摘要：本文從硬件、軟件兩方面分別介紹了我廠#3蒸餾裝置的DCS系統(tǒng)概況，并介紹了利用FOXBORO I/A’S系統(tǒng)提供的功能實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)較有代表性的特殊控制回路。
關(guān)鍵詞：#3蒸餾 DCS控制 組態(tài)
概述
原#3蒸餾裝置規(guī)模為250萬(wàn)噸/年（年開工8000小時(shí)），屬燃料-化工型裝置，主要提供催化裂化原料、寬餾分連續(xù)重整原料及部分汽柴油組分。該裝置原由常規(guī)儀表控制。2002年，為實(shí)現(xiàn)我廠加工能力千萬(wàn)噸級(jí)目標(biāo)，決定對(duì)該裝置進(jìn)行改造，使其加工能力達(dá)到800萬(wàn)噸/年。#3蒸餾裝置改造主要由北京設(shè)計(jì)院承擔(dān)設(shè)計(jì)，采用美國(guó)FOXBORO公司的I/A’S DCS系統(tǒng)，工作站采用51D系列，控制處理機(jī)采用CP60型號(hào)， I/A Series 軟件版本為V6.3。該套DCS系統(tǒng)于2002年9月與新裝置一起投入使用，投用至今系統(tǒng)運(yùn)行正常。本文將主要介紹該裝置中幾個(gè)比較有代表性的控制回路在DCS系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。
一、工藝簡(jiǎn)介
800萬(wàn)噸/年蒸餾裝置包括預(yù)分餾、常減壓分餾、電脫鹽、“四注”和電精制等單元。它主要是在不改變油品分子結(jié)構(gòu)的情況下，按產(chǎn)品沸點(diǎn)范圍將原油這個(gè)復(fù)雜的混合物分割開，裝置各側(cè)線產(chǎn)品用做煉油廠主要生產(chǎn)裝置的基本原料或作為柴油調(diào)和組分，同時(shí)為了降低原油含鹽對(duì)原油加工過(guò)程產(chǎn)生的危害，得到高品質(zhì)的汽油、柴油等產(chǎn)品，還需要對(duì)原油及其在加工過(guò)程中產(chǎn)生的成品、半成品進(jìn)行電脫鹽、注氨、緩蝕劑、循環(huán)水、破乳劑、電精制等工序，去除中其中的鹽、硫等雜質(zhì)。
二、DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
#3蒸餾裝置DCS系統(tǒng)分別位于兩個(gè)控制室，中央控制室和遠(yuǎn)程控制室。中央控制室有3臺(tái)操作站（WP5103，WP5104和AW5102）和連接報(bào)警和報(bào)表打印機(jī)的通信處理機(jī)（COMP），其中AW5102為應(yīng)用操作站處理機(jī)，負(fù)責(zé)管理歷史數(shù)據(jù)和另外兩臺(tái)操作站處理機(jī)WP5103和WP5104，并通過(guò)以態(tài)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到PC遠(yuǎn)程終端。位于遠(yuǎn)程控制室的一臺(tái)應(yīng)用操作站處理機(jī)（AW5101）作為工程師站，它主要用于管理同樣位于遠(yuǎn)程控制室的冗余的控制處理機(jī)（CP）和通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）相互通信的現(xiàn)場(chǎng)總線組件FBM（Fieldbus Module）。各處理機(jī)之間由節(jié)點(diǎn)總線（Node Bus）通訊，兩個(gè)控制室之間的節(jié)點(diǎn)總線由光纜連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線和節(jié)點(diǎn)總線都是冗余的。
圖1 #3蒸餾DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖 三、DCS組態(tài)1加熱爐爐出口溫度控制。
工藝要求：對(duì)于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時(shí)進(jìn)行汽化，其溫度的高低會(huì)直接影響后一工序的操作工況和產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)爐子溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦而燒壞爐管，加熱爐平穩(wěn)操作，可以延長(zhǎng)爐管的壽命。因此，爐子的出口溫度要求嚴(yán)格控制。
圖2常壓爐爐出口溫度控制方案 控制方案：控制系統(tǒng)如圖2所示，為保證出口溫度的穩(wěn)定性，采用了兩組爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)，其余一些干擾因素如蒸汽壓力、進(jìn)料流量的波動(dòng)等采用單回路控制系統(tǒng)來(lái)克服。同時(shí)為保證操作安全，設(shè)定當(dāng)選擇其中某一路燃料作為加熱原料時(shí)，另一路燃料介質(zhì)的調(diào)節(jié)器模塊被強(qiáng)制處于手動(dòng)狀態(tài)。整個(gè)操作過(guò)程中，流程圖上都具有明顯的提示標(biāo)志，并且切換過(guò)程是無(wú)擾動(dòng)的，在該控制回路的組態(tài)過(guò)程中，除使用到了I/A系統(tǒng)所提供的一些常規(guī)模塊和SWICH模塊，CALC模塊等，為確保操作界面友好，在顯示組態(tài)中采用了腳本程序調(diào)用和覆蓋畫面等功能。
2拋減底液位，流量控制
工藝介紹：通常情況下，原油經(jīng)過(guò)初餾和常壓分餾后，用常底泵將常壓塔底重油抽出，分八路進(jìn)入減壓爐加熱后，再進(jìn)入減壓塔進(jìn)行減壓分餾。工藝流程如圖四所示。為保持幾路平行流量均勻，將常壓塔底液位與減壓爐八組進(jìn)料流量串級(jí)控制。但當(dāng)減壓系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)法立即修復(fù)故障時(shí)，為避免整個(gè)裝置停工，工藝需采取拋減底液位控制，完全拋棄減壓系統(tǒng)，直接由減壓塔底出料控制閥去控制常底液位參數(shù)，確保常壓系統(tǒng)正常工作。
圖3 拋減底控制工藝流程圖 常壓塔底液位LC8005與FC8052-FC8059八組減壓爐進(jìn)料流量串級(jí)控制石油化工生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)工藝流程可知，常壓塔的出料直接作為減壓爐的進(jìn)料，而減壓爐的出料又連續(xù)送給減壓塔作為進(jìn)料。作為單個(gè)的設(shè)備，都希望自身操作平穩(wěn)，但常壓塔出料波動(dòng)是減壓爐進(jìn)料的一個(gè)擾動(dòng)，破壞其平穩(wěn)操作。為解決這個(gè)問(wèn)題，這里采取了均勻控制方案，即當(dāng)常壓塔的進(jìn)料量波動(dòng)時(shí)，允許塔釜液位在一定限度內(nèi)平緩變化，使出料流量平穩(wěn)變化，避免對(duì)減壓爐等后工序產(chǎn)生較大影響。均勻控制與常規(guī)控制的主要區(qū)別在于控制器的控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定上。這里，可將流量的PID參數(shù)按照一般串級(jí)控制的副回路參數(shù)整定，而液位的參數(shù)整定按照簡(jiǎn)單均勻控制情況處理，比例度和積分時(shí)間都要盡量放大。值得注意的是，此處由于是一個(gè)主回路同時(shí)與八個(gè)副回路串級(jí)，因此在參數(shù)整定上略有區(qū)別，液位的比例度可適當(dāng)放大，比例作用可整定得稍弱一些。
減底液位LC8015調(diào)節(jié)閥與變頻控制切換在工藝生產(chǎn)中，為了節(jié)能經(jīng)常會(huì)遇到變頻泵控制。考慮到使用調(diào)節(jié)閥控制和變頻泵控制時(shí)的對(duì)象特性的差異反應(yīng)在PID參數(shù)整定上的不同，對(duì)調(diào)節(jié)閥和變頻泵采用各自獨(dú)立的調(diào)節(jié)器，避免切換操作中頻繁修改PID控制參數(shù)。同時(shí)為了確保生產(chǎn)操作的安全性，防止誤操作，在調(diào)節(jié)閥控制和變頻泵控制的切換過(guò)程中，設(shè)置強(qiáng)制手動(dòng)功能，在調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，變頻泵被強(qiáng)制處于手動(dòng)位置；而變頻泵投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥又被強(qiáng)制處于手動(dòng)位置。在DCS組態(tài)中由CIO組態(tài)實(shí)現(xiàn)。在調(diào)節(jié)閥切換到變頻控制時(shí)，操作人員先將操作畫面上的切換開關(guān)切到變頻控制，同時(shí)將調(diào)節(jié)閥的副線全部打開，并將調(diào)節(jié)閥的輸出逐漸增至最大，使得變頻泵的輸出逐漸減小，以達(dá)到節(jié)能的目的。
拋減底控制切換在常規(guī)常壓塔塔底液位控制方案中，常壓塔塔底液位LC8005作為主回路，減壓爐八組進(jìn)料流量FC8052-FC8059作為副回路，進(jìn)行串級(jí)均勻控制；減壓塔塔底液位LC8015（LC8015B）進(jìn)行單回路控制，減壓塔塔底液位可選擇由調(diào)節(jié)閥或變頻泵控制，LC8005A模塊被強(qiáng)制處于手動(dòng)方式。當(dāng)控制回路切換到拋減底控制方案時(shí)，減底液位切換到調(diào)節(jié)閥LC8015手動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，變頻泵調(diào)節(jié)器模塊處于強(qiáng)制手動(dòng)狀態(tài)，LC8005A模塊強(qiáng)制手動(dòng)解除，并將其輸出信號(hào)送往調(diào)節(jié)閥LV8015進(jìn)行控制。原串級(jí)副回路FC8052-FC8059被強(qiáng)制到本地單回路控制，原串級(jí)主回路LC8005模塊被強(qiáng)制處于手動(dòng)方式。此外，我們將切換開關(guān)置于操作界面上，并且每一步切換步驟都有確認(rèn)功能，當(dāng)前運(yùn)行方式有明顯標(biāo)識(shí)，使得操作步驟簡(jiǎn)單明了。以上功能是在DCS的CIO組態(tài)和顯示組態(tài)中實(shí)現(xiàn)的。
圖4 拋減底控制DCS組態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖中：
LC8005：常壓塔塔底液位控制調(diào)節(jié)器
LC8015：減壓塔塔底液位調(diào)節(jié)閥控制調(diào)節(jié)器
LC8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調(diào)節(jié)器
LV8015：常規(guī)控制時(shí)為減壓塔塔底液位調(diào)節(jié)閥控制調(diào)節(jié)器輸出模塊，拋減底控制調(diào)節(jié)器輸出模塊
LV8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調(diào)節(jié)器輸出模塊
FC8052…FC8059：減壓爐一組至八組進(jìn)料控制調(diào)節(jié)器
FV8052…FV8059：減壓爐一組至八組進(jìn)料控制調(diào)節(jié)器輸出模塊
CALCL05-15：計(jì)算模塊，用于實(shí)現(xiàn)在拋減底控制時(shí)強(qiáng)制減壓爐一組至八組進(jìn)料控制調(diào)節(jié)器處于本地控制狀態(tài)
LC8005A：常壓塔塔底液位拋減底控制調(diào)節(jié)器
SWL8005A：SWCH模塊，用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制和拋減底控制切換
此外，在#3蒸餾的DCS組態(tài)過(guò)程中，充分利用FOXBORO公司的IA
’S DCS系統(tǒng)所提供的功能，除使用到單回路、串級(jí)回路等一些常規(guī)控制外，還通過(guò)各種常規(guī)控制，如選擇控制、分程控制、比值控制等互相組合，實(shí)現(xiàn)了一系列的復(fù)雜控制方案，如加熱爐聯(lián)鎖控制，減壓爐支路平衡控制，燃料油罐液位比值控制等等。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)都基本達(dá)到了設(shè)計(jì)最初要求。
結(jié)束語(yǔ)#3蒸餾裝置DCS控制系統(tǒng)從開工至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，情況良好。長(zhǎng)久以來(lái)，F(xiàn)OXBORO公司的I/A DCS系統(tǒng)以其硬件故障率低，維護(hù)工作量小，組態(tài)功能強(qiáng)大，操作界面方便、靈活等特點(diǎn)，深受本單位工藝操作人員和儀表維護(hù)人員的好評(píng)。
[參考文獻(xiàn)]
（1）“#3常減壓蒸餾裝置工藝技術(shù)規(guī)程”
（2）“化工過(guò)程控制工程”（第二版）
