王福兵，王少勇

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某煉油廠焦化裝置采用兩爐四塔的工藝生產(chǎn)方案，焦炭塔頂蓋機(jī)原設(shè)計(jì)選用旋啟式結(jié)構(gòu)，具有體積小、可遠(yuǎn)程控制、開關(guān)蓋時(shí)間較短的優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)備本體不符合本質(zhì)安全的要求，PLC柜內(nèi)繼電器在接收到相關(guān)信號(hào)后，接通旋啟式頂蓋機(jī)液壓控制系統(tǒng)動(dòng)力電源，隨后操作人員操作現(xiàn)場(chǎng)液壓控制系統(tǒng)開關(guān)頂蓋機(jī)，該過程中控制系統(tǒng)沒有監(jiān)控和聯(lián)鎖保護(hù)功能，增加了人為誤動(dòng)作的隱患。同時(shí)旋啟式頂蓋機(jī)在使用過程中存在故障率高、備件耗損快、維修頻繁、維護(hù)費(fèi)用逐年攀升，開關(guān)蓋過程復(fù)雜，人為確認(rèn)項(xiàng)多等缺陷。

中國(guó)頂蓋機(jī)生產(chǎn)廠家于2009年開發(fā)研制出單閘板式頂蓋機(jī)，并于2012年逐步替代了旋啟式頂蓋機(jī)。2014年該煉油廠焦化裝置利用停工大檢修機(jī)會(huì)，在2套焦炭塔上安裝了新型閘板式頂蓋機(jī)，并成功投用。

1 閘板式頂蓋機(jī)概述

閘板式頂蓋機(jī)采用類似閘閥結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)2根絲杠，將螺母套在絲杠上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)閘板實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作。以20組高溫碟簧提供密封力，在開關(guān)閥的過程中使密封力不卸載，確保了關(guān)閥后的安全密封，且能夠補(bǔ)償因溫度與密封應(yīng)力所產(chǎn)生的變形，從而實(shí)現(xiàn)了閥門的高密封性能。工作時(shí)兩端封頭內(nèi)均通入蒸汽，蒸汽壓力采用定壓控制，壓力高于上塔口介質(zhì)壓力0.1 MPa以上，起輔助密封作用，從而確保了密封介質(zhì)不外漏。

1) 閘板式頂蓋機(jī)優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備本體為本質(zhì)安全，不會(huì)出現(xiàn)突然打開、泄漏、著火等惡性事故；全密閉操作，操作簡(jiǎn)單，減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境；具備安全聯(lián)鎖功能，可防止誤操作。

2) 閘板式頂蓋機(jī)缺點(diǎn)。相對(duì)旋啟式頂蓋機(jī)，儀表聯(lián)鎖和控制方案比較復(fù)雜，儀表調(diào)試難度較大。

2 頂蓋機(jī)控制方案改造

2.1 增加的信號(hào)類型

閘板閥頂蓋機(jī)機(jī)體上全開/全關(guān)接近開關(guān)，利用原旋啟式頂蓋機(jī)上遺留的全開/全關(guān)接近開關(guān)信號(hào)接線，接近開關(guān)干接點(diǎn)觸點(diǎn)信號(hào)先接入水力除焦PLC柜內(nèi)繼電器線圈，對(duì)應(yīng)繼電器的5/9常開觸點(diǎn)接入焦化SIS作為DI信號(hào)，8/12常開觸點(diǎn)接入水力除焦PLC作為DI信號(hào)。

頂蓋機(jī)控制方案改造中，增加了以下信號(hào)類型：

1) 焦化SIS增加了鎖銷位置開關(guān)信號(hào)及頂蓋機(jī)全開/全關(guān)位置開關(guān)信號(hào)。

2) 水力除焦系統(tǒng)送至SIS的允許關(guān)信號(hào)。

3) 閘板式頂蓋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作柱開/關(guān)/停指令信號(hào)。

4) SIS向電動(dòng)閥發(fā)出的各類動(dòng)作指令的DO信號(hào)。

5) SIS向現(xiàn)場(chǎng)操作柱發(fā)出的用于全開/全關(guān)到位指示燈顯示的DO信號(hào)。

頂蓋機(jī)控制方案改造中具體接線如圖1所示。

2.2 原有接線的改動(dòng)

焦化SIS向原旋啟式頂蓋機(jī)發(fā)出的允許動(dòng)作信號(hào)原設(shè)計(jì)是進(jìn)入水力除焦PLC的，現(xiàn)將該信號(hào)接線改接至電動(dòng)閥接線盤內(nèi)，作為電動(dòng)閥允許開信號(hào)；取消了水力除焦PLC柜內(nèi)的SIS允許頂蓋機(jī)動(dòng)作接線，具體接線如圖2所示。

2.3 主要優(yōu)化點(diǎn)

焦化DCS增加了電動(dòng)閥開關(guān)動(dòng)作過程中的力矩顯示AI信號(hào)、電動(dòng)閥故障報(bào)警DI信號(hào)、電動(dòng)閥內(nèi)部開關(guān)到位回訊DI信號(hào)。水力除焦PLC增加了去SIS的允許關(guān)DO信號(hào),該信號(hào)與鎖銷位置接近開關(guān)信號(hào)在SIS中組成了允許關(guān)的判斷邏輯,提高了閘板式頂蓋機(jī)的動(dòng)作安全性。

焦化SIS負(fù)責(zé)控制閘板式頂蓋機(jī)的動(dòng)作過程，對(duì)頂蓋機(jī)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)均為干接點(diǎn)形式，電動(dòng)閥內(nèi)接線端子對(duì)應(yīng)的作用如下： 端子5對(duì)應(yīng)直流24 V的正級(jí)；端子4，31，36在執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)短接，對(duì)應(yīng)直流24 V的負(fù)級(jí)；端子33對(duì)應(yīng)關(guān)指令NO；端子34對(duì)應(yīng)停指令NC；端子35對(duì)應(yīng)開指令NO；端子37對(duì)應(yīng)允許開指令NO；端子38對(duì)應(yīng)允許關(guān)指令NO，31為端子33，34，35，37，38的公共端。

2.4 電動(dòng)閥設(shè)置項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)電動(dòng)閥接線正確后需要做以下設(shè)置才能實(shí)現(xiàn)焦化SIS對(duì)閘板式頂蓋機(jī)的動(dòng)作控制：

1) 電動(dòng)閥設(shè)置畫面的初級(jí)菜單中的關(guān)閥方向C1應(yīng)設(shè)置為順時(shí)針，C2設(shè)置為CL限位關(guān)閥，C3設(shè)置為OL限位開閥。電動(dòng)閥首次使用時(shí)需根據(jù)閘板閥現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際全開/全關(guān)的位置來設(shè)置電動(dòng)閥的開關(guān)限位，將關(guān)閥力矩TC設(shè)置為60，開閥力矩TO設(shè)置為60。

2) 次級(jí)菜單中的外部聯(lián)鎖A8設(shè)置為ON，該功能打開后可接受SIS的允許開/允許關(guān)信號(hào)。遠(yuǎn)程控制源OD設(shè)置為硬接線模式(RE)；觸點(diǎn)S1/S2設(shè)置為全開限位(OP)，觸點(diǎn)形式設(shè)置為常開(NO)；觸點(diǎn)S3/S4設(shè)置為全關(guān)限位(CL)，觸點(diǎn)形式設(shè)置為常開(NO)。觸點(diǎn)的作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥向焦化DCS送全開/全關(guān)位置信號(hào)。

圖1 頂蓋機(jī)控制方案改造接線示意

2.5 閘板式頂蓋機(jī)打開時(shí)的控制過程

閘板式頂蓋機(jī)打開時(shí)控制過程如下：

1) 焦化SIS向電動(dòng)閥發(fā)出允許開指令，電動(dòng)閥內(nèi)5/37接線端子閉合；操作人員現(xiàn)場(chǎng)按下頂蓋機(jī)遠(yuǎn)程操作柱開指令；焦化SIS接收到遠(yuǎn)程操作柱開指令信號(hào)后再輸出開閥指令(DO信號(hào))至電動(dòng)閥，電動(dòng)閥內(nèi)5/35接線端子閉合，電動(dòng)閥開始驅(qū)動(dòng)閘板式頂蓋機(jī)打開，開閥過程中的電動(dòng)閥力矩信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至DCS。

2) 當(dāng)頂蓋機(jī)全開到位后，機(jī)體上的全開到位接近開關(guān)信號(hào)同時(shí)送至焦化SIS和水力除焦PLC內(nèi)；SIS接收到全開到位信號(hào)后，再向頂蓋機(jī)遠(yuǎn)程操作柱全開指示燈發(fā)出亮燈指令，遠(yuǎn)程操作柱全開指示燈亮起，同時(shí)電動(dòng)閥內(nèi)部全開到位，回訊S1/S2觸點(diǎn)閉合向DCS發(fā)出頂蓋機(jī)全開到位信號(hào)，至此整個(gè)閘板式頂蓋機(jī)開閥過程結(jié)束。

閘板式頂蓋機(jī)關(guān)閉時(shí)的控制過程與開蓋過程基本一致，在此不再贅述。

圖2 焦化SIS原有接線的改動(dòng)示意

3 頂蓋機(jī)控制方案改造后的優(yōu)勢(shì)及效果

閘板式頂蓋機(jī)采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頂蓋機(jī)開關(guān)動(dòng)作，對(duì)比原旋啟式頂蓋機(jī)的控制系統(tǒng)，閘板式頂蓋機(jī)控制系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新：

1) 儀表顯示信號(hào)、控制信號(hào)、聯(lián)鎖信號(hào)在焦化 SIS和DCS以及水力除焦PLC中相互交叉?zhèn)魉停瑢?shí)現(xiàn)了焦化SIS和DCS以及水力除焦PLC可同步監(jiān)控頂蓋機(jī)動(dòng)作過程的目的。

2) 閘板式頂蓋機(jī)控制系統(tǒng)增加了聯(lián)鎖保護(hù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

a) 在焦化SIS中增加了頂蓋機(jī)鎖銷插拔位置信號(hào)，并將鎖銷位置信號(hào)添加至頂蓋機(jī)允許開/允許關(guān)邏輯判斷里，徹底消除了頂蓋機(jī)開關(guān)動(dòng)作前操作人員忘記提鎖銷的隱患。

b) 焦化SIS的事件記錄功能(SOE),可實(shí)時(shí)記錄頂蓋機(jī)開關(guān)動(dòng)作過程中關(guān)鍵操作變量的變化過程，方便操作人員監(jiān)控頂蓋機(jī)運(yùn)行工況，分析判斷頂蓋機(jī)動(dòng)作故障。

c) 電動(dòng)閥內(nèi)部設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)功能，當(dāng)閘板式頂蓋機(jī)在開關(guān)過程中出現(xiàn)卡澀無法動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)閥將啟動(dòng)超力矩聯(lián)鎖保護(hù)功能自動(dòng)停止動(dòng)作，并向焦化DCS發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)。

d) 儀表聯(lián)鎖保護(hù)邏輯提高了頂蓋機(jī)操作過程中的安全性，消除了頂蓋機(jī)誤動(dòng)作的隱患，儀表聯(lián)鎖邏輯如圖3所示。

圖3 儀表聯(lián)鎖邏輯示意

3) 在焦化DCS里增加了頂蓋機(jī)電動(dòng)閥開關(guān)力矩測(cè)量信號(hào)，操作人員可在中心控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控頂蓋機(jī)開關(guān)動(dòng)作過程中的力矩變化過程，幫助操作人員提前發(fā)現(xiàn)頂蓋機(jī)結(jié)焦卡澀等隱患，延長(zhǎng)了閘板式頂蓋機(jī)的運(yùn)行壽命。

4) 改造后的頂蓋機(jī)具有全密閉操作，環(huán)境友好，將開蓋后大量蒸汽通過負(fù)壓抽至專門的蒸汽回收系統(tǒng)處理，避免了環(huán)境污染。

4 結(jié)束語(yǔ)

閘板式頂蓋機(jī)控制系統(tǒng)投用后，工作穩(wěn)定、工藝操作簡(jiǎn)單、安全可靠，大幅減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了裝置的平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。