通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新建焚燒爐的自動(dòng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)

封小兵，蘇 科

（四川瀘天化股份有限公司，四川 瀘州 646300）

0 引 言

四川瀘天化綠源醇業(yè)有限責(zé)任公司（簡稱綠源醇業(yè)）醇醚項(xiàng)目原設(shè)計(jì)以天然氣為原料，項(xiàng)目于2002年12月動(dòng)工，其中，400kt/a甲醇裝置于2005年12月投產(chǎn)、100kt/a二甲醚裝置于2006年2月投產(chǎn)。后來，受原料天然氣價(jià)格上漲及供應(yīng)不足等因素的影響，甲醇裝置于2014年9月開始間斷生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)原料結(jié)構(gòu)調(diào)整，2016年9月7日，四川煤氣化有限公司瀘州化工園區(qū)項(xiàng)目（亦即瀘天化煤制氣項(xiàng)目，主要依托瀘州當(dāng)?shù)毓艛⒚禾?，采?臺(tái)2000t/d航天爐制氣，為下游甲醇裝置和尿素裝置提供原料氣，其主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括空分、粉煤加壓氣化、耐硫變換、低溫甲醇洗、硫回收系統(tǒng)）B套航天爐投料成功；9月10日全系統(tǒng)流程打通，低溫甲醇洗系統(tǒng)產(chǎn)出合格合成氣，送往綠源醇業(yè)甲醇裝置（綠源醇業(yè)甲醇裝置進(jìn)行局部改造，甲醇合成系統(tǒng)上游的天然氣制合成氣部分仍保留，通過連接管廊實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的切換互送，天然氣原料仍可適時(shí)啟用），9月11日產(chǎn)出合格甲醇產(chǎn)品。

綠源醇業(yè)生產(chǎn)裝置采用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，在裝置的運(yùn)行過程中，難免會(huì)有在原有控制基礎(chǔ)上增加監(jiān)控的要求。以下對新建廢氣焚燒熱回收裝置引入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)的有關(guān)情況作一介紹。

1 廢氣焚燒熱回收裝置簡介

廢氣焚燒熱回收裝置（簡稱焚燒爐）由四川艾普環(huán)保工程有限公司成套提供，是配套煤制氣生產(chǎn)甲醇新建的對接裝置——煤制氣生產(chǎn)甲醇時(shí)，天然氣轉(zhuǎn)化系統(tǒng)停運(yùn)，甲醇合成系統(tǒng)弛放氣不能得以回收利用，于是新建焚燒爐對甲醇合成弛放氣（簡稱廢氣）進(jìn)行焚燒利用。廢氣焚燒之前先用天然氣點(diǎn)火及燃燒，再切換為廢氣燃燒（也可全程燃用天然氣），產(chǎn)出0.35MPa低壓蒸汽，送入低壓蒸汽系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

焚燒爐設(shè)計(jì)蒸汽產(chǎn)量20t/h，實(shí)際生產(chǎn)中廢氣焚燒副產(chǎn)的蒸汽量約18t/h。焚燒爐設(shè)置燃料氣流量控制系統(tǒng)，通過供給足夠的助燃空氣，控制焚燒爐爐膛溫度在1000℃左右。除設(shè)置小火焰長明燈外，焚燒爐還設(shè)置了點(diǎn)火和熄火安全保護(hù)裝置，自動(dòng)點(diǎn)火，意外熄火時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)切斷燃燒天然氣或廢氣，以避免發(fā)生爆炸事故；火焰檢測裝置有2套，兩個(gè)火焰均熄火其聯(lián)鎖才動(dòng)作，即火焰檢測采用二選二聯(lián)鎖，以提高火焰檢測的可靠性，減少聯(lián)鎖誤動(dòng)作。

2 焚燒爐系統(tǒng)儀表選型

2.1 高溫測量儀表的選型

焚燒爐爐膛溫度在1000℃左右，設(shè)置了2個(gè)測溫點(diǎn)，分別位于燃燒室和焚燒爐爐膛，選用分度號(hào)為S的高溫型熱電偶，最高測量溫度可達(dá)1700℃；熱電偶保護(hù)套管選用耐磨、耐高溫的剛玉材料，短期使用溫度可達(dá)1800℃。

2.2 汽包液位儀表的選型

汽包液位儀表選用在其他同類型裝置上應(yīng)用效果較好的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，采用側(cè)-側(cè)法蘭安裝的旁通管形式，并在導(dǎo)波桿端部設(shè)置對中環(huán)；由于汽包操作溫度為150℃，采用高溫型（蒸汽環(huán)境200℃以內(nèi)）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)；為確保汽包液位測量的可靠性，還選用了另外一種汽包液位經(jīng)典測量儀表——雙室平衡差壓變送液位計(jì)。2臺(tái)液位計(jì)分別安裝在汽包的兩端，在DCS系統(tǒng)通過組態(tài)操作畫面軟切換開關(guān)，操作人員可根據(jù)液位情況任選其中一臺(tái)變送器作為汽包液位控制的測量儀表，這樣的設(shè)置也便于儀表人員在線維護(hù)液位儀表。

2.3 流量儀表的選型

蒸汽流量和燃料氣流量選用孔板和差壓變送器測量，由于是氣體（燃料天然氣或廢氣）流量測量，因此進(jìn)行了壓力補(bǔ)償；因介質(zhì)溫度較穩(wěn)定，故未進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2.4 切斷閥的選型

焚燒爐配置了3臺(tái)聯(lián)鎖切斷閥，為燃料氣主切斷閥、廢氣切斷閥、小火切斷閥，均選用軟密封球閥，泄漏等級(jí)為Ⅳ級(jí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用單作用氣缸式，聯(lián)鎖輸出控制兩位三通電磁閥，再控制切斷閥，以保證切斷閥動(dòng)作的可靠性。

焚燒爐系統(tǒng)測量信號(hào)及儀表類型見表1。

表1焚燒爐系統(tǒng)測量信號(hào)及儀表類型

3 焚燒爐系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

就地點(diǎn)火控制柜涉及高壓點(diǎn)火控制，且有時(shí)需現(xiàn)場點(diǎn)火操作，故就地點(diǎn)火控制柜設(shè)置在現(xiàn)場，除此以外所有監(jiān)控引入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。

3.1 點(diǎn)火條件

操作人員在3臺(tái)點(diǎn)火切斷閥處于全關(guān)位置下，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)，人工完成對焚燒爐吹掃約3min；人工吹掃完成后，當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、爐膛負(fù)壓正常、3臺(tái)點(diǎn)火切斷閥閥位處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)（點(diǎn)火條件），在DCS操作站上按下軟復(fù)位按鈕，“允許點(diǎn)火”指示燈亮，同時(shí)輸出信號(hào)到就地點(diǎn)火控制柜，該“允許點(diǎn)火”信號(hào)保持30s（制造商設(shè)定的安全點(diǎn)火時(shí)間約10s，此時(shí)間可人為在1～30s內(nèi)設(shè)定）。

3.2 小火點(diǎn)火控制

小火點(diǎn)火控制功能由現(xiàn)場點(diǎn)火控制柜內(nèi)繼電器實(shí)現(xiàn)，并由操作人員在現(xiàn)場操作：①將電源開關(guān)旋至“ON”位置， “電源”指示燈亮；②當(dāng)DCS的點(diǎn)火允許信號(hào)為“ON”時(shí)，“允許點(diǎn)火”指示燈亮；③按下“點(diǎn)火”按鈕，點(diǎn)火槍開始推進(jìn)；④點(diǎn)火槍推進(jìn)到位后， “點(diǎn)火槍插入”指示燈亮，點(diǎn)火器激活，開始計(jì)時(shí)（10s），同時(shí)該信號(hào)送至DCS打開小火切斷閥，若小火點(diǎn)燃，則“火檢”指示燈亮；⑤計(jì)時(shí)完畢，點(diǎn)火器停運(yùn)，點(diǎn)火槍回退至原始位置，“點(diǎn)火槍插入”指示燈熄滅。

3.3 大火點(diǎn)火控制

焚燒爐可實(shí)現(xiàn)燃料氣（即天然氣，下同）或廢氣的燃燒，包含燃料氣點(diǎn)火和廢氣點(diǎn)火，此功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)兩種燃料氣的燃燒。

3.3.1 燃料氣點(diǎn)火

當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位正常、汽包壓力正常、爐膛溫度正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、小火火焰正常、緊急停車開關(guān)釋放時(shí)（大火點(diǎn)火條件），操作人員在DCS操作站上按下燃料氣點(diǎn)火軟按鈕，燃料氣主切斷閥打開并自鎖，點(diǎn)燃主燃料氣。

3.3.2 廢氣點(diǎn)火

考慮到廢氣的主要成分為氫氣，為保證安全，在同時(shí)滿足汽包液位正常、汽包壓力正常、爐膛溫度正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、小火火焰正常、緊急停車開關(guān)釋放時(shí)（大火點(diǎn)火條件），另外增加了燃燒室溫度（950～1140℃）、爐膛壓力（600～800Pa）正常的廢氣點(diǎn)火條件，經(jīng)人工分析廢氣含氧量≤2%后，操作人員在DCS操作站上按下廢氣切斷閥開啟按鈕，廢氣切斷閥打開并自鎖，點(diǎn)燃廢氣。焚燒爐系統(tǒng)廢氣切斷閥打開時(shí)，甲醇合成系統(tǒng)的廢氣放空切斷閥須關(guān)閉；焚燒爐系統(tǒng)廢氣切斷閥關(guān)閉時(shí)，甲醇合成系統(tǒng)的廢氣放空切斷閥須打開。

4 焚燒爐系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)

聯(lián)鎖保護(hù)功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)，包含大火聯(lián)鎖保護(hù)和小火聯(lián)鎖保護(hù)。

大火聯(lián)鎖保護(hù)：當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位低低、汽包壓力高高、爐膛溫度高高、大火火焰熄滅、引風(fēng)機(jī)停運(yùn)、鼓風(fēng)機(jī)停運(yùn)（停車信號(hào)），緊急停車開關(guān)按下時(shí)，燃料氣主切斷閥、廢氣切斷閥同時(shí)關(guān)閉，大火熄滅。

小火聯(lián)鎖保護(hù)：當(dāng)同時(shí)滿足大火聯(lián)鎖動(dòng)作（包含燃料氣主切斷閥動(dòng)作和廢氣切斷閥動(dòng)作）、小火火焰熄滅、點(diǎn)火器未激活時(shí)，小火切斷閥關(guān)閉，小火熄滅。小火熄滅后，操作人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人工吹掃，確保安全。

5 焚燒爐點(diǎn)火系統(tǒng)

5.1 點(diǎn)火系統(tǒng)簡介

點(diǎn)火系統(tǒng)由制造商成套提供，由點(diǎn)火控制柜、高壓點(diǎn)火器、氣動(dòng)推進(jìn)器和點(diǎn)火槍四部分組成：點(diǎn)火控制柜采用壁掛式安裝，工作電源220 VAC±10%、50Hz，點(diǎn)火控制柜功耗35W；高壓點(diǎn)火器型號(hào)為XKB250FB（采用防爆設(shè)計(jì)），高壓點(diǎn)火器平均功耗200W；氣動(dòng)推進(jìn)器（伸縮機(jī)構(gòu)）屬通過氣缸與活塞桿來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置；點(diǎn)火槍（桿）整體采用不銹鋼材質(zhì)，點(diǎn)火槍插入、點(diǎn)火槍回位作為DI點(diǎn)輸入到DCS系統(tǒng)，點(diǎn)火激活（DCS點(diǎn)火）、允許點(diǎn)火作為DCS系統(tǒng)DO點(diǎn)輸出到點(diǎn)火控制柜。點(diǎn)火系統(tǒng)控制邏輯圖見圖1，點(diǎn)火系統(tǒng)接線圖見圖2。

圖1 點(diǎn)火系統(tǒng)控制邏輯示意圖

圖2 點(diǎn)火系統(tǒng)接線示意圖

5.2 點(diǎn)火系統(tǒng)操作

5.2.1 手動(dòng)操作

（1）接通220VAC系統(tǒng)電源，上電待機(jī)，電源指示燈亮，打開點(diǎn)火電源開關(guān)（撥到Ⅰ），將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至手動(dòng)（撥到Ⅰ）。

（2）DCS系統(tǒng)判斷點(diǎn)火槍處于回位位置，給出允許點(diǎn)火信號(hào)，允許點(diǎn)火燈亮，按下點(diǎn)火按鈕，點(diǎn)火槍插入并點(diǎn)火 （安全點(diǎn)火時(shí)間約為10s），此時(shí)點(diǎn)火槍插入指示燈亮并同時(shí)將點(diǎn)火信號(hào)和插入信號(hào)送至DCS系統(tǒng)（干觸點(diǎn)）。

（3）安全點(diǎn)火時(shí)間結(jié)束，點(diǎn)火槍退出，點(diǎn)火槍插入指示燈熄滅，同時(shí)將回位信號(hào)送至DCS系統(tǒng)（干觸點(diǎn)）。

（4）當(dāng)點(diǎn)火成功，火焰檢測器檢測到火焰，點(diǎn)火火檢指示燈亮，同時(shí)輸出開關(guān)信號(hào)至DCS。若要進(jìn)行第二次點(diǎn)火，需要DCS系統(tǒng)重新給出允許點(diǎn)火信號(hào)，即允許點(diǎn)火信號(hào)切斷后再次送入，兩次點(diǎn)火的間隔時(shí)間須大于3min。

5.2.2 自動(dòng)操作

接通220VAC系統(tǒng)電源，上電待機(jī)，電源指示燈亮，打開點(diǎn)火電源開關(guān)（撥到Ⅰ），將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至自動(dòng)（撥到Ⅱ），其余步驟同上節(jié)“手動(dòng)操作”。

6 DCS系統(tǒng)組態(tài)

6.1 壓力補(bǔ)償

燃料氣流量和蒸汽流量的壓力補(bǔ)償，使用DCS系統(tǒng)自帶的溫度壓力補(bǔ)償模塊，在DCS中輸入設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力來自孔板流量計(jì)選型購買時(shí)根據(jù)工況條件出具的計(jì)算書。

6.2 邏輯功能組態(tài)

模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量通過DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)，有以下兩種方法可以實(shí)現(xiàn)：一是使用順控表（ST16），順控表的條件輸入欄選擇PV測量值的高（PH）、高高（HH）、低（PL）、低低（LL）等，順控表的動(dòng)作輸出欄選擇觸點(diǎn)的閉合或斷開；二是使用RL比較模塊，如果低于整定值，那就輸出觸點(diǎn)信號(hào)，其輸出觸點(diǎn)的格式為RL001.X01.LT。

邏輯功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)，使用DCS系統(tǒng)自帶的邏輯功能模塊（LC64），在該邏輯功能模塊內(nèi)可使用系統(tǒng)自帶的邏輯與、邏輯或、邏輯非、RS觸發(fā)器、脈沖、計(jì)時(shí)器等一般邏輯功能塊以實(shí)現(xiàn)所需，組態(tài)完成后需要運(yùn)行該邏輯功能模塊并置于自動(dòng)狀態(tài)。

6.3 操作顯示

旁路開關(guān)和復(fù)位按鈕均設(shè)置為DCS操作畫面上的軟開關(guān)和按鈕，可通過DCS操作畫面操作，DCS操作畫面上按鈕設(shè)有點(diǎn)火復(fù)位按鈕、燃料氣點(diǎn)火按鈕、廢氣點(diǎn)火按鈕、焚燒爐緊急停車按鈕、引風(fēng)機(jī)停車按鈕、鼓風(fēng)機(jī)停車按鈕，指示燈設(shè)有燃料氣主切斷閥開/關(guān)、廢氣切斷閥開/關(guān)、小火切斷閥開/關(guān)、允許點(diǎn)火、點(diǎn)火槍插入、點(diǎn)火槍回位、DCS點(diǎn)火。

7 結(jié)束語

綠源醇業(yè)新建的焚燒爐利用現(xiàn)有DCS系統(tǒng)而非傳統(tǒng)的現(xiàn)場成套箱實(shí)現(xiàn)焚燒爐的自動(dòng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)，實(shí)施時(shí)進(jìn)行了DCS系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的清理，電纜及接線箱清理，邏輯功能和監(jiān)測功能的清理及實(shí)現(xiàn)，充分利用了DCS系統(tǒng)功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，將控制、邏輯、報(bào)警和操作等功能融為一體，提升了系統(tǒng)的自動(dòng)控制水平，節(jié)約了資源，方便了操作。