Foxboro I/A’S 系統(tǒng)在上海煉油廠蒸餾裝置上的應用

摘要：本文從硬件、軟件兩方面分別介紹了我廠#3蒸餾裝置的DCS系統(tǒng)概況，并介紹了利用FOXBORO I/A’S系統(tǒng)提供的功能實現的幾個較有代表性的特殊控制回路。

關鍵詞：#3蒸餾 DCS控制 組態(tài)

概述

原#3蒸餾裝置規(guī)模為250萬噸/年（年開工8000小時），屬燃料-化工型裝置，主要提供催化裂化原料、寬餾分連續(xù)重整原料及部分汽柴油組分。該裝置原由常規(guī)儀表控制。2002年，為實現我廠加工能力千萬噸級目標，決定對該裝置進行改造，使其加工能力達到800萬噸/年。#3蒸餾裝置改造主要由北京設計院承擔設計，采用美國FOXBORO公司的I/A’S DCS系統(tǒng)，工作站采用51D系列，控制處理機采用CP60型號， I/A Series 軟件版本為V6.3。該套DCS系統(tǒng)于2002年9月與新裝置一起投入使用，投用至今系統(tǒng)運行正常。本文將主要介紹該裝置中幾個比較有代表性的控制回路在DCS系統(tǒng)中的實現。

一、工藝簡介

800萬噸/年蒸餾裝置包括預分餾、常減壓分餾、電脫鹽、“四注”和電精制等單元。它主要是在不改變油品分子結構的情況下，按產品沸點范圍將原油這個復雜的混合物分割開，裝置各側線產品用做煉油廠主要生產裝置的基本原料或作為柴油調和組分，同時為了降低原油含鹽對原油加工過程產生的危害，得到高品質的汽油、柴油等產品，還需要對原油及其在加工過程中產生的成品、半成品進行電脫鹽、注氨、緩蝕劑、循環(huán)水、破乳劑、電精制等工序，去除中其中的鹽、硫等雜質。

二、DCS系統(tǒng)結構

#3蒸餾裝置DCS系統(tǒng)分別位于兩個控制室，中央控制室和遠程控制室。中央控制室有3臺操作站（WP5103，WP5104和AW5102）和連接報警和報表打印機的通信處理機（COMP），其中AW5102為應用操作站處理機，負責管理歷史數據和另外兩臺操作站處理機WP5103和WP5104，并通過以態(tài)網將數據傳送到PC遠程終端。位于遠程控制室的一臺應用操作站處理機（AW5101）作為工程師站，它主要用于管理同樣位于遠程控制室的冗余的控制處理機（CP）和通過現場總線（Field Bus）相互通信的現場總線組件FBM（Fieldbus Module）。各處理機之間由節(jié)點總線（Node Bus）通訊，兩個控制室之間的節(jié)點總線由光纜連接。現場總線和節(jié)點總線都是冗余的。

三、DCS組態(tài)

1加熱爐爐出口溫度控制。

工藝要求：對于加熱爐，工藝介質受熱升溫或同時進行汽化，其溫度的高低會直接影響后一工序的操作工況和產品質量，當爐子溫度過高時，會使物料在加熱爐內分解，甚至造成結焦而燒壞爐管，加熱爐平穩(wěn)操作，可以延長爐管的壽命。因此，爐子的出口溫度要求嚴格控制。

控制方案：控制系統(tǒng)如圖2所示，為保證出口溫度的穩(wěn)定性，采用了兩組爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)，其余一些干擾因素如蒸汽壓力、進料流量的波動等采用單回路控制系統(tǒng)來克服。同時為保證操作安全，設定當選擇其中某一路燃料作為加熱原料時，另一路燃料介質的調節(jié)器模塊被強制處于手動狀態(tài)。整個操作過程中，流程圖上都具有明顯的提示標志，并且切換過程是無擾動的，在該控制回路的組態(tài)過程中，除使用到了I/A系統(tǒng)所提供的一些常規(guī)模塊和SWICH模塊，CALC模塊等，為確保操作界面友好，在顯示組態(tài)中采用了腳本程序調用和覆蓋畫面等功能。

2拋減底液位，流量控制

工藝介紹：通常情況下，原油經過初餾和常壓分餾后，用常底泵將常壓塔底重油抽出，分八路進入減壓爐加熱后，再進入減壓塔進行減壓分餾。工藝流程如圖四所示。為保持幾路平行流量均勻，將常壓塔底液位與減壓爐八組進料流量串級控制。但當減壓系統(tǒng)出現無法立即修復故障時，為避免整個裝置停工，工藝需采取拋減底液位控制，完全拋棄減壓系統(tǒng)，直接由減壓塔底出料控制閥去控制常底液位參數，確保常壓系統(tǒng)正常工作。

常壓塔底液位LC8005與FC8052-FC8059八組減壓爐進料流量串級控制

石油化工生產過程是一個連續(xù)的生產過程，根據工藝流程可知，常壓塔的出料直接作為減壓爐的進料，而減壓爐的出料又連續(xù)送給減壓塔作為進料。作為單個的設備，都希望自身操作平穩(wěn)，但常壓塔出料波動是減壓爐進料的一個擾動，破壞其平穩(wěn)操作。為解決這個問題，這里采取了均勻控制方案，即當常壓塔的進料量波動時，允許塔釜液位在一定限度內平緩變化，使出料流量平穩(wěn)變化，避免對減壓爐等后工序產生較大影響。均勻控制與常規(guī)控制的主要區(qū)別在于控制器的控制規(guī)律的選擇及參數整定上。這里，可將流量的PID參數按照一般串級控制的副回路參數整定，而液位的參數整定按照簡單均勻控制情況處理，比例度和積分時間都要盡量放大。值得注意的是，此處由于是一個主回路同時與八個副回路串級，因此在參數整定上略有區(qū)別，液位的比例度可適當放大，比例作用可整定得稍弱一些。

減底液位LC8015調節(jié)閥與變頻控制切換

在工藝生產中，為了節(jié)能經常會遇到變頻泵控制。考慮到使用調節(jié)閥控制和變頻泵控制時的對象特性的差異反應在PID參數整定上的不同，對調節(jié)閥和變頻泵采用各自獨立的調節(jié)器，避免切換操作中頻繁修改PID控制參數。同時為了確保生產操作的安全性，防止誤操作，在調節(jié)閥控制和變頻泵控制的切換過程中，設置強制手動功能，在調節(jié)閥投入自動運行時，變頻泵被強制處于手動位置；而變頻泵投入自動運行時，調節(jié)閥又被強制處于手動位置。在DCS組態(tài)中由CIO組態(tài)實現。在調節(jié)閥切換到變頻控制時，操作人員先將操作畫面上的切換開關切到變頻控制，同時將調節(jié)閥的副線全部打開，并將調節(jié)閥的輸出逐漸增至最大，使得變頻泵的輸出逐漸減小，以達到節(jié)能的目的。

拋減底控制切換

在常規(guī)常壓塔塔底液位控制方案中，常壓塔塔底液位LC8005作為主回路，減壓爐八組進料流量FC8052-FC8059作為副回路，進行串級均勻控制；減壓塔塔底液位LC8015（LC8015B）進行單回路控制，減壓塔塔底液位可選擇由調節(jié)閥或變頻泵控制，LC8005A模塊被強制處于手動方式。當控制回路切換到拋減底控制方案時，減底液位切換到調節(jié)閥LC8015手動狀態(tài)，此時，變頻泵調節(jié)器模塊處于強制手動狀態(tài)，LC8005A模塊強制手動解除，并將其輸出信號送往調節(jié)閥LV8015進行控制。原串級副回路FC8052-FC8059被強制到本地單回路控制，原串級主回路LC8005模塊被強制處于手動方式。此外，我們將切換開關置于操作界面上，并且每一步切換步驟都有確認功能，當前運行方式有明顯標識，使得操作步驟簡單明了。以上功能是在DCS的CIO組態(tài)和顯示組態(tài)中實現的。

圖中：
LC8005：常壓塔塔底液位控制調節(jié)器
LC8015：減壓塔塔底液位調節(jié)閥控制調節(jié)器
LC8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調節(jié)器
LV8015：常規(guī)控制時為減壓塔塔底液位調節(jié)閥控制調節(jié)器輸出模塊，拋減底控制調節(jié)器輸出模塊
LV8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調節(jié)器輸出模塊
FC8052…FC8059：減壓爐一組至八組進料控制調節(jié)器
FV8052…FV8059：減壓爐一組至八組進料控制調節(jié)器輸出模塊
CALCL05-15：計算模塊，用于實現在拋減底控制時強制減壓爐一組至八組進料控制調節(jié)器處于本地控制狀態(tài)
LC8005A：常壓塔塔底液位拋減底控制調節(jié)器
SWL8005A：SWCH模塊，用于實現常規(guī)控制和拋減底控制切換

此外，在#3蒸餾的DCS組態(tài)過程中，充分利用FOXBORO公司的IA’S DCS系統(tǒng)所提供的功能，除使用到單回路、串級回路等一些常規(guī)控制外，還通過各種常規(guī)控制，如選擇控制、分程控制、比值控制等互相組合，實現了一系列的復雜控制方案，如加熱爐聯(lián)鎖控制，減壓爐支路平衡控制，燃料油罐液位比值控制等等。經過測試，該系統(tǒng)各項指標都基本達到了設計最初要求。

結束語

#3蒸餾裝置DCS控制系統(tǒng)從開工至今，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，情況良好。長久以來，FOXBORO公司的I/A DCS系統(tǒng)以其硬件故障率低，維護工作量小，組態(tài)功能強大，操作界面方便、靈活等特點，深受本單位工藝操作人員和儀表維護人員的好評。

[參考文獻]
（1）“#3常減壓蒸餾裝置工藝技術規(guī)程”
（2）“化工過程控制工程”（第二版）