李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

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適應(yīng)工藝原料壓力變化的變更控制方案分析

李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

摘要：針對(duì)為了適應(yīng)工藝原料壓力的變化而需要儀表控制方案作出相應(yīng)調(diào)整的問題，介紹了現(xiàn)有的工藝設(shè)備情況，對(duì)過程控制方案進(jìn)行了優(yōu)化，并增加了相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)功能，使之滿足工藝控制以及工藝原料壓力變化的要求。項(xiàng)目實(shí)施后，可以靈活地實(shí)現(xiàn)二化原料氣的切換，節(jié)約了部分蒸汽，降低了投資成本；聯(lián)鎖組態(tài)完成后模擬各種異常工況進(jìn)行了聯(lián)鎖試驗(yàn)，各項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作正常，滿足了生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：控制方案聯(lián)鎖順控表調(diào)節(jié)器強(qiáng)制

烏魯木齊石化公司化肥廠第二套化肥裝置作為該公司的重要生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為300kt/a合成氨、520kt/a尿素。合成氨采用布朗工藝，節(jié)能效果明顯，裝置分轉(zhuǎn)換、脫碳、合成、凈化等工段。尿素裝置采用斯塔米卡邦的二氧化碳?xì)馓峁に?。第二套合成氨裝置原設(shè)計(jì)入口天然氣壓力為0.78MPa，經(jīng)過原料氣壓縮機(jī)壓縮至3.8MPa進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)；西氣東輸二線工程(簡稱西二線)完工后，引入第二套合成氨裝置的天然氣設(shè)計(jì)壓力為4.0MPa，此壓力天然氣可以直接進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)，不再需要原料氣壓縮機(jī)，節(jié)能效果明顯。

1前期準(zhǔn)備

該廠第二套化肥裝置接西二線天然氣工程，工藝設(shè)備新增氣液分離罐、過濾器及蒸汽加熱器各1臺(tái)，儀表控制部分設(shè)計(jì)有AI 13點(diǎn)，AO 5點(diǎn)，DI 2點(diǎn)，DO 1點(diǎn)。主要控制回路分述如下。

1) 天然氣壓力放空調(diào)節(jié)回路。包括壓力放空調(diào)節(jié)器PIC2512、壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512。

2) 原料天然氣壓力調(diào)節(jié)回路。包括壓力指示PI2520、壓力調(diào)節(jié)器PIC2515及壓力調(diào)節(jié)閥PV2515。

3) 去一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣壓力調(diào)節(jié)回路，包括壓力調(diào)節(jié)器PIC2514、壓力調(diào)節(jié)閥PV2514。

4) 去燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣壓力調(diào)節(jié)回路，包括壓力調(diào)節(jié)器PIC2513、壓力調(diào)節(jié)閥PV2513。

5) 入一段轉(zhuǎn)化爐原料天然氣溫度調(diào)節(jié)回路，包括溫度調(diào)節(jié)器TIC2511、溫度調(diào)節(jié)閥TV2511。其他均為顯示或參與運(yùn)算回路，工藝流程如圖1所示。

2控制方案的優(yōu)化

2.1過程控制方案

該改造項(xiàng)目的過程控制方案與裝置現(xiàn)場實(shí)際情況有所差異，不能完全滿足工藝生產(chǎn)的需要，因而對(duì)方案進(jìn)行如下優(yōu)化。

1) 裝置原有的去一段轉(zhuǎn)化爐原料氣流量調(diào)節(jié)器FC100的溫壓補(bǔ)償，按照原設(shè)計(jì)當(dāng)西二線高壓天然氣投用時(shí)，由西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520進(jìn)行補(bǔ)償；當(dāng)西二線高壓天然氣未投用，原料氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)由壓縮機(jī)出口溫度壓力進(jìn)行補(bǔ)償。這樣需在DCS內(nèi)部做1個(gè)切換開關(guān)進(jìn)行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果第二套合成氨裝置運(yùn)行時(shí)，在線切換西二線高壓天然氣流程和原料氣壓縮機(jī)流程時(shí)無法滿足控制。計(jì)劃將西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520測點(diǎn)后移到2股天然氣合并管線處，不論開哪個(gè)流程都由TI2520/PI2520進(jìn)行補(bǔ)償，簡化了控制方案和工藝操作。

2) 入一段轉(zhuǎn)化爐原料天然氣溫度調(diào)節(jié)閥TV2511，按照原設(shè)計(jì)正常生產(chǎn)時(shí)由換熱器出口溫度調(diào)節(jié)器TIC2511控制，當(dāng)天然氣壓力放空閥PV2512打開后延時(shí)20s，由放空閥后溫度調(diào)節(jié)器TIC2512控制，PV2512關(guān)閉后恢復(fù)TIC2511控制。實(shí)際情況TIC2511測點(diǎn)在換熱器出口，無論天然氣放空還是去一段轉(zhuǎn)化爐投料都經(jīng)過該測點(diǎn)，該設(shè)計(jì)考慮的是在正常投料和放空時(shí)溫度設(shè)定不同，這種情況只需修改設(shè)定即可，因而計(jì)劃用天然氣溫度調(diào)節(jié)TIC2511控制而不做選擇控制。

圖1　工藝流程示意

3) 原料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，按照原設(shè)計(jì)西二線高壓天然氣投用時(shí)由原有的原料氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器PDC111控制，而西二線不投用時(shí)PDC111是原料氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，進(jìn)而要在DCS內(nèi)部做1個(gè)切換開關(guān)進(jìn)行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果在線切換西二線和原料氣壓縮機(jī)時(shí)無法滿足控制，計(jì)劃由原料氣壓力指示PI2520控制。

2.2聯(lián)鎖保護(hù)方案

該改造項(xiàng)目中未提供聯(lián)鎖保護(hù)方案，只是在天然氣放空調(diào)節(jié)閥PV2512上設(shè)計(jì)了電磁閥，但沒有控制邏輯，計(jì)劃增加如下聯(lián)鎖控制方案。

1) 在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖中，原來聯(lián)鎖停車后聯(lián)鎖動(dòng)作需要將原料氣壓縮機(jī)降至最小轉(zhuǎn)速并打循環(huán)；改為投用西二線高壓天然氣后則需要關(guān)閉原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，打開天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512放空。所以需要增加原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515強(qiáng)制關(guān)閉信號(hào)PC2515D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控；增加天然氣壓力放空閥PV2512強(qiáng)制開信號(hào)PC2512D,強(qiáng)制PV2512開到50%閥位,5s后允許控制，按照原設(shè)計(jì)有1個(gè)DO點(diǎn)是用于聯(lián)鎖天然氣壓力放空閥PV2512打開，由于實(shí)際情況全開后放空量過大會(huì)影響天然氣管網(wǎng)壓力，所以改為開50%，原設(shè)計(jì)DO點(diǎn)和電磁閥取消。

2) 裝置原有設(shè)計(jì)一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣是從原料氣壓縮機(jī)入口抽出天然氣，壓力為0.78MPa，管線設(shè)計(jì)壓力等級(jí)較低。改為西二線高壓天然氣運(yùn)行后，調(diào)節(jié)閥前壓力為4.0MPa，一旦發(fā)生聯(lián)鎖停車，原有聯(lián)鎖切斷閥關(guān)閉后如果燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2514不能及時(shí)關(guān)閉，可能造成調(diào)節(jié)閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在裝置主停車聯(lián)鎖中，增加去一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2514強(qiáng)制關(guān)閉信號(hào)PC2514D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控。

3) 裝置原有設(shè)計(jì)去燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣是從原料氣壓縮機(jī)段間抽出天然氣，壓力為1.5MPa，管線設(shè)計(jì)壓力等級(jí)較低。改為西二線高壓天然氣運(yùn)行后，調(diào)節(jié)閥前壓力為4.0MPa，原有聯(lián)鎖切斷閥關(guān)閉后如果燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2513不能及時(shí)關(guān)閉，可能造成調(diào)節(jié)閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在空氣壓縮機(jī)停車聯(lián)鎖中，增加去燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2513強(qiáng)制關(guān)閉信號(hào)PC2513D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控。

4) 在原料氣壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖中，原流程原料氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)后，停機(jī)信號(hào)要去原料氣停車系統(tǒng)參與聯(lián)鎖。開西二線流程后因?yàn)樵蠚鈮嚎s機(jī)不用運(yùn)行，不需要該聯(lián)鎖動(dòng)作，所以需要在原料氣壓縮機(jī)停車聯(lián)鎖中增加旁路開關(guān)。當(dāng)選擇西二線時(shí)，原料氣壓縮機(jī)停車信號(hào)不聯(lián)鎖原料氣系統(tǒng)停車。

3控制方案的實(shí)施

2012年檢修期間，對(duì)該裝置DCS，SIS進(jìn)行改造，DCS選用CS3000系統(tǒng)，SIS選用TRICON系統(tǒng)。利用此次改造機(jī)會(huì)，對(duì)第二套合成氨裝置接西二線高壓天然氣項(xiàng)目的控制方案予以實(shí)施。按照前期制訂好的控制方案，做了回路接線及組態(tài)工作，所有過程控制接入DCS予以實(shí)現(xiàn)，聯(lián)鎖部分接入SIS予以實(shí)現(xiàn)。由于該項(xiàng)目中部分調(diào)節(jié)閥沒有設(shè)計(jì)電磁閥，部分設(shè)計(jì)了電磁閥但不符合實(shí)際工況無法使用，所以SIS的聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)輸出引入DCS，利用DCS的強(qiáng)制輸出實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖動(dòng)作。

3.1DCS部分實(shí)施

該技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目涉及儀表控制共計(jì)AI 13點(diǎn)，AO 5點(diǎn)，DI 6點(diǎn)，上述點(diǎn)全部接入DCS,單指示的在DCS中組態(tài)PVI表用于指示，帶控制的在DCS中組態(tài)PID表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。回路接線及組態(tài)完成后，與現(xiàn)場進(jìn)行回路聯(lián)校，確認(rèn)回路是否正常。

由于聯(lián)鎖部分的動(dòng)作信號(hào)也要引入DCS控制，所以利用CS3000系統(tǒng)的順控表來實(shí)現(xiàn)該功能，SIS的聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)接入DCS后，利用順控表強(qiáng)制調(diào)節(jié)器輸出到指定閥位，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)。天然氣壓力放空調(diào)節(jié)器PIC2512聯(lián)鎖動(dòng)作后還要求調(diào)節(jié)器受控，所以選用了TC型順控表，當(dāng)條件改變時(shí)執(zhí)行一次。

1) 當(dāng)SIS來的聯(lián)鎖信號(hào)PC2512D出現(xiàn)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器TM-PC2512，同時(shí)將調(diào)節(jié)器PIC2512模式置為手動(dòng)，PSW置為3。PSW是PID調(diào)節(jié)器的1個(gè)參數(shù)，當(dāng)它為1時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出為0；當(dāng)它為2時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出為100%；當(dāng)它為3時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出為預(yù)設(shè)值，該值可以在DCS的調(diào)整畫面里的PMV上設(shè)定。PIC2512設(shè)定的是50%。當(dāng)TM-PC2512計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到后將PIC2512模式置為自動(dòng)，啟動(dòng)TMPC2512計(jì)時(shí)器，當(dāng)計(jì)時(shí)器時(shí)間達(dá)到后取消強(qiáng)置為自動(dòng)，即可以人為干預(yù)控制。

其他幾個(gè)天然氣壓力調(diào)節(jié)器PIC2513/PIC2514/PIC2515聯(lián)鎖動(dòng)作后，要求調(diào)節(jié)器不受控，聯(lián)鎖復(fù)位后方可受控，所以選擇了TE型順控表，條件滿足期間始終執(zhí)行。

2) 當(dāng)SIS來的聯(lián)鎖信號(hào)PC2513D等出現(xiàn)時(shí)，強(qiáng)制PIC2513等調(diào)節(jié)器的PSW值為1，調(diào)節(jié)器輸出為0，且聯(lián)鎖信號(hào)出現(xiàn)期間調(diào)節(jié)器輸出始終為0，調(diào)節(jié)器不受控，待聯(lián)鎖信號(hào)消失后，調(diào)節(jié)器受控。

3.2SIS部分方案實(shí)施

1) 在原料氣停車系統(tǒng)中，需要在聯(lián)鎖動(dòng)作中增加關(guān)閉原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，打開天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512放空。由于改造后原有原料氣壓縮機(jī)流程還有可能運(yùn)行，甚至有可能在裝置運(yùn)行期間在線切換工藝流程，所以在SIS的上位畫面設(shè)置了1個(gè)切換開關(guān)，切換到原料氣壓縮機(jī)位置時(shí)，將內(nèi)部軟開關(guān)C4MODE置為1，旁路天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥的強(qiáng)制開信號(hào)PC2512D和天然氣壓力調(diào)節(jié)閥的強(qiáng)制關(guān)閉信號(hào)PC2515D；當(dāng)切換到西二線位置時(shí)，將內(nèi)部軟開關(guān)WEST2MODE置為1，旁路原料氣壓縮機(jī)打循環(huán)信號(hào)和強(qiáng)制原料氣壓縮機(jī)最小轉(zhuǎn)速信號(hào)；當(dāng)打到中間位置時(shí)，均不旁路，所有聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)都起作用。

2) 裝置主停車系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)需要切斷一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣，原設(shè)計(jì)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)關(guān)閉燃料氣切斷閥，現(xiàn)在原有聯(lián)鎖邏輯中增加聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)PC2514D關(guān)閉燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥。

3) 空壓機(jī)停車系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)需要切斷燃?xì)廨啓C(jī)的燃料氣，原設(shè)計(jì)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)關(guān)閉燃料氣切斷閥，現(xiàn)在原有聯(lián)鎖邏輯中增加聯(lián)鎖動(dòng)作信號(hào)PC2513D關(guān)閉燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥。

4) 在原料氣壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖中，將內(nèi)部軟開關(guān)WEST2MODE加入聯(lián)鎖邏輯中，用于旁路原料氣壓縮機(jī)停機(jī)去原料氣停機(jī)系統(tǒng)聯(lián)鎖信號(hào)，原料氣壓縮機(jī)停車信號(hào)不聯(lián)鎖原料氣系統(tǒng)停車。

系統(tǒng)組態(tài)完成后，經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)，模擬各種異常工況，過程控制穩(wěn)定，各項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作正常，過程控制穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需求，調(diào)試結(jié)束后，交付工藝人員使用。

4結(jié)束語

該控制方案的變更，是為了適應(yīng)工藝條件的變化，因勢利導(dǎo)利用現(xiàn)有控制系統(tǒng)資源實(shí)施的一項(xiàng)變更，真正實(shí)現(xiàn)了投資小、效益大的目的。項(xiàng)目實(shí)施后，可以靈活地實(shí)現(xiàn)第二套合成氨裝置原料氣的切換，西二線高壓天然氣的引入可以節(jié)約部分蒸汽，實(shí)現(xiàn)第二套合成氨裝置蒸汽系統(tǒng)的自給自足，是一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保的技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn):

[1]王群增，鄭秋萍，王燕，等.GB/T 17213.2—2005工業(yè)過程控制閥第2-1部分流通能力安裝條件下流體流量的計(jì)算公式[S].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2]陳剛，沈小堃.高壓差微小流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)與仿真[J].石油化工自動(dòng)化，2015，51(02)： 54-58.

[3]鄭建章.探討調(diào)節(jié)閥的選型及應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表,2012,39(07)： 841-843.

[4]張揚(yáng).EO/EG裝置OMS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中關(guān)鍵閥門的控制方案[J].化工自動(dòng)化及儀表,2015,42(02)： 228-230,233.

[5]吳剛,宋江濤,董興明.安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)間的共用性及聯(lián)系[J].石油化工自動(dòng)化，2015，51(06)： 76-78.

[6]亢海洲，朱建新，方向榮，等.液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力聯(lián)鎖回路的改進(jìn)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2015,42(10)： 1147-1149.

作者簡介：李華山(1973—)，男，新疆石河子人，1995年畢業(yè)于蘭州石油學(xué)校儀表自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化分公司，主要從事儀表維修工作，任高級(jí)技師。

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2016)03-0081-03

稿件收到日期： 2015-12-24，修改稿收到日期： 2016-05-05。