Foxboro DCS 系統(tǒng)在公用工程蒸汽控制中的應(yīng)用

王冠驊 席浩樂(lè) 齊永生

（中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部）

編 號(hào) 說(shuō) 明

FIC-0004——高壓蒸汽轉(zhuǎn)中壓蒸汽流量控制回路；

FIC-0005——中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽流量控制回路；

HIC-1602——汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低壓蒸汽設(shè)定值；

HIC-1603——汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的中壓蒸汽設(shè)定值；

M-002——汽輪發(fā)電機(jī)；

PDA-0017——高壓蒸汽壓力偏差報(bào)警；

PDA-0027——低壓蒸汽壓力偏差報(bào)警；

PDA-0028——中壓蒸汽壓力偏差報(bào)警；

PI-0039——高壓蒸汽壓力；

PI-0040——中壓蒸汽壓力；

PI-0041——低壓蒸汽壓力；

PIC-0017——高壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路；

PIC-0027——低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路；

PIC-0028——中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路；

PT-0017——高壓蒸汽管網(wǎng)壓力顯示；

PT-0027——低壓蒸汽管網(wǎng)壓力顯示；

PT-0028——中壓蒸汽管網(wǎng)壓力顯示；

PT-0039——高壓蒸汽的壓力變送器；

PT-0040——中壓蒸汽的壓力變送器；

PT-0041——低壓蒸汽的壓力變送器；

PV-0027——低壓蒸汽放空閥；

PY-0017——燃燒率高選控制器；

PY-0027——中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器；

PY-0028——高壓蒸汽泄壓高選控制器。

阿爾及爾SONATRACH 公司年產(chǎn)270 萬(wàn)噸煉油廠設(shè)有原油蒸餾裝置、天然氣裝置、催化重整裝置以及包括公用工程和非現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施在內(nèi)的相關(guān)輔助裝置。 該廠計(jì)劃改造部分項(xiàng)目，以增加裝置的綜合產(chǎn)能，包括現(xiàn)有的公用工程和非現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施。 儀器現(xiàn)代化更新改造包括新的DCS、中央控制室等。 為了增加蒸汽系統(tǒng)的自控投用率，采用Foxboro DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)。 以下從該邏輯的高壓蒸汽部分、中壓蒸汽部分和低壓蒸汽部分進(jìn)行闡述。

1 高壓蒸汽管網(wǎng)的壓力控制

1.1 控制方式

根據(jù)生產(chǎn)需要，采用兩個(gè)控制器來(lái)控制高壓蒸汽壓力，其中控制器PY-0017 通過(guò)燃燒率來(lái)控制高壓蒸汽發(fā)生器的投用率，當(dāng)高壓蒸汽總管壓力過(guò)高時(shí)則使用控制器PY-0028 將部分高壓蒸汽排放至中壓蒸汽管網(wǎng)。 當(dāng)設(shè)定好高壓蒸汽的溫度和壓力值后，高壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路將輸出值發(fā)送至PY-0028 和PY-0017。

1.2 功能說(shuō)明

高壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路由兩種相關(guān)聯(lián)類(lèi)型的模塊DCONT 與DSPLIT 組成。高壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制的特征如圖1 所示。

如圖2 所示， 高壓蒸汽管網(wǎng)控制回路PIC-0017 的輸出值設(shè)定到50%以上，輸出作用于燃燒率高選控制器PY-0017；低于50%時(shí)，輸出作用于高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028?？梢岳斫鉃椋?/p>

a. 當(dāng)PIC-0017 的輸出增大時(shí)， 控制器PY-0028 首先逐漸減小高壓竄中壓蒸汽流量，然后增加對(duì)高壓蒸汽發(fā)生器的投用率，提高燃燒率；

b. 當(dāng)PIC-0017 的輸出減小時(shí)，控制器PY-0017 首先降低燃燒率，降低高壓蒸汽發(fā)生器的投用率， 然后逐漸增加高壓竄中壓的蒸汽流量。

圖2 高壓蒸汽主壓力控制回路

在正常操作中， 高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 不會(huì)被使用。 燃燒率的高低控制高壓蒸汽的產(chǎn)量。 在燃燒率不能緩解高壓蒸汽壓力增加而蒸汽發(fā)生器處于調(diào)低的極限情況下時(shí)，高壓蒸汽轉(zhuǎn)中壓蒸汽流量控制回路FIC-0004 將確保部分高壓蒸汽排放至中壓蒸汽管網(wǎng)。

調(diào)整參數(shù)的注意事項(xiàng)： 在這種類(lèi)型的配置中，輸出信號(hào)的分割點(diǎn)為50%，比例增益系數(shù)Kp=2，即當(dāng)壓力控制器輸出變化1%時(shí)，燃燒率變化2%。

PDA-0017 是PIC-0017 和PI-0039 的實(shí)時(shí)測(cè)量值的偏差報(bào)警。 如果該偏差的值大于7%，則PDA-0017 顯示最大值并發(fā)出故障報(bào)警。 如果PI-0039 或PIC-0017 處于故障狀態(tài)，則PDA-0017 同樣顯示最大值并故障報(bào)警。 此報(bào)警是為了確保PT-0017 作為所有控制器的默認(rèn)設(shè)置， 如果相應(yīng)的變送器出現(xiàn)故障，則控制器PIC-0017 將被強(qiáng)制成手動(dòng)模式，其輸出保持在最后的良好值。

2 中壓蒸汽管網(wǎng)的壓力控制

2.1 控制方式

通過(guò)控制降壓站高壓蒸汽到中壓蒸汽、中壓蒸汽到低壓蒸汽和從汽輪發(fā)電機(jī)M-002 所產(chǎn)生的中壓蒸汽，來(lái)維持中壓管網(wǎng)中的蒸汽壓力。

2.2 功能說(shuō)明

中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0028 中的DCONT 模塊與PIC-0028 的輸出相關(guān)聯(lián)，具有3 個(gè)不同的輸出，3 個(gè)輸出值輸送到對(duì)應(yīng)的3 個(gè)控制器中。 當(dāng)中壓蒸汽管網(wǎng)壓力值設(shè)定好后，采用3 個(gè)控制器對(duì)中壓蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行控制。 在這種情況下， 這些輸出在不同的控制器中起作用，輸出將由不同的控制器自動(dòng)調(diào)整。

中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0028 的輸出值發(fā)送到：

a. 控制器PY-0028，通過(guò)高壓蒸汽轉(zhuǎn)中壓蒸汽流量控制回路FIC-0004 將高壓蒸汽釋放到中壓蒸汽管網(wǎng)；

b. 汽輪發(fā)電機(jī)M-002，產(chǎn)生中壓蒸汽的設(shè)定值HIC-1603；

c. 控制器PY-0027， 通過(guò)中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽流量控制回路FIC-0005 將中壓蒸汽釋放到低壓蒸汽管網(wǎng)。

中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制的特征如圖3 所示，其中x%為汽輪發(fā)電機(jī)的負(fù)荷下限，該值可以調(diào)整。

圖3 中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制的特征

圖3 中， 在第1 范圍 （0.0%～33.3%），PIC-0028 的輸出作用于控制器PY-0027；在第2 范圍（33.3%～66.6%），PIC-0028 的輸出作用于汽輪發(fā)電機(jī)M-002 的設(shè)備設(shè)定值HIC-1603；在第3 范圍（66.6%～100.0%），PIC-0028 的輸出作用于控制器PY-0028。 控制原理如下：

a. 當(dāng)中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0028 的輸出增大時(shí)，首先減小中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出，然后通過(guò)增大汽輪發(fā)電機(jī)M-002 的設(shè)定值HIC-1603，提高汽輪發(fā)電機(jī)的中壓蒸汽產(chǎn)量，最后增大高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 的輸出；

b. 當(dāng)中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0028 的輸出減小時(shí)，首先減小高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 的輸出，然后通過(guò)減小汽輪發(fā)電機(jī)M-002 的設(shè)定值HIC-1603 降低汽輪發(fā)電機(jī)的蒸汽產(chǎn)量，最后增大中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出。

中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路如圖4 所示。

圖4 中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路

2.3 附加阻止功能

汽輪發(fā)電機(jī)M-002 的設(shè)備設(shè)定值HIC-1603使用的是DHIC 模塊， 該模塊具有自動(dòng)/手動(dòng)模式、偏置功能。 在自動(dòng)模式下，將中壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0028 的輸出發(fā)送到汽輪發(fā)電機(jī)中壓蒸汽設(shè)定值HIC-1603； 在手動(dòng)模式下，由操作員直接賦值實(shí)現(xiàn)控制；其偏置功能確保汽輪發(fā)電機(jī)不會(huì)達(dá)到關(guān)閉極限。

比較PIC-0028 和PIC-0017 的值， 并選擇二者中的最大值，將它作為高選控制器PY-0028 的輸出傳送至控制回路FIC-0004 作為遠(yuǎn)程設(shè)定值。

PDA-0028 是PIC-0028 和PI-0040 的 實(shí) 時(shí) 測(cè)量值的偏差報(bào)警。 如果該偏差的值大于15%，則發(fā)出故障報(bào)警。

3 低壓蒸汽管網(wǎng)的壓力控制

3.1 控制方式

通過(guò)控制降壓站中壓蒸汽到低壓蒸汽、低壓蒸汽放空以及汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低壓蒸汽來(lái)保持低壓蒸汽管網(wǎng)中的蒸汽壓力。

3.2 功能說(shuō)明

低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 中的DCONT 模塊與PIC-0027 的輸出相關(guān)聯(lián)，具有3 個(gè)不同的輸出，3 個(gè)輸出值輸送到對(duì)應(yīng)的3 個(gè)控制器中。 低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 由一個(gè)控制器、一個(gè)設(shè)備設(shè)定值和一個(gè)控制閥輸出組成。

低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值發(fā)送到：

a. 高選控制器PY-0027，確保通過(guò)流量控制回路FIC-0005 將中壓蒸汽釋放到低壓蒸汽管網(wǎng)；

b. 汽輪發(fā)電機(jī)M-002，產(chǎn)生低壓蒸汽的設(shè)定值HIC-1602；

c. 低壓蒸汽放空閥PV-0027，以確保低壓蒸汽釋放到大氣中。

低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制的特征如圖5 所示。

圖5 低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制的特征

在圖5 中，在第1 范圍（0.0%～33.3%），控制器PIC-0027 的輸出作用于低壓蒸汽放空閥PV-0027；在第2 范圍（33.3%～66.6%），控制器PIC-0027 的輸出作用于汽輪發(fā)電機(jī)低壓蒸汽設(shè)定值HIC-1602；在第3 范圍（66.6%～100.0%），控制器PIC-0027 的輸出作用于中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器PY-0027。

控制原理如下：

a. 當(dāng)?shù)蛪赫羝芫W(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值增大時(shí)， 首先關(guān)閉低壓蒸汽放空閥PV-0027，然后通過(guò)增大汽輪發(fā)電機(jī)的低壓蒸汽設(shè)定值HIC-1602 提高汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的蒸汽，最后增大中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出；

b. 當(dāng)?shù)蛪赫羝芫W(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值減小時(shí)，首先減小中壓蒸汽轉(zhuǎn)低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出，然后通過(guò)減小汽輪發(fā)電機(jī)的低壓蒸汽設(shè)定值HIC-1602 降低汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的蒸汽量，最后通過(guò)增大低壓蒸汽放空閥PV-0027 的開(kāi)度提高低壓蒸汽的放空量。

低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路如圖6 所示。

圖6 低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路

3.3 附加阻止功能

汽輪發(fā)電機(jī)M-002 的設(shè)備設(shè)定值HIC-1602使用的是DHIC 模塊。在自動(dòng)模式下，將低壓蒸汽管網(wǎng)主壓力控制回路PIC-0027 的輸出發(fā)送到汽輪發(fā)電機(jī)低壓蒸汽設(shè)定值HIC-1602；在手動(dòng)模式下，由操作員直接賦值實(shí)現(xiàn)控制；其偏置功能確保汽輪發(fā)電機(jī)不會(huì)達(dá)到關(guān)閉極限。

比較PIC-0027 和PIC-0028 的值， 并選擇二者中的最大值，將它作為高選控制器PY-0027 的輸出傳送至控制回路FIC-0005 作為遠(yuǎn)程設(shè)定值。

PDA-0027 是PIC-0027 和PI-0041 的實(shí)時(shí)測(cè)量值的偏差報(bào)警。 如果該偏差的值大于30%，發(fā)出故障報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

Foxboro DCS 系統(tǒng)在阿爾及爾SONATRACH公司煉油廠公用工程蒸汽控制中應(yīng)用后，多次避免了因蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)造成的非計(jì)劃停車(chē)，蒸汽控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、實(shí)用性和自動(dòng)化程度明顯提高，保證了煉油廠的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。