應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱油爐程序控制平穩(wěn)運(yùn)行

陳　斌，劉　喬

應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱油爐程序控制平穩(wěn)運(yùn)行

陳斌，劉喬

（中石油云南石化有限公司，云南昆明 650300）

導(dǎo)熱油系統(tǒng)設(shè)備包括導(dǎo)熱油爐、循環(huán)泵、膨脹罐、導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐等。導(dǎo)熱油在循環(huán)泵、導(dǎo)熱油爐、用戶間循環(huán)，使用導(dǎo)熱油爐對(duì)導(dǎo)熱油加熱。自動(dòng)控制系統(tǒng)包括PLC 在內(nèi)的主控制柜以及各種現(xiàn)場(chǎng)儀表和調(diào)節(jié)閥門。熱媒爐和熱媒系統(tǒng)共用一套PLC控制系統(tǒng)，采用上位機(jī)進(jìn)行人機(jī)界面操作，使系統(tǒng)過程狀態(tài)和過程控制實(shí)現(xiàn)可視化。該項(xiàng)目實(shí)施以來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，成效顯著。

導(dǎo)熱油爐；PLC；聯(lián)鎖；控制；平穩(wěn)；點(diǎn)爐順序

1　工藝原理

導(dǎo)熱油系統(tǒng)管線包括導(dǎo)熱油供管、回管、泵后管線、連接導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管的差壓調(diào)節(jié)管線等主管線；連接膨脹罐的導(dǎo)熱油膨脹管線、連接導(dǎo)熱油儲(chǔ)罐與主要管道及設(shè)備的放空管線、連接導(dǎo)熱油充填泵與主要管道及設(shè)備的充填管線等輔助管線。

導(dǎo)熱油循環(huán)時(shí)低溫導(dǎo)熱油從導(dǎo)熱油回管經(jīng)過濾器進(jìn)入循環(huán)泵，經(jīng)泵加壓后進(jìn)入導(dǎo)熱油爐，經(jīng)過導(dǎo)熱油爐加熱后，導(dǎo)熱油爐出口達(dá)到裝置使用溫度，從導(dǎo)熱油供管為用戶提供高溫導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油回管壓力由膨脹罐的氮封壓力和膨脹罐液位壓力差決定，導(dǎo)熱油供管壓力由設(shè)置在導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管間的差壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，當(dāng)導(dǎo)熱油進(jìn)出口母管間差壓穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)熱油爐流量保持穩(wěn)定。

為了保證高溫的導(dǎo)熱油在運(yùn)行中不被氧化，在可能接觸到空氣的膨脹罐、儲(chǔ)罐通入氮?dú)膺M(jìn)行氮封，防止導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)；氮?dú)馔ㄟ^設(shè)置在氮?dú)夤芫€上的氮封閥控制氮封壓力，在膨脹罐及儲(chǔ)罐設(shè)置上設(shè)置安全閥，以保證設(shè)備不超壓損壞。

2　控制要求

以PLC為核心的導(dǎo)熱油爐自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟、停和操作范圍內(nèi)的自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，并具有聯(lián)鎖保護(hù)功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有如下技術(shù)特性：

燃料流量和風(fēng)量既可獨(dú)立調(diào)節(jié)，又可進(jìn)行串級(jí)比例雙交叉限制調(diào)節(jié)。

煙氣氧含量引入燃燒控制系統(tǒng)，有效地控制導(dǎo)熱油爐實(shí)施“低氧燃燒”，達(dá)到節(jié)約能源，減少污染物排放的目的。采用氧化鋯分析儀對(duì)煙氣中的含氧量進(jìn)行在線分析，經(jīng)過線性調(diào)節(jié)器修正燃?xì)馀c空氣的比例，保證系統(tǒng)處于最佳燃燒狀態(tài)，從而達(dá)到提高熱效率的目的。

無擾動(dòng)切換：程序設(shè)置保證了系統(tǒng)在手動(dòng)-自動(dòng)和串級(jí)-自動(dòng)各運(yùn)行狀態(tài)間的切換參數(shù)無擾動(dòng)。

對(duì)風(fēng)機(jī)變頻輸出、燃料流量調(diào)節(jié)閥采用了限位措施。避免導(dǎo)熱油爐負(fù)荷較大變化時(shí)，由于閥位開度過小而引起爐子熄火等問題。

熱媒爐的控制系統(tǒng)可以保證裝置安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，且維護(hù)操作簡(jiǎn)便易行。

搭建的工業(yè)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)保證PLC、上位機(jī)及DCS系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性、高效性及準(zhǔn)確性。

人機(jī)界面具有美觀，交互性強(qiáng)，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過程狀態(tài)及控制的可視化。

實(shí)現(xiàn)點(diǎn)/停爐時(shí)序由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，并確保點(diǎn)爐一次成功。

自動(dòng)調(diào)節(jié)熱負(fù)荷確保加熱媒的自動(dòng)運(yùn)行，無需人工干預(yù)。

自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調(diào)節(jié)確保熱媒爐適應(yīng)燃料組分的實(shí)時(shí)變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態(tài)，可提高熱效率。

精確穩(wěn)定的熱媒爐出口溫度控制——實(shí)時(shí)的燃料量測(cè)量和助燃風(fēng)量測(cè)量，通過串級(jí)、比例等控制手段，將穩(wěn)態(tài)運(yùn)行溫度控制精度確保在±1℃以內(nèi)。

3　控制原理

1）燃燒控制

燃燒控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的重要組成部分。由熱媒出口溫度、燃?xì)饬髁俊⒅硷L(fēng)量及殘氧四個(gè)回路構(gòu)成，采用我公司獨(dú)有的負(fù)荷調(diào)節(jié)方案，由PLC自動(dòng)完成調(diào)節(jié)作用。風(fēng)量調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)節(jié)方案。燃?xì)饬髁亢惋L(fēng)量既可獨(dú)立調(diào)節(jié)，又可組成串級(jí)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)熱媒爐熱負(fù)荷變化的需要，有效防止負(fù)荷變化時(shí)燃燒不充分污染環(huán)境。

2）熱媒系統(tǒng)控制方案

系統(tǒng)供熱用戶總管進(jìn)出口設(shè)差壓調(diào)節(jié)回路，以保證熱媒循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。熱媒爐熱媒進(jìn)出口設(shè)溫度及壓力測(cè)點(diǎn)。

熱媒膨脹槽設(shè)有氮封壓力調(diào)節(jié)回路和壓力、溫度測(cè)點(diǎn)，保證膨脹槽內(nèi)壓力穩(wěn)定并隨時(shí)監(jiān)控膨脹罐壓力溫度變化。同時(shí)設(shè)有膨脹槽液位測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)熱媒液位，當(dāng)此液位低低報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行聯(lián)鎖停車。

熱媒儲(chǔ)罐設(shè)置液位和溫度測(cè)點(diǎn)，可以在上位機(jī)上隨時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)罐參數(shù)。

4　項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)啟停——確保熱媒爐點(diǎn)火一次成功；啟動(dòng)爐子時(shí)只需按下啟動(dòng)按鈕爐子就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。停爐時(shí)，只需按下停車按鈕，PLC就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行程序完成全部的停車操作，直至安全熄火并吹掃爐膛后風(fēng)機(jī)停止。

自動(dòng)調(diào)節(jié)熱負(fù)荷——熱媒爐穩(wěn)態(tài)運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)熱媒出口溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)熱負(fù)荷，不用人工干預(yù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能確保整個(gè)裝置的自動(dòng)運(yùn)行以及熱媒出爐溫度的控制精度。并能對(duì)燃燒狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)低氧優(yōu)化控制，確保燃燒效率。

控制系統(tǒng)確保熱媒出口溫度可控制在±1℃范圍內(nèi)。

自動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比并加殘氧修正——在線的空燃比調(diào)節(jié)確保熱媒爐適應(yīng)燃料組分的實(shí)時(shí)變化；殘氧修正確保熱媒爐的低氧燃燒狀態(tài)，可提高熱效率。

系統(tǒng)控制靈活、方便，可單獨(dú)對(duì)風(fēng)、燃料氣及氧含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可自動(dòng)比例調(diào)節(jié)。

完善的安保聯(lián)鎖系統(tǒng)（有首出報(bào)警和后續(xù)報(bào)警）——確保熱媒爐運(yùn)行安全可靠。

熱媒站控制系統(tǒng)與用戶的通訊功能——上位機(jī)通過OPC SERVER與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。

具有手動(dòng)、自動(dòng)操作切換的功能。

導(dǎo)熱油爐點(diǎn)爐動(dòng)作順序如下：

1）判斷點(diǎn)爐條件，判斷無不允許點(diǎn)爐的參數(shù)和信號(hào)存在；

2）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)；

3）大風(fēng)吹掃；

4）風(fēng)機(jī)變頻器到點(diǎn)火開度，此后風(fēng)機(jī)變頻器被鎖定在點(diǎn)火開度；

5）點(diǎn)火變壓器工作；

6）點(diǎn)火電磁閥開啟；

7）火焰檢測(cè)器判斷有火，如火檢判斷無火立即停車；

8）主燃?xì)馇袛嚅y開啟，放空閥同時(shí)關(guān)閉，此時(shí)的燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)閥被鎖定在點(diǎn)火開度；

9）判斷點(diǎn)火成功，如火檢判斷無火立即停車；

10）導(dǎo)熱油爐點(diǎn)火成功，進(jìn)入可調(diào)節(jié)狀態(tài)。

備注：

（1）當(dāng)按下“復(fù)位”按鈕后，程序檢查判斷無不允許點(diǎn)爐的參數(shù)和信號(hào)存在，顯示“允許點(diǎn)爐操作”；

（2）當(dāng)按下“開車”按鈕后，執(zhí)行以上步驟；

當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)不允許點(diǎn)爐的參數(shù)和信號(hào)時(shí)，程序?qū)⑼Ｖ裹c(diǎn)爐操作，并做相應(yīng)的處理動(dòng)作。

5　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性考慮

設(shè)有火焰檢測(cè)和滅火保護(hù)功能：在燃燒器上安裝有兩個(gè)火焰檢測(cè)器，當(dāng)一個(gè)火檢判斷無火時(shí)將報(bào)警，提醒操作人員檢查燃燒情況或火檢是否正常，當(dāng)兩個(gè)火檢同時(shí)判斷無火時(shí)，將切斷燃料供應(yīng)系統(tǒng)，并進(jìn)行大風(fēng)吹掃，防止大量燃料噴入爐膛造成爆燃。

設(shè)有熱媒流量檢測(cè)和過低保護(hù)功能：當(dāng)熱媒流量過低時(shí)將切斷燃料供應(yīng)系統(tǒng)，關(guān)斷燃燒器，防止?fàn)t管過燒。

設(shè)有熱媒液位過低保護(hù)功能：當(dāng)發(fā)生熱媒膨脹罐液位過低時(shí)將聯(lián)鎖停車，可以防止熱媒大量泄漏造成火災(zāi)或其它危險(xiǎn)。

設(shè)有熱媒出爐溫度過高保護(hù)功能：當(dāng)熱媒出爐溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，熱媒爐不能啟動(dòng)，當(dāng)熱媒出爐溫度在工作狀態(tài)出現(xiàn)超溫達(dá)到設(shè)定的規(guī)定值時(shí)將發(fā)生聯(lián)鎖停車，這樣可以防止出現(xiàn)熱媒過熱。

設(shè)有風(fēng)機(jī)故障的聯(lián)鎖保護(hù)功能：風(fēng)機(jī)故障停車時(shí)，將不能保證燃料的完全燃燒，為防止大量燃料噴入爐膛，將聯(lián)鎖停車切斷燃料的供應(yīng)系統(tǒng)。

設(shè)有出爐煙氣溫度過高報(bào)警功能：出爐煙氣溫度過高往往是爐膛燃燒狀況改變?cè)斐桑?dāng)爐管發(fā)生泄漏熱媒參與燃燒時(shí)，將造成出爐煙氣溫度過高。根據(jù)多個(gè)用戶的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，由于排煙溫度影響因素較多，為防止誤報(bào)造成不必要的停車，本測(cè)點(diǎn)不作為聯(lián)鎖點(diǎn)，當(dāng)排煙溫度過高時(shí)儀表系統(tǒng)將報(bào)警提醒操作人員檢查設(shè)備及燃燒狀況。

設(shè)有燃料氣壓力的報(bào)警和聯(lián)鎖功能：防止造成燃燒不完全或燃燒不穩(wěn)定。

為確保熱媒爐的運(yùn)行安全及燃燒狀況良好，系統(tǒng)設(shè)有以下自動(dòng)報(bào)警聯(lián)鎖點(diǎn)；并設(shè)有緊急停車按鈕，按下該按鈕將切斷系統(tǒng)所有進(jìn)爐切斷閥以及泵和風(fēng)機(jī)的供電。

報(bào)警聯(lián)鎖：

1）熱媒總管出口溫度高HHS、HA；

2）熱媒盤管出口溫度高HHS、HA六取二；

3）熱媒總流量低LLS、LA；

4）燃?xì)鈮毫娗暗蚅LS、LA；

5）預(yù)熱器入口煙氣溫度HA；

6）膨脹罐液位LLS、LA、HA；

7）儲(chǔ)罐液位HA、LA；

8）主火焰熄滅聯(lián)鎖二取二；

9）風(fēng)機(jī)停止聯(lián)鎖；

10）熱媒泵停止聯(lián)鎖。

6　結(jié)束語

新建導(dǎo)熱油爐投用后，運(yùn)行平穩(wěn)，便于操作，雖然也出現(xiàn)過幾次聯(lián)鎖，是由于泵流量開關(guān)聯(lián)鎖值設(shè)置不當(dāng)、火嘴堵塞、爐膛火焰監(jiān)測(cè)器故障等造成的，這些都是發(fā)生在裝置投用初期2012.7～2012.10，從2012年10月至今再未發(fā)生過聯(lián)鎖停爐，成功有效的完成了瀝青伴熱的任務(wù)。

老裝置中的導(dǎo)熱油爐經(jīng)常聯(lián)鎖停爐及點(diǎn)爐困難，操作繁瑣，維護(hù)量大且維護(hù)成本高；而新建導(dǎo)熱油爐聯(lián)鎖情況極少發(fā)生，點(diǎn)爐容易、操作簡(jiǎn)單，即使出現(xiàn)問題也便于查找，極大地減輕了工藝操作量及儀表日常維護(hù)工作量。

Application of PLC in Oil Furnace Process Control Running Smoothly

Chen Bin，Liu Qiao

HTF system equipment including thermal oil heaters，circulation pump，expansion tank，oil storage tanks.In conducting oil circulation pump，oil furnace，circulating among users，the use of oil furnace for oil heating.Automatic control system comprises contained PLC including the main control cabinet and all the field instruments and valves.HTM furnace and heat medium systems share a set of PLC control system，man-machine interface operation PC，the system process status and process control visualization.Since the implementation of the project，the system is running smoothly，with remarkable results.

oil furnace；PLC；interlock；control；smooth；EAF order

TE96

B

1003-6490（2016）06-0029-02

2016-05-18

陳斌（1988—），男，云南瀘西人，工程師，主要從事石油化工儀表項(xiàng)目實(shí)施與維護(hù)工作。