應(yīng)用PLC實現(xiàn)導(dǎo)熱油爐程序控制平穩(wěn)運行

陳　斌，劉　喬

應(yīng)用PLC實現(xiàn)導(dǎo)熱油爐程序控制平穩(wěn)運行

陳斌，劉喬

（中石油云南石化有限公司，云南昆明 650300）

導(dǎo)熱油系統(tǒng)設(shè)備包括導(dǎo)熱油爐、循環(huán)泵、膨脹罐、導(dǎo)熱油儲罐等。導(dǎo)熱油在循環(huán)泵、導(dǎo)熱油爐、用戶間循環(huán)，使用導(dǎo)熱油爐對導(dǎo)熱油加熱。自動控制系統(tǒng)包括PLC 在內(nèi)的主控制柜以及各種現(xiàn)場儀表和調(diào)節(jié)閥門。熱媒爐和熱媒系統(tǒng)共用一套PLC控制系統(tǒng)，采用上位機進(jìn)行人機界面操作，使系統(tǒng)過程狀態(tài)和過程控制實現(xiàn)可視化。該項目實施以來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，成效顯著。

導(dǎo)熱油爐；PLC；聯(lián)鎖；控制；平穩(wěn)；點爐順序

1　工藝原理

導(dǎo)熱油系統(tǒng)管線包括導(dǎo)熱油供管、回管、泵后管線、連接導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管的差壓調(diào)節(jié)管線等主管線；連接膨脹罐的導(dǎo)熱油膨脹管線、連接導(dǎo)熱油儲罐與主要管道及設(shè)備的放空管線、連接導(dǎo)熱油充填泵與主要管道及設(shè)備的充填管線等輔助管線。

導(dǎo)熱油循環(huán)時低溫導(dǎo)熱油從導(dǎo)熱油回管經(jīng)過濾器進(jìn)入循環(huán)泵，經(jīng)泵加壓后進(jìn)入導(dǎo)熱油爐，經(jīng)過導(dǎo)熱油爐加熱后，導(dǎo)熱油爐出口達(dá)到裝置使用溫度，從導(dǎo)熱油供管為用戶提供高溫導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油回管壓力由膨脹罐的氮封壓力和膨脹罐液位壓力差決定，導(dǎo)熱油供管壓力由設(shè)置在導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管間的差壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，當(dāng)導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管間差壓穩(wěn)定時導(dǎo)熱油爐流量保持穩(wěn)定。

為了保證高溫的導(dǎo)熱油在運行中不被氧化，在可能接觸到空氣的膨脹罐、儲罐通入氮氣進(jìn)行氮封，防止導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)；氮氣通過設(shè)置在氮氣管線上的氮封閥控制氮封壓力，在膨脹罐及儲罐設(shè)置上設(shè)置安全閥，以保證設(shè)備不超壓損壞。

2　控制要求

以PLC為核心的導(dǎo)熱油爐自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動啟、停和操作范圍內(nèi)的自動負(fù)荷調(diào)節(jié)，并具有聯(lián)鎖保護(hù)功能。自動控制系統(tǒng)主要有如下技術(shù)特性：

燃料流量和風(fēng)量既可獨立調(diào)節(jié)，又可進(jìn)行串級比例雙交叉限制調(diào)節(jié)。

煙氣氧含量引入燃燒控制系統(tǒng)，有效地控制導(dǎo)熱油爐實施“低氧燃燒”，達(dá)到節(jié)約能源，減少污染物排放的目的。采用氧化鋯分析儀對煙氣中的含氧量進(jìn)行在線分析，經(jīng)過線性調(diào)節(jié)器修正燃?xì)馀c空氣的比例，保證系統(tǒng)處于最佳燃燒狀態(tài)，從而達(dá)到提高熱效率的目的。

無擾動切換：程序設(shè)置保證了系統(tǒng)在手動-自動和串級-自動各運行狀態(tài)間的切換參數(shù)無擾動。

對風(fēng)機變頻輸出、燃料流量調(diào)節(jié)閥采用了限位措施。避免導(dǎo)熱油爐負(fù)荷較大變化時，由于閥位開度過小而引起爐子熄火等問題。

熱媒爐的控制系統(tǒng)可以保證裝置安全、穩(wěn)定、長周期、優(yōu)質(zhì)運行，且維護(hù)操作簡便易行。

搭建的工業(yè)級控制網(wǎng)絡(luò)保證PLC、上位機及DCS系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通訊的實時性、高效性及準(zhǔn)確性。

人機界面具有美觀，交互性強，功能強大等特點，實現(xiàn)過程狀態(tài)及控制的可視化。

實現(xiàn)點/停爐時序由控制系統(tǒng)自動完成，并確保點爐一次成功。

自動調(diào)節(jié)熱負(fù)荷確保加熱媒的自動運行，無需人工干預(yù)。

自動調(diào)節(jié)空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調(diào)節(jié)確保熱媒爐適應(yīng)燃料組分的實時變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態(tài)，可提高熱效率。

精確穩(wěn)定的熱媒爐出口溫度控制——實時的燃料量測量和助燃風(fēng)量測量，通過串級、比例等控制手段，將穩(wěn)態(tài)運行溫度控制精度確保在±1℃以內(nèi)。

3　控制原理

1）燃燒控制

燃燒控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的重要組成部分。由熱媒出口溫度、燃?xì)饬髁俊⒅硷L(fēng)量及殘氧四個回路構(gòu)成，采用我公司獨有的負(fù)荷調(diào)節(jié)方案，由PLC自動完成調(diào)節(jié)作用。風(fēng)量調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)節(jié)方案。燃?xì)饬髁亢惋L(fēng)量既可獨立調(diào)節(jié)，又可組成串級調(diào)節(jié)，以適應(yīng)熱媒爐熱負(fù)荷變化的需要，有效防止負(fù)荷變化時燃燒不充分污染環(huán)境。

2）熱媒系統(tǒng)控制方案

系統(tǒng)供熱用戶總管進(jìn)出口設(shè)差壓調(diào)節(jié)回路，以保證熱媒循環(huán)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。熱媒爐熱媒進(jìn)出口設(shè)溫度及壓力測點。

熱媒膨脹槽設(shè)有氮封壓力調(diào)節(jié)回路和壓力、溫度測點，保證膨脹槽內(nèi)壓力穩(wěn)定并隨時監(jiān)控膨脹罐壓力溫度變化。同時設(shè)有膨脹槽液位測點，以監(jiān)測熱媒液位，當(dāng)此液位低低報警時，系統(tǒng)執(zhí)行聯(lián)鎖停車。

熱媒儲罐設(shè)置液位和溫度測點，可以在上位機上隨時監(jiān)控儲罐參數(shù)。

4　項目實現(xiàn)

自動啟?！_保熱媒爐點火一次成功；啟動爐子時只需按下啟動按鈕爐子就會自動啟動。停爐時，只需按下停車按鈕，PLC就會自動執(zhí)行程序完成全部的停車操作，直至安全熄火并吹掃爐膛后風(fēng)機停止。

自動調(diào)節(jié)熱負(fù)荷——熱媒爐穩(wěn)態(tài)運行可實現(xiàn)熱媒出口溫度自動調(diào)節(jié)熱負(fù)荷，不用人工干預(yù)。系統(tǒng)設(shè)計能確保整個裝置的自動運行以及熱媒出爐溫度的控制精度。并能對燃燒狀態(tài)進(jìn)行自動低氧優(yōu)化控制，確保燃燒效率。

控制系統(tǒng)確保熱媒出口溫度可控制在±1℃范圍內(nèi)。

自動調(diào)節(jié)空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調(diào)節(jié)確保熱媒爐適應(yīng)燃料組分的實時變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態(tài)，可提高熱效率。

系統(tǒng)控制靈活、方便，可單獨對風(fēng)、燃料氣及氧含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可自動比例調(diào)節(jié)。

完善的安保聯(lián)鎖系統(tǒng)（有首出報警和后續(xù)報警）——確保熱媒爐運行安全可靠。

熱媒站控制系統(tǒng)與用戶的通訊功能——上位機通過OPC SERVER與用戶進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊。

具有手動、自動操作切換的功能。

導(dǎo)熱油爐點爐動作順序如下：

1）判斷點爐條件，判斷無不允許點爐的參數(shù)和信號存在；

2）啟動風(fēng)機；

3）大風(fēng)吹掃；

4）風(fēng)機變頻器到點火開度，此后風(fēng)機變頻器被鎖定在點火開度；

5）點火變壓器工作；

6）點火電磁閥開啟；

7）火焰檢測器判斷有火，如火檢判斷無火立即停車；

8）主燃?xì)馇袛嚅y開啟，放空閥同時關(guān)閉，此時的燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥被鎖定在點火開度；

9）判斷點火成功，如火檢判斷無火立即停車；

10）導(dǎo)熱油爐點火成功，進(jìn)入可調(diào)節(jié)狀態(tài)。

備注：

（1）當(dāng)按下“復(fù)位”按鈕后，程序檢查判斷無不允許點爐的參數(shù)和信號存在，顯示“允許點爐操作”；

（2）當(dāng)按下“開車”按鈕后，執(zhí)行以上步驟；

當(dāng)運行過程中出現(xiàn)不允許點爐的參數(shù)和信號時，程序?qū)⑼Ｖ裹c爐操作，并做相應(yīng)的處理動作。

5　系統(tǒng)設(shè)計的安全性考慮

設(shè)有火焰檢測和滅火保護(hù)功能：在燃燒器上安裝有兩個火焰檢測器，當(dāng)一個火檢判斷無火時將報警，提醒操作人員檢查燃燒情況或火檢是否正常，當(dāng)兩個火檢同時判斷無火時，將切斷燃料供應(yīng)系統(tǒng)，并進(jìn)行大風(fēng)吹掃，防止大量燃料噴入爐膛造成爆燃。

設(shè)有熱媒流量檢測和過低保護(hù)功能：當(dāng)熱媒流量過低時將切斷燃料供應(yīng)系統(tǒng)，關(guān)斷燃燒器，防止?fàn)t管過燒。

設(shè)有熱媒液位過低保護(hù)功能：當(dāng)發(fā)生熱媒膨脹罐液位過低時將聯(lián)鎖停車，可以防止熱媒大量泄漏造成火災(zāi)或其它危險。

設(shè)有熱媒出爐溫度過高保護(hù)功能：當(dāng)熱媒出爐溫度高于設(shè)定的溫度時，熱媒爐不能啟動，當(dāng)熱媒出爐溫度在工作狀態(tài)出現(xiàn)超溫達(dá)到設(shè)定的規(guī)定值時將發(fā)生聯(lián)鎖停車，這樣可以防止出現(xiàn)熱媒過熱。

設(shè)有風(fēng)機故障的聯(lián)鎖保護(hù)功能：風(fēng)機故障停車時，將不能保證燃料的完全燃燒，為防止大量燃料噴入爐膛，將聯(lián)鎖停車切斷燃料的供應(yīng)系統(tǒng)。

設(shè)有出爐煙氣溫度過高報警功能：出爐煙氣溫度過高往往是爐膛燃燒狀況改變造成，當(dāng)爐管發(fā)生泄漏熱媒參與燃燒時，將造成出爐煙氣溫度過高。根據(jù)多個用戶的運行經(jīng)驗，由于排煙溫度影響因素較多，為防止誤報造成不必要的停車，本測點不作為聯(lián)鎖點，當(dāng)排煙溫度過高時儀表系統(tǒng)將報警提醒操作人員檢查設(shè)備及燃燒狀況。

設(shè)有燃料氣壓力的報警和聯(lián)鎖功能：防止造成燃燒不完全或燃燒不穩(wěn)定。

為確保熱媒爐的運行安全及燃燒狀況良好，系統(tǒng)設(shè)有以下自動報警聯(lián)鎖點；并設(shè)有緊急停車按鈕，按下該按鈕將切斷系統(tǒng)所有進(jìn)爐切斷閥以及泵和風(fēng)機的供電。

報警聯(lián)鎖：

1）熱媒總管出口溫度高HHS、HA；

2）熱媒盤管出口溫度高HHS、HA六取二；

3）熱媒總流量低LLS、LA；

4）燃?xì)鈮毫娗暗蚅LS、LA；

5）預(yù)熱器入口煙氣溫度HA；

6）膨脹罐液位LLS、LA、HA；

7）儲罐液位HA、LA；

8）主火焰熄滅聯(lián)鎖二取二；

9）風(fēng)機停止聯(lián)鎖；

10）熱媒泵停止聯(lián)鎖。

6　結(jié)束語

新建導(dǎo)熱油爐投用后，運行平穩(wěn)，便于操作，雖然也出現(xiàn)過幾次聯(lián)鎖，是由于泵流量開關(guān)聯(lián)鎖值設(shè)置不當(dāng)、火嘴堵塞、爐膛火焰監(jiān)測器故障等造成的，這些都是發(fā)生在裝置投用初期2012.7～2012.10，從2012年10月至今再未發(fā)生過聯(lián)鎖停爐，成功有效的完成了瀝青伴熱的任務(wù)。

老裝置中的導(dǎo)熱油爐經(jīng)常聯(lián)鎖停爐及點爐困難，操作繁瑣，維護(hù)量大且維護(hù)成本高；而新建導(dǎo)熱油爐聯(lián)鎖情況極少發(fā)生，點爐容易、操作簡單，即使出現(xiàn)問題也便于查找，極大地減輕了工藝操作量及儀表日常維護(hù)工作量。

Application of PLC in Oil Furnace Process Control Running Smoothly

Chen Bin，Liu Qiao

HTF system equipment including thermal oil heaters，circulation pump，expansion tank，oil storage tanks.In conducting oil circulation pump，oil furnace，circulating among users，the use of oil furnace for oil heating.Automatic control system comprises contained PLC including the main control cabinet and all the field instruments and valves.HTM furnace and heat medium systems share a set of PLC control system，man-machine interface operation PC，the system process status and process control visualization.Since the implementation of the project，the system is running smoothly，with remarkable results.

oil furnace；PLC；interlock；control；smooth；EAF order

TE96

B

1003-6490（2016）06-0029-02

2016-05-18

陳斌（1988—），男，云南瀘西人，工程師，主要從事石油化工儀表項目實施與維護(hù)工作。