陶 明， 丁 旭， 后劍波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陶 明， 丁 旭， 后劍波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

通過實時在線檢測重要工藝參數(shù)及有關(guān)安全環(huán)保重要關(guān)鍵數(shù)據(jù)，監(jiān)控生產(chǎn)工藝設(shè)備及安全環(huán)保設(shè)備運行狀態(tài)，將安全環(huán)保聯(lián)鎖控制納入已有橫河DCS控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了安全環(huán)保聯(lián)鎖控制在DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了安全環(huán)保監(jiān)控管理水平，為企業(yè)創(chuàng)造更好經(jīng)濟效益。

安全環(huán)保； 達標排放； DCS； 聯(lián)鎖控制； 編程組態(tài)

0 引言

環(huán)保在線監(jiān)測設(shè)備(設(shè)施)主要布置在工藝煙氣排放處，及污水處理工藝的關(guān)鍵檢測位置點，主要檢測有關(guān)排放物濃度含量、流量、壓力、溫度等參數(shù)，實現(xiàn)工藝參數(shù)檢測監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲、報警、上傳、上報等功能。與生產(chǎn)工藝自動控制系統(tǒng)聯(lián)鎖較少，一旦出現(xiàn)排放物超標情況，再來調(diào)整控制生產(chǎn)工藝參數(shù)為時已晚，在一定程度上會造成對環(huán)境的污染，給企業(yè)帶來重大的經(jīng)濟損失和社會影響。

按國家有關(guān)規(guī)定新建、改建、擴建項目涉及危險裝置的，必須同時設(shè)計、安裝和使用相應(yīng)的自動化控制及安全聯(lián)鎖裝置。并要根據(jù)工藝裝置的安全風險分析、風險級別和措施建議，充分考慮和設(shè)計重要參數(shù)的測量、控制、報警、自動聯(lián)鎖保護及緊急停車等自動化控制及安全聯(lián)鎖設(shè)施和措施。

將安全環(huán)保在線檢測裝置與先進的自動控制系統(tǒng)相聯(lián)鎖，可預(yù)先對重要的工藝控制參數(shù)進行預(yù)調(diào)整控制，關(guān)聯(lián)安全環(huán)保有關(guān)重要數(shù)據(jù)指標，預(yù)先報警提示，必要時緊急聯(lián)鎖停車，緊急停止相關(guān)生產(chǎn)工序，確保排放物按環(huán)保指標要求排放，保證安全生產(chǎn)，避免發(fā)生人身、設(shè)備、環(huán)保事故，確保企業(yè)安全環(huán)保生產(chǎn)正常運行。本文以銅業(yè)分公司冶煉工藝為例，按照安全環(huán)保評價報告要求，利用生產(chǎn)工藝DCS控制系統(tǒng)，就安全環(huán)保技術(shù)改造在DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用作相關(guān)探討分析，以便滿足安全生產(chǎn)，確保環(huán)保達標排放。

1 集散控制系統(tǒng)與安全環(huán)保檢測裝置

1.1 DCS裝置配備情況

隨著科學技術(shù)的不斷提高、發(fā)展和普及，集散控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，在大型冶煉項目中，都配置有多套生產(chǎn)控制系統(tǒng)和多套生產(chǎn)工藝設(shè)備自動控制裝置，公司DCS裝置配備情況是：生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要以橫河DCS和西門子PLC為主，其作用是對銅冶煉生產(chǎn)工藝進行檢測、控制、監(jiān)示、記錄等。其中多項配套項目都采用橫河DCS系統(tǒng)，如氧氣站、煙氣制酸；電解系統(tǒng)主要采用西門子公司的S7- 300、S7- 400可編程控制器，部分大型成套設(shè)備如雙圓盤澆鑄機組、余熱發(fā)電機組、陰極剝片機組等配套西門子公司的S7- 300可編程控制器。熔煉吹煉區(qū)域配套了1套橫河VP系統(tǒng)和1套橫河CS3000系統(tǒng)，氧氣站區(qū)域和煙氣制酸區(qū)域各配套了1套DCS控制系統(tǒng)，4套系統(tǒng)相互獨立，均采用橫河DCS系統(tǒng)。為了達到生產(chǎn)工藝操作層間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳要求，通過多項目配置工程，實現(xiàn)了4套橫河DCS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)間的連接。

1.2 安全環(huán)保在線檢測的裝置

公司在煙氣制酸脫硫工序配備一套在線檢測裝置，主要監(jiān)測尾氣煙囪排放的SO2濃度、NOx濃度、O2濃度、顆粒物濃度、及尾氣溫度和壓力等，進行參數(shù)報警、記錄存儲、上傳、形成報表等處理工作。

在環(huán)保脫硫排煙工序配備一套在線檢測設(shè)備，監(jiān)測環(huán)保排煙尾氣煙囪的SO2排放濃度、NOx排放濃度、煙塵顆粒物排放濃度等，實現(xiàn)參數(shù)報警、記錄存儲、上傳、形成報表等功能。

在生產(chǎn)工藝工序的危險區(qū)域安裝有CO有毒氣體檢測探測器、低氧濃度探測器等幾十套，防止發(fā)生有毒氣體中毒、粉塵爆炸、氧氣中毒等安全事故；以及按安全環(huán)保要求，為保證人身設(shè)備安全而設(shè)置的若干數(shù)量的檢測控制設(shè)備設(shè)施，這些設(shè)備設(shè)施檢測控制參數(shù)大多進入到DCS控制系統(tǒng)監(jiān)控。

2 安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)改造控制方案

安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)改造控制方案要針對生產(chǎn)工藝特點來確定方案。從控制參數(shù)、控制點、安全控制工作原理、采用的邏輯控制單元、檢測變送單元等方面綜合論證，并要測試檢驗和調(diào)試安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案的運行效果，檢驗是否達到方案要求，并完善安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案，現(xiàn)結(jié)合實施完成的部分安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案作簡介。

2.1 制酸環(huán)保尾氣煙囪排放系統(tǒng)與DCS聯(lián)鎖控制

煙氣制酸脫硫工序配備一套環(huán)保在線檢測裝置，監(jiān)測尾氣煙囪SO2排放濃度、NOx排放濃度、O2排放濃度、顆粒物排放濃度及尾氣排放溫度和壓力，檢測信號通過轉(zhuǎn)換后由信號電纜接入橫河DCS監(jiān)示。通過工程技術(shù)人員對生產(chǎn)工藝綜合分析，確定安全環(huán)保聯(lián)鎖控制方案：實時顯示和嚴格監(jiān)控轉(zhuǎn)化器一層溫度和環(huán)保在線SO2濃度，當排放煙氣指標超過報警值時，監(jiān)控電腦彈出報警畫面，提醒操作員工加強工藝操作和及時調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，同時其報警信號傳送到頂吹爐系統(tǒng)，聯(lián)鎖控制頂吹進料，杜絕煙氣排放物超標排放。

2.1.1 安全環(huán)保聯(lián)鎖控制回路功能

煙囪尾氣SO2排放濃度(儀表位號WPSO2)大于360 mg/m3時，在制酸控制室監(jiān)控電腦彈出報警提醒畫面，提醒操作工加強工藝操作控制，防止尾氣SO2濃度超標。

煙囪尾氣SO2排放濃度(WPSO2)大于400mg/m3，在制酸控制室監(jiān)控電腦和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦彈出警告畫面，警示操作員工注意監(jiān)控，延時5 min后，聯(lián)鎖控制停止頂吹爐進料，緊急停止冶煉作業(yè)，嚴防煙囪尾氣超標排放。

煙囪尾氣SO2排放濃度超過儀表量程或環(huán)保在線檢測設(shè)備出故障，檢測信號不正常時，為防止超標排放，在制酸控制室和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦上彈出警告畫面，警示操作員工注意監(jiān)控，延時5 h后，自動聯(lián)鎖控制停止頂吹爐進料。

轉(zhuǎn)化器一層入口上部溫度(儀表位號TI3305A)大于418 ℃，且轉(zhuǎn)化器一層入口下部溫度(TI3305B)大于460 ℃時，延時5 min后，在制酸控制室和頂吹爐控制室監(jiān)控電腦上彈出警告畫面，再延時5 min后自動停止頂吹爐進料。

2.1.2 安全環(huán)保聯(lián)鎖控制邏輯

其有關(guān)安全環(huán)保聯(lián)鎖控制原理邏輯如下，聯(lián)鎖控制參數(shù)設(shè)定如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖控制參數(shù)設(shè)定圖

聯(lián)鎖控制邏輯原理如圖2所示。

2.1.3 控制報警畫面

當煙囪尾氣SO2排放濃度大于360 mg/m3時，觸發(fā)事件開關(guān)(WPSO2-QH)，彈出報警提醒畫面如圖3所示。

當煙囪尾氣SO2排放濃度大于400 mg/m3，或煙囪尾氣SO2排放濃度超過儀表量程，檢測信號不正常，或轉(zhuǎn)化器一層入口上部溫度小于418 ℃，同時下部溫度小于460 ℃，時間超過5 min，觸發(fā)事件開關(guān)WPSO2-400，彈出報警畫面如圖4示。

圖2 聯(lián)鎖控制邏輯原理圖

圖3 報警提醒畫面

圖4 報警畫面

同時將報警信號(WPSO2-400RL)，硬接線方式送到頂吹爐DCS系統(tǒng)。

2.1.4 安全環(huán)保聯(lián)鎖頂吹爐控制邏輯

熔煉DCS控制系統(tǒng)接收到報警開關(guān)信號(WPSO2-400RL)后，延時5 min后聯(lián)鎖自動控制停止吹煉爐17#和18#進料皮帶，緊急停止吹煉爐進料；同時觸發(fā)熔煉爐緊急開關(guān)(JLJT-RL)，以停止熔煉頂吹爐進料，確保煙氣不超標排放。相關(guān)頂吹爐停止進料邏輯原理如圖5所示。

完成上述編程組態(tài)后，對此聯(lián)鎖控制方案進行實際操作演習，確保可靠后投入運行。

2.2 粉煤制備工藝設(shè)備安全保護DCS聯(lián)鎖控制

在粉煤制備的生產(chǎn)過程中，周圍環(huán)境粉塵濃度達到一定值時，會引發(fā)爆炸事故，造成人身傷害和設(shè)備的損壞，因此，保證有關(guān)設(shè)備的正常運行，可有效防止發(fā)生粉塵爆炸事故。在粉煤制備工序中，要保證引風機正常運行，確保立磨機出口管道壓力為一定的負壓。因此，粉煤制備工藝設(shè)備必須實施安全聯(lián)鎖控制保護，避免周圍環(huán)境粉塵濃度超標，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故。

圖5 頂吹爐停止進料邏輯原理圖

2.2.1 控制回路功能

(1)引風機正常運行時，若立磨機出口管壓力大于-2 kPa，則立刻停止立磨機的運行。

(2)當引風機無正常運行信號時，停止粉煤引風機轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)控制輸出，其輸出為零。

2.2.2 控制回路邏輯原理

立磨機出口管壓力設(shè)定控制值模塊如圖6。

圖6 立磨機出口管壓力設(shè)定控制值模塊

圖7 立磨機安全聯(lián)鎖停機邏輯控制程序圖

立磨機安全聯(lián)鎖停機邏輯控制程序如圖7。

引風機因故障停止正常運行時，調(diào)節(jié)控制輸出為零值邏輯原理如圖8。

圖8 調(diào)節(jié)控制輸出為零值邏輯原理

在上面圖6至圖8中，各儀表位號含義如下：

FM-YFJ，粉煤引風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)控制模塊；

KA4-5859，粉煤引風機運行信號；

PT1904.PV，粉煤立磨機出口壓力；

LMLS-DCS，DCS輸出至立磨聯(lián)鎖控制信號。

在方案實施中，通過用最少的電纜接線實現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)與立磨機相互聯(lián)鎖，用強大的DCS控制功能，達到了粉煤制備安全生產(chǎn)的效果，為企業(yè)效益做出了貢獻。

3 結(jié)語

(1)將安全環(huán)保聯(lián)鎖控制與先進的DCS系統(tǒng)相結(jié)合是一種經(jīng)濟、先進、高效的實施方案，充分利用了DCS系統(tǒng)潛能，創(chuàng)造了一個和諧的安全生產(chǎn)環(huán)境，節(jié)約了安全生產(chǎn)投入的成本。

(2)嚴格遵守國家的有關(guān)安全、環(huán)保方面的法律法規(guī)，執(zhí)行有關(guān)技術(shù)規(guī)定和標準，做好檢測控制設(shè)備，邏輯編程組態(tài)，以及測試演習安全預(yù)案工作，確認方案可靠運行，滿足安全環(huán)保要求。

(3)深入廣泛分析對安全環(huán)保有重要影響的工藝控制參數(shù)，確定安全環(huán)保聯(lián)鎖技術(shù)方案，完善相關(guān)編程控制程序，并定期檢測試驗，確保長期安全生產(chǎn)。

(4)進一步檢測原DCS控制系統(tǒng)中有關(guān)安全環(huán)保聯(lián)鎖控制程序，檢驗其可靠性，保證設(shè)備安全運行，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故，促進安全文明生產(chǎn)。

Application of safety and environmental protection interlocking technology in DCS control system

TAO Ming, DING Xu, HOU Jian-bo

The safety and environmental protection interlocking control system was applied in DCS control system of Henghe, through real-time on-line detection of important process parameters and key data about safety and environmental protection, monitoring production process equipment, safety and environmental protection equipment running status. The application of safety and environmental protection interlocking control in DCS control system is realized which can improve the management level of safety and environmental protection, also can create better economic benefits for enterprise.

safety and environmental protection; standard discharge; DCS; interlocking control; programming configuration

陶明(1962—)，男，高級工程師，云南個舊人，主要從事儀表控制工作。

2015-12-25

TF811; TP273

B

1672-6103(2016)02-0041-04