DeltaV控制系統(tǒng)在溶劑脫瀝青裝置DCS改造中的應(yīng)用

陳龍

[摘? ? 要 ]溶劑脫瀝青裝置原儀表采用二次盤(pán)裝儀表控制，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率僅97%、90%、95%，通過(guò)DCS改造更新為DeltaV中文控制系統(tǒng)，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率分別提高至99.5%、99.7%、97.2%。

[關(guān)鍵詞]DeltaV ;溶劑脫瀝青;DCS;改造

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）04–000–03

Application of DeltaV Control System in DCS Reconstruction

of Solvent Deasphalting Unit

Chen Long

[Abstract]The original instrument of the solvent deasphalting device is controlled by a secondary panel-mounted instrument. The instrument integrity rate， automatic control rate， and stability rate are only 97%， 90%， and 95%. It is updated to the DeltaV Chinese control system through DCS transformation. The instrument integrity rate is only 97%， 90%， and 95%. The self-control rate and stability rate were increased to 99.5%， 99.7%， and 97.2% respectively.

[Keywords]DeltaV; solvent deasphalting; DCS; transformation

溶劑脫瀝青裝置自1990年4月投產(chǎn)以來(lái)，其儀表一直使用二次盤(pán)裝儀表控制，多數(shù)盤(pán)裝儀表已經(jīng)使用20余年，原產(chǎn)品廠家已停產(chǎn)，備品備件已不支持，加上裝置原配置還有部分機(jī)械式儀表和氣動(dòng)基地式儀表，裝置日常維護(hù)十分困難，無(wú)法滿足安全長(zhǎng)周期運(yùn)行的需要。

為了提高裝置儀表控制的性能，2013年中石化廣州分公司立項(xiàng)投資210萬(wàn)元，委托中石化南京工程有限公司對(duì)溶劑脫瀝青裝置進(jìn)行集中控制改造設(shè)計(jì)，改造內(nèi)容包括：儀表控制系統(tǒng)改為DCS;對(duì)部分機(jī)械式儀表和氣動(dòng)基地式儀表進(jìn)行更新;儀表供電系統(tǒng)改造;DCS、儀表電源整改、機(jī)柜間環(huán)境整改;配套的電纜及施工。

經(jīng)中石化廣州分公司統(tǒng)一招標(biāo)，溶劑脫瀝青裝置DCS采用美國(guó)艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的DeltaV10.3.2中文版控制系統(tǒng)，該項(xiàng)目于2013年5月與溶脫裝置大修同步施工，由建安分公司完成施工安裝任務(wù)，并于2013年6月12日改造完成投用。改造投用后，為溶脫裝置提高儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率發(fā)揮了重要作用。

1 溶劑脫瀝青裝置工藝簡(jiǎn)介

溶劑脫瀝青裝置采用美國(guó)UOP公司的Demex工藝，設(shè)計(jì)加工量60萬(wàn)t/a（丁烷溶劑），以減壓渣油作為原料，通過(guò)亞臨界抽提、超臨界回收、汽提回收，將減壓渣油分割成脫瀝青油、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)3種中間產(chǎn)品。脫瀝青油可作為重油催化裂化原料，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)大部分與減壓渣油進(jìn)一步調(diào)和成高等級(jí)道路瀝青，調(diào)和剩余部分瀝青質(zhì)送焦化摻煉。工藝流程如圖1所示。

2 DCS改造方案

2.1 新增DCS控制系統(tǒng)

新增DCS采用DeltaV控制系統(tǒng)，DCS控制站、安全柵柜、端子柜、電源柜安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間;同時(shí)在溶劑脫瀝青裝置的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間，安裝1臺(tái)操作站作為外操監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用;東區(qū)集中控制室內(nèi)安裝2臺(tái)操作站，控制室二樓安裝1臺(tái)工程師站、1臺(tái)OPC站，控制室內(nèi)的操作站通過(guò)系統(tǒng)冗余光纖設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間的控制柜進(jìn)行通信。DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

DCS的規(guī)模見(jiàn)表1，根據(jù)控制規(guī)模，DeltaV控制系統(tǒng)配置了冗余I/O卡件，所有機(jī)柜保留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間。

軟件部分，DCS版本為目前最新的DeltaV10.3.2中文版控制系統(tǒng)，以Window7操作系統(tǒng)為操作環(huán)境，包含組態(tài)軟件、工具軟件、控制軟件、生產(chǎn)管理軟件等工程軟件。

2.2 機(jī)柜間電氣/土建工程

根據(jù)DCS改造需要，將原二次儀表盤(pán)機(jī)柜間改造為DCS機(jī)柜間，處理原機(jī)柜安裝位置的地面，敷設(shè)防靜電地板，墻面翻修，增加隔離墻。照明系統(tǒng)，空調(diào)電源敷設(shè)安裝，儀表接地系統(tǒng)重新敷設(shè)，增加UPS系統(tǒng)。

由于操作站、工程師站和OPC站在東區(qū)集中控制室（原焦化一總控室），而控制柜、外操監(jiān)測(cè)站在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間（原溶劑脫瀝青裝置外操室），為提高供電冗余和可靠性，分別配置了UPS系統(tǒng)。其中機(jī)柜間利舊原儀表盤(pán)控制器UPS，控制室與焦化二、焦化三、芳烴裝置操作站共用1套UPS。供電系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械式/氣動(dòng)基地式儀表改造

為配合DCS改造，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械式/氣動(dòng)基地式儀表進(jìn)行更新改造，改造共更新了8臺(tái)壓力變送器，9臺(tái)差壓變送器，2臺(tái)孔板流量計(jì)，2臺(tái)渦街流量計(jì)，5臺(tái)可燃?xì)鈭?bào)警器。

2.4 可燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)改造

裝置原有的4臺(tái)可燃?xì)鈭?bào)警儀增加至5臺(tái)，改為4～20 mA信號(hào)輸入并引進(jìn)DCS中顯示。

3 DeltaV控制系統(tǒng)在改造中的應(yīng)用與效果

3.1 改造前后儀表完好率與自控平穩(wěn)率對(duì)比

（1）儀表完好率對(duì)比。改造前由于二次盤(pán)裝儀表使用時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備零件老化，而產(chǎn)品廠家已停產(chǎn)，備件不支持導(dǎo)致無(wú)法修復(fù)，儀表完好率僅97%，影響裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行，具體體現(xiàn)在：

①調(diào)節(jié)儀表故障，主要包括調(diào)節(jié)儀面板故障、數(shù)據(jù)線路老化接觸不良、電源保險(xiǎn)絲燒毀、安全柵故障等，導(dǎo)致儀表參數(shù)無(wú)顯示或無(wú)法調(diào)節(jié)，甚至出現(xiàn)閥位全開(kāi)或全關(guān)，影響裝置安全生產(chǎn);②記錄儀表故障，包括液晶顯示屏故障、記錄儀按鈕故障、記錄儀指針沒(méi)墨等，導(dǎo)致無(wú)法查看儀表歷史趨勢(shì);③聲光報(bào)警指示故障，包括報(bào)警沒(méi)聲音、報(bào)警指示燈不亮等，影響生產(chǎn)參數(shù)波動(dòng)處理;④現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)基地式儀表故障，主要是現(xiàn)場(chǎng)儀表容易進(jìn)水進(jìn)灰塵阻塞氣管、儀表膜片等零件老化損壞而沒(méi)有備件更新，導(dǎo)致基地式儀表無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)或開(kāi)副線閥操作。

DCS改造后，采用DeltaV集中控制系統(tǒng)，以上儀表故障問(wèn)題得到徹底解決，儀表完好率提高至99.5%。

①調(diào)節(jié)器、歷史趨勢(shì)記錄、報(bào)警聲光提示均在DCS畫(huà)面中控制及顯示，不存在調(diào)節(jié)儀面板故障、記錄儀屏幕按鈕故障、報(bào)警指示燈故障等硬件故障問(wèn)題;②由于儀表控制柜和UPS系統(tǒng)更新，儀表電源及安全柵故障率也大幅降低，2013年改造后至今未出現(xiàn)過(guò)儀表電源故障，安全柵故障僅出現(xiàn)2例;③現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)基地式儀表全部更新后，徹底解決了氣管阻塞、零件老化損壞的問(wèn)題。

（2）儀表自控平穩(wěn)率對(duì)比。改造前由于儀表完好率低，F(xiàn)RC-103、LRCAHL-103、TRC-103、PIC-112、PIC-101等控制回路無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)，長(zhǎng)期處于手動(dòng)狀態(tài)，裝置儀表自控率在90.0%左右。以上儀表由于手動(dòng)控制，操作參數(shù)無(wú)法精確控制，影響裝置儀表平穩(wěn)率，裝置儀表平穩(wěn)率在95.0%左右。

DCS改造后，控制系統(tǒng)更新為DeltaV集中控制系統(tǒng)，儀表自控率、平穩(wěn)率分別提高至99.7%、97.2%。改造前后裝置儀表自控率、平穩(wěn)率對(duì)比見(jiàn)表2。

在儀表自控率、平穩(wěn)率的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上，由于改造前沒(méi)有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，只能由技術(shù)員人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)頻率為1次/1d，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也只能統(tǒng)計(jì)主要調(diào)節(jié)儀表，無(wú)法覆蓋全部?jī)x表，影響統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。由于DCS改造后新增了OPC數(shù)采功能，全部?jī)x表參數(shù)都可采集上傳至MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采集頻率提高至1次/min，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性有了極大提高。

3.2 復(fù)雜控制回路方案

3.2.1 選擇控制回路

抽提器界位LRCAHL-102是重要控制工藝參數(shù)，因而配置了2套雙法蘭界位計(jì)，在DeltaV控制系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)置手動(dòng)選擇器，可以自由選擇其中1個(gè)界位輸入與調(diào)節(jié)閥組成PID回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，在某一個(gè)界位計(jì)失靈或故障時(shí)，可以立即切換至另一界位輸入，大幅提高了回路冗余性和可靠性。與LRCAHL-102相類(lèi)似的選擇控制回路還有沉降器界位控制LRCAHL-103、抽提進(jìn)料流量控制FRC-102、膠質(zhì)汽提塔液位控制LRCAHL-114、瀝青汽提塔液位控制LRCAHL-115。

3.2.2 比例控制回路

道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)由膠質(zhì)調(diào)和流控FFRC-101、瀝青調(diào)和流控FFRC-102、渣油調(diào)和流控FRC-130三個(gè)回路和靜態(tài)混合器M-105組成，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、渣油按一定調(diào)和比例進(jìn)入靜態(tài)混合器，調(diào)和成合格的70#或90#高等級(jí)道路瀝青。通過(guò)在DeltaV控制系統(tǒng)中組態(tài)設(shè)置比例控制，以FRC-130為主回路，F(xiàn)FRC-101、FFRC-102為副回路，可以實(shí)現(xiàn)比例自動(dòng)控制，從而穩(wěn)定道路瀝青質(zhì)量。

3.2.3 串級(jí)控制回路

為了穩(wěn)定控制抽提器界位，LRCAHL-102與抽提底抽出流量控制FRC-112、FRC-113組成串級(jí)回路，同樣串級(jí)控制的還有沉降器界位控制、加熱爐出口溫度控制等8個(gè)控制回路。

3.2.4 分程控制回路

為了穩(wěn)定控制抽提溫度，TRC-102采用A、B閥分程控制方式，與之類(lèi)似的分程控制回路還有溶劑溫度控制、溫水溫度控制、調(diào)和蒸汽壓力控制共4個(gè)回路。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)

DeltaV通信網(wǎng)絡(luò)包含生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)和工廠管理網(wǎng)，符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，通信速度不低于10 Mb/s，最小通信間距大于1.5 km。通信網(wǎng)絡(luò)能與工廠管理網(wǎng)互聯(lián)，同時(shí)系統(tǒng)具有OPC開(kāi)放的接口，可以與工廠上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。目前DeltaV DCS數(shù)據(jù)通過(guò)OPC站可以與生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、MES操作管理、SMES操作管理、自控平穩(wěn)率監(jiān)控系統(tǒng)等生產(chǎn)管理系統(tǒng)互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、物料能耗統(tǒng)計(jì)、自控平穩(wěn)率監(jiān)控等功能。

3.4 可在線擴(kuò)展性能

DeltaV控制系統(tǒng)預(yù)留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間，同時(shí)可以在線增加測(cè)量點(diǎn)和控制回路，不影響正常生產(chǎn)。DCS改造后，裝置陸續(xù)新上了退溶劑至脫硫項(xiàng)目、一鍵停爐系統(tǒng)、硫化氫在線報(bào)警系統(tǒng)、P-103干氣密封報(bào)警系統(tǒng)，以上項(xiàng)目新上儀表均能在線組態(tài)安裝投用，對(duì)裝置技措改造的在線實(shí)施提供了極大便利。

4 存在問(wèn)題及解決方案

4.1 加熱爐余熱回收系統(tǒng)電纜隱患

2015年8月陸續(xù)發(fā)現(xiàn)加熱爐余熱回收系統(tǒng)儀表電纜故障，出現(xiàn)短路問(wèn)題，其中AIC-101儀表閥位電纜短路導(dǎo)致?tīng)tH-101風(fēng)門(mén)全關(guān)，因及時(shí)處理未造成熄爐緊急停工事故。經(jīng)儀表全面排查，發(fā)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)5條24芯主纜中有3條主纜均檢測(cè)電阻不合格，其中涉及儀表測(cè)量和控制點(diǎn)31個(gè)，懷疑施工時(shí)埋地電纜有損傷導(dǎo)致。為解決此安全隱患，儀控中心立項(xiàng)重新鋪設(shè)電纜，裝置配合將問(wèn)題電纜全部進(jìn)行在線更換，該項(xiàng)目于2015年11月施工完畢。

4.2 歷史趨勢(shì)服務(wù)授權(quán)不足

DeltaV項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有設(shè)置獨(dú)立的歷史趨勢(shì)服務(wù)器，而是將歷史數(shù)據(jù)分成三部分儲(chǔ)存在OP1、OP2、APP三臺(tái)不同操作站中，每個(gè)操作站默認(rèn)授權(quán)最大容量為250點(diǎn)，操作人員查看工藝參數(shù)歷史趨勢(shì)時(shí)，需要在OP1、OP2、APP操作站數(shù)據(jù)服務(wù)器之間頻繁切換，對(duì)查看關(guān)鍵參數(shù)運(yùn)行變化、全面在線監(jiān)控造成極大不便。建議采購(gòu)增加歷史服務(wù)授權(quán)，采購(gòu)費(fèi)用約5.6萬(wàn)元。

4.3 OPC站數(shù)采授權(quán)不足

因OPC站默認(rèn)數(shù)采授權(quán)最多只能采集500個(gè)點(diǎn)，目前裝置需采集位號(hào)已達(dá)515個(gè)，超出了授權(quán)最大數(shù)量，建議采購(gòu)增加該項(xiàng)服務(wù)授權(quán)。未采購(gòu)前的解決方案是：刪除15個(gè)較不重要可以暫時(shí)不采集的位號(hào)，先保證500個(gè)位號(hào)可以正常采集，待授權(quán)購(gòu)買(mǎi)后再啟用該15個(gè)位號(hào)。

4.4 道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)流程優(yōu)化

道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)中，因受管道管徑和瀝青質(zhì)流量計(jì)FFRC-102量程限制，道路瀝青產(chǎn)量最大只能達(dá)到1 600t/d，瀝青質(zhì)不能完全去調(diào)和道路瀝青，部分瀝青質(zhì)送焦化轉(zhuǎn)化成焦炭和干氣，影響裝置效益。為了提高道路瀝青產(chǎn)量，在油種合適時(shí)將全部瀝青質(zhì)調(diào)和道路瀝青，計(jì)劃2017年大修對(duì)調(diào)和系統(tǒng)流程進(jìn)行優(yōu)化，即將調(diào)和瀝青管徑擴(kuò)至DN150，F(xiàn)FRC-102由25 t/h擴(kuò)量程至40 t/h，同時(shí)增加減壓渣油至半瀝青跨線，該項(xiàng)目在2017年煉油二系列大修時(shí)同步實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）DeltaV控制系統(tǒng)自2013年投用實(shí)際運(yùn)行，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率分別由97%、90%、95%提高至99.5%、99.7%、97.2%。整個(gè)工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足溶劑脫瀝青裝置生產(chǎn)控制需要。

（2）DeltaV控制系統(tǒng)能與分公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)良好互聯(lián)，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、提高運(yùn)行管理提供極大便利。

（3）DeltaV控制系統(tǒng)預(yù)留了20%備用安裝空間，可以在線增加測(cè)量點(diǎn)和控制回路，不影響正常生產(chǎn)，為技改技措的在線實(shí)施提供了有利條件。

（4）2015年加熱爐余熱回收系統(tǒng)儀表電纜出現(xiàn)故障問(wèn)題，2015年11月通過(guò)在線更換儀表電纜，該問(wèn)題得到解決。

（5）DeltaV控制系統(tǒng)目前存在歷史趨勢(shì)服務(wù)授權(quán)不足和OPC數(shù)采授權(quán)不足的問(wèn)題，影響歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)查看和MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，建議采購(gòu)增加授權(quán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬.自動(dòng)控制技術(shù)在裝置的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（25）：2150-2151.