心控制室DCS操作站上顯示、聲光報(bào)警。

在中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室分別設(shè)置了工作地接地板和保護(hù)地接地板，并采用等電位連接方式接至電氣專業(yè)的低壓配電系統(tǒng)接地網(wǎng)（接地阻值不大于4Ω）。

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室（即原有控制室）與中心控制室之間采用冗余的多芯單模光纜進(jìn)行傳輸。各控制系統(tǒng)分別采用各自的光纜，實(shí)現(xiàn)了安全、可靠、分散、易于施工和維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)布局，大幅提高了網(wǎng)絡(luò)的通信能力和抗干擾性能。光纜采用兩種不同路徑進(jìn)行敷設(shè)［2］。新增電纜選用阻燃電纜，新增光纜采用鎧裝光纜。為減少外界磁場(chǎng)、電場(chǎng)等對(duì)儀表傳輸信號(hào)的干擾，儀表信號(hào)電纜采用阻燃屏蔽電纜，采用封閉式敷設(shè)形式。

4 信息管理

遼陽(yáng)石化分公司現(xiàn)有辦公自動(dòng)化（OA）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）兩套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這兩套網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)防火墻隔離。OA拓?fù)錇殡p核心、冗余鏈路到匯聚層；MES采用單核心星形結(jié)構(gòu)。核心層和匯聚層之間的鏈路帶寬為千兆；匯聚層和接入層之間的鏈路帶寬為百兆。兩大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中共有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和客戶端約7 000臺(tái)。

4.1 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)

新建中心控制室局域網(wǎng)信號(hào)引自信息中心機(jī)房。綜合布線采用開(kāi)放性結(jié)構(gòu)，能支持語(yǔ)言、數(shù)據(jù)、圖像及監(jiān)控等系統(tǒng)中信號(hào)的要求，系統(tǒng)采用綜合型，即采用光纜和六類線混合組網(wǎng)。系統(tǒng)主干線路帶寬為1 000Mbit/s，分支線路帶寬為100Mbit/s。電話系統(tǒng)的線路納入綜合布線。在中心控制室操作室、工程師室、辦公室區(qū)域設(shè)置計(jì)算機(jī)和電話信息插座，供網(wǎng)絡(luò)和電話系統(tǒng)使用；在機(jī)柜室、UPS室設(shè)置計(jì)算機(jī)信息插座，供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用。中心控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)與電話系統(tǒng)采用綜合布線，網(wǎng)絡(luò)布線采用六類標(biāo)準(zhǔn)的電纜和設(shè)備。

4.2 生產(chǎn)信息系統(tǒng)

遼陽(yáng)石化煉油與化工運(yùn)行系統(tǒng)于2008年10月上線運(yùn)行，共包括工藝技術(shù)管理、計(jì)量管理、生產(chǎn)績(jī)效管理、生產(chǎn)運(yùn)行信息平臺(tái)、化工生產(chǎn)批次管理、設(shè)備管理、WPKS工作中心、工廠基礎(chǔ)信息管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用、運(yùn)行管理、物料平衡管理、公用工程、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度及實(shí)驗(yàn)室信息管理等20個(gè)子模塊。

新建中心控制室信息系統(tǒng)硬件建設(shè)主要是MES的擴(kuò)展實(shí)施。在新建中心控制室設(shè)5套MES操作站，數(shù)據(jù)經(jīng)由16芯單模光纜引至信息中心機(jī)房，最終并入公司信息總網(wǎng)。

4.3 信息安全

信息系統(tǒng)根據(jù)公安部、工信部、安監(jiān)總局有關(guān)規(guī)定設(shè)置防火墻和防病毒軟件，防火墻和防病毒軟件由系統(tǒng)技術(shù)商成套設(shè)置，保證企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全。

5 防護(hù)措施

5.1 建筑安全衛(wèi)生防護(hù)措施

中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室耐火等級(jí)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限、防火分區(qū)及安全疏散等均滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50160—2008）、《石油化工生產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3017—2013）和《石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3006—2012）中的相關(guān)規(guī)定［3］。

中心控制室設(shè)置多個(gè)直接對(duì)外出口，滿足防火疏散要求。中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)設(shè)有磷酸銨鹽干粉滅火器和二氧化碳干粉滅火器。

5.2 采暖通風(fēng)安全衛(wèi)生防護(hù)措施

按照 《石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3006—2012）的要求，對(duì)操作室、機(jī)柜間等房間的溫濕度、空氣潔凈度進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證操作環(huán)境良好、設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。中心控制室通風(fēng)系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)鎖。

5.3 電氣電信安全衛(wèi)生防護(hù)措施

中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室各房間滿足照度標(biāo)準(zhǔn)，中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)所有燈具采用EPS電源供電，EPS電源應(yīng)急時(shí)間不少于60min，保證操作環(huán)境良好、設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。

電纜選用A級(jí)阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，用于應(yīng)急照明的電纜采用耐火電纜。中心控制室、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)部無(wú)機(jī)械損傷的場(chǎng)所選用非鎧裝電纜，戶外選用鎧裝電纜。所有用電設(shè)備金屬外殼、電纜鎧裝外皮、電纜保護(hù)管、電纜橋架及電纜支架等均做保護(hù)接地。

設(shè)備布置滿足安全防護(hù)距離的要求，這樣可有效降低工頻電場(chǎng)帶來(lái)的潛在威脅。中心控制室設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并與房間內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)鎖。中心控制室設(shè)有電視監(jiān)控系統(tǒng)，可以配合火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)各重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)視。

5.4 自控儀表安全衛(wèi)生防護(hù)措施

注重設(shè)備選型，選用結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、低噪聲、低能耗的設(shè)備。

中心控制室設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在主要出入口設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器，在機(jī)柜室、電信設(shè)備室和UPS室架空地板下設(shè)纜式感溫探測(cè)器，在各辦公室、操作室、空調(diào)機(jī)房、走廊設(shè)點(diǎn)型感煙探測(cè)器，信號(hào)的傳輸采用總線式。

中心控制室火災(zāi)報(bào)警信號(hào)動(dòng)作時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器聯(lián)鎖關(guān)閉所有電動(dòng)防火調(diào)節(jié)閥，并自動(dòng)切斷室內(nèi)空調(diào)與通風(fēng)設(shè)備（排煙風(fēng)機(jī)箱、送風(fēng)風(fēng)機(jī)箱除外）的配電回路；空調(diào)通風(fēng)設(shè)備配電回路、電動(dòng)防火調(diào)節(jié)閥和70℃防火調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)信號(hào)均反饋至火災(zāi)報(bào)警控制器。排煙風(fēng)機(jī)箱、送風(fēng)風(fēng)機(jī)箱的啟動(dòng)、停止按鈕直接連接至多線聯(lián)動(dòng)控制盤，可直接手動(dòng)控制排煙風(fēng)機(jī)、送風(fēng)風(fēng)機(jī)的啟停。當(dāng)室外新風(fēng)入口處的可燃、有毒氣體探測(cè)器動(dòng)作時(shí)，儀表DCS向集中火災(zāi)報(bào)警控制器輸出干接點(diǎn)信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警控制器輸出24V（DC）有源信號(hào)聯(lián)鎖關(guān)閉電動(dòng)氣體密閉切斷閥，同時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉新風(fēng)凈化機(jī)和吊頂式新風(fēng)機(jī)組；電動(dòng)氣體密閉風(fēng)閥、新風(fēng)凈化機(jī)組和排風(fēng)機(jī)關(guān)閉的狀態(tài)信號(hào)均反饋至火災(zāi)報(bào)警控制器。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)、擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)值班人員確認(rèn)火警后，門禁系統(tǒng)打開(kāi)控制門禁，擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音或聲響提示。

6 結(jié)束語(yǔ)

2019年7月大修期間對(duì)烯烴廠、尼龍廠各裝置控制室進(jìn)行了整合，對(duì)存在安全生產(chǎn)隱患的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面整改，使上下游協(xié)調(diào)溝通更方便，有助于控制系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、擴(kuò)音對(duì)講系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的集中監(jiān)控與管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的高度集中化管理、信息互通、信息共享，有利于生產(chǎn)管理和各專業(yè)間的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)管理模式與效果的整體提升，將具備感知、預(yù)測(cè)、優(yōu)化及協(xié)同等能力，更好地保障裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，為企業(yè)建設(shè)智能化工廠打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。