摘要：以西門子PCS 7全集成自動化控制技術(shù)為依托，青島大煉油成功實現(xiàn)全國首例煉油廠全廠的DCS控制。青島大煉油全廠DCS控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不但實現(xiàn)了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，更在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面做到了全方位的創(chuàng)新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠自動化控制系統(tǒng)的價值典范。
關(guān)鍵詞：DCS PCS 7 全廠自動化
前言
由于我國工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車消費市場成長迅速，能源的需求日益旺盛，導(dǎo)致我國成品油市場一度出現(xiàn)“油荒”現(xiàn)象。在煉油環(huán)節(jié)，我國煉油行業(yè)一直以來存在煉廠數(shù)量多、規(guī)模小、效率低下等問題，煉油行業(yè)亟需加快大型化、集約化的發(fā)展步伐。因此，近年來，千萬噸煉油、大型煉油基地成為國內(nèi)石油加工行業(yè)的熱門詞匯。
中石化青島大煉油是中國第一座一次建設(shè)規(guī)模達到1000萬噸煉油能力的煉油企業(yè)，投產(chǎn)后可實現(xiàn)年加工進口原油1000萬噸，每月可為國內(nèi)市場增加成品油供應(yīng)近60萬噸，能有效緩解成品油供應(yīng)緊張的局面，降低我國高價成品油的進口量。同時，以青島為中心的膠東半島有望成為國內(nèi)最大的石化基地。
作為中石化調(diào)整國內(nèi)煉化產(chǎn)業(yè)布局、打造環(huán)渤海灣煉化產(chǎn)業(yè)集群的重大戰(zhàn)略項目，青島大煉油主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均達到國內(nèi)先進水平，整體技術(shù)裝備和技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。青島煉化廠區(qū)總占地面積達到222.1公頃，但整個廠區(qū)僅需500人管理，這得力于其全廠采用了全集成的自動化控制系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了煉油大型化、集約化生產(chǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，更在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面做到了全方位創(chuàng)新和領(lǐng)先，堪為新一代全廠自動化控制系統(tǒng)的價值典范。
綠色煉油
石油加工過程中會產(chǎn)生各種污染環(huán)境的物質(zhì)——廢水、廢氣、廢渣，這些污染物不僅污染了環(huán)境，還造成了物料和能量的大量流失與浪費。長久以來，使得煉油項目在人們印象中成為了重污染、高能耗的代名詞。作為我國首個單系列千萬噸級煉油項目——青島大煉油，也曾受到人們的諸多質(zhì)疑。它是否能像預(yù)期的那樣：“實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益俱佳”？是否能實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟？是否能實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展模式？是否還能保持西海岸紅瓦綠樹、碧海藍天的居住環(huán)境？
面對質(zhì)疑，青島大煉油迎難而上，率先引入綠色煉油、清潔生產(chǎn)的理念，從原料處理、加工到產(chǎn)品精制，均采用先進工藝技術(shù)；工藝裝置和系統(tǒng)工程，均采用集成化的節(jié)能技術(shù)；生產(chǎn)經(jīng)營管理采用全廠DCS控制系統(tǒng)，使得整個項目“技術(shù)先進、環(huán)保領(lǐng)先、規(guī)模經(jīng)濟”的鮮明特征凸顯。
綠色煉油、清潔生產(chǎn)的核心內(nèi)容是通過全廠自動化、信息化的大力建設(shè)，促進生產(chǎn)經(jīng)營管理過程的智能化和現(xiàn)代化，從而使得青島大煉油項目有效降低了成本消耗、、增加了利潤收益、優(yōu)化了資源配置、控制了環(huán)境污染。
綠色煉油、清潔生產(chǎn)是青島大煉油實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、提高市場競爭力、實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益“雙贏”的有效途徑。
不二選擇
青島大煉油全廠采用“常減壓＋延遲焦化＋加氫處理＋催化裂化”的加工方案，由16套工藝裝置以及油品儲運設(shè)施、公用工程系統(tǒng)及輔助生產(chǎn)設(shè)施組成，主要工藝裝置包括：1000萬噸/ 年常減壓、250萬噸/年延遲焦化、150萬噸/年連續(xù)重整、410萬噸/年柴油加氫、200萬噸/年重油催化裂化、260萬噸/年重油加氫脫硫、260萬噸/年加氫裂化、20萬噸/年聚丙烯等等，其中，9套裝置創(chuàng)國內(nèi)之最，是目前我國單系列最大的煉油裝置。
青島大煉油的規(guī)模大、技術(shù)新、人員少，無疑對過程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護性、人機界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個方面都提出了非常高的要求，尤其是以下三點，更是決定了項目的成?。?/p>
1) 控制精度。煉油過程結(jié)合了精煉和化學(xué)處理過程，原油被按分子重量分成幾個部分，這幾個部分再被熱能和催化劑作用裂解成其他更加有用的產(chǎn)品，整個煉油過程的關(guān)鍵就在于是否能實現(xiàn)對各項參數(shù)的嚴(yán)密高精度控制。同時，煉油廠能否盈利就要看每桶原油提煉出的高質(zhì)量產(chǎn)品的數(shù)量，而獲取每桶原油最大產(chǎn)出的有效措施也是高精度的控制系統(tǒng)。
2) 可靠性。大煉油的石油提煉加工過程與一枚炸彈的唯一分別就是控制系統(tǒng)。石油提煉的很多工序都必須被嚴(yán)格的加以控制，以防止火災(zāi)和爆炸的危險，高度可靠的控制系統(tǒng)是煉油廠正常運行的基本保證之一。
3) 控制性能。大煉油的全廠過程控制系統(tǒng)中有幾萬個I/O點，要求系統(tǒng)必須能夠在同一時間對成千上百個P I D回路進行全部處理。高性能是大煉油DCS控制系統(tǒng)的基本要求之一。
經(jīng)過多方篩選和抉擇，全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個生產(chǎn)過程的SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)，以其卓越的性能、高度的可靠性，成為了青島大煉油全廠DCS系統(tǒng)的不二選擇。談到為什么選擇PCS 7，青島大煉油機動工程部主管陳主任指出：“運營、管理的獨到之處，控制器的強大、可靠，以及西門子可信賴的專業(yè)性”都是PCS 7的取勝法寶。
實施方案
全廠布局緊湊集中，生產(chǎn)裝置采用聯(lián)合布置，設(shè)一個中心控制室，生產(chǎn)裝置、公用工程及儲運系統(tǒng)、全廠火災(zāi)、可燃氣體、有毒氣體的監(jiān)控和報警控制系統(tǒng)（F&GS）等均采用DCS控制系統(tǒng)進行集中操作、控制和管理，各裝置及關(guān)鍵設(shè)備均設(shè)置了安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)（緊急停車系統(tǒng)），充分體現(xiàn)了“集約、高效、安全、穩(wěn)定”的生產(chǎn)要求。
全廠DCS控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、中央歸檔服務(wù)器（CAS）、I/O卡、各類機柜和OPC服務(wù)器等設(shè)備組成，全廠I/O總點數(shù)近30000點。整個DCS系統(tǒng)共配置盤柜300面，操作員站61個、現(xiàn)場機柜室（FCR/FAR) 17個、中央控制室（CCR）1個。
在中央控制室中有108個生產(chǎn)操作臺，共排成三排，所有重要的生產(chǎn)操作流程被全程監(jiān)控，現(xiàn)場圖像也可根據(jù)需要實時顯示到監(jiān)控屏幕中。“整個大煉油工程全部實現(xiàn)自動化管理，核心管理人員僅需要500名職工。”談及全廠DCS控制系統(tǒng)中控室的徐工不無驕傲的說。按計劃，整套生產(chǎn)設(shè)備四年才需要檢修一次。
整個DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（詳見圖2）可以分為3層：控制器層，在該層實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的控制和監(jiān)測邏輯；服務(wù)器層，該層起到數(shù)據(jù)通道的作用；操作員站層，該層提供HMI便于操作員控制/監(jiān)測工藝流程。
系統(tǒng)的工程師站同時掛在兩個網(wǎng)絡(luò)上，即連接操作員/服務(wù)器的以太網(wǎng)和連接控制器的CPU的工業(yè)以太網(wǎng)。工程師站用于完成控制畫面和控制策略的組態(tài)。
在控制器層和服務(wù)器層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱為系統(tǒng)總線，它連接起所有的控制器和服務(wù)器，承擔(dān)數(shù)據(jù)交換的作用。在服務(wù)器層和操作員站層之間是1Gbit/s的冗余環(huán)網(wǎng)，稱為終端總線，它連接起所有的服務(wù)器和操作員站，承擔(dān)數(shù)據(jù)交換的作用。
系統(tǒng)選用高性能模塊化的SCALANCE X-400交換機（圖3）構(gòu)成1Gbit/s的高速光纖冗余環(huán)網(wǎng)。當(dāng)傳輸鏈路或環(huán)網(wǎng)中的SCALANCE X-400 交換機發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間嚴(yán)格小于300ms，從而，大大增強了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
系統(tǒng)總線通過冗余的光纜以星狀結(jié)構(gòu)拓展至各個現(xiàn)場機柜室（FCR/FAR）?，F(xiàn)場控制器全部采用AS400（圖4）的高性能卡件，使組態(tài)，集成更為方便。
系統(tǒng)的現(xiàn)場級控制采用的是PROFIBUS現(xiàn)場總線，不僅簡單實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的冗余；同時，使得現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)成為真正全分散、全數(shù)字化的控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)I/O站選用的是高密度配置的ET200M模塊，ET200M通過兩個IM153-2總線接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線上。每個ET200M單元均由2個IM153-2總線接口模塊和其他若干數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊組成。數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊的數(shù)量和配置由現(xiàn)場站的所需控制和采集的點數(shù)所決定。
