陳龍

[摘? ? 要 ]溶劑脫瀝青裝置原儀表采用二次盤裝儀表控制，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率僅97%、90%、95%，通過DCS改造更新為DeltaV中文控制系統(tǒng)，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率分別提高至99.5%、99.7%、97.2%。

[關(guān)鍵詞]DeltaV ;溶劑脫瀝青;DCS;改造

[中圖分類號]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–000–03

Application of DeltaV Control System in DCS Reconstruction

of Solvent Deasphalting Unit

Chen Long

[Abstract]The original instrument of the solvent deasphalting device is controlled by a secondary panel-mounted instrument. The instrument integrity rate， automatic control rate， and stability rate are only 97%， 90%， and 95%. It is updated to the DeltaV Chinese control system through DCS transformation. The instrument integrity rate is only 97%， 90%， and 95%. The self-control rate and stability rate were increased to 99.5%， 99.7%， and 97.2% respectively.

[Keywords]DeltaV; solvent deasphalting; DCS; transformation

溶劑脫瀝青裝置自1990年4月投產(chǎn)以來，其儀表一直使用二次盤裝儀表控制，多數(shù)盤裝儀表已經(jīng)使用20余年，原產(chǎn)品廠家已停產(chǎn)，備品備件已不支持，加上裝置原配置還有部分機(jī)械式儀表和氣動基地式儀表，裝置日常維護(hù)十分困難，無法滿足安全長周期運行的需要。

為了提高裝置儀表控制的性能，2013年中石化廣州分公司立項投資210萬元，委托中石化南京工程有限公司對溶劑脫瀝青裝置進(jìn)行集中控制改造設(shè)計，改造內(nèi)容包括：儀表控制系統(tǒng)改為DCS;對部分機(jī)械式儀表和氣動基地式儀表進(jìn)行更新;儀表供電系統(tǒng)改造;DCS、儀表電源整改、機(jī)柜間環(huán)境整改;配套的電纜及施工。

經(jīng)中石化廣州分公司統(tǒng)一招標(biāo)，溶劑脫瀝青裝置DCS采用美國艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的DeltaV10.3.2中文版控制系統(tǒng)，該項目于2013年5月與溶脫裝置大修同步施工，由建安分公司完成施工安裝任務(wù)，并于2013年6月12日改造完成投用。改造投用后，為溶脫裝置提高儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率發(fā)揮了重要作用。

1 溶劑脫瀝青裝置工藝簡介

溶劑脫瀝青裝置采用美國UOP公司的Demex工藝，設(shè)計加工量60萬t/a（丁烷溶劑），以減壓渣油作為原料，通過亞臨界抽提、超臨界回收、汽提回收，將減壓渣油分割成脫瀝青油、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)3種中間產(chǎn)品。脫瀝青油可作為重油催化裂化原料，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)大部分與減壓渣油進(jìn)一步調(diào)和成高等級道路瀝青，調(diào)和剩余部分瀝青質(zhì)送焦化摻煉。工藝流程如圖1所示。

2 DCS改造方案

2.1 新增DCS控制系統(tǒng)

新增DCS采用DeltaV控制系統(tǒng)，DCS控制站、安全柵柜、端子柜、電源柜安裝在現(xiàn)場機(jī)柜間;同時在溶劑脫瀝青裝置的現(xiàn)場機(jī)柜間，安裝1臺操作站作為外操監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場使用;東區(qū)集中控制室內(nèi)安裝2臺操作站，控制室二樓安裝1臺工程師站、1臺OPC站，控制室內(nèi)的操作站通過系統(tǒng)冗余光纖設(shè)備與現(xiàn)場機(jī)柜間的控制柜進(jìn)行通信。DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

DCS的規(guī)模見表1，根據(jù)控制規(guī)模，DeltaV控制系統(tǒng)配置了冗余I/O卡件，所有機(jī)柜保留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間。

軟件部分，DCS版本為目前最新的DeltaV10.3.2中文版控制系統(tǒng)，以Window7操作系統(tǒng)為操作環(huán)境，包含組態(tài)軟件、工具軟件、控制軟件、生產(chǎn)管理軟件等工程軟件。

2.2 機(jī)柜間電氣/土建工程

根據(jù)DCS改造需要，將原二次儀表盤機(jī)柜間改造為DCS機(jī)柜間，處理原機(jī)柜安裝位置的地面，敷設(shè)防靜電地板，墻面翻修，增加隔離墻。照明系統(tǒng)，空調(diào)電源敷設(shè)安裝，儀表接地系統(tǒng)重新敷設(shè)，增加UPS系統(tǒng)。

由于操作站、工程師站和OPC站在東區(qū)集中控制室（原焦化一總控室），而控制柜、外操監(jiān)測站在現(xiàn)場機(jī)柜間（原溶劑脫瀝青裝置外操室），為提高供電冗余和可靠性，分別配置了UPS系統(tǒng)。其中機(jī)柜間利舊原儀表盤控制器UPS，控制室與焦化二、焦化三、芳烴裝置操作站共用1套UPS。供電系統(tǒng)見圖3。

2.3 現(xiàn)場機(jī)械式/氣動基地式儀表改造

為配合DCS改造，需要對現(xiàn)場機(jī)械式/氣動基地式儀表進(jìn)行更新改造，改造共更新了8臺壓力變送器，9臺差壓變送器，2臺孔板流量計，2臺渦街流量計，5臺可燃?xì)鈭缶鳌?/p>

2.4 可燃?xì)鈭缶到y(tǒng)改造

裝置原有的4臺可燃?xì)鈭缶瘍x增加至5臺，改為4～20 mA信號輸入并引進(jìn)DCS中顯示。

3 DeltaV控制系統(tǒng)在改造中的應(yīng)用與效果

3.1 改造前后儀表完好率與自控平穩(wěn)率對比

（1）儀表完好率對比。改造前由于二次盤裝儀表使用時間長，設(shè)備零件老化，而產(chǎn)品廠家已停產(chǎn)，備件不支持導(dǎo)致無法修復(fù)，儀表完好率僅97%，影響裝置安全平穩(wěn)運行，具體體現(xiàn)在：

①調(diào)節(jié)儀表故障，主要包括調(diào)節(jié)儀面板故障、數(shù)據(jù)線路老化接觸不良、電源保險絲燒毀、安全柵故障等，導(dǎo)致儀表參數(shù)無顯示或無法調(diào)節(jié)，甚至出現(xiàn)閥位全開或全關(guān)，影響裝置安全生產(chǎn);②記錄儀表故障，包括液晶顯示屏故障、記錄儀按鈕故障、記錄儀指針沒墨等，導(dǎo)致無法查看儀表歷史趨勢;③聲光報警指示故障，包括報警沒聲音、報警指示燈不亮等，影響生產(chǎn)參數(shù)波動處理;④現(xiàn)場氣動基地式儀表故障，主要是現(xiàn)場儀表容易進(jìn)水進(jìn)灰塵阻塞氣管、儀表膜片等零件老化損壞而沒有備件更新，導(dǎo)致基地式儀表無法自動調(diào)節(jié)，需要手動調(diào)節(jié)或開副線閥操作。

DCS改造后，采用DeltaV集中控制系統(tǒng)，以上儀表故障問題得到徹底解決，儀表完好率提高至99.5%。

①調(diào)節(jié)器、歷史趨勢記錄、報警聲光提示均在DCS畫面中控制及顯示，不存在調(diào)節(jié)儀面板故障、記錄儀屏幕按鈕故障、報警指示燈故障等硬件故障問題;②由于儀表控制柜和UPS系統(tǒng)更新，儀表電源及安全柵故障率也大幅降低，2013年改造后至今未出現(xiàn)過儀表電源故障，安全柵故障僅出現(xiàn)2例;③現(xiàn)場氣動基地式儀表全部更新后，徹底解決了氣管阻塞、零件老化損壞的問題。

（2）儀表自控平穩(wěn)率對比。改造前由于儀表完好率低，F(xiàn)RC-103、LRCAHL-103、TRC-103、PIC-112、PIC-101等控制回路無法自動調(diào)節(jié)，長期處于手動狀態(tài)，裝置儀表自控率在90.0%左右。以上儀表由于手動控制，操作參數(shù)無法精確控制，影響裝置儀表平穩(wěn)率，裝置儀表平穩(wěn)率在95.0%左右。

DCS改造后，控制系統(tǒng)更新為DeltaV集中控制系統(tǒng)，儀表自控率、平穩(wěn)率分別提高至99.7%、97.2%。改造前后裝置儀表自控率、平穩(wěn)率對比見表2。

在儀表自控率、平穩(wěn)率的數(shù)據(jù)統(tǒng)計上，由于改造前沒有數(shù)據(jù)自動采集，只能由技術(shù)員人工統(tǒng)計數(shù)據(jù)，統(tǒng)計頻率為1次/1d，統(tǒng)計數(shù)據(jù)也只能統(tǒng)計主要調(diào)節(jié)儀表，無法覆蓋全部儀表，影響統(tǒng)計數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。由于DCS改造后新增了OPC數(shù)采功能，全部儀表參數(shù)都可采集上傳至MES實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采集頻率提高至1次/min，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性有了極大提高。

3.2 復(fù)雜控制回路方案

3.2.1 選擇控制回路

抽提器界位LRCAHL-102是重要控制工藝參數(shù)，因而配置了2套雙法蘭界位計，在DeltaV控制系統(tǒng)中，通過設(shè)置手動選擇器，可以自由選擇其中1個界位輸入與調(diào)節(jié)閥組成PID回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，在某一個界位計失靈或故障時，可以立即切換至另一界位輸入，大幅提高了回路冗余性和可靠性。與LRCAHL-102相類似的選擇控制回路還有沉降器界位控制LRCAHL-103、抽提進(jìn)料流量控制FRC-102、膠質(zhì)汽提塔液位控制LRCAHL-114、瀝青汽提塔液位控制LRCAHL-115。

3.2.2 比例控制回路

道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)由膠質(zhì)調(diào)和流控FFRC-101、瀝青調(diào)和流控FFRC-102、渣油調(diào)和流控FRC-130三個回路和靜態(tài)混合器M-105組成，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、渣油按一定調(diào)和比例進(jìn)入靜態(tài)混合器，調(diào)和成合格的70#或90#高等級道路瀝青。通過在DeltaV控制系統(tǒng)中組態(tài)設(shè)置比例控制，以FRC-130為主回路，F(xiàn)FRC-101、FFRC-102為副回路，可以實現(xiàn)比例自動控制，從而穩(wěn)定道路瀝青質(zhì)量。

3.2.3 串級控制回路

為了穩(wěn)定控制抽提器界位，LRCAHL-102與抽提底抽出流量控制FRC-112、FRC-113組成串級回路，同樣串級控制的還有沉降器界位控制、加熱爐出口溫度控制等8個控制回路。

3.2.4 分程控制回路

為了穩(wěn)定控制抽提溫度，TRC-102采用A、B閥分程控制方式，與之類似的分程控制回路還有溶劑溫度控制、溫水溫度控制、調(diào)和蒸汽壓力控制共4個回路。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)

DeltaV通信網(wǎng)絡(luò)包含生產(chǎn)過程控制網(wǎng)和工廠管理網(wǎng)，符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，通信速度不低于10 Mb/s，最小通信間距大于1.5 km。通信網(wǎng)絡(luò)能與工廠管理網(wǎng)互聯(lián)，同時系統(tǒng)具有OPC開放的接口，可以與工廠上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。目前DeltaV DCS數(shù)據(jù)通過OPC站可以與生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、MES操作管理、SMES操作管理、自控平穩(wěn)率監(jiān)控系統(tǒng)等生產(chǎn)管理系統(tǒng)互聯(lián)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、物料能耗統(tǒng)計、自控平穩(wěn)率監(jiān)控等功能。

3.4 可在線擴(kuò)展性能

DeltaV控制系統(tǒng)預(yù)留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間，同時可以在線增加測量點和控制回路，不影響正常生產(chǎn)。DCS改造后，裝置陸續(xù)新上了退溶劑至脫硫項目、一鍵停爐系統(tǒng)、硫化氫在線報警系統(tǒng)、P-103干氣密封報警系統(tǒng)，以上項目新上儀表均能在線組態(tài)安裝投用，對裝置技措改造的在線實施提供了極大便利。

4 存在問題及解決方案

4.1 加熱爐余熱回收系統(tǒng)電纜隱患

2015年8月陸續(xù)發(fā)現(xiàn)加熱爐余熱回收系統(tǒng)儀表電纜故障，出現(xiàn)短路問題，其中AIC-101儀表閥位電纜短路導(dǎo)致爐H-101風(fēng)門全關(guān)，因及時處理未造成熄爐緊急停工事故。經(jīng)儀表全面排查，發(fā)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)5條24芯主纜中有3條主纜均檢測電阻不合格，其中涉及儀表測量和控制點31個，懷疑施工時埋地電纜有損傷導(dǎo)致。為解決此安全隱患，儀控中心立項重新鋪設(shè)電纜，裝置配合將問題電纜全部進(jìn)行在線更換，該項目于2015年11月施工完畢。

4.2 歷史趨勢服務(wù)授權(quán)不足

DeltaV項目設(shè)計時沒有設(shè)置獨立的歷史趨勢服務(wù)器，而是將歷史數(shù)據(jù)分成三部分儲存在OP1、OP2、APP三臺不同操作站中，每個操作站默認(rèn)授權(quán)最大容量為250點，操作人員查看工藝參數(shù)歷史趨勢時，需要在OP1、OP2、APP操作站數(shù)據(jù)服務(wù)器之間頻繁切換，對查看關(guān)鍵參數(shù)運行變化、全面在線監(jiān)控造成極大不便。建議采購增加歷史服務(wù)授權(quán)，采購費用約5.6萬元。

4.3 OPC站數(shù)采授權(quán)不足

因OPC站默認(rèn)數(shù)采授權(quán)最多只能采集500個點，目前裝置需采集位號已達(dá)515個，超出了授權(quán)最大數(shù)量，建議采購增加該項服務(wù)授權(quán)。未采購前的解決方案是：刪除15個較不重要可以暫時不采集的位號，先保證500個位號可以正常采集，待授權(quán)購買后再啟用該15個位號。

4.4 道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)流程優(yōu)化

道路瀝青調(diào)和系統(tǒng)中，因受管道管徑和瀝青質(zhì)流量計FFRC-102量程限制，道路瀝青產(chǎn)量最大只能達(dá)到1 600t/d，瀝青質(zhì)不能完全去調(diào)和道路瀝青，部分瀝青質(zhì)送焦化轉(zhuǎn)化成焦炭和干氣，影響裝置效益。為了提高道路瀝青產(chǎn)量，在油種合適時將全部瀝青質(zhì)調(diào)和道路瀝青，計劃2017年大修對調(diào)和系統(tǒng)流程進(jìn)行優(yōu)化，即將調(diào)和瀝青管徑擴(kuò)至DN150，F(xiàn)FRC-102由25 t/h擴(kuò)量程至40 t/h，同時增加減壓渣油至半瀝青跨線，該項目在2017年煉油二系列大修時同步實施。

5 結(jié)語

（1）DeltaV控制系統(tǒng)自2013年投用實際運行，儀表完好率、自控率、平穩(wěn)率分別由97%、90%、95%提高至99.5%、99.7%、97.2%。整個工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，滿足溶劑脫瀝青裝置生產(chǎn)控制需要。

（2）DeltaV控制系統(tǒng)能與分公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)良好互聯(lián)，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、提高運行管理提供極大便利。

（3）DeltaV控制系統(tǒng)預(yù)留了20%備用安裝空間，可以在線增加測量點和控制回路，不影響正常生產(chǎn)，為技改技措的在線實施提供了有利條件。

（4）2015年加熱爐余熱回收系統(tǒng)儀表電纜出現(xiàn)故障問題，2015年11月通過在線更換儀表電纜，該問題得到解決。

（5）DeltaV控制系統(tǒng)目前存在歷史趨勢服務(wù)授權(quán)不足和OPC數(shù)采授權(quán)不足的問題，影響歷史趨勢數(shù)據(jù)查看和MES實時數(shù)據(jù)采集，建議采購增加授權(quán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬.自動控制技術(shù)在裝置的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（25）：2150-2151.