焦炭塔閘板式頂蓋機控制系統(tǒng)應用

王福兵，王少勇

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某煉油廠焦化裝置采用兩爐四塔的工藝生產(chǎn)方案，焦炭塔頂蓋機原設計選用旋啟式結構，具有體積小、可遠程控制、開關蓋時間較短的優(yōu)點。但設備本體不符合本質(zhì)安全的要求，PLC柜內(nèi)繼電器在接收到相關信號后，接通旋啟式頂蓋機液壓控制系統(tǒng)動力電源，隨后操作人員操作現(xiàn)場液壓控制系統(tǒng)開關頂蓋機，該過程中控制系統(tǒng)沒有監(jiān)控和聯(lián)鎖保護功能，增加了人為誤動作的隱患。同時旋啟式頂蓋機在使用過程中存在故障率高、備件耗損快、維修頻繁、維護費用逐年攀升，開關蓋過程復雜，人為確認項多等缺陷。

中國頂蓋機生產(chǎn)廠家于2009年開發(fā)研制出單閘板式頂蓋機，并于2012年逐步替代了旋啟式頂蓋機。2014年該煉油廠焦化裝置利用停工大檢修機會，在2套焦炭塔上安裝了新型閘板式頂蓋機，并成功投用。

1 閘板式頂蓋機概述

閘板式頂蓋機采用類似閘閥結構，該結構簡單、實用，通過電動執(zhí)行機構驅(qū)動2根絲杠，將螺母套在絲杠上做往復運動帶動閘板實現(xiàn)開關動作。以20組高溫碟簧提供密封力，在開關閥的過程中使密封力不卸載，確保了關閥后的安全密封，且能夠補償因溫度與密封應力所產(chǎn)生的變形，從而實現(xiàn)了閥門的高密封性能。工作時兩端封頭內(nèi)均通入蒸汽，蒸汽壓力采用定壓控制，壓力高于上塔口介質(zhì)壓力0.1 MPa以上，起輔助密封作用，從而確保了密封介質(zhì)不外漏。

1) 閘板式頂蓋機優(yōu)點。設備本體為本質(zhì)安全，不會出現(xiàn)突然打開、泄漏、著火等惡性事故；全密閉操作，操作簡單，減輕了操作人員勞動強度，改善了工作環(huán)境；具備安全聯(lián)鎖功能，可防止誤操作。

2) 閘板式頂蓋機缺點。相對旋啟式頂蓋機，儀表聯(lián)鎖和控制方案比較復雜，儀表調(diào)試難度較大。

2 頂蓋機控制方案改造

2.1 增加的信號類型

閘板閥頂蓋機機體上全開/全關接近開關，利用原旋啟式頂蓋機上遺留的全開/全關接近開關信號接線，接近開關干接點觸點信號先接入水力除焦PLC柜內(nèi)繼電器線圈，對應繼電器的5/9常開觸點接入焦化SIS作為DI信號，8/12常開觸點接入水力除焦PLC作為DI信號。

頂蓋機控制方案改造中，增加了以下信號類型：

1) 焦化SIS增加了鎖銷位置開關信號及頂蓋機全開/全關位置開關信號。

2) 水力除焦系統(tǒng)送至SIS的允許關信號。

3) 閘板式頂蓋機現(xiàn)場操作柱開/關/停指令信號。

4) SIS向電動閥發(fā)出的各類動作指令的DO信號。

5) SIS向現(xiàn)場操作柱發(fā)出的用于全開/全關到位指示燈顯示的DO信號。

頂蓋機控制方案改造中具體接線如圖1所示。

2.2 原有接線的改動

焦化SIS向原旋啟式頂蓋機發(fā)出的允許動作信號原設計是進入水力除焦PLC的，現(xiàn)將該信號接線改接至電動閥接線盤內(nèi)，作為電動閥允許開信號；取消了水力除焦PLC柜內(nèi)的SIS允許頂蓋機動作接線，具體接線如圖2所示。

2.3 主要優(yōu)化點

焦化DCS增加了電動閥開關動作過程中的力矩顯示AI信號、電動閥故障報警DI信號、電動閥內(nèi)部開關到位回訊DI信號。水力除焦PLC增加了去SIS的允許關DO信號,該信號與鎖銷位置接近開關信號在SIS中組成了允許關的判斷邏輯,提高了閘板式頂蓋機的動作安全性。

焦化SIS負責控制閘板式頂蓋機的動作過程，對頂蓋機電動執(zhí)行機構的控制信號均為干接點形式，電動閥內(nèi)接線端子對應的作用如下： 端子5對應直流24 V的正級；端子4，31，36在執(zhí)行機構內(nèi)短接，對應直流24 V的負級；端子33對應關指令NO；端子34對應停指令NC；端子35對應開指令NO；端子37對應允許開指令NO；端子38對應允許關指令NO，31為端子33，34，35，37，38的公共端。

2.4 電動閥設置項

現(xiàn)場確認電動閥接線正確后需要做以下設置才能實現(xiàn)焦化SIS對閘板式頂蓋機的動作控制：

1) 電動閥設置畫面的初級菜單中的關閥方向C1應設置為順時針，C2設置為CL限位關閥，C3設置為OL限位開閥。電動閥首次使用時需根據(jù)閘板閥現(xiàn)場實際全開/全關的位置來設置電動閥的開關限位，將關閥力矩TC設置為60，開閥力矩TO設置為60。

2) 次級菜單中的外部聯(lián)鎖A8設置為ON，該功能打開后可接受SIS的允許開/允許關信號。遠程控制源OD設置為硬接線模式(RE)；觸點S1/S2設置為全開限位(OP)，觸點形式設置為常開(NO)；觸點S3/S4設置為全關限位(CL)，觸點形式設置為常開(NO)。觸點的作用是實現(xiàn)電動閥向焦化DCS送全開/全關位置信號。

圖1 頂蓋機控制方案改造接線示意

2.5 閘板式頂蓋機打開時的控制過程

閘板式頂蓋機打開時控制過程如下：

1) 焦化SIS向電動閥發(fā)出允許開指令，電動閥內(nèi)5/37接線端子閉合；操作人員現(xiàn)場按下頂蓋機遠程操作柱開指令；焦化SIS接收到遠程操作柱開指令信號后再輸出開閥指令(DO信號)至電動閥，電動閥內(nèi)5/35接線端子閉合，電動閥開始驅(qū)動閘板式頂蓋機打開，開閥過程中的電動閥力矩信號實時傳輸至DCS。

2) 當頂蓋機全開到位后，機體上的全開到位接近開關信號同時送至焦化SIS和水力除焦PLC內(nèi)；SIS接收到全開到位信號后，再向頂蓋機遠程操作柱全開指示燈發(fā)出亮燈指令，遠程操作柱全開指示燈亮起，同時電動閥內(nèi)部全開到位，回訊S1/S2觸點閉合向DCS發(fā)出頂蓋機全開到位信號，至此整個閘板式頂蓋機開閥過程結束。

閘板式頂蓋機關閉時的控制過程與開蓋過程基本一致，在此不再贅述。

圖2 焦化SIS原有接線的改動示意

3 頂蓋機控制方案改造后的優(yōu)勢及效果

閘板式頂蓋機采用電動執(zhí)行機構驅(qū)動頂蓋機開關動作，對比原旋啟式頂蓋機的控制系統(tǒng)，閘板式頂蓋機控制系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新：

1) 儀表顯示信號、控制信號、聯(lián)鎖信號在焦化 SIS和DCS以及水力除焦PLC中相互交叉?zhèn)魉?，實現(xiàn)了焦化SIS和DCS以及水力除焦PLC可同步監(jiān)控頂蓋機動作過程的目的。

2) 閘板式頂蓋機控制系統(tǒng)增加了聯(lián)鎖保護和實時監(jiān)控功能，具體實現(xiàn)過程如下：

a) 在焦化SIS中增加了頂蓋機鎖銷插拔位置信號，并將鎖銷位置信號添加至頂蓋機允許開/允許關邏輯判斷里，徹底消除了頂蓋機開關動作前操作人員忘記提鎖銷的隱患。

b) 焦化SIS的事件記錄功能(SOE),可實時記錄頂蓋機開關動作過程中關鍵操作變量的變化過程，方便操作人員監(jiān)控頂蓋機運行工況，分析判斷頂蓋機動作故障。

c) 電動閥內(nèi)部設有聯(lián)鎖保護功能，當閘板式頂蓋機在開關過程中出現(xiàn)卡澀無法動作時，電動閥將啟動超力矩聯(lián)鎖保護功能自動停止動作，并向焦化DCS發(fā)出報警信號，提醒操作人員現(xiàn)場檢查確認。

d) 儀表聯(lián)鎖保護邏輯提高了頂蓋機操作過程中的安全性，消除了頂蓋機誤動作的隱患，儀表聯(lián)鎖邏輯如圖3所示。

圖3 儀表聯(lián)鎖邏輯示意

3) 在焦化DCS里增加了頂蓋機電動閥開關力矩測量信號，操作人員可在中心控制室遠程監(jiān)控頂蓋機開關動作過程中的力矩變化過程，幫助操作人員提前發(fā)現(xiàn)頂蓋機結焦卡澀等隱患，延長了閘板式頂蓋機的運行壽命。

4) 改造后的頂蓋機具有全密閉操作，環(huán)境友好，將開蓋后大量蒸汽通過負壓抽至專門的蒸汽回收系統(tǒng)處理，避免了環(huán)境污染。

4 結束語

閘板式頂蓋機控制系統(tǒng)投用后，工作穩(wěn)定、工藝操作簡單、安全可靠，大幅減輕了操作人員的勞動強度，保證了裝置的平穩(wěn)長周期運行。