董亞凱 陳 選 范立剛

(中國石油蘭州石化公司建設(shè)公司電儀安裝公司，蘭州 730060)

基于PLC的自動反沖洗系統(tǒng)在航煤加氫裝置中的應(yīng)用

董亞凱 陳 選 范立剛

(中國石油蘭州石化公司建設(shè)公司電儀安裝公司，蘭州 730060)

介紹基于PLC的自動反沖洗系統(tǒng)在某航煤加氫裝置中的應(yīng)用，分析了PLC的控制原理、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與面板設(shè)計方案，并介紹了針對系統(tǒng)故障和存在的不足之處進行的改造方案。

自動反沖洗系統(tǒng) PLC邏輯 參數(shù)設(shè)定 故障與改進

自動反沖洗系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石油、造紙、醫(yī)藥、食品、采礦、電力和城市給水領(lǐng)域，是一種先進、高效且易操作的全自動過濾系統(tǒng)。近年來，煉油裝置生產(chǎn)中為確保介質(zhì)進出設(shè)備能得到更好的過濾，也廣泛地應(yīng)用了自動反沖洗系統(tǒng)。中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)40萬t航煤加氫裝置就采用了自動反沖洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC控制，能夠有效減少雜質(zhì)的含量為裝置提供合格原料[1]，實現(xiàn)了及時、自動反沖洗的目的。

筆者分析了PLC的控制原理、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與面板設(shè)計方案，并介紹了針對系統(tǒng)故障和存在的不足之處進行的改造方案。

1 反沖系統(tǒng)工藝流程①

中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)40萬t航煤加氫裝置的自動反沖洗工藝流程如圖1所示，其中，PDT為壓差變送器；過濾閥和反沖洗閥根據(jù)介質(zhì)流量大小可分為若干組，XV-01和XV-03為第一組過濾系統(tǒng)的原料進口閥，XV-05和XV-07為第二組過濾系統(tǒng)的原料進口閥，XV-09和XV-11為第三組過濾系統(tǒng)的原料進口閥，XV-02和XV-04為第一組過濾系統(tǒng)的污油排放閥，XV-06和XV-08為第二組過濾系統(tǒng)的污油排放閥，XV-10和XV-12為第三組過濾系統(tǒng)的污油排放閥。

圖1 自動反沖洗工藝流程

正常運行狀態(tài)下所有過濾閥打開，所有排污閥關(guān)閉，當(dāng)介質(zhì)從原料入口進入后經(jīng)過各組過濾閥，在過濾器中過濾后通過原料出口進入其他設(shè)備。為了防止介質(zhì)殘渣引起過濾器堵塞或者油污過多致使流通性不好，工藝要求定時對過濾器進行反沖洗。為了不影響生產(chǎn)，介質(zhì)可以不間斷地進入裝置，各組要依次進行沖洗。排污時過濾閥關(guān)閉，排污閥打開，介質(zhì)倒沖，經(jīng)排污閥排出。為了更好地實現(xiàn)這個過程，系統(tǒng)采用PLC控制，以實現(xiàn)方便、快捷、有序地對系統(tǒng)進行反沖的功能[2]。

2 PLC控制原理

中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)40萬t航煤加氫裝置的自動反沖洗系統(tǒng)中的PLC控制邏輯如圖2所示，其中T1是過濾閥閥關(guān)時間，T2是反沖閥閥開時間(大小可控制反沖時間)，T3是反沖閥閥關(guān)時間，T4是過濾閥閥開時間，T是反沖周期，M1是第一組強制反沖按鈕，M2是第二組強制反沖按鈕，M3是第三組強制反沖按鈕。

圖2 自動反沖洗系統(tǒng)PLC控制邏輯

從圖2可以看出，系統(tǒng)具有手動強制反沖、壓差自動反沖和DCS定時強制反沖功能，在反沖過程中互為屏蔽，系統(tǒng)在反沖過程中屏蔽壓差信號，在反沖完成后再恢復(fù)檢查狀態(tài)。當(dāng)控制系統(tǒng)進行自動沖洗時，系統(tǒng)會根據(jù)PLC編程自動分組進行排污，如程序開始時，第一組過濾閥XV-01開始關(guān)閉，經(jīng)過時間T1后XV-02閥開始打開，經(jīng)過時間T2后XV-02開始關(guān)閉，再經(jīng)過時間T3后XV-01開始打開，經(jīng)過時間T4后XV-03開始關(guān)閉，經(jīng)過時間T1后XV-04開始打開，經(jīng)過時間T2后XV-04開始關(guān)閉，經(jīng)過時間T3后XV-03開始打開，再經(jīng)過時間T4后系統(tǒng)進行第二組沖洗，依次往后沖洗，直到最后一組沖洗完畢，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，所有過濾閥打開，所有排污閥關(guān)閉。

在系統(tǒng)投入使用前要根據(jù)工藝要求設(shè)置好反沖壓差點(壓差一旦達到該值就進行自動反沖)和反沖周期時間(一次反沖結(jié)束后到下一次反沖的時間間隔)；根據(jù)閥門的實際打開和關(guān)閉時間設(shè)置T1、T2、T3和T4[3]。

3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和面板設(shè)計

中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)40萬t航煤加氫裝置的自動反沖洗系統(tǒng)的主畫面中設(shè)有手動方式和自動方式。系統(tǒng)在手動方式下，按自動按扭就可以取消手動方式進入自動方式；系統(tǒng)在自動方式下，按手動按鈕可取消自動方式進到手動方式。但是系統(tǒng)在自動運行時，必須先按停止鍵才能進行方式轉(zhuǎn)換。主界面中還有參數(shù)設(shè)置鍵和故障畫面，點擊各功能鍵就能進入相應(yīng)的界面。系統(tǒng)操作界面如圖3所示，具體操作方法如下：

a. 系統(tǒng)處在自動方式，按啟動鍵就可以進行自動反沖洗。

b. 圖3中的閥開閥關(guān)，只有系統(tǒng)在手動操作時才有效，自動方式下按此鍵無效。

c. 系統(tǒng)在自動方式下按“人工強制反沖洗”鍵有效；當(dāng)人工強制反沖洗有效時，系統(tǒng)只對當(dāng)前畫界面有效；若要對其他組進行強制反沖洗，可以按左右鍵進入其他界面。

圖3 系統(tǒng)操作界面

參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示，在參數(shù)設(shè)置中，根據(jù)現(xiàn)場實際閥門動作時間和工藝要求，輸入各參數(shù)。需要注意的是，系統(tǒng)只有在停止模式或者在過濾狀態(tài)下設(shè)置的參數(shù)才可以被系統(tǒng)重新使用[4]。

圖4 參數(shù)設(shè)置界面

4 故障與解決辦法

當(dāng)系統(tǒng)停電故障時，過濾閥打開，其他閥門關(guān)閉，PLC控制面板會出現(xiàn)報警畫面；當(dāng)系統(tǒng)中有閥位沒有反饋時，程序在報警的同時會關(guān)閉所有排污閥，打開所有過濾閥；當(dāng)PLC有故障時，也會報警。

在正常工作時，蒸汽會一直流動，致使介質(zhì)中的水分增加并影響介質(zhì)的流動性，原料出口要增加脫氣或脫水設(shè)備。同時，同一組過濾器中當(dāng)一個過濾器流過介質(zhì)時，另一個過濾器反吹掃時會導(dǎo)致部分介質(zhì)倒流。

解決上述問題的方案之一，是將自動反沖洗流程更改為如圖5所示的情況。改造后的自動反沖洗工藝中新增閥門有：HV-01和XV-03為第一組過濾系統(tǒng)的原料閥，HV-05和HV-07為第二組過濾系統(tǒng)的原料閥，HV-09和HV-11為第三組過濾系統(tǒng)的原料閥，HV-02和HV-04為第一組過濾系統(tǒng)的蒸汽閥，HV-06和HV-08為第二組過濾系統(tǒng)的蒸汽閥，HV-10和HV-12為第三組過濾系統(tǒng)的蒸汽閥。

圖5 自動反沖洗流程改造方案一

正常生產(chǎn)過濾時所有過濾系統(tǒng)閥開，蒸汽系統(tǒng)閥門關(guān)閉。當(dāng)控制系統(tǒng)進行自動沖洗時，系統(tǒng)會根據(jù)PLC邏輯自動分組進行排污。如程序開始時，第一組閥XV-01和HV-01開始關(guān)閉，經(jīng)時間T1后XV-02與HV-02 開始打開，經(jīng)時間T2后XV-02和HV-02開始關(guān)閉，再經(jīng)時間T3后XV-01與HV-01開始打開，經(jīng)時間T4后XV-03和HV-03開始關(guān)閉，經(jīng)時間T1后XV-04與HV-04開始打開，經(jīng)時間T2后XV-04和HV-04開始關(guān)閉，經(jīng)時間T3后XV-03與HV-03開始打開，再經(jīng)時間T4后系統(tǒng)進行第二組沖洗，依次往后沖洗，直到最后一組沖洗完畢，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。

這個方案能夠很好地解決蒸汽竄入原料的問題，出口不用增加脫氣或脫水設(shè)備，而且每一組反吹掃時還是分開進行。唯一的缺點是增加閥門太多，增加了工程費用。

方案二對自動反沖洗流程更改為如圖6所示，設(shè)置XV-01和XV-02為第一組過濾閥，XV-05和XV-06為第一組過濾閥，XV-09和XV-10為第一組過濾閥，XV-03和XV-04為第一組反沖閥，XV-07和XV-08為第一組反沖閥，XV-11和XV-12為第一組反沖閥。

圖6 自動反沖洗流程改造方案二

正常運行時所有過濾閥打開，反沖閥關(guān)閉。當(dāng)控制系統(tǒng)進行自動沖洗時，系統(tǒng)會根據(jù)PLC邏輯自動分組進行排污。如程序開始時，第一組閥XV-01和XV-02開始關(guān)閉，經(jīng)過時間T1后XV-03與XV-04開始打開，經(jīng)過時間T2后XV-03與XV-04開始關(guān)閉，再經(jīng)過時間T3后XV-01和XV-02開始打開，再經(jīng)過時間T4后系統(tǒng)進行第二組沖洗，依次往后沖洗，直到最后一組沖洗完畢，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。

方案二同樣能夠很好地解決蒸汽竄入原料的問題，出口不用增加脫氣或脫水設(shè)備，所用閥門很少，降低了工程費用。缺點是每一組反吹掃時不能分開進行，相對來說影響了原料流量。

5 結(jié)束語

中國石油蘭州石化公司年產(chǎn)40萬t 航煤加氫裝置采用了方案一中的基于PLC控制的自動反沖洗系統(tǒng)，實現(xiàn)了方便、快捷、準(zhǔn)確的自動反沖洗，現(xiàn)場沒有工作人員也會準(zhǔn)確有序地實現(xiàn)反沖，提高了裝置的運行效率，降低了操作人員的勞動強度。

[1] 侯志林.過程控制與自動化儀表[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[2] 馬天慶.利用PLC實施自動反吹控制系統(tǒng)改造[J].河南化工,2003,(9):49～50.

[3] 姚峰,張新來,陳章海,等.自動反吹洗過濾器在20萬航煤加氫裝置的應(yīng)用[J].石油和化工設(shè)備,2009,12(10):27～28.

[4] 中國石化集團公司.石油化工設(shè)備維護檢修規(guī)程(儀表分冊)[M].北京:中國石化出版社,2004.

2016-04-27(修改稿)

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