適應(yīng)工藝原料壓力變化的變更控制方案分析

李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

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適應(yīng)工藝原料壓力變化的變更控制方案分析

李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

摘要：針對為了適應(yīng)工藝原料壓力的變化而需要儀表控制方案作出相應(yīng)調(diào)整的問題，介紹了現(xiàn)有的工藝設(shè)備情況，對過程控制方案進行了優(yōu)化，并增加了相應(yīng)的聯(lián)鎖保護功能，使之滿足工藝控制以及工藝原料壓力變化的要求。項目實施后，可以靈活地實現(xiàn)二化原料氣的切換，節(jié)約了部分蒸汽，降低了投資成本；聯(lián)鎖組態(tài)完成后模擬各種異常工況進行了聯(lián)鎖試驗，各項聯(lián)鎖保護動作正常，滿足了生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：控制方案聯(lián)鎖順控表調(diào)節(jié)器強制

烏魯木齊石化公司化肥廠第二套化肥裝置作為該公司的重要生產(chǎn)裝置，設(shè)計年生產(chǎn)能力為300kt/a合成氨、520kt/a尿素。合成氨采用布朗工藝，節(jié)能效果明顯，裝置分轉(zhuǎn)換、脫碳、合成、凈化等工段。尿素裝置采用斯塔米卡邦的二氧化碳氣提工藝。第二套合成氨裝置原設(shè)計入口天然氣壓力為0.78MPa，經(jīng)過原料氣壓縮機壓縮至3.8MPa進入一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)；西氣東輸二線工程(簡稱西二線)完工后，引入第二套合成氨裝置的天然氣設(shè)計壓力為4.0MPa，此壓力天然氣可以直接進入一段轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)，不再需要原料氣壓縮機，節(jié)能效果明顯。

1前期準(zhǔn)備

該廠第二套化肥裝置接西二線天然氣工程，工藝設(shè)備新增氣液分離罐、過濾器及蒸汽加熱器各1臺，儀表控制部分設(shè)計有AI 13點，AO 5點，DI 2點，DO 1點。主要控制回路分述如下。

1) 天然氣壓力放空調(diào)節(jié)回路。包括壓力放空調(diào)節(jié)器PIC2512、壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512。

2) 原料天然氣壓力調(diào)節(jié)回路。包括壓力指示PI2520、壓力調(diào)節(jié)器PIC2515及壓力調(diào)節(jié)閥PV2515。

3) 去一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣壓力調(diào)節(jié)回路，包括壓力調(diào)節(jié)器PIC2514、壓力調(diào)節(jié)閥PV2514。

4) 去燃氣輪機燃料氣壓力調(diào)節(jié)回路，包括壓力調(diào)節(jié)器PIC2513、壓力調(diào)節(jié)閥PV2513。

5) 入一段轉(zhuǎn)化爐原料天然氣溫度調(diào)節(jié)回路，包括溫度調(diào)節(jié)器TIC2511、溫度調(diào)節(jié)閥TV2511。其他均為顯示或參與運算回路，工藝流程如圖1所示。

2控制方案的優(yōu)化

2.1過程控制方案

該改造項目的過程控制方案與裝置現(xiàn)場實際情況有所差異，不能完全滿足工藝生產(chǎn)的需要，因而對方案進行如下優(yōu)化。

1) 裝置原有的去一段轉(zhuǎn)化爐原料氣流量調(diào)節(jié)器FC100的溫壓補償，按照原設(shè)計當(dāng)西二線高壓天然氣投用時，由西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520進行補償；當(dāng)西二線高壓天然氣未投用，原料氣壓縮機運行時由壓縮機出口溫度壓力進行補償。這樣需在DCS內(nèi)部做1個切換開關(guān)進行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果第二套合成氨裝置運行時，在線切換西二線高壓天然氣流程和原料氣壓縮機流程時無法滿足控制。計劃將西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520測點后移到2股天然氣合并管線處，不論開哪個流程都由TI2520/PI2520進行補償，簡化了控制方案和工藝操作。

2) 入一段轉(zhuǎn)化爐原料天然氣溫度調(diào)節(jié)閥TV2511，按照原設(shè)計正常生產(chǎn)時由換熱器出口溫度調(diào)節(jié)器TIC2511控制，當(dāng)天然氣壓力放空閥PV2512打開后延時20s，由放空閥后溫度調(diào)節(jié)器TIC2512控制，PV2512關(guān)閉后恢復(fù)TIC2511控制。實際情況TIC2511測點在換熱器出口，無論天然氣放空還是去一段轉(zhuǎn)化爐投料都經(jīng)過該測點，該設(shè)計考慮的是在正常投料和放空時溫度設(shè)定不同，這種情況只需修改設(shè)定即可，因而計劃用天然氣溫度調(diào)節(jié)TIC2511控制而不做選擇控制。

圖1　工藝流程示意

3) 原料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，按照原設(shè)計西二線高壓天然氣投用時由原有的原料氣壓縮機轉(zhuǎn)速遠程調(diào)節(jié)器PDC111控制，而西二線不投用時PDC111是原料氣壓縮機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，進而要在DCS內(nèi)部做1個切換開關(guān)進行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果在線切換西二線和原料氣壓縮機時無法滿足控制，計劃由原料氣壓力指示PI2520控制。

2.2聯(lián)鎖保護方案

該改造項目中未提供聯(lián)鎖保護方案，只是在天然氣放空調(diào)節(jié)閥PV2512上設(shè)計了電磁閥，但沒有控制邏輯，計劃增加如下聯(lián)鎖控制方案。

1) 在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖中，原來聯(lián)鎖停車后聯(lián)鎖動作需要將原料氣壓縮機降至最小轉(zhuǎn)速并打循環(huán)；改為投用西二線高壓天然氣后則需要關(guān)閉原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，打開天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512放空。所以需要增加原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515強制關(guān)閉信號PC2515D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控；增加天然氣壓力放空閥PV2512強制開信號PC2512D,強制PV2512開到50%閥位,5s后允許控制，按照原設(shè)計有1個DO點是用于聯(lián)鎖天然氣壓力放空閥PV2512打開，由于實際情況全開后放空量過大會影響天然氣管網(wǎng)壓力，所以改為開50%，原設(shè)計DO點和電磁閥取消。

2) 裝置原有設(shè)計一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣是從原料氣壓縮機入口抽出天然氣，壓力為0.78MPa，管線設(shè)計壓力等級較低。改為西二線高壓天然氣運行后，調(diào)節(jié)閥前壓力為4.0MPa，一旦發(fā)生聯(lián)鎖停車，原有聯(lián)鎖切斷閥關(guān)閉后如果燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2514不能及時關(guān)閉，可能造成調(diào)節(jié)閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在裝置主停車聯(lián)鎖中，增加去一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2514強制關(guān)閉信號PC2514D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控。

3) 裝置原有設(shè)計去燃氣輪機燃料氣是從原料氣壓縮機段間抽出天然氣，壓力為1.5MPa，管線設(shè)計壓力等級較低。改為西二線高壓天然氣運行后，調(diào)節(jié)閥前壓力為4.0MPa，原有聯(lián)鎖切斷閥關(guān)閉后如果燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2513不能及時關(guān)閉，可能造成調(diào)節(jié)閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在空氣壓縮機停車聯(lián)鎖中，增加去燃氣輪機燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2513強制關(guān)閉信號PC2513D，且在原料氣系統(tǒng)停車聯(lián)鎖復(fù)位前不受控。

4) 在原料氣壓縮機停機聯(lián)鎖中，原流程原料氣壓縮機聯(lián)鎖停機后，停機信號要去原料氣停車系統(tǒng)參與聯(lián)鎖。開西二線流程后因為原料氣壓縮機不用運行，不需要該聯(lián)鎖動作，所以需要在原料氣壓縮機停車聯(lián)鎖中增加旁路開關(guān)。當(dāng)選擇西二線時，原料氣壓縮機停車信號不聯(lián)鎖原料氣系統(tǒng)停車。

3控制方案的實施

2012年檢修期間，對該裝置DCS，SIS進行改造，DCS選用CS3000系統(tǒng)，SIS選用TRICON系統(tǒng)。利用此次改造機會，對第二套合成氨裝置接西二線高壓天然氣項目的控制方案予以實施。按照前期制訂好的控制方案，做了回路接線及組態(tài)工作，所有過程控制接入DCS予以實現(xiàn)，聯(lián)鎖部分接入SIS予以實現(xiàn)。由于該項目中部分調(diào)節(jié)閥沒有設(shè)計電磁閥，部分設(shè)計了電磁閥但不符合實際工況無法使用，所以SIS的聯(lián)鎖動作信號輸出引入DCS，利用DCS的強制輸出實現(xiàn)聯(lián)鎖動作。

3.1DCS部分實施

該技術(shù)改進項目涉及儀表控制共計AI 13點，AO 5點，DI 6點，上述點全部接入DCS,單指示的在DCS中組態(tài)PVI表用于指示，帶控制的在DCS中組態(tài)PID表實現(xiàn)自動控制?；芈方泳€及組態(tài)完成后，與現(xiàn)場進行回路聯(lián)校，確認(rèn)回路是否正常。

由于聯(lián)鎖部分的動作信號也要引入DCS控制，所以利用CS3000系統(tǒng)的順控表來實現(xiàn)該功能，SIS的聯(lián)鎖動作信號接入DCS后，利用順控表強制調(diào)節(jié)器輸出到指定閥位，實現(xiàn)聯(lián)鎖保護。天然氣壓力放空調(diào)節(jié)器PIC2512聯(lián)鎖動作后還要求調(diào)節(jié)器受控，所以選用了TC型順控表，當(dāng)條件改變時執(zhí)行一次。

1) 當(dāng)SIS來的聯(lián)鎖信號PC2512D出現(xiàn)時，啟動計時器TM-PC2512，同時將調(diào)節(jié)器PIC2512模式置為手動，PSW置為3。PSW是PID調(diào)節(jié)器的1個參數(shù)，當(dāng)它為1時，調(diào)節(jié)器輸出為0；當(dāng)它為2時，調(diào)節(jié)器輸出為100%；當(dāng)它為3時，調(diào)節(jié)器輸出為預(yù)設(shè)值，該值可以在DCS的調(diào)整畫面里的PMV上設(shè)定。PIC2512設(shè)定的是50%。當(dāng)TM-PC2512計時時間達到后將PIC2512模式置為自動，啟動TMPC2512計時器，當(dāng)計時器時間達到后取消強置為自動，即可以人為干預(yù)控制。

其他幾個天然氣壓力調(diào)節(jié)器PIC2513/PIC2514/PIC2515聯(lián)鎖動作后，要求調(diào)節(jié)器不受控，聯(lián)鎖復(fù)位后方可受控，所以選擇了TE型順控表，條件滿足期間始終執(zhí)行。

2) 當(dāng)SIS來的聯(lián)鎖信號PC2513D等出現(xiàn)時，強制PIC2513等調(diào)節(jié)器的PSW值為1，調(diào)節(jié)器輸出為0，且聯(lián)鎖信號出現(xiàn)期間調(diào)節(jié)器輸出始終為0，調(diào)節(jié)器不受控，待聯(lián)鎖信號消失后，調(diào)節(jié)器受控。

3.2SIS部分方案實施

1) 在原料氣停車系統(tǒng)中，需要在聯(lián)鎖動作中增加關(guān)閉原料天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PV2515，打開天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥PV2512放空。由于改造后原有原料氣壓縮機流程還有可能運行，甚至有可能在裝置運行期間在線切換工藝流程，所以在SIS的上位畫面設(shè)置了1個切換開關(guān)，切換到原料氣壓縮機位置時，將內(nèi)部軟開關(guān)C4MODE置為1，旁路天然氣壓力放空調(diào)節(jié)閥的強制開信號PC2512D和天然氣壓力調(diào)節(jié)閥的強制關(guān)閉信號PC2515D；當(dāng)切換到西二線位置時，將內(nèi)部軟開關(guān)WEST2MODE置為1，旁路原料氣壓縮機打循環(huán)信號和強制原料氣壓縮機最小轉(zhuǎn)速信號；當(dāng)打到中間位置時，均不旁路，所有聯(lián)鎖動作信號都起作用。

2) 裝置主停車系統(tǒng)聯(lián)鎖動作時需要切斷一段轉(zhuǎn)化爐燃料氣，原設(shè)計聯(lián)鎖動作時關(guān)閉燃料氣切斷閥，現(xiàn)在原有聯(lián)鎖邏輯中增加聯(lián)鎖動作信號PC2514D關(guān)閉燃氣調(diào)節(jié)閥。

3) 空壓機停車系統(tǒng)聯(lián)鎖動作時需要切斷燃氣輪機的燃料氣，原設(shè)計聯(lián)鎖動作時關(guān)閉燃料氣切斷閥，現(xiàn)在原有聯(lián)鎖邏輯中增加聯(lián)鎖動作信號PC2513D關(guān)閉燃氣調(diào)節(jié)閥。

4) 在原料氣壓縮機停機聯(lián)鎖中，將內(nèi)部軟開關(guān)WEST2MODE加入聯(lián)鎖邏輯中，用于旁路原料氣壓縮機停機去原料氣停機系統(tǒng)聯(lián)鎖信號，原料氣壓縮機停車信號不聯(lián)鎖原料氣系統(tǒng)停車。

系統(tǒng)組態(tài)完成后，經(jīng)過實際實驗，模擬各種異常工況，過程控制穩(wěn)定，各項聯(lián)鎖保護動作正常，過程控制穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需求，調(diào)試結(jié)束后，交付工藝人員使用。

4結(jié)束語

該控制方案的變更，是為了適應(yīng)工藝條件的變化，因勢利導(dǎo)利用現(xiàn)有控制系統(tǒng)資源實施的一項變更，真正實現(xiàn)了投資小、效益大的目的。項目實施后，可以靈活地實現(xiàn)第二套合成氨裝置原料氣的切換，西二線高壓天然氣的引入可以節(jié)約部分蒸汽，實現(xiàn)第二套合成氨裝置蒸汽系統(tǒng)的自給自足，是一項節(jié)能環(huán)保的技術(shù)改進項目。

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作者簡介：李華山(1973—)，男，新疆石河子人，1995年畢業(yè)于蘭州石油學(xué)校儀表自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化分公司，主要從事儀表維修工作，任高級技師。

中圖分類號：TP273

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)03-0081-03

稿件收到日期： 2015-12-24，修改稿收到日期： 2016-05-05。