封小兵,蘇 科
(四川瀘天化股份有限公司,四川 瀘州 646300)
四川瀘天化綠源醇業(yè)有限責(zé)任公司(簡稱綠源醇業(yè))醇醚項(xiàng)目原設(shè)計(jì)以天然氣為原料,項(xiàng)目于2002年12月動(dòng)工,其中,400kt/a甲醇裝置于2005年12月投產(chǎn)、100kt/a二甲醚裝置于2006年2月投產(chǎn)。后來,受原料天然氣價(jià)格上漲及供應(yīng)不足等因素的影響,甲醇裝置于2014年9月開始間斷生產(chǎn)。
為實(shí)現(xiàn)原料結(jié)構(gòu)調(diào)整,2016年9月7日,四川煤氣化有限公司瀘州化工園區(qū)項(xiàng)目(亦即瀘天化煤制氣項(xiàng)目,主要依托瀘州當(dāng)?shù)毓艛⒚禾?,采?臺(tái)2000t/d航天爐制氣,為下游甲醇裝置和尿素裝置提供原料氣,其主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括空分、粉煤加壓氣化、耐硫變換、低溫甲醇洗、硫回收系統(tǒng))B套航天爐投料成功;9月10日全系統(tǒng)流程打通,低溫甲醇洗系統(tǒng)產(chǎn)出合格合成氣,送往綠源醇業(yè)甲醇裝置(綠源醇業(yè)甲醇裝置進(jìn)行局部改造,甲醇合成系統(tǒng)上游的天然氣制合成氣部分仍保留,通過連接管廊實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的切換互送,天然氣原料仍可適時(shí)啟用),9月11日產(chǎn)出合格甲醇產(chǎn)品。
綠源醇業(yè)生產(chǎn)裝置采用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,在裝置的運(yùn)行過程中,難免會(huì)有在原有控制基礎(chǔ)上增加監(jiān)控的要求。以下對新建廢氣焚燒熱回收裝置引入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)的有關(guān)情況作一介紹。
廢氣焚燒熱回收裝置(簡稱焚燒爐)由四川艾普環(huán)保工程有限公司成套提供,是配套煤制氣生產(chǎn)甲醇新建的對接裝置——煤制氣生產(chǎn)甲醇時(shí),天然氣轉(zhuǎn)化系統(tǒng)停運(yùn),甲醇合成系統(tǒng)弛放氣不能得以回收利用,于是新建焚燒爐對甲醇合成弛放氣(簡稱廢氣)進(jìn)行焚燒利用。廢氣焚燒之前先用天然氣點(diǎn)火及燃燒,再切換為廢氣燃燒(也可全程燃用天然氣),產(chǎn)出0.35MPa低壓蒸汽,送入低壓蒸汽系統(tǒng),達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
焚燒爐設(shè)計(jì)蒸汽產(chǎn)量20t/h,實(shí)際生產(chǎn)中廢氣焚燒副產(chǎn)的蒸汽量約18t/h。焚燒爐設(shè)置燃料氣流量控制系統(tǒng),通過供給足夠的助燃空氣,控制焚燒爐爐膛溫度在1000℃左右。除設(shè)置小火焰長明燈外,焚燒爐還設(shè)置了點(diǎn)火和熄火安全保護(hù)裝置,自動(dòng)點(diǎn)火,意外熄火時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)切斷燃燒天然氣或廢氣,以避免發(fā)生爆炸事故;火焰檢測裝置有2套,兩個(gè)火焰均熄火其聯(lián)鎖才動(dòng)作,即火焰檢測采用二選二聯(lián)鎖,以提高火焰檢測的可靠性,減少聯(lián)鎖誤動(dòng)作。
焚燒爐爐膛溫度在1000℃左右,設(shè)置了2個(gè)測溫點(diǎn),分別位于燃燒室和焚燒爐爐膛,選用分度號(hào)為S的高溫型熱電偶,最高測量溫度可達(dá)1700℃;熱電偶保護(hù)套管選用耐磨、耐高溫的剛玉材料,短期使用溫度可達(dá)1800℃。
汽包液位儀表選用在其他同類型裝置上應(yīng)用效果較好的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì),采用側(cè)-側(cè)法蘭安裝的旁通管形式,并在導(dǎo)波桿端部設(shè)置對中環(huán);由于汽包操作溫度為150℃,采用高溫型(蒸汽環(huán)境200℃以內(nèi))導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì);為確保汽包液位測量的可靠性,還選用了另外一種汽包液位經(jīng)典測量儀表——雙室平衡差壓變送液位計(jì)。2臺(tái)液位計(jì)分別安裝在汽包的兩端,在DCS系統(tǒng)通過組態(tài)操作畫面軟切換開關(guān),操作人員可根據(jù)液位情況任選其中一臺(tái)變送器作為汽包液位控制的測量儀表,這樣的設(shè)置也便于儀表人員在線維護(hù)液位儀表。
蒸汽流量和燃料氣流量選用孔板和差壓變送器測量,由于是氣體(燃料天然氣或廢氣)流量測量,因此進(jìn)行了壓力補(bǔ)償;因介質(zhì)溫度較穩(wěn)定,故未進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
焚燒爐配置了3臺(tái)聯(lián)鎖切斷閥,為燃料氣主切斷閥、廢氣切斷閥、小火切斷閥,均選用軟密封球閥,泄漏等級(jí)為Ⅳ級(jí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用單作用氣缸式,聯(lián)鎖輸出控制兩位三通電磁閥,再控制切斷閥,以保證切斷閥動(dòng)作的可靠性。
焚燒爐系統(tǒng)測量信號(hào)及儀表類型見表1。
表1焚燒爐系統(tǒng)測量信號(hào)及儀表類型
就地點(diǎn)火控制柜涉及高壓點(diǎn)火控制,且有時(shí)需現(xiàn)場點(diǎn)火操作,故就地點(diǎn)火控制柜設(shè)置在現(xiàn)場,除此以外所有監(jiān)控引入現(xiàn)有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。
操作人員在3臺(tái)點(diǎn)火切斷閥處于全關(guān)位置下,啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī),人工完成對焚燒爐吹掃約3min;人工吹掃完成后,當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、爐膛負(fù)壓正常、3臺(tái)點(diǎn)火切斷閥閥位處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)(點(diǎn)火條件),在DCS操作站上按下軟復(fù)位按鈕,“允許點(diǎn)火”指示燈亮,同時(shí)輸出信號(hào)到就地點(diǎn)火控制柜,該“允許點(diǎn)火”信號(hào)保持30s(制造商設(shè)定的安全點(diǎn)火時(shí)間約10s,此時(shí)間可人為在1~30s內(nèi)設(shè)定)。
小火點(diǎn)火控制功能由現(xiàn)場點(diǎn)火控制柜內(nèi)繼電器實(shí)現(xiàn),并由操作人員在現(xiàn)場操作:①將電源開關(guān)旋至“ON”位置, “電源”指示燈亮;②當(dāng)DCS的點(diǎn)火允許信號(hào)為“ON”時(shí),“允許點(diǎn)火”指示燈亮;③按下“點(diǎn)火”按鈕,點(diǎn)火槍開始推進(jìn);④點(diǎn)火槍推進(jìn)到位后, “點(diǎn)火槍插入”指示燈亮,點(diǎn)火器激活,開始計(jì)時(shí)(10s),同時(shí)該信號(hào)送至DCS打開小火切斷閥,若小火點(diǎn)燃,則“火檢”指示燈亮;⑤計(jì)時(shí)完畢,點(diǎn)火器停運(yùn),點(diǎn)火槍回退至原始位置,“點(diǎn)火槍插入”指示燈熄滅。
焚燒爐可實(shí)現(xiàn)燃料氣(即天然氣,下同)或廢氣的燃燒,包含燃料氣點(diǎn)火和廢氣點(diǎn)火,此功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn),以實(shí)現(xiàn)兩種燃料氣的燃燒。
3.3.1 燃料氣點(diǎn)火
當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位正常、汽包壓力正常、爐膛溫度正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、小火火焰正常、緊急停車開關(guān)釋放時(shí)(大火點(diǎn)火條件),操作人員在DCS操作站上按下燃料氣點(diǎn)火軟按鈕,燃料氣主切斷閥打開并自鎖,點(diǎn)燃主燃料氣。
3.3.2 廢氣點(diǎn)火
考慮到廢氣的主要成分為氫氣,為保證安全,在同時(shí)滿足汽包液位正常、汽包壓力正常、爐膛溫度正常、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、小火火焰正常、緊急停車開關(guān)釋放時(shí)(大火點(diǎn)火條件),另外增加了燃燒室溫度(950~1140℃)、爐膛壓力(600~800Pa)正常的廢氣點(diǎn)火條件,經(jīng)人工分析廢氣含氧量≤2%后,操作人員在DCS操作站上按下廢氣切斷閥開啟按鈕,廢氣切斷閥打開并自鎖,點(diǎn)燃廢氣。焚燒爐系統(tǒng)廢氣切斷閥打開時(shí),甲醇合成系統(tǒng)的廢氣放空切斷閥須關(guān)閉;焚燒爐系統(tǒng)廢氣切斷閥關(guān)閉時(shí),甲醇合成系統(tǒng)的廢氣放空切斷閥須打開。
聯(lián)鎖保護(hù)功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn),包含大火聯(lián)鎖保護(hù)和小火聯(lián)鎖保護(hù)。
大火聯(lián)鎖保護(hù):當(dāng)同時(shí)滿足汽包液位低低、汽包壓力高高、爐膛溫度高高、大火火焰熄滅、引風(fēng)機(jī)停運(yùn)、鼓風(fēng)機(jī)停運(yùn)(停車信號(hào)),緊急停車開關(guān)按下時(shí),燃料氣主切斷閥、廢氣切斷閥同時(shí)關(guān)閉,大火熄滅。
小火聯(lián)鎖保護(hù):當(dāng)同時(shí)滿足大火聯(lián)鎖動(dòng)作(包含燃料氣主切斷閥動(dòng)作和廢氣切斷閥動(dòng)作)、小火火焰熄滅、點(diǎn)火器未激活時(shí),小火切斷閥關(guān)閉,小火熄滅。小火熄滅后,操作人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人工吹掃,確保安全。
點(diǎn)火系統(tǒng)由制造商成套提供,由點(diǎn)火控制柜、高壓點(diǎn)火器、氣動(dòng)推進(jìn)器和點(diǎn)火槍四部分組成:點(diǎn)火控制柜采用壁掛式安裝,工作電源220 VAC±10%、50Hz,點(diǎn)火控制柜功耗35W;高壓點(diǎn)火器型號(hào)為XKB250FB(采用防爆設(shè)計(jì)),高壓點(diǎn)火器平均功耗200W;氣動(dòng)推進(jìn)器(伸縮機(jī)構(gòu))屬通過氣缸與活塞桿來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置;點(diǎn)火槍(桿)整體采用不銹鋼材質(zhì),點(diǎn)火槍插入、點(diǎn)火槍回位作為DI點(diǎn)輸入到DCS系統(tǒng),點(diǎn)火激活(DCS點(diǎn)火)、允許點(diǎn)火作為DCS系統(tǒng)DO點(diǎn)輸出到點(diǎn)火控制柜。點(diǎn)火系統(tǒng)控制邏輯圖見圖1,點(diǎn)火系統(tǒng)接線圖見圖2。
圖1 點(diǎn)火系統(tǒng)控制邏輯示意圖
圖2 點(diǎn)火系統(tǒng)接線示意圖
5.2.1 手動(dòng)操作
(1)接通220VAC系統(tǒng)電源,上電待機(jī),電源指示燈亮,打開點(diǎn)火電源開關(guān)(撥到Ⅰ),將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至手動(dòng)(撥到Ⅰ)。
(2)DCS系統(tǒng)判斷點(diǎn)火槍處于回位位置,給出允許點(diǎn)火信號(hào),允許點(diǎn)火燈亮,按下點(diǎn)火按鈕,點(diǎn)火槍插入并點(diǎn)火 (安全點(diǎn)火時(shí)間約為10s),此時(shí)點(diǎn)火槍插入指示燈亮并同時(shí)將點(diǎn)火信號(hào)和插入信號(hào)送至DCS系統(tǒng)(干觸點(diǎn))。
(3)安全點(diǎn)火時(shí)間結(jié)束,點(diǎn)火槍退出,點(diǎn)火槍插入指示燈熄滅,同時(shí)將回位信號(hào)送至DCS系統(tǒng)(干觸點(diǎn))。
(4)當(dāng)點(diǎn)火成功,火焰檢測器檢測到火焰,點(diǎn)火火檢指示燈亮,同時(shí)輸出開關(guān)信號(hào)至DCS。若要進(jìn)行第二次點(diǎn)火,需要DCS系統(tǒng)重新給出允許點(diǎn)火信號(hào),即允許點(diǎn)火信號(hào)切斷后再次送入,兩次點(diǎn)火的間隔時(shí)間須大于3min。
5.2.2 自動(dòng)操作
接通220VAC系統(tǒng)電源,上電待機(jī),電源指示燈亮,打開點(diǎn)火電源開關(guān)(撥到Ⅰ),將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至自動(dòng)(撥到Ⅱ),其余步驟同上節(jié)“手動(dòng)操作”。
燃料氣流量和蒸汽流量的壓力補(bǔ)償,使用DCS系統(tǒng)自帶的溫度壓力補(bǔ)償模塊,在DCS中輸入設(shè)計(jì)壓力,設(shè)計(jì)壓力來自孔板流量計(jì)選型購買時(shí)根據(jù)工況條件出具的計(jì)算書。
模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量通過DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn),有以下兩種方法可以實(shí)現(xiàn):一是使用順控表(ST16),順控表的條件輸入欄選擇PV測量值的高(PH)、高高(HH)、低(PL)、低低(LL)等,順控表的動(dòng)作輸出欄選擇觸點(diǎn)的閉合或斷開;二是使用RL比較模塊,如果低于整定值,那就輸出觸點(diǎn)信號(hào),其輸出觸點(diǎn)的格式為RL001.X01.LT。
邏輯功能在DCS系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn),使用DCS系統(tǒng)自帶的邏輯功能模塊(LC64),在該邏輯功能模塊內(nèi)可使用系統(tǒng)自帶的邏輯與、邏輯或、邏輯非、RS觸發(fā)器、脈沖、計(jì)時(shí)器等一般邏輯功能塊以實(shí)現(xiàn)所需,組態(tài)完成后需要運(yùn)行該邏輯功能模塊并置于自動(dòng)狀態(tài)。
旁路開關(guān)和復(fù)位按鈕均設(shè)置為DCS操作畫面上的軟開關(guān)和按鈕,可通過DCS操作畫面操作,DCS操作畫面上按鈕設(shè)有點(diǎn)火復(fù)位按鈕、燃料氣點(diǎn)火按鈕、廢氣點(diǎn)火按鈕、焚燒爐緊急停車按鈕、引風(fēng)機(jī)停車按鈕、鼓風(fēng)機(jī)停車按鈕,指示燈設(shè)有燃料氣主切斷閥開/關(guān)、廢氣切斷閥開/關(guān)、小火切斷閥開/關(guān)、允許點(diǎn)火、點(diǎn)火槍插入、點(diǎn)火槍回位、DCS點(diǎn)火。
綠源醇業(yè)新建的焚燒爐利用現(xiàn)有DCS系統(tǒng)而非傳統(tǒng)的現(xiàn)場成套箱實(shí)現(xiàn)焚燒爐的自動(dòng)控制及聯(lián)鎖保護(hù),實(shí)施時(shí)進(jìn)行了DCS系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的清理,電纜及接線箱清理,邏輯功能和監(jiān)測功能的清理及實(shí)現(xiàn),充分利用了DCS系統(tǒng)功能強(qiáng)大的特點(diǎn),將控制、邏輯、報(bào)警和操作等功能融為一體,提升了系統(tǒng)的自動(dòng)控制水平,節(jié)約了資源,方便了操作。