DCS系統(tǒng)聯(lián)合燃燒器控制柜在熱媒爐項目的應用實踐

黃紅芳

（江蘇聯(lián)東化工股份有限公司，江蘇丹陽 212300）

0 引言

長期以來，江蘇聯(lián)東化工股份有限公司一直依賴外單位供應蒸汽作為生產能源。由于各種原因滿足不了生產周期的需要，因此，公司決定對能源部分實行技改新上項目，以便自給自足，擺脫受制于人的局面。

1 工藝簡介

為了節(jié)約能源成本，公司在2009 年決定新上400 萬大卡/臺的熱媒站項目。其中包括以天燃氣和燃料油為燃料的加熱爐2臺、蒸汽鍋爐1 臺。加熱爐熱媒載體為本公司生產的HD-320導熱油，導熱油的出爐溫度控制在245℃，一部分進蒸汽發(fā)生器產生蒸汽，蒸汽用于加氫裝置部分換熱器的小幅度提溫使之進反應器的物料溫度達到工藝要求，另一部分供應廠區(qū)的消防和吹掃蒸汽。導熱油的大部分經出熱媒管線進入分餾塔的熱交換器去加熱分餾塔的冷化工原料，使之升溫到一定的溫度以達到工藝要求達到分餾的目的。

熱媒站項目作為生產的核心能源供應工段，對于生產的安全連續(xù)性起著舉足輕重的作用。由于這個工藝涉及到對燃燒器的控制、天然氣的易燃易爆性、鍋爐汽包的爆炸性等危害性，因而對此項目的自動化控制系統(tǒng)從設計實施的每一個環(huán)節(jié)的嚴謹、可靠、聯(lián)鎖、安全都提出了嚴格的要求。如何確保項目的安全、圓滿、順利地運行，并達到預期要求與目標，這對項目實施人員是一個嚴峻的考驗。經過聯(lián)合工藝要求與多方面人員的協(xié)調，經過從設計、施工、試運行、完善修整各環(huán)節(jié)把控，目前這套裝置已安全、高效、高度自動化地運行了5 年。

2 控制系統(tǒng)介紹

2.1 燃燒器的控制

本系統(tǒng)采用高效節(jié)能進口意大利歐保品牌燃燒器，燃料為氣、油兩用，其核心技術是對燃燒器的控制。其自控先進性表現在能自動監(jiān)察故障的發(fā)生，發(fā)出報警信號，并自動停機，確保系統(tǒng)安全可靠地運行。由于涉及點火前的氣體泄漏檢查、點火安全、火苗的充分燃燒、熱空和燃氣的最佳配比、出油溫度的精準控制，因此廠家提供了電氣控制原理圖。為節(jié)約成本，公司技術人員根據提供的圖紙與實物，自行再包實施對控制柜的制作與電氣接線調試工作。

2.2 燃燒系統(tǒng)的組成及工作流程

天燃氣經過球閥、過濾器、調壓器、電磁閥及燃燒器進口處的氣體蝶閥進入燃燒器，球閥是與外來氣源通、斷的總閥，電磁閥由燃燒器的控制器根據燃燒工況自動控制打開或關閉。因為燃氣管路必須嚴防泄漏，因此管路上配有檢漏泵，若有漏氣情況發(fā)生，檢漏泵的壓力信號會通過控制電路自動關閉電磁閥，確保生產安全。燃燒器必須在滿足一定壓力條件下才能工作，因此管路上還配有壓力開關。當燃氣壓力達到所需壓力時，電磁閥才會打開，燃燒器才能投入工作。氣體蝶閥根據燃燒工況，由控制器自動調節(jié)進氣開度。

2.3 電氣控制柜組件

控制柜內部布局有西門子檢漏儀LDU11、程控器LFL1.322、中繼器等，柜門上有比調儀、重油溫控表、操作旋鈕開關、狀態(tài)指示燈等。燃燒器的電氣控制原理圖相當復雜，牽涉到現場的有：風壓開關、組合電磁閥、檢漏開關、泄漏開關、故障復位開關、燃氣低壓開關、燃氣高壓開關與比調儀的超溫開關、DCS 故障聯(lián)鎖開關、燃燒油時的油溫聯(lián)鎖開關，等等。大火、小火控制決定伺服電機的工作角度。程控器控制的點火變壓器、點火電磁閥、油三通氣動閥、油氣動閥1、油氣動閥2，所有這些包括點火的一套流程完全由控制柜完成。

為了實現遠傳控制，電氣原理圖中的許多控制操作功能交由DCS 系統(tǒng)平臺來組態(tài)，并實施完成。比如，燃燒器控制柜的電源投退開關，對鍋爐溫度控制的手/自動切換，大/小火切換以及故障復位開關。比調儀的設定控制溫度則由DCS 操作室電腦操作，設定轉化為4～20mA 信號至比調儀相應設定溫度等等。

2.4 鍋爐汽包的控制

汽包水位是鍋爐運行的主要控制工藝指標。當水位過低時，若不及時調整，會使汽包內的水全部汽化，壓力瞬間上升，最終導致鍋爐設備損壞嚴重，甚至發(fā)生爆炸。如果水位過高，則會影響汽包的汽水分離不清，產生蒸汽帶液現象，從而影響蒸汽品質。

系統(tǒng)中鍋爐水位采用三沖量控制，其控制系統(tǒng)詳見圖1。三沖量控制系統(tǒng)是一個前饋－串級控制，以汽包水位作為主控制變量，蒸汽流量作為前饋信號引入，以實現擾動的部分補償，給水流量作為輔助沖量，以迅速消除給水流量擾動。其主要任務是改變給水量，使之適應鍋爐的蒸發(fā)量，把水位控制在正常范圍內，完成汽包水位的控制，使鍋爐在安全經濟的條件下運行（控制系統(tǒng)原理圖詳見圖2）。圖中SP 是液位設定，內環(huán)的被控變量是給水流量，Gr（S）是水位的擾動，按擾動補充水流量。在水位與設定的偏差不大時，就能調整好水量，使水位控制成為小幅度的精準控制。主控制器為水位控制器LC，它根據水位偏差產生給水流量；副控制器PC 為水流量控制器，它根據水流量偏差作用控制給水流量。蒸汽流量信號作為前饋信號，以維持負荷變化時的物料平衡。

圖1 三沖量控制系統(tǒng)

圖2 三沖量控制系統(tǒng)方框圖

2.5 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計與整合

（1）聯(lián)鎖。為保證熱媒爐的運行安全，設計了聯(lián)鎖控制裝置。聯(lián)鎖條件必須涵蓋以下幾個內容：①出口油溫高高限；②進燃燒器空氣溫度高高限；③燃燒器預熱器入口煙氣溫度高高限；④爐子進出口導熱油壓差低低限；⑤熱媒流量低低限；⑥膨脹槽液位低低限；⑦天燃氣壓力低低限；⑧燃料油壓力低低限。此外，還必須有比調儀的超溫停爐功能等。一旦觸發(fā)任一聯(lián)鎖，將由DCS 控制柜引發(fā)干觸點動作，觸點動作會直接引入燃燒器控制柜的電氣控制電路，從而導致聯(lián)鎖停爐。

（2）切斷鍋爐的導熱油薄膜閥聯(lián)鎖。導熱油薄膜閥聯(lián)鎖須包含以下內容：蒸汽發(fā)生器壓力高限聯(lián)鎖、蒸汽發(fā)生器水位低低限、蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖等。

（3）軟水給水切斷閥控制聯(lián)鎖。軟水給水切斷閥控制聯(lián)鎖同樣要包括相應的內容，例如：給水泵同時停運信號、蒸汽發(fā)生器水位低低限、蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖、蒸汽發(fā)生器控制區(qū)水位高高限，等。

（4）給水泵聯(lián)鎖。給水泵聯(lián)鎖必須包含以下內容：蒸汽發(fā)生器水位低低限，以及蒸汽發(fā)生器頂部溫度高限聯(lián)鎖。

（5）鍋爐的放空閥聯(lián)鎖。放空閥開啟鍋爐壓力高限和放空閥PID 設定差值超高，也是不可忽視的環(huán)節(jié)之一。

3 項目實施運行中出現的問題與處理辦法

3.1 熱媒爐風機的節(jié)能改造

由于選購的風機功率相對負荷偏大，生產運行中只有通過調節(jié)風門找到合適的風量。合適的風量的選出對點火或正常運行時的現場操作，不僅造成工作量增大，而且極大地浪費了電能消耗。技術人員經過充分的可行性研究，決定對風機控制電氣實行改造，最終改由變頻器供電帶動，從而實現節(jié)電效果明顯。

3.2 DCS 柜引出的聯(lián)鎖點控制電路改造

在試運行階段，出現了點火運行異常。后經技術人員對控制電氣回路檢查，發(fā)現是DCS 引出的聯(lián)鎖觸點斷路，查至DCS柜側，是DCS 的FM171 模塊的保險燒斷了。綜合分析，有可能是引入的燃燒器控制電路的電流太大引起。于是決定在模塊觸點先控制中間繼電器，由中繼的觸點引入燃燒器控制電路。經過這樣處理，后面的運行一直正常。

3.3 火焰檢測器的頻繁損壞原因分析改造

火焰檢測器經常在停爐再點火時發(fā)現故障。由于故障率比較高，便咨詢廠家尋找最終的原因。觀察現場發(fā)現，火焰檢測器安裝在溫度較高的爐頂，需要通壓縮空氣對流降溫。針對這個問題，我們改造了現場、加大了空氣流量、購買品牌產品，從而大大降低了故障率。

3.4 伺服執(zhí)行機構的故障

當爐子運行出現異常，再次點火始終失靈時，現場檢查發(fā)現，伺服執(zhí)行運轉出現了混亂現象。打開現場調節(jié)撥動控制圈，有電機轉動時帶著撥動控制圈跑動現象出現，從而難已實現點火、小火、大火的開度控制。分析原因，確認為現場高溫導致控制撥圈損壞，更換后運行正常。

3.5 燃燒不充分煙囪冒黑煙

燃燒不充分煙囪冒黑煙是空燃比不配造成。觀察火焰顏色發(fā)紅，通過調節(jié)現場執(zhí)行機械中的調節(jié)空氣蝶閥的螺栓加大開度，一邊調一邊觀察，直至火焰顏色變?yōu)槔硐氲奶焖{色為止。

3.6 點火困難點不著

點火困難或點不著有可能為風壓偏大。通過調整點火時的燃氣量或風門位置，給予恰當的解決。

4 結語

這套系統(tǒng)自投用以來，自控先進、操作便捷、安全可靠，依靠其控制的先進、安全、可靠性一直安全運行至今。這個系統(tǒng)使技術人員積累了豐富的工程設計與實施的經驗，不僅是一套成功實施的項目，同時還為公司帶來了巨大的經濟效益。