高溫冷凝液泵聯(lián)鎖自起功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張振祥

貴州黔希化工有限責(zé)任公司

高溫冷凝液泵用在煤制乙二醇行業(yè)凈化廠變換工段，其作用是輸送分離罐中回收的工藝?yán)淠?，為工藝生產(chǎn)中的其他裝置提供用水，是控制分離罐中冷凝液液位的主要?jiǎng)釉O(shè)備。在高溫冷凝液泵只能就地起動(dòng)、遠(yuǎn)程停止的控制方式下，若出現(xiàn)主泵故障跳停或者主泵打量不足冷凝液位持續(xù)升高的情況，則主控不能立刻遠(yuǎn)程起動(dòng)備泵，需要操作工到現(xiàn)場(chǎng)操作柱手動(dòng)起動(dòng)。應(yīng)對(duì)此類突發(fā)事件，可能會(huì)因操作員反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)造成變換工段跳停、氣化合成氣放空到火炬燃燒等一系列聯(lián)鎖觸發(fā)，這將會(huì)對(duì)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 改造前高溫冷凝液泵的運(yùn)行狀態(tài)

1.1 高溫冷凝液泵在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

在本次改造方案所應(yīng)用的工藝中，從煤氣化裝置來的水煤氣調(diào)整水汽比后進(jìn)入第一水分離器V-2101，分離出的冷凝液通過高溫冷凝液泵（P-2101A/B）加壓到4.5 MPa后，回送到氣化合成氣洗滌塔。而分離出工藝?yán)淠汉蟮臍怏w經(jīng)換熱、脫氧等步驟在耐硫變換催化劑的作用下進(jìn)行變換反應(yīng)。生產(chǎn)期間高溫冷凝液泵為雙泵，一主一備狀態(tài)。

1.2 高溫冷凝液泵的原有控制方案

高溫冷凝液泵原設(shè)計(jì)基于本質(zhì)安全考慮，使用現(xiàn)場(chǎng)起動(dòng)、遠(yuǎn)程停止的控制方式。高溫冷凝液泵使用的是低壓電機(jī)，回路邏輯組態(tài)上使用單DI作運(yùn)行信號(hào)反饋，單DO作遠(yuǎn)程停止，接線方式使用常開干接點(diǎn)，聯(lián)鎖上設(shè)置低液位小于11%停泵。遠(yuǎn)程停泵通過DCS畫面上的控制面板實(shí)現(xiàn)。當(dāng)操作員發(fā)出停泵命令時(shí)輸出脈沖信號(hào)，電氣端使用接觸器，信號(hào)自保持。21LIC004為帶有電磁閥的出口冷凝液調(diào)節(jié)閥，電磁閥失電則調(diào)節(jié)閥全關(guān)。液位低低聯(lián)鎖觸發(fā)時(shí)，電磁閥失電，雙泵停運(yùn)，液位恢復(fù)正常以后，DCS聯(lián)鎖復(fù)位電磁閥得電，但冷凝液泵不受遠(yuǎn)程控制，只能就地起動(dòng)?？刂七壿嬋鐖D1所示，N表示正常狀態(tài)，T表示聯(lián)鎖狀態(tài)。

2 高溫冷凝液泵的控制優(yōu)化

2.1 高溫冷凝液泵的改造目標(biāo)

考慮到運(yùn)行泵跳停及煤氣帶液等對(duì)系統(tǒng)影響，設(shè)計(jì)在保持原有高溫冷凝液泵起動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，增加遠(yuǎn)程及聯(lián)鎖起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)的效果如下。

1）降低第一水分離器液位高報(bào)警值，由55%改為45%；設(shè)置溫冷凝液泵停泵報(bào)警，及時(shí)對(duì)操作員做出警示。

2）當(dāng)?shù)谝凰蛛x器液位高于45%備泵自啟，保證冷凝液正常外送，避免操作人員到現(xiàn)場(chǎng)起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致液位高，冷凝液進(jìn)入變換爐影響催化劑使用壽命。

3）當(dāng)氣化裝置在運(yùn)行期間不穩(wěn)定或氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行，洗滌塔大量積灰出現(xiàn)水煤氣帶水進(jìn)入變換單元。通過備泵自啟功能最大程度降低變換爐進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 高溫冷凝液泵的控制方案設(shè)計(jì)

2.2.1 遠(yuǎn)程起動(dòng)設(shè)計(jì)

在原有單DI通道運(yùn)行反饋、單DO通道遠(yuǎn)程停泵的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)DO通道用于遠(yuǎn)程起動(dòng)，再增加一個(gè)DI通道作為遠(yuǎn)程/就地的控制模式的反饋，以確保工藝操作的安全性和控制邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性。若不添加遠(yuǎn)程/就地的DI硬點(diǎn)，則無法使用TRK_IN_D的功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵出現(xiàn)遠(yuǎn)程起動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)操作柱停運(yùn)的情況，則下次遠(yuǎn)程起動(dòng)該泵會(huì)有操作員無法遠(yuǎn)程起泵，同時(shí)聯(lián)鎖自起也無法生效的現(xiàn)象發(fā)生，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)停泵后，控制程序無法通過TRK_IN_D跟蹤現(xiàn)場(chǎng)泵狀態(tài)，從而改變控制指令使其與現(xiàn)場(chǎng)泵反饋狀態(tài)一致，所以現(xiàn)場(chǎng)停泵后DCS操作員也需手動(dòng)點(diǎn)擊遠(yuǎn)程停止命令才能實(shí)現(xiàn)機(jī)泵下次的遠(yuǎn)程起動(dòng)，這會(huì)造成控制邏輯的不完善。將原有停泵通道干接點(diǎn)常開改為干接點(diǎn)常閉用作遠(yuǎn)程停泵；新增加DO通道使用干接點(diǎn)常開接法，用作遠(yuǎn)程起動(dòng)。設(shè)置DC塊雙DO通道控制模式為自動(dòng)，雙通道均輸出脈沖信號(hào)。

2.2.2 聯(lián)鎖自起動(dòng)設(shè)計(jì)

將V-2101液位21LI004的高報(bào)警值由55%變更為45%，以45%作為聯(lián)鎖值，能有效保障冷凝液位在正?？煽胤秶鷥?nèi)。當(dāng)液位過高且備泵處于備妥狀態(tài)時(shí)備泵自起聯(lián)鎖觸發(fā)，發(fā)出起動(dòng)命令。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)泵操作柱打到遠(yuǎn)程模式且備泵無聯(lián)鎖觸發(fā)時(shí)，手動(dòng)確認(rèn)投用該泵可使其處于備妥狀態(tài)。以P-2101A為例，控制邏輯如圖2所示。

圖2 高溫冷凝液泵改造后控制邏輯

2.2.3 DCS畫面設(shè)計(jì)

修改泵的控制面板，新加起動(dòng)按鈕。在P-2101A/B的DCS畫面上新加投、切按鈕，按鈕操作權(quán)限放給操作員，當(dāng)備泵條件滿足時(shí)點(diǎn)擊投按鈕，表示該泵使能聯(lián)鎖自起，當(dāng)點(diǎn)擊切按鈕時(shí)顯示該泵不備用。投、切只對(duì)未運(yùn)行的泵生效，運(yùn)行中的泵始終處于不備用狀態(tài)；同時(shí)將泵的備妥狀態(tài)做到畫面上顯示。設(shè)置停泵報(bào)警，當(dāng)機(jī)泵因?yàn)槁?lián)鎖、晃電或者其他突發(fā)因素停運(yùn)時(shí)，發(fā)出警示，以防止操作員疏忽。

3 高溫冷凝液泵聯(lián)鎖自起功能的方案實(shí)施

3.1 聯(lián)鎖自起方案的可行性驗(yàn)證

1）生產(chǎn)期間具備改造條件的方案論證。觀察雙泵起動(dòng)后工藝參數(shù)的變化情況，期間冷凝液出口壓力與單泵出口壓力表指示一致，外送液位調(diào)節(jié)閥開度未出現(xiàn)變化。確認(rèn)雙泵運(yùn)行不影響生產(chǎn)，在保證主泵無擾動(dòng)的情況下，優(yōu)先對(duì)備泵進(jìn)行改造、測(cè)試。備泵測(cè)試無誤后起動(dòng)，再停下主泵進(jìn)行同樣的操作。對(duì)于可能意外出現(xiàn)的雙泵停運(yùn)做好應(yīng)急預(yù)案。

2）高溫冷凝液泵性能論證。分別對(duì)變換高溫冷凝液泵A/B進(jìn)行帶負(fù)荷起動(dòng)（進(jìn)出口閥門全開）。起動(dòng)過程如下：備泵暖泵閥處于全開狀態(tài)，確保泵體暖備充分；緩慢打開出口閥門確定泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，出口閥門全開后泵仍處于靜止裝置（未出現(xiàn)反轉(zhuǎn)）；現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)擊起動(dòng)按鈕，備泵能正常起動(dòng)且各項(xiàng)參數(shù)均正常。

3.2 裝置運(yùn)行期間改造的應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)此冷凝液密度為820.7 kg/m3，液體中溶解有一定的工藝介質(zhì)（硫化氫、氨、一氧化碳等）的情況，若雙泵同時(shí)停運(yùn)，進(jìn)出口壓力幾乎一致時(shí)，液體在泵體內(nèi)通過葉輪做功，容易解析出氣體，同時(shí)該冷凝液為飽和液，極易氣化，導(dǎo)致泵體內(nèi)有氣流，影響泵的打量及設(shè)備安全。為此制定應(yīng)急措施如下。

1）可通過液位閥門開度控制泵出口壓力高于進(jìn)口壓力，避免溶質(zhì)解析或冷凝液做功受熱氣化。

2）出現(xiàn)煤氣帶水后變換及時(shí)提高V-2101罐冷凝液溫度，適當(dāng)提高水氣比，達(dá)到有效降低冷凝液量，降低現(xiàn)場(chǎng)排放風(fēng)險(xiǎn)。

3）當(dāng)單泵運(yùn)行期間液位上漲時(shí)崗位操作人員到現(xiàn)場(chǎng)做好應(yīng)急準(zhǔn)備，以保證液位時(shí)現(xiàn)場(chǎng)打開導(dǎo)淋排放控制液位。

4）液位上漲時(shí)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度及氣化，通過各個(gè)渠道加大冷凝液接收量。

3.3 方案的具體實(shí)現(xiàn)

1）作業(yè)前的準(zhǔn)備工作。①確定當(dāng)前高溫冷凝液泵組態(tài)CM所分配的控制器，尋找該控制器下的DO卡是否存在激活但未使用的通道。若該控制器下所有的DO卡通道都被使用，根據(jù)行業(yè)規(guī)范不允許同一臺(tái)動(dòng)設(shè)備的控制邏輯對(duì)應(yīng)通道存在跨控制器的情況。②校取兩組備用線用作新增通道。一般電氣配電室內(nèi)有到DCS機(jī)柜間的中間轉(zhuǎn)接線柜，柜內(nèi)線用作向DCS端發(fā)送DI反饋信號(hào)、AI電流信號(hào)、DO起停信號(hào)等。

2）通道接線。根據(jù)電氣方低壓電動(dòng)機(jī)電氣原理圖設(shè)計(jì)，雙回路遠(yuǎn)程起動(dòng)需要DCS端使用常開干接點(diǎn)。繼電器與接線端子之間有保險(xiǎn)插針孔，保險(xiǎn)插入繼電器一側(cè)則表示濕接點(diǎn)，由DCS側(cè)供24V直流電，一般用來控制現(xiàn)場(chǎng)電磁閥；保險(xiǎn)插入接線端子一側(cè)則表示干接點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)或者電氣方供電，一般用來控制強(qiáng)電設(shè)備，如機(jī)泵等。判斷繼電器的接線方式常開常閉，可以用萬用表蜂鳴擋進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試前要先插上保險(xiǎn)，否則無論怎樣測(cè)量都是斷開。

3）DCS下位機(jī)控制邏輯組態(tài)。①新建CM，引入新的2DI、2DO控制邏輯。②添加聯(lián)鎖。CND1-CND8為聯(lián)鎖停泵條件，這里只設(shè)置CND1低液位聯(lián)鎖停泵。當(dāng)CND塊輸出1時(shí)表示聯(lián)鎖觸發(fā)，此時(shí)INTERLOCK為1，輸出停泵命令。自動(dòng)起泵功能的實(shí)現(xiàn)為：當(dāng)該泵未觸發(fā)停泵聯(lián)鎖的情況下，并且將其設(shè)為備泵時(shí)，若達(dá)到液位高報(bào)警值，則CND9條件滿足，執(zhí)行ACT1起泵。組態(tài)中SEL關(guān)聯(lián)畫面上的投、切按鈕，當(dāng)SEL為1時(shí)表示使能自動(dòng)啟泵，為0時(shí)不允許聯(lián)鎖啟泵。當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)退出備泵狀態(tài)，這一點(diǎn)體現(xiàn)在ACT2中，如圖3所示。

圖3 DCS控制邏輯組態(tài)

4）DCS上位機(jī)控制畫面組態(tài)。投、切按鈕設(shè)置點(diǎn)擊事件對(duì)應(yīng)腳本語言，與底層組態(tài)的SEL塊關(guān)聯(lián)。P2101A的備用狀態(tài)引用AND2的輸出參數(shù)做文本動(dòng)畫的顯示，當(dāng)AND2輸出1時(shí)處于備泵狀態(tài)，輸出0時(shí)處于非備泵狀態(tài)。機(jī)泵的遠(yuǎn)程/就地模式的顯示用A、C表示，A為遠(yuǎn)程控制，C為就地控制，引用TRK_IN_D的參數(shù)顯示，如圖4所示。

圖4 高溫冷凝液泵改造后的運(yùn)行狀態(tài)

3.4 改造完成后的機(jī)泵測(cè)試

測(cè)試時(shí)，先在電氣端對(duì)測(cè)試的泵打試驗(yàn)位，分別測(cè)試泵的就地、遠(yuǎn)程起停情況；然后進(jìn)行聯(lián)鎖自起功能的測(cè)試，由工藝人員提升21LIC004液位至45%以上達(dá)到高報(bào)警值，觀察備泵起停情況。然后將改造成功的泵實(shí)際起動(dòng)，觀察雙泵運(yùn)行情況。經(jīng)測(cè)試得出泵的起停正常，電動(dòng)機(jī)電流和出口冷凝液的壓力均在正常范圍內(nèi)，泵的動(dòng)作結(jié)果與設(shè)計(jì)方案一致，改造成功。改造后泵的運(yùn)行狀態(tài)，如圖4所示。

4 結(jié)語

通過增加高溫冷凝液泵備泵自起和遠(yuǎn)程起動(dòng)功能，克服了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件備泵起動(dòng)響應(yīng)慢的缺點(diǎn)，有效降低了變換爐帶液或系統(tǒng)停車風(fēng)險(xiǎn)，保證了變換催化劑安全、高效、長(zhǎng)壽命運(yùn)行。另一方面間接提高了工藝控制的安全性，并且大幅度減少操作員的失誤率，實(shí)現(xiàn)了低成本自動(dòng)化。