年產(chǎn)11萬(wàn)噸聚丙烯C-203機(jī)組控制系統(tǒng)升級(jí)改造及優(yōu)化

梁官軍

（中國(guó)石油蘭州石化公司檢維修中心）

中國(guó)石油蘭州石化公司年產(chǎn)11萬(wàn)噸聚丙烯裝置系引進(jìn)日本三井油化工藝技術(shù)。裝置原設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為4萬(wàn)噸，經(jīng)過(guò)擴(kuò)建改造后年生產(chǎn)能力達(dá)到7萬(wàn)噸，第2次擴(kuò)能改造后年生產(chǎn)能力達(dá)到11萬(wàn)噸。裝置采用三反應(yīng)器流程（由兩個(gè)液相反應(yīng)器和一個(gè)氣相反應(yīng)器串聯(lián)構(gòu)成）、液相本體和氣相本體結(jié)合的聚合工藝。裝置包括丙烯精制、催化劑配制、聚合、干燥、造粒、包裝和公用工程7個(gè)工段。工藝控制采用DeltaV DCS，安全儀表系統(tǒng)（SIS）采用H41/H51Q-HRS系統(tǒng)，生產(chǎn)操作自動(dòng)化程度高，運(yùn)行可靠。

裝置第三反應(yīng)器D-203是流化床反應(yīng)器，維持聚丙烯流態(tài)化的丙烯氣從D-203頂部出來(lái)經(jīng)過(guò)E-203冷卻后，一部分經(jīng)C-203機(jī)組增壓后循環(huán)回D-203以維持其正常流化。其中，C-203是第三反應(yīng)器D-203保持流化和控制溫度的核心設(shè)備，如果C-203出現(xiàn)故障，將造成D-203無(wú)法流化，發(fā)生蹋床事故，使裝置全面停工。由此可見(jiàn)C-203在裝置生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，保證其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)實(shí)現(xiàn)裝置的正常生產(chǎn)具有重要意義。

年產(chǎn)11萬(wàn)噸聚丙烯裝置C-203機(jī)組運(yùn)行至今，控制系統(tǒng)的控制元件出現(xiàn)不同程度的老化損壞，隨著儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)技術(shù)的更新?lián)Q代，儀表生產(chǎn)廠家無(wú)法向用戶單位提供相應(yīng)的備品備件，這為機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行埋下了安全隱患。為保證機(jī)組設(shè)備和裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行，在裝置大檢修期間對(duì)C-203機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造和優(yōu)化。

1 C-203機(jī)組控制系統(tǒng)改造

1.1 C-203機(jī)組原控制方案

C-203機(jī)組原控制系統(tǒng)是獨(dú)立控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)聯(lián)鎖和控制邏輯全部由繼電器搭建，控制柜放置于中央控制室機(jī)柜間，包含7個(gè)報(bào)警回路、4個(gè)聯(lián)鎖回路和20個(gè)設(shè)備啟?？刂苹芈罚哂羞h(yuǎn)區(qū)和本地兩種控制模式。本地由機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)就地操作柱上的開(kāi)關(guān)進(jìn)行主電機(jī)、潤(rùn)滑油泵的操作控制；遠(yuǎn)區(qū)由控制柜上的開(kāi)關(guān)進(jìn)行主電機(jī)、潤(rùn)滑油泵的操作控制?，F(xiàn)場(chǎng)操作柱和機(jī)柜間控制柜上設(shè)有相應(yīng)的操作開(kāi)關(guān)、急停按鈕和聲光報(bào)警儀表。操作間控制柜內(nèi)集成有兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵控制交流接觸器，潤(rùn)滑油泵的動(dòng)力電通過(guò)電氣配電室接入交流接觸器驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑油泵；控制系統(tǒng)的控制電由機(jī)柜間配電柜內(nèi)的儀表市電供電回路提供。

機(jī)組的潤(rùn)滑油、密封油壓力、潤(rùn)滑油回油溫度由彈簧式壓力、溫度開(kāi)關(guān)將對(duì)應(yīng)的報(bào)警聯(lián)鎖信號(hào)傳送到機(jī)柜間控制柜內(nèi)的報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警和聯(lián)鎖邏輯控制；本地顯示由彈簧管式儀表完成。

主電機(jī)啟?？刂戚^為簡(jiǎn)單，通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)“遠(yuǎn)區(qū)/本地”即可選擇現(xiàn)場(chǎng)操作柱開(kāi)停機(jī)還是機(jī)柜間開(kāi)停機(jī)，當(dāng)來(lái)自電氣的“允許開(kāi)機(jī)”條件和機(jī)組“潤(rùn)滑油壓力正?！睏l件全部滿足時(shí)，即可啟動(dòng)/停止壓縮機(jī)。潤(rùn)滑油泵的啟?？刂戚^為復(fù)雜，其控制流程如圖1所示。

1.2 C-203機(jī)組控制系統(tǒng)改造方案

本次C-203機(jī)組控制系統(tǒng)改造，拆除控制柜內(nèi)繼電器搭建的陳舊、不可靠的控制聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)，保留控制柜內(nèi)兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵控制交流接觸器，通過(guò)相應(yīng)的隔離繼電器和安全柵將信號(hào)引入裝置原SIS，同時(shí)增加擴(kuò)容卡件，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)，以滿足機(jī)組控制聯(lián)鎖報(bào)警需求；現(xiàn)場(chǎng)拆除原潤(rùn)滑油、密封油機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)和軸瓦回油溫度測(cè)量機(jī)械溫包式溫度開(kāi)關(guān)，更新為智能壓力變送器和PT100鎧裝熱電阻，作為測(cè)量元件與智能溫度變送器配套，將測(cè)量參數(shù)遠(yuǎn)程傳送到控制室SIS，同時(shí)通信到DCS。保留操作室機(jī)組控制柜內(nèi)交流接觸器的380V（AC）三相交流電，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油泵的電源供給；取消機(jī)組控制柜內(nèi)的24V（DC）穩(wěn)壓電源，改由市電和UPS冗余供電的24V（DC）供電系統(tǒng)，同時(shí)照明亦改由儀表供電系統(tǒng)專用照明供電回路供電，使機(jī)組控制柜內(nèi)控制供電滿足專業(yè)要求。取消機(jī)組控制柜急停按鈕，增加裝置輔操臺(tái)急停按鈕及機(jī)組運(yùn)行、停運(yùn)狀態(tài)指示燈。機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)、潤(rùn)滑油泵自動(dòng)控制啟停及SIS的相關(guān)顯示、報(bào)警均在SIS組態(tài)完成，并通信至DCS信號(hào)組態(tài)進(jìn)行顯示，同時(shí)相關(guān)報(bào)警也在DCS中組態(tài)完成。

2 C-203機(jī)組控制系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 C-203原控制方案直改的缺陷

機(jī)組原控制系統(tǒng)由機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)操作柱控制部分、機(jī)組控制柜人工控制部分和機(jī)組控制柜內(nèi)由繼電器搭建的機(jī)組控制系統(tǒng)3部分組成，具有遠(yuǎn)區(qū)與本地切換控制、自動(dòng)與手動(dòng)切換控制模式，并且在改造時(shí)根據(jù)工藝要求增加了SIS控制主電機(jī)、潤(rùn)滑油泵開(kāi)停等功能。如果直接將原控制方案改造為現(xiàn)控制方案，就會(huì)使機(jī)組操作步驟繁瑣復(fù)雜，操作人員對(duì)機(jī)組的控制理解難度增大，機(jī)組操作出錯(cuò)幾率增加，機(jī)組發(fā)生故障的概率增大，降低了機(jī)組安全、長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性。

另外，原潤(rùn)滑油控制方案中未考慮人為現(xiàn)場(chǎng)停止單臺(tái)潤(rùn)滑油泵的情況，若發(fā)生此情況將會(huì)造成兩臺(tái)潤(rùn)滑油壓力表中的一臺(tái)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致潤(rùn)滑油壓力低低時(shí)備用潤(rùn)滑油泵不能啟動(dòng)而造成機(jī)組損壞，為機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行埋下安全隱患。

2.2 C-203控制方案優(yōu)化

2.2.1 機(jī)組

考慮到機(jī)組和潤(rùn)滑油泵手動(dòng)啟停的緊急程度以及SIS對(duì)機(jī)組和潤(rùn)滑油泵啟停的必要性，經(jīng)與工藝人員協(xié)商，決定取消機(jī)組開(kāi)停和兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵開(kāi)停的SIS人工操作功能；取消輔操臺(tái)啟停潤(rùn)滑油泵功能；取消機(jī)組SIS控制畫面中現(xiàn)場(chǎng)與系統(tǒng)之間繁雜的手動(dòng)切換控制功能，簡(jiǎn)化繁瑣復(fù)雜的控制操作。C-203原控制系統(tǒng)儀表控制柜與電氣控制柜內(nèi)信號(hào)通過(guò)繼電器進(jìn)行隔離，而3個(gè)急停聯(lián)鎖信號(hào)分別由電氣柜、現(xiàn)場(chǎng)就地操作柱和儀表控制柜并聯(lián)后再與自控跳閘信號(hào)并聯(lián)，通過(guò)一個(gè)跳閘繼電器隔離后將控制接電送至電氣控制柜，如果中間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成機(jī)組在需要急停時(shí)按下急停按鈕后而控制信號(hào)拒動(dòng)的情況，使電氣控制柜無(wú)法切斷機(jī)組供電，導(dǎo)致機(jī)組損壞。

在本次改造中，取消了操作室機(jī)柜間控制柜急停按鈕，增加了輔操臺(tái)自鎖急停按鈕，并取消了輔操臺(tái)自鎖急停按鈕和現(xiàn)場(chǎng)自鎖急停按鈕到電氣停機(jī)控制柜中間的轉(zhuǎn)換，使現(xiàn)場(chǎng)急停信號(hào)直接進(jìn)入電氣跳閘回路啟動(dòng)電氣開(kāi)關(guān)柜。

2.2.2 機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)

2.2.2.1 機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下確保潤(rùn)滑油泵可靠運(yùn)行的方案優(yōu)化

在SIS機(jī)組控制邏輯中增設(shè)機(jī)組開(kāi)機(jī)信號(hào)，單臺(tái)潤(rùn)滑油泵運(yùn)行時(shí)對(duì)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)操作柱手動(dòng)停泵信號(hào)進(jìn)行鎖定，防止在機(jī)組開(kāi)機(jī)狀態(tài)下人為操作失誤致使?jié)櫥捅猛Ｖ?，造成停機(jī)事故和機(jī)組損壞。其控制流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的C-203潤(rùn)滑油泵啟?？刂屏鞒?/p>

2.2.2.2 潤(rùn)滑油壓低低啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵方案優(yōu)化

將原潤(rùn)滑油壓力低低聯(lián)鎖PS236、PS237二選二啟動(dòng)輔助潤(rùn)滑油泵變更為二選一啟動(dòng)輔助潤(rùn)滑油泵。為了確保機(jī)組潤(rùn)滑油壓力變送器在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障后能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并修復(fù)，提高在線維修的可靠性，在本次改造中，分別在SIS和DCS兩套系統(tǒng)中，對(duì)兩臺(tái)壓力變送器指示偏差的絕對(duì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。當(dāng)兩臺(tái)變送器指示出現(xiàn)偏差時(shí)，說(shuō)明至少有1臺(tái)變送器處于故障狀態(tài)，當(dāng)偏差大于5kPa時(shí)DCS首先報(bào)警，若偏差快速增加，則提醒操作人員進(jìn)行應(yīng)急處理，若偏差大于10kPa，則SIS報(bào)警，需進(jìn)一步提醒維護(hù)人員對(duì)故障變送器進(jìn)行切出檢查，杜絕兩路潤(rùn)滑油壓力回路中某一路出現(xiàn)故障時(shí)，潤(rùn)滑油壓力低低輔助潤(rùn)滑油泵無(wú)法啟動(dòng)，出現(xiàn)由于儀表原因造成的機(jī)組異常停機(jī)和損壞。

2.2.3 增加聯(lián)鎖事件首出判斷鎖定功能

為了在C-203機(jī)組觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)后，讓工藝人員第一時(shí)間判斷出造成機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)的原因，同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)，在本次改造中在SIS中搭建聯(lián)鎖事件首出判斷功能，并對(duì)首出事件進(jìn)行鎖定。當(dāng)機(jī)組由于聯(lián)鎖觸發(fā)停機(jī)后，聯(lián)鎖原因會(huì)一直鎖定，直到下一次機(jī)組運(yùn)行信號(hào)到位后，鎖定的首出事件才會(huì)自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)在原C-203控制柜門進(jìn)行指示，方便操作人員及時(shí)判斷故障并處理故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

在本次C-203機(jī)組控制系統(tǒng)改造中，采用先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)代替落后老舊的由繼電器搭建的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，克服了機(jī)組控制老舊、資料缺失、施工時(shí)間緊等困難；采用可靠精確的智能測(cè)量?jī)x表代替老舊落后的機(jī)械動(dòng)作儀表，使機(jī)組控制系統(tǒng)的控制更加精準(zhǔn)；借鑒原繼電器搭建的機(jī)組控制原理，與工藝多次溝通后取消繁雜冗余邏輯，增加增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠邏輯條件，增設(shè)了輔操臺(tái)急停按鈕，簡(jiǎn)化了人員操作，保證了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，降低了誤操作對(duì)機(jī)組造成損壞的幾率，按時(shí)完成了機(jī)組的更新改造。通過(guò)本次改造優(yōu)化，簡(jiǎn)化了機(jī)組控制系統(tǒng)的控制邏輯，提高了機(jī)組控制的可靠性，為機(jī)組的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。