王愛民，鐘凱誠

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

1 干燥塔的工作原理

無熱再生式干燥塔有左右兩塔，正常運行時，一塔進行干燥操作，另一塔進行再生操作。干燥塔內(nèi)裝有干燥劑，靠干燥劑的吸水性將通過干燥塔的氣體中的水分吸附，達到干燥空氣的目的，這一過程稱為干燥過程。壓力下降的干燥空氣，經(jīng)膨脹后在與吸附水分飽和的吸附劑接觸時，吸附劑中的水分向再生空氣轉(zhuǎn)移，這一過程式稱為再生過程[1]。根據(jù)圖 1所示的干燥塔流程，通過再生流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，大約 15%的出口干燥空氣被用來再生干燥劑。標準的無熱再生干燥塔按美國全國電器制造商協(xié)會(NEMA)規(guī)定的 10min循環(huán)設(shè)計：干燥 5min，再生 4min 20s，升壓 30s，降壓 10s。

表1 干燥塔10 min循環(huán)工作梯形圖Tab.1 Ladder diagram of 10-minute cycle work of drying tower

從表1可以看出干燥和再生過程中，左右兩塔的進氣閥和再生閥的位置，左塔進氣閥對應(yīng)圖1中③，左塔再生閥對應(yīng)⑨，右塔進氣閥對應(yīng)④，右塔再生閥對應(yīng)⑩。當(dāng)干燥塔內(nèi)與管道同壓的 5min干燥期間，另一塔的干燥劑進行再生，再生塔的壓力為大氣壓。

圖1 干燥塔流程圖[2]Fig.1 Flow chart of drying tower[2]

2 存在的問題

平臺干燥塔沒有工作異常報警功能，若現(xiàn)場人員未及時發(fā)現(xiàn)，會影響干燥塔的處理效果，造成儀表氣露點過高，在低溫時儀表氣中水分凝露，影響氣動閥門的控制靈敏度和精度，進而影響流程的穩(wěn)定性，甚至造成關(guān)停。

平臺干燥塔曾出現(xiàn)過進口和再生閥、電磁閥全部關(guān)閉的情況，導(dǎo)致后端儀表氣急速下降，由于現(xiàn)場人員反應(yīng)及時，迅速切換至備用干燥塔，避免了平臺停產(chǎn)。如果能增加干燥塔運行狀態(tài)反饋功能，實時監(jiān)控干燥塔實際運行狀態(tài)是否與 PLC發(fā)出的指令一致，當(dāng)出現(xiàn)不一致時，立即輸出聲光報警，提醒人員及時進行處理，避免生產(chǎn)流程受到影響。

3 改造過程

干燥塔新增工作異常報警功能主要檢查 2個方面：首先，監(jiān)測雙塔的進口閥和再生閥的反饋閥位是否與控制器的輸出指令一致；其次，監(jiān)測干燥塔的實際壓力是否與程序控制的壓力一致。

由于平臺干燥塔控制器為廠家封裝產(chǎn)品，無法對原程序進行編輯擴展，增加相應(yīng)報警功能。通過新增西門子S7-200 PLC實現(xiàn)干燥塔異常時輸出相應(yīng)故障報警，并探索使用該西門子控制器代替原控制器，實現(xiàn)干燥塔的干燥和再生控制。

3.1 改造思路與措施

新增干燥塔的閥門狀態(tài)異常報警原理如圖 2所示。從干燥塔原控制器中將雙塔的進口閥和再生閥的4路控制信號引入到新增西門子 S7-200 PLC中，將閥位的反饋信號同樣引入新增PLC中，經(jīng)過對比，如果出現(xiàn)異常即輸出報警。

圖2 改造原理圖Fig.2 Schematic of transformation

新增干燥塔工作壓力異常報警，在干燥塔上新增壓力開關(guān)，監(jiān)測干燥塔在干燥過程中是否能正常升壓，在再生過程中是否能充分泄壓，向新增PLC中實時反饋干燥塔內(nèi)的壓力狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)不符時輸出報警，提醒人員進行倒機檢修。

3.1.1 編寫程序

利用西門子STEP 7編寫程序，包括監(jiān)控干燥塔的進氣、再生閥門開關(guān)狀態(tài)和干燥塔氣壓狀態(tài)，如有異常發(fā)出聲光報警，提醒相關(guān)人員進行處理。

利用STEP 7編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)對干燥塔的進氣、再生閥的指令信號和反饋信號的監(jiān)控，如有異常立即輸出鎖定報警。如圖3所示，當(dāng)B塔的進氣閥的控制信號和反饋信號出現(xiàn)不一致時輸出鎖定報警，并發(fā)出聲光提示。分別對雙塔的進氣和再生閥進行編程，實現(xiàn)對4個閥的實時監(jiān)控。

圖3 監(jiān)控B塔進氣閥異常的程序截圖Fig.3 Program screenshot for monitoring abnormity of tower B inlet valve

利用STEP 7編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)對干燥塔的再生和干燥過程的壓力監(jiān)控，如有異常立即輸出鎖定報警。此段程序針對的是干燥塔閥門由于某種原因引起驅(qū)動機構(gòu)和閥門脫開，無法正常進氣或排氣，但是閥位反饋正常的情況。如圖4所示，當(dāng)塔A處于干燥過程，若壓力開關(guān)未反饋出干燥塔內(nèi)有壓力，輸出鎖定報警；同樣，當(dāng)塔 A 處于再生過程，若壓力開關(guān)未反饋出壓力降低至大氣壓，輸出鎖定報警。

圖4 監(jiān)控A塔運行工作壓力異常的程序截圖Fig.4 Program screenshot for monitoring abnormity of tower A operating pressure

3.1.2 程序測試

為確保和驗證新增 PLC編程的正確性，充分利用現(xiàn)場搭建的 PLC仿真試驗臺對其進行試驗。使用繼電器代表干燥塔的進氣和再生閥門，繼電器的觸點代表閥門的狀態(tài)反饋，按照程序I/O點表進行接線。

進行干燥塔閥門故障報警測試：在閥門應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)時，將閥門的反饋置于打開狀態(tài)，程序能夠輸出閥門故障報警，同時測試其他狀態(tài)閥門狀態(tài)與指令不一致時，能否輸出相應(yīng)的閥門故障報警，實現(xiàn)雙塔的進氣閥和再生閥的實時監(jiān)控，具體見表2。

表2 程序?qū)崿F(xiàn)對各閥門開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控Tab.2 Program achieving to monitor switch state of each valve

進行干燥塔氣壓異常報警測試：用2個手動開關(guān)代替監(jiān)測干燥塔壓力的壓力開關(guān)，當(dāng)塔內(nèi)壓力與工作運行壓力不一致時，能夠輸出壓力故障報警(圖5)。

圖5 利用搭建的PLC仿真臺測試程序Fig.5 Testing program using PLC simulation platform

通過以上測試可知，編寫 PLC程序能夠滿足干燥塔閥門故障和塔內(nèi)壓力異常時，輸出故障報警。

3.1.3 現(xiàn)場安裝

為了保證與原有控制系統(tǒng)相互獨立，在原控制盤內(nèi)新增4個繼電器，將干燥塔雙塔的進氣閥和再生閥4路信號分別引入新增PLC中，進行程序控制。按照程序輸入輸出點位進行安裝和接線，制作支架，對PLC、報警聲光等安裝和固定。經(jīng)現(xiàn)場實際測試，壓力開關(guān)設(shè)定在 0.5MPa，程序監(jiān)控效果較好，能及時有效地輸出報警。

3.2 程序探索

通過對干燥塔工作原理的分析，能夠判斷改造新增的西門子 PLC也可以實現(xiàn)干燥塔的干燥和再生循環(huán)工作過程。編寫相關(guān)控制程序，在 PLC仿真試驗臺上測試，能夠?qū)崿F(xiàn)控制干燥塔運行。通過該西門子PLC控制干燥塔的干燥和再生循環(huán)工作，可以實現(xiàn)干燥塔控制器與平臺其他設(shè)備控制器的統(tǒng)一，有利于優(yōu)化庫存。目前西門子 PLC作為干燥塔專用控制器的備用控制器，一旦專用控制器出現(xiàn)問題，可立即使用該 PLC代替原控制器控制干燥塔的運行，節(jié)省現(xiàn)場檢修時間。

4 效果評價

通過分析干燥塔的工作原理，創(chuàng)新性地提出新增工作異常報警反饋功能。在改造投用 6個月后，出現(xiàn)塔內(nèi)工作壓力異常報警，經(jīng)現(xiàn)場檢查是左塔的再生閥閥桿發(fā)生斷裂，在再生過程中無法泄放濕氣。經(jīng)過現(xiàn)場實際驗證，此次干燥塔改造在干燥塔工作異常時能及時發(fā)出聲光報警，在保證干燥塔運行正常的同時，切實降低了巡檢人員的勞動強度。