水力除焦控制系統在橫河ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００系統上的開發及應用

摘要：本文詳細介紹了中國石化濟南分公司50萬噸/年延遲焦化裝置水力除焦控制系統在日本橫河CENTUM-CS3000系統上的開發過程，介紹了控制系統的構成和完成的功能，以及應用的效果。

關鍵詞：水力除焦控制系統；開發；應用

1 工藝過程簡介：

中國石化濟南分公司50萬噸/年延遲焦化裝置由北京石化設計院設計，該裝置是以渣油或高黏度重質稠油為原料，在高溫下進行深度熱裂化反應，生成出石油焦（即焦炭）、汽柴油、液化氣等產品。其中水力除焦系統是我廠50萬噸/年延遲焦化裝置的一部分。焦化原料油經過充分換熱，用加熱爐輻射進料泵抽出，打入焦化爐，快速升溫至496℃～500℃，經四通閥進入焦炭塔底部，循環油及原料減渣中蠟油以上餾分在焦炭塔內由于高溫和長停留時間而發生裂解、縮合等一系列反應，最后生成富氣、汽油、柴油、蠟油和焦炭，急冷到420℃的油氣自塔頂流出，進入下一生產環節，而焦炭則積聚于塔內。水力除焦操作就是將積聚在焦炭塔內的焦炭除掉的過程。為確保生產的連續性，目前我廠采用雙焦炭塔操作的生產模式，一塔生焦時另一塔進行除焦操作，即焦炭塔C101/1生焦到一定高度需要進行除焦操作時將焦炭塔進料切換到C101/2，焦炭塔C101/1即可轉入除焦過程；反之當C101/2在生焦到一定高度需要進行除焦操作時將焦炭塔進料切換至C101/1，焦炭塔C101/2即可轉入除焦過程。所以必須有穩定可靠的控制措施保證除焦操作的順利進行，從而保證焦化整個生產過程的連續性。另一方面，水力除焦的動力源來自高壓水泵打出的20Mpa的高壓水，經過控制閥、隔斷閥、高壓水龍帶、旋轉節頭、鉆桿、切焦器打入焦炭塔內，切焦水和焦炭一同流入焦池，然后切焦水流入沉淀池。而除焦操作是在就地高度為45米平臺操作臺進行操作，高壓水的任何泄露都是危險的，為保證除焦操作的安全，必須有安全可靠的自保聯鎖控制系統。

2問題的提出：

水力除焦監控系統原為設計單位成套完成，原設計控制方案為PLC進行監控，由PLC控制器完成數據的運算、處理和聯鎖保護，通過上位機進行信息的瀏覽和操作，同我廠加氫-制氫-焦化聯合裝置的DCS系統信息數據連接只能通過采用通訊的方式進行連接。該方案同我廠整體控制方案不一致，且系統連接復雜，不利于整體管理和操作。根據我廠的實際情況，本著提高管理水平、便于管理和操作的要求，充分利用我廠的現有的DCS資源，充分發揮DCS控制系統豐富的流程圖畫面、記錄、報警功能，簡潔、直觀的操作、瀏覽功能，強大的運算功能，決定在橫河CS3000 DCS系統上自行開發應用軟件，取代原設計的PLC控制系統。

3 控制系統的的功能：

水力除焦控制系統完成對水力除焦單元的高壓水泵運行狀態監視，運行數據顯示，完成高壓水泵的聯鎖保護，完成對泵閥、塔閥、除焦控制閥的控制，完成對絞車的控制、完成切焦系統的聯鎖保護功能，對現場的各種模擬信號和開關信號、溫度信號的檢測、顯示、記錄和報警等功能；保證主控制室、高壓水泵房、45米平臺操作臺操作及控制信息的聯系功能。

4 控制系統構成：

水力除焦控制系統和主裝置控制站各自獨立配置，操作站采用21″顯示器（主控制室和高壓水泵房分別設置），與工業鍵盤結合，操作簡便快潔，顯示直觀，具有流程圖顯示、控制分組、實時和歷史趨勢記錄、報警記錄、故障自診斷及各種報表功能，主控室水力除焦操作站和主裝置操作站配合在一起，互為備用，在主控室的任何一臺操作站上均可以完成監視和操作功能；45米平臺操作臺的操作指令送至高壓水泵房內變頻機柜或DCS系統處理完成，同時信息反饋至45米平臺進行顯示，指導操作。

系統構成圖如下：

其中：DCS端子板機柜、安全柵柜、45米平臺操作臺、高壓水泵房變頻柜、高壓水泵房輔助機柜間信號通過點對點式控制電纜連接，主控室DCS控制機柜與主控制室DCS操作站、與高壓水泵房內DCS操作站通過光纖通訊連接。

各組成部分的功能：

主控室DCS控制機柜：柜內安裝有DCS系統的核心單元控制器，負責完成各種數據的運算、處理，各種控制、聯鎖功能；

主控室DCS操作站：作為人機操作界面工具，完成參數顯示、設定和操作，完成切焦系統及高壓水泵的流程及報警顯示，完成信息報警、趨勢記錄等功能；完成選泵、選塔等操作

主控室DCS端子板機柜：完成DCS系統配套端子板的安裝，完成DCS信號進入DCS處理單元的通道連接和信號轉換；

主控室DCS安全柵機柜：完成安全柵的安裝，完成各種信號的輸入、輸出連接及部分信號的轉換；

高壓水泵房內DCS操作站：作為人機操作界面工具，完成參數顯示、設定和操作，完成切焦系統及高壓水泵的流程及報警顯示，完成信息報警、趨勢記錄等功能；完成選泵、選塔等操作，具有同主控室內的DCS操作站具有同等級別的功能權限；

高壓水泵房內DCS輔助機柜：輔助機柜上安裝有高壓水泵緊急停機按鈕，用來完成高壓水泵房內緊急停泵操作；

高壓水泵房內變頻柜：通過和DCS間的信號連接，通過和45米控制柜的信號連接，完成對絞車的升降控制，同時將絞車的上升和下降信號送至DCS進行顯示；

45米平臺操作臺：完成絞車、塔閥、泵閥及除焦閥的各種操作，完成聯鎖投用及解除操作，完成緊急停泵操作，對各閥位回訊、位置回訊、泵的運行狀態和鉆具位移進行顯示；

5控制系統的開發：

5.1開發平臺：

根據我廠焦化裝置控制體統的整體要求，焦化裝置的DCS控制體統采用橫河公司的CENTOMCS3000控制系統，作為焦化裝置的一部分，水力除焦單元的監控軟件在橫河公司的CS3000系統上進行開發。

5.2CS3000 控制系統簡介：

橫河 CS3000集散控制系統是日本橫河公司九十年代中期推出的新型控制系統，保持了原來系統的高可靠性的特點，采用了雙CPU控制卡和雙重化控制器，電源和通訊為雙重配置。軟件功能有較大提高，除常用的PID外，提供了能進行復雜平穩的SEBOL功能，增強了順控表和邏輯功能。CS3000系統具有功能強，可靠性高，擴散性好的特點，滿足了實現復雜控制功能的要求。

5.3.控制功能的實現：

控制系統I/O統計表：

.DCS硬件配置：

控制站和焦化主裝置共用，其他配置如下：

2個NODE；

6個MRI-114接點輸入卡；

2個AEA4D-00模擬量輸入；

1個MRT（32點）熱電阻輸入卡；

6個MRO-134接點輸入卡；

.創建水力除焦程序控制系統聯鎖邏輯表（聯鎖條件文字說明）：

A.高壓水泵的啟、停及聯鎖邏輯；

E.鉆機絞車控制及聯鎖邏輯（圖附后）

儀表位號分配和DCS I/O地址分配：

DCS軟件組態：

利用日本橫河CS3000 DCS系統為開發平臺，進行I/O地址的定義，進行內部回路的連接和功能組態和設置，內容包括：

測儀表功能組態、

控制儀表功能組態、

各種內部開關、按鈕定義組態

鍵盤軟開關定義組態

順控邏輯及聯鎖功能組態、

流程圖畫面組態、

控制分組組態、

報警畫面組態、

實時及歷史趨勢組態

各種功能報表和打印組態

軟件的生成、編譯、下裝等

6水力除焦控制系統調試

測量儀表回路調試;控制儀表回路調試;聯鎖系統調試

準備工作。各相關單位人員到位，儀表風到位，電動絞車具備投用條件，焦碳塔頂、底蓋打開，除焦控制閥閥、塔閥、泵閥具備帶電條件，氣路正確，無泄露，高壓水泵調試完畢；除焦控制具備帶電條件，高壓水泵控制室變頻柜送電完畢；導向滑輪上計數開關安裝正確。

調試內容：泵閥、塔閥、除焦控制閥、電動絞車、機械限位、鉆具模擬顯示、增壓柜

調試步驟

A 、泵閥

高壓水泵房現場閥位處于自動位置，儀表風投用，在未選泵情況下，泵閥都處于關的位置；在DCS上選1#泵，現場1#泵閥打開，2#泵閥處于關閉位置（DCS及高壓水泵房現場確認）；在DCS上選2#泵，現場2#泵閥打開，1#泵閥處于關閉位置（DCS及高壓水泵房現場確認）；選除焦控制結束，兩泵閥均處于關位置（DCS及高壓水泵房現場確認）。

B、 塔閥

45米操作平臺現場閥位于自動位置，儀表風投用，在未選塔情況下，塔閥都處于關的位置；主控室選1#塔，變頻柜送電，45米增壓操作柜增壓到規定要求，啟動1#電動絞車，送至塔內5米以下，1#塔閥自動打開，2#塔閥處于關閉位置（DCS及45米平臺確認）；提出鉆桿至塔內5米，1#塔自動關閉，45米平臺解除聯鎖，1#塔閥自動打開，再次復位聯鎖，1#塔閥關閉；主控室選2#塔，重復上述操作；除焦結束，兩塔閥均處于關閉位置（DCS及45米平臺確認）。

C、 除焦閥

高壓水泵房現場確認除焦控制閥處于回流狀態； 重復塔閥的操作，將1#塔閥打開，45米平臺操作除焦控制閥至予充位置，高壓水泵房現場及DCS確認除焦控制閥到位；在沒有予充壓力指示的情況下，45米平臺將除焦控制閥選至全開位置，高壓水泵房現場及DCS確認除焦控制閥保留原位置；45米平臺將除焦控制閥開關旋回予充位置，儀表短接予充壓力開關，45米平臺再次將除焦控制閥旋至全開位置，高壓水泵房現場及DCS確認除焦控制閥到位；按上述操作，將除焦控制閥旋回回流位置；DCS選除焦結束，2#塔重復上述操作。

D、 電動絞車

DCS選1#塔，45米平臺增壓柜壓力正常，啟動1#電動絞車下行，45.5米平臺觀察電動絞車下行，并有相應感指示；旋動調速旋鈕，電動絞車速度有變化，并有相應的指示；待電動絞車至塔底后，旋動上升旋鈕，將1#絞車上行，；DCS除焦結束，選2#塔，重復上述操作

E、機械限位

重復電動絞車帶電程序，選1#塔；開動電動絞車至上極限位置，電動絞車自動停車，并有相應上極限指示（DCS及45米操作臺都應該有指示）；開動電動絞車下行，至下極限位置，電動絞車自動停車，并有相應下極限指示（DCS及45米操作臺都應該有指示）；DCS選除焦結束，選2#塔，重復上述操作。

F、鉆具模擬顯示

1#電動絞車重復帶電操作；開動電動絞車至塔口下400mm，DCS啟動計數，45米平臺除焦控制柜光柱顯示儀有相對應指示；開動電動絞車下行至全程，觀察光柱全滿，開動絞車上行，至塔口處400mm，DCS計數結束，45米操作平臺光柱清零；DCS選除焦結束，2#塔重復上述操作。

G、增壓操作

增壓柜所有儀表接口無泄露，儀表管線吹掃完畢，進線口用密封膠泥密封；45米操作平臺啟動正壓操作，在6～10分鐘內達到正壓規定要求，45米操作臺上正壓指示燈亮

7系統投用效果

自裝置開工以來，該系統投用良好，系統穩定，安全可靠性好，功能完善，，控制水平高，調節、顯示、聯鎖功能完善，顯示清晰直觀，操作方便，流程顯示、記錄、報警、趨勢內容豐富，人機界面友好，為裝置的安全平穩操作提供了保障，提高了我廠的自動化控制水平。

結束語

針對我廠除焦控制的具體要求，利用我廠現有的DCS 資源，完成了我廠水力除焦控制系統在日本橫河CENTUM-CS3000 DCS系統上的開發和應用。實踐證明開發后的監控軟件工作穩定，安全性好，控制水平高，調節、顯示、聯鎖功能完善；整套控制系統顯示清晰直觀，控制、操作、參數設定方便，流程顯示、記錄、報警、趨勢內容豐富，人機界面友好，真正的達到了提高控制水平，便于管理和操作，提高了裝置運行的自動化水平和安全可靠性。