TSxPlus系統(tǒng)在催化油漿加氫裝置的應(yīng)用

唐少文

南京金陵石化建筑安裝工程有限公司，中國·江蘇 南京 210033

1 引言

燃料油主要以原油加工過程中的渣油、催化裂化油漿、催化重柴油及其他重質(zhì)餾分等為原料調(diào)合而成。燃料油還可以在多種設(shè)備上使用，分為船用燃料油、爐用燃料油及其他燃料油。工業(yè)和電力行業(yè)燃料油消費(fèi)量可能繼續(xù)萎縮，石油加工行業(yè)對燃料油的需求已降至極低水平但仍存在少量剛需，而船用燃料油持續(xù)增長。根據(jù)國際海事組織（IMO）的規(guī)定，自2020年1月1日起，全球所有海域航行的船舶尾氣必須達(dá)標(biāo)排放，船舶或使用硫含量小于0.5%的低硫燃料油，或采用尾氣脫硫措施。按照新規(guī)，高、低硫船舶燃料油將在市場共存。船舶燃料油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級后，低硫燃料油供應(yīng)將趨緊，高低硫船舶燃料油價(jià)差拉大，船舶燃料油生產(chǎn)、供應(yīng)格局將發(fā)生改變。船舶燃料油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級，對產(chǎn)能過剩的中國煉油業(yè)來說是難得的發(fā)展機(jī)遇[1]。隨著環(huán)保政策加深，船舶燃料油的使用也成為交通運(yùn)輸部重點(diǎn)關(guān)注對象，因此燃料油生產(chǎn)裝置的安全生產(chǎn)也就尤為重要。

2 催化油漿加氫

2.1 裝置簡介

90 萬噸/年催化油漿加氫裝置是金陵石化公司在現(xiàn)有Ⅲ汽油加氫裝置基礎(chǔ)上改建的一套催化油漿“減壓蒸餾—加氫脫硫”裝置。于2020年12月投入生產(chǎn)使用。該裝置以金陵石化公司Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ套催化裝置的催化油漿及罐區(qū)油漿為原料，主要生產(chǎn)低硫船用燃料油調(diào)和組分，送至油品罐區(qū)調(diào)和生產(chǎn)RMG380 船用殘?jiān)剂嫌?。后期兼顧生產(chǎn)滿足下游焦化裝置生產(chǎn)高端石墨材料所需的原料。

2.2 工藝技術(shù)簡介

90 萬噸/年催化油漿加氫裝置采用中國石油化工股份有限公司大連(撫順)石油化工研究院（后文簡稱FRIPP）研發(fā)的催化油漿加氫技術(shù)方案，生產(chǎn)低硫船用殘?jiān)剂嫌汀?/p>

由于金陵催化油漿含有催化劑粉末、且硫含量較高，需要進(jìn)行原料預(yù)處理。催化油漿中的催化劑粉末可以采用切尾方法除去，先將催化油漿減壓深拔，取得合適的催化油漿原料，再將該油漿進(jìn)一步加氫處理降低硫含量，滿足低硫的要求。催化油漿經(jīng)減壓蒸餾、加氫脫硫后，至罐區(qū)調(diào)和。其生產(chǎn)技術(shù)路線見圖1。

圖1 催化油漿加氫裝置生產(chǎn)技術(shù)路線

3 TSxPlus 系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)介紹

“TSxPlus 安全保護(hù)和關(guān)鍵控制系統(tǒng)”是康吉森面向工業(yè)自動化流程行業(yè)應(yīng)用開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的安全儀表系統(tǒng)（SIS）和機(jī)組控制系統(tǒng)（ITCC）產(chǎn)品[2]?？导璗SxPlus 安全儀表系統(tǒng)（SIS）完全適用于化工、石化企業(yè)的安全保護(hù)及關(guān)鍵控制。TSxPlus 系統(tǒng)包括硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中硬件平臺通過專用FTA 端子板連接現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器；軟件平臺包括組態(tài)編程、診斷、OPC、SOE、AMS和HMI 等軟件。同時(shí)，TSxPlus 具有與第三方系統(tǒng)的通訊接口，支持Modbus TCP 、Modbus RTU 和Modbus ASCII 通訊。

容錯是系統(tǒng)的重要特性，它是系統(tǒng)能診斷到故障并采取必要措施的能力。TSxPlus 系統(tǒng)采用TMR 安全架構(gòu)，采用了完全的三重化設(shè)計(jì)（2oo3D）。除電源模塊為雙重冗余架構(gòu)外，PM、BI 及I/O 均包含獨(dú)立三系，三系并行，每系可獨(dú)立執(zhí)行控制程序，有效提升系統(tǒng)及被控過程的安全性和可用性。TSxPlus 系統(tǒng)具有多種故障診斷及報(bào)警功能。該系統(tǒng)降級模式為3-2-1-0。這種架構(gòu)和降級模式可以保證系統(tǒng)應(yīng)用過程在確保安全性的同時(shí)維持最大的可用性。TSxPlus 系統(tǒng)在取得功能安全SIL3 認(rèn)證的同時(shí)還取得了歐洲信息安全SL1 認(rèn)證和美國信息安全標(biāo)準(zhǔn)定義的Level 1 等級認(rèn)證，可以同時(shí)滿足用戶對功能安全和信息安全的要求。TSxPlus 系統(tǒng)是中國同類產(chǎn)品首套取得國際信息安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的安全保護(hù)系統(tǒng)，也是中國首套取得美國信息安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的安全保護(hù)系統(tǒng)。

3.2 TSxPlus 硬件架構(gòu)

TSxPlus 系統(tǒng)是基于先進(jìn)的功能安全和信息安全技術(shù)的可編程序電子控制系統(tǒng)，專門用于過程控制、緊急停車系統(tǒng)、燃燒爐管理系統(tǒng)和火氣系統(tǒng)等SIS 應(yīng)用[3]。TSxPlus 系統(tǒng)中的模塊可根據(jù)特定的安全或控制應(yīng)用所需的功能進(jìn)行配置。

一套典型的TSxPlus 系統(tǒng)包括主處理器模塊（PM）、通訊模塊（CM）、電源模塊（PW））、I/O 模塊和端子板（FTA）、容納這些模塊的機(jī)架、現(xiàn)場連接線以及PC（見圖2）。TSxPlus 系統(tǒng)中每個(gè)模塊作為現(xiàn)場可更換單元，安裝在機(jī)架內(nèi)，且均具備防混淆設(shè)計(jì)。

圖2 TSxPlus 系統(tǒng)配置

3.2.1 機(jī)架（MC）

TSxPlus 系統(tǒng)的機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的19 英寸機(jī)架，最多支持15 個(gè)機(jī)架。該系統(tǒng)支持主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架物理結(jié)構(gòu)模式。主機(jī)架提供2 個(gè)系統(tǒng)電源模塊槽位、3 個(gè)主處理器模塊槽位、1個(gè)通訊模塊專用槽位和6 對冗余I/O 槽位；擴(kuò)展機(jī)架提供2個(gè)系統(tǒng)電源模塊槽位和8 對冗余I/O 槽位。

3.2.2 電源模塊（PW）

TSxPlus系統(tǒng)每個(gè)機(jī)架內(nèi)配備兩個(gè)冗余的電源模塊（PW）,分別經(jīng)過機(jī)架底板獨(dú)立的輸入端子，每個(gè)電源均可滿足機(jī)架內(nèi)系統(tǒng)側(cè)電源要求。電源模塊（PW）具備輸出過壓和過流保護(hù)。

電源模塊（PW）雙冗余配置提高了系統(tǒng)可用性的同時(shí)，并不影響系統(tǒng)的SIL 等級。在PC 軟件中，電源模塊（PW）冗余使用不需要用戶配置。

3.2.3 主處理器模塊（PM01）

TSxPlus 系統(tǒng)主處理器模塊（PM01）采用三冗余配置，三個(gè)獨(dú)立控制器模塊同步運(yùn)行，降級模式支持3-2-1-0；每系主控制器負(fù)責(zé)通過I/O 總線獲取輸入模塊采集信號，與另外兩系主處理器模塊交換數(shù)據(jù)，經(jīng)過運(yùn)算和三取二表決后，通過I/O 總線輸出最終命令。

主處理器模塊具有豐富的診斷功能，可及時(shí)診斷出電源、時(shí)鐘、存儲器、CPU、外圍接口等故障，自動做相應(yīng)處理并及時(shí)報(bào)警。

3.2.4 通訊模塊（CM01）

TSxPlus 系統(tǒng)通訊模塊（CM01）用于完成控制站與上位機(jī)軟件之間的通訊，控制站之間的安全通訊，控制站與第三方控制系統(tǒng)之間的通訊。

每個(gè)CM 支持2 個(gè)Ethernet 接口和4 個(gè)串口。Ethernet接口可被配置為System Net 與上位機(jī)軟件進(jìn)行通訊，或者可配置為Safety Net 與其他控制站通訊，或者配置成Modbus TCP 與第三方控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。串口可配置為Modbus RTU/ASCII 與第三方控制系統(tǒng)通訊。

3.2.5 I/O 模塊及FTA 板

TSxPlus 系統(tǒng)常用的I/O 模塊有AI 模塊（AI3281）、AO 模塊（AO1681）、DI 模塊（DI3201）、DO 模塊（DO3201）、PI 模塊（OSP01）。I/O 模塊采用單模塊TMR 架構(gòu)，冗余的三系放置在同一模塊上。I/O 模塊通過固定在機(jī)架背板上的連接器與主處理器模塊（PM）和FTA 連接。每個(gè)I/O 模塊對應(yīng)一個(gè)FTA，I/O 模塊冗余配置時(shí)，冗余模塊共用FTA。I/O 模塊的工作溫度是-10～60℃。I/O 模塊均支持在線更換。

3.3 TSxPlus 組態(tài)軟件

3.3.1 ARCHITECT EVENT 軟件簡介

ARCHITECT EVENT 軟件是一款運(yùn)行于Windows 操作系統(tǒng)下的事件收集軟件，與控制站按照私有通訊協(xié)議進(jìn)行連接并實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，可以對獲取的事件進(jìn)行查找、排序、篩選等離線操作，并具有操作日志記錄、操作權(quán)限配置和用戶權(quán)限管理等功能。

3.3.2 ARCHITECT MONITOR 軟件簡介

ARCHITECT MONITOR 軟件是一款運(yùn)行于Windows 操作系統(tǒng)下的通訊軟件，與控制站按照私有通訊協(xié)議進(jìn)行連接，提供讀取診斷信息、版本、日志的服務(wù)，支持記錄操作日志和通訊日志，并且具有操作權(quán)限配置和用戶權(quán)限管理等功能。

3.3.3 ARCHITECT SERVER 軟件簡介

ARCHITECT SERVER 軟件是一款運(yùn)行于Windows 操作系統(tǒng)下的OPC Server 通訊軟件，與控制站按照私有通訊協(xié)議進(jìn)行直連，可以與支持OPC Client 的第三方應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，提供讀寫變量的服務(wù)，并具有操作日志記錄、操作權(quán)限配置和用戶權(quán)限管理等功能。

3.3.4 ARCHITECT 軟件簡介

ARCHITECT 作為可編程控制系統(tǒng)組態(tài)編程工具，運(yùn)行于windows7/10 及以上windows 操作系統(tǒng)。支持用戶使用IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的ST、FBD、LD 等語言進(jìn)行控制邏輯編程，支持用戶定義簡單和復(fù)雜的各種類型變量，同時(shí)也支持對可編程控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件模塊配置。組態(tài)軟件提供離線編輯和編譯功能，提供下裝在線下裝、監(jiān)視變量等基本在線功能，同時(shí)還提供了停止/啟動/單周期/暫停、寫變量、強(qiáng)制變量等高級功能。

4 TSxPlus 系統(tǒng)在催化油漿加氫裝置的應(yīng)用

90 萬噸/年催化油漿加氫裝置的安全儀表系統(tǒng)（SIS）控制方案主要分為加氫部分（原III 汽油加氫裝置改建）和減壓部分（新建）兩個(gè)部分。加氫部分（改建）控制方案分別是I1 ～I(xiàn)7 的緊急泄壓停車聯(lián)鎖、加氫進(jìn)料泵停車聯(lián)鎖、加熱爐F101 停爐聯(lián)鎖、加熱爐F101 長明燈停車聯(lián)鎖、高分系統(tǒng)液位低低聯(lián)鎖、循環(huán)氫壓縮機(jī)聯(lián)鎖和新氫壓縮機(jī)聯(lián)鎖。減壓部分（新建）控制方案分別是I8 ～I(xiàn)17 的注水系統(tǒng)停泵聯(lián)鎖、減壓爐F401 停爐聯(lián)鎖、減壓爐F401 長明燈停車聯(lián)鎖、減壓塔側(cè)二線火災(zāi)閥聯(lián)鎖、減壓塔底火災(zāi)閥聯(lián)鎖、減壓爐F401 引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖、減壓爐F401 鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖、加熱爐F101 鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖、減頂不凝氣排放聯(lián)鎖和壓縮機(jī)干氣密封聯(lián)鎖。

4.1 硬件配置及系統(tǒng)組態(tài)

根據(jù)項(xiàng)目需求，本項(xiàng)目共配置了2 個(gè)控制柜（包括1 個(gè)主機(jī)架、3 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架）、3 輔助柜、1 臺工程師站、1 臺操作站。系統(tǒng)內(nèi)包括1 組主處理器模塊、1 對冗余通訊模塊、6 個(gè)AI模塊、1 個(gè)AO 模塊、6 個(gè)DI 模塊、5 個(gè)DO 模塊和1 個(gè)PI模塊。本項(xiàng)目首先在ARCHITECT 組態(tài)軟件中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目。ARCHITECT 只有與控制站連接才具有實(shí)際使用意義，應(yīng)在項(xiàng)目中添加一個(gè)控制站，雙擊站名，打開硬件配置窗口，進(jìn)行硬件配置（見圖3）。

圖3 硬件配置窗口

硬件配置完成后，在項(xiàng)目樹上右擊程序列表新建一個(gè)程序。程序創(chuàng)建完成后，將程序添加到執(zhí)行列表中。在程序執(zhí)行的時(shí)候，控制站將按照執(zhí)行列表中的順序周期性執(zhí)行。

4.2 控制方案策略組態(tài)

本項(xiàng)目使用ARCHITECT 中的FBD 語言進(jìn)行控制邏輯編程，實(shí)現(xiàn)各種控制方案。

4.2.1 AI 模擬量處理。

使用AIN_1 模塊對所有AI 點(diǎn)進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警值、聯(lián)鎖值處理（見圖4）。

圖4 AI 模擬量處理模塊

4.2.2 聯(lián)鎖控制方案的實(shí)現(xiàn)。

使用或門（OR）、三取二模塊（V2oo3）、SR 觸發(fā)器（SR）等功能塊，搭建出符合控制策略的控制方案。

減壓爐F401 長明燈停車聯(lián)鎖（I10）控制方案（見圖5）的聯(lián)鎖條件：①減壓爐長明燈火嘴壓力低低三取二（PT3009ABC）；②爐膛輻射頂壓力持續(xù)過高（PT3083ABC高高三取二，持續(xù)＞5s）；③減壓爐手動停長明燈按鈕（輔操臺）；④減壓爐手動停長明燈按鈕（現(xiàn)場按鈕）。

圖5 減壓爐F401 長明燈停車聯(lián)鎖控制

聯(lián)鎖動作：①關(guān)減壓爐主火嘴切斷閥（XV3002）；②關(guān)減壓爐長明燈切斷閥（XV3001）。其他I1 ～I(xiàn)17 的控制方案也依次完成。

4.2.3 過程報(bào)警處理

使用ALM 模塊對報(bào)警信號、聯(lián)鎖信號等過程報(bào)警進(jìn)行處理（見圖6），輸出至蜂鳴器及指示燈，產(chǎn)生及時(shí)的聲光報(bào)警。提醒操作人員及時(shí)處理。

圖6 報(bào)警信號、聯(lián)鎖信號處理

4.2.4 系統(tǒng)報(bào)警處理

使用硬件狀態(tài)采集模塊（TR_SLOT_STATUS）采集硬件信息，集中處理后輸出系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)（見圖7）。

圖7 硬件狀態(tài)采集模塊

4.3 Modbus 通訊組態(tài)

在硬件配置窗口中，選擇Modbus 從站配置。在配置中根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，將需要通訊的變量分配在相應(yīng)的通訊塊中。通訊塊共有線圈、離散量輸入、輸入寄存器和輸出寄存器4 類。再到相應(yīng)通訊塊中分配通訊變量的通訊地址（見圖8、圖9）。

圖8 通訊變量配置1

圖9 通訊變量配置2

Modbus 從站配置完成后，可以與支持Modbus 協(xié)議的第三方應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。催化油漿加氫項(xiàng)目將TSxPlus系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過Modbus 通訊傳送到DCS 系統(tǒng)（Honeywell PKS 系統(tǒng)）中顯示。

5 結(jié)語

90 萬噸/年催化油漿加氫裝置是金陵石化公司內(nèi)首批使用TSxPlus 系統(tǒng)的裝置之一。在裝置開工過程中經(jīng)過大量調(diào)試、完善，完全滿足裝置工藝操作要求。自2020年12月投入生產(chǎn)使用以來，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行了半年。充分體現(xiàn)了TSxPlus系統(tǒng)工作穩(wěn)定、安全可靠，足以保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。