DCS系統(tǒng)聯(lián)合燃燒器控制柜在熱媒爐項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐

黃紅芳

（江蘇聯(lián)東化工股份有限公司，江蘇丹陽 212300）

0 引言

長期以來，江蘇聯(lián)東化工股份有限公司一直依賴外單位供應(yīng)蒸汽作為生產(chǎn)能源。由于各種原因滿足不了生產(chǎn)周期的需要，因此，公司決定對(duì)能源部分實(shí)行技改新上項(xiàng)目，以便自給自足，擺脫受制于人的局面。

1 工藝簡介

為了節(jié)約能源成本，公司在2009 年決定新上400 萬大卡/臺(tái)的熱媒站項(xiàng)目。其中包括以天燃?xì)夂腿剂嫌蜑槿剂系募訜釥t2臺(tái)、蒸汽鍋爐1 臺(tái)。加熱爐熱媒載體為本公司生產(chǎn)的HD-320導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油的出爐溫度控制在245℃，一部分進(jìn)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，蒸汽用于加氫裝置部分換熱器的小幅度提溫使之進(jìn)反應(yīng)器的物料溫度達(dá)到工藝要求，另一部分供應(yīng)廠區(qū)的消防和吹掃蒸汽。導(dǎo)熱油的大部分經(jīng)出熱媒管線進(jìn)入分餾塔的熱交換器去加熱分餾塔的冷化工原料，使之升溫到一定的溫度以達(dá)到工藝要求達(dá)到分餾的目的。

熱媒站項(xiàng)目作為生產(chǎn)的核心能源供應(yīng)工段，對(duì)于生產(chǎn)的安全連續(xù)性起著舉足輕重的作用。由于這個(gè)工藝涉及到對(duì)燃燒器的控制、天然氣的易燃易爆性、鍋爐汽包的爆炸性等危害性，因而對(duì)此項(xiàng)目的自動(dòng)化控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)實(shí)施的每一個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)、可靠、聯(lián)鎖、安全都提出了嚴(yán)格的要求。如何確保項(xiàng)目的安全、圓滿、順利地運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期要求與目標(biāo)，這對(duì)項(xiàng)目實(shí)施人員是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。經(jīng)過聯(lián)合工藝要求與多方面人員的協(xié)調(diào)，經(jīng)過從設(shè)計(jì)、施工、試運(yùn)行、完善修整各環(huán)節(jié)把控，目前這套裝置已安全、高效、高度自動(dòng)化地運(yùn)行了5 年。

2 控制系統(tǒng)介紹

2.1 燃燒器的控制

本系統(tǒng)采用高效節(jié)能進(jìn)口意大利歐保品牌燃燒器，燃料為氣、油兩用，其核心技術(shù)是對(duì)燃燒器的控制。其自控先進(jìn)性表現(xiàn)在能自動(dòng)監(jiān)察故障的發(fā)生，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)停機(jī)，確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。由于涉及點(diǎn)火前的氣體泄漏檢查、點(diǎn)火安全、火苗的充分燃燒、熱空和燃?xì)獾淖罴雅浔取⒊鲇蜏囟鹊木珳?zhǔn)控制，因此廠家提供了電氣控制原理圖。為節(jié)約成本，公司技術(shù)人員根據(jù)提供的圖紙與實(shí)物，自行再包實(shí)施對(duì)控制柜的制作與電氣接線調(diào)試工作。

2.2 燃燒系統(tǒng)的組成及工作流程

天燃?xì)饨?jīng)過球閥、過濾器、調(diào)壓器、電磁閥及燃燒器進(jìn)口處的氣體蝶閥進(jìn)入燃燒器，球閥是與外來氣源通、斷的總閥，電磁閥由燃燒器的控制器根據(jù)燃燒工況自動(dòng)控制打開或關(guān)閉。因?yàn)槿細(xì)夤苈繁仨殗?yán)防泄漏，因此管路上配有檢漏泵，若有漏氣情況發(fā)生，檢漏泵的壓力信號(hào)會(huì)通過控制電路自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，確保生產(chǎn)安全。燃燒器必須在滿足一定壓力條件下才能工作，因此管路上還配有壓力開關(guān)。當(dāng)燃?xì)鈮毫_(dá)到所需壓力時(shí)，電磁閥才會(huì)打開，燃燒器才能投入工作。氣體蝶閥根據(jù)燃燒工況，由控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣開度。

2.3 電氣控制柜組件

控制柜內(nèi)部布局有西門子檢漏儀LDU11、程控器LFL1.322、中繼器等，柜門上有比調(diào)儀、重油溫控表、操作旋鈕開關(guān)、狀態(tài)指示燈等。燃燒器的電氣控制原理圖相當(dāng)復(fù)雜，牽涉到現(xiàn)場的有：風(fēng)壓開關(guān)、組合電磁閥、檢漏開關(guān)、泄漏開關(guān)、故障復(fù)位開關(guān)、燃?xì)獾蛪洪_關(guān)、燃?xì)飧邏洪_關(guān)與比調(diào)儀的超溫開關(guān)、DCS 故障聯(lián)鎖開關(guān)、燃燒油時(shí)的油溫聯(lián)鎖開關(guān)，等等。大火、小火控制決定伺服電機(jī)的工作角度。程控器控制的點(diǎn)火變壓器、點(diǎn)火電磁閥、油三通氣動(dòng)閥、油氣動(dòng)閥1、油氣動(dòng)閥2，所有這些包括點(diǎn)火的一套流程完全由控制柜完成。

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳控制，電氣原理圖中的許多控制操作功能交由DCS 系統(tǒng)平臺(tái)來組態(tài)，并實(shí)施完成。比如，燃燒器控制柜的電源投退開關(guān)，對(duì)鍋爐溫度控制的手/自動(dòng)切換，大/小火切換以及故障復(fù)位開關(guān)。比調(diào)儀的設(shè)定控制溫度則由DCS 操作室電腦操作，設(shè)定轉(zhuǎn)化為4～20mA 信號(hào)至比調(diào)儀相應(yīng)設(shè)定溫度等等。

2.4 鍋爐汽包的控制

汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要控制工藝指標(biāo)。當(dāng)水位過低時(shí)，若不及時(shí)調(diào)整，會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，壓力瞬間上升，最終導(dǎo)致鍋爐設(shè)備損壞嚴(yán)重，甚至發(fā)生爆炸。如果水位過高，則會(huì)影響汽包的汽水分離不清，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，從而影響蒸汽品質(zhì)。

系統(tǒng)中鍋爐水位采用三沖量控制，其控制系統(tǒng)詳見圖1。三沖量控制系統(tǒng)是一個(gè)前饋－串級(jí)控制，以汽包水位作為主控制變量，蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入，以實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)的部分補(bǔ)償，給水流量作為輔助沖量，以迅速消除給水流量擾動(dòng)。其主要任務(wù)是改變給水量，使之適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，把水位控制在正常范圍內(nèi)，完成汽包水位的控制，使鍋爐在安全經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行（控制系統(tǒng)原理圖詳見圖2）。圖中SP 是液位設(shè)定，內(nèi)環(huán)的被控變量是給水流量，Gr（S）是水位的擾動(dòng)，按擾動(dòng)補(bǔ)充水流量。在水位與設(shè)定的偏差不大時(shí)，就能調(diào)整好水量，使水位控制成為小幅度的精準(zhǔn)控制。主控制器為水位控制器LC，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量；副控制器PC 為水流量控制器，它根據(jù)水流量偏差作用控制給水流量。蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào)，以維持負(fù)荷變化時(shí)的物料平衡。

圖1 三沖量控制系統(tǒng)

圖2 三沖量控制系統(tǒng)方框圖

2.5 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整合

（1）聯(lián)鎖。為保證熱媒爐的運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)了聯(lián)鎖控制裝置。聯(lián)鎖條件必須涵蓋以下幾個(gè)內(nèi)容：①出口油溫高高限；②進(jìn)燃燒器空氣溫度高高限；③燃燒器預(yù)熱器入口煙氣溫度高高限；④爐子進(jìn)出口導(dǎo)熱油壓差低低限；⑤熱媒流量低低限；⑥膨脹槽液位低低限；⑦天燃?xì)鈮毫Φ偷拖?；⑧燃料油壓力低低限。此外，還必須有比調(diào)儀的超溫停爐功能等。一旦觸發(fā)任一聯(lián)鎖，將由DCS 控制柜引發(fā)干觸點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)動(dòng)作會(huì)直接引入燃燒器控制柜的電氣控制電路，從而導(dǎo)致聯(lián)鎖停爐。

（2）切斷鍋爐的導(dǎo)熱油薄膜閥聯(lián)鎖。導(dǎo)熱油薄膜閥聯(lián)鎖須包含以下內(nèi)容：蒸汽發(fā)生器壓力高限聯(lián)鎖、蒸汽發(fā)生器水位低低限、蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖等。

（3）軟水給水切斷閥控制聯(lián)鎖。軟水給水切斷閥控制聯(lián)鎖同樣要包括相應(yīng)的內(nèi)容，例如：給水泵同時(shí)停運(yùn)信號(hào)、蒸汽發(fā)生器水位低低限、蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖、蒸汽發(fā)生器控制區(qū)水位高高限，等。

（4）給水泵聯(lián)鎖。給水泵聯(lián)鎖必須包含以下內(nèi)容：蒸汽發(fā)生器水位低低限，以及蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖。

（5）鍋爐的放空閥聯(lián)鎖。放空閥開啟鍋爐壓力高限和放空閥PID 設(shè)定差值超高，也是不可忽視的環(huán)節(jié)之一。

3 項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行中出現(xiàn)的問題與處理辦法

3.1 熱媒爐風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造

由于選購的風(fēng)機(jī)功率相對(duì)負(fù)荷偏大，生產(chǎn)運(yùn)行中只有通過調(diào)節(jié)風(fēng)門找到合適的風(fēng)量。合適的風(fēng)量的選出對(duì)點(diǎn)火或正常運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)場操作，不僅造成工作量增大，而且極大地浪費(fèi)了電能消耗。技術(shù)人員經(jīng)過充分的可行性研究，決定對(duì)風(fēng)機(jī)控制電氣實(shí)行改造，最終改由變頻器供電帶動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電效果明顯。

3.2 DCS 柜引出的聯(lián)鎖點(diǎn)控制電路改造

在試運(yùn)行階段，出現(xiàn)了點(diǎn)火運(yùn)行異常。后經(jīng)技術(shù)人員對(duì)控制電氣回路檢查，發(fā)現(xiàn)是DCS 引出的聯(lián)鎖觸點(diǎn)斷路，查至DCS柜側(cè)，是DCS 的FM171 模塊的保險(xiǎn)燒斷了。綜合分析，有可能是引入的燃燒器控制電路的電流太大引起。于是決定在模塊觸點(diǎn)先控制中間繼電器，由中繼的觸點(diǎn)引入燃燒器控制電路。經(jīng)過這樣處理，后面的運(yùn)行一直正常。

3.3 火焰檢測器的頻繁損壞原因分析改造

火焰檢測器經(jīng)常在停爐再點(diǎn)火時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。由于故障率比較高，便咨詢廠家尋找最終的原因。觀察現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，火焰檢測器安裝在溫度較高的爐頂，需要通壓縮空氣對(duì)流降溫。針對(duì)這個(gè)問題，我們改造了現(xiàn)場、加大了空氣流量、購買品牌產(chǎn)品，從而大大降低了故障率。

3.4 伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障

當(dāng)爐子運(yùn)行出現(xiàn)異常，再次點(diǎn)火始終失靈時(shí)，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，伺服執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)了混亂現(xiàn)象。打開現(xiàn)場調(diào)節(jié)撥動(dòng)控制圈，有電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著撥動(dòng)控制圈跑動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)，從而難已實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、小火、大火的開度控制。分析原因，確認(rèn)為現(xiàn)場高溫導(dǎo)致控制撥圈損壞，更換后運(yùn)行正常。

3.5 燃燒不充分煙囪冒黑煙

燃燒不充分煙囪冒黑煙是空燃比不配造成。觀察火焰顏色發(fā)紅，通過調(diào)節(jié)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)械中的調(diào)節(jié)空氣蝶閥的螺栓加大開度，一邊調(diào)一邊觀察，直至火焰顏色變?yōu)槔硐氲奶焖{(lán)色為止。

3.6 點(diǎn)火困難點(diǎn)不著

點(diǎn)火困難或點(diǎn)不著有可能為風(fēng)壓偏大。通過調(diào)整點(diǎn)火時(shí)的燃?xì)饬炕蝻L(fēng)門位置，給予恰當(dāng)?shù)慕鉀Q。

4 結(jié)語

這套系統(tǒng)自投用以來，自控先進(jìn)、操作便捷、安全可靠，依靠其控制的先進(jìn)、安全、可靠性一直安全運(yùn)行至今。這個(gè)系統(tǒng)使技術(shù)人員積累了豐富的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，不僅是一套成功實(shí)施的項(xiàng)目，同時(shí)還為公司帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。