火電廠輸煤系統(tǒng)P&ID設(shè)計與電氣自動化功能實現(xiàn)

摘 要：在散料輸送的國際成套項目中，PID的設(shè)計占據(jù)著十分重要的位置，它是工藝系統(tǒng)的設(shè)計核心，其他專業(yè)都在為了實現(xiàn)PID中的功能而工作。而在火電廠輸煤系統(tǒng)中，PID的設(shè)計工作則主要集中在控制與儀表方面。控制與儀表的自動化程度是一個項目現(xiàn)代化程度的重要指標，因此火電廠輸煤系統(tǒng)的PID設(shè)計就顯得尤為重要。文章闡述了火電廠輸煤系統(tǒng)PID的設(shè)計方法，并結(jié)合具體項目提出了一種可行的電氣自動化實施方案。

關(guān)鍵詞：輸煤系統(tǒng)；PID；電氣自動化

1 火電廠輸煤系統(tǒng)

火電廠輸煤系統(tǒng)是指從卸煤設(shè)備起到鍋爐原煤料斗的整個工藝流程，它是火電廠最大的輔助系統(tǒng)，一般包括卸煤系統(tǒng)、儲煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)[1]。

卸煤系統(tǒng)是將來自公路、鐵路、海運的煤卸載至火電廠用于發(fā)電。目前國際項目中基本上是通過公路或者海運進行煤的運輸。

為防止特殊情況下原煤供應(yīng)中斷，火電廠需儲存一定量的原煤以保證鍋爐的連續(xù)運轉(zhuǎn)。通過皮帶輸送機與堆取料機完成堆取料的工藝過程，儲煤系統(tǒng)通常有自己的控制系統(tǒng)，并配備抑塵等輔助系統(tǒng)。

上煤系統(tǒng)即通過斗輪機、皮帶輸送機將原煤輸送至鍋爐原煤料斗的過程。本系統(tǒng)既是原煤的輸送過程，也是原煤的處理過程，通常有稱重、破碎、除鐵、金屬探測、抑塵、采樣等多道工序。

配煤系統(tǒng)即通過卸料小車與皮帶輸送機將原煤卸至鍋爐的原煤料斗，是整個輸煤系統(tǒng)的終點。

2 PID設(shè)計

2.1 什么是PID

PID（Piping Instrumentation Diagram），即管道與儀表流程圖，通常是在一張A0或A1圖紙中表示出整個項目的工藝流程、所用設(shè)備、設(shè)備編號、管道信息、設(shè)備互鎖、信號傳輸、電機驅(qū)動以及儀表參數(shù)等信息，在國際成套項目中，它應(yīng)當(dāng)是設(shè)計階段的核心文件，是指導(dǎo)設(shè)備和管路安裝、運行、維修等最重要的工藝設(shè)計資料[2]，廣泛應(yīng)用在石化、電廠項目中。

2.2 PID設(shè)計前的準備工作

2.2.1 PFD

PFD（Process Flow Diagram），即工藝流程圖，一般來說，它只需將整個生產(chǎn)過程表述明白就可以了，不必將所有的閥門、管件、儀表都畫出來，而PID設(shè)計則包括上述信息[3]。但是PFD是PID設(shè)計的基礎(chǔ)，在進行PID設(shè)計之前，設(shè)計者應(yīng)熟悉PFD，在PFD的基礎(chǔ)上進行下一步工作。

2.2.2 編號系統(tǒng)

PID設(shè)計要求有一套詳細的編號原則，并對項目所有設(shè)備進行編號。在進行編號原則設(shè)計時，需充分考慮總體工藝流程及各單機設(shè)備的運行原理，按照區(qū)域與功能設(shè)計出盡可能合理的編號原則。由于火電廠的輸煤系統(tǒng)涉及的設(shè)備多且工藝復(fù)雜，不嚴謹?shù)木幪栐瓌t會造成編號的混亂，影響PID整體質(zhì)量。

2.2.3 標準依照

目前PID的設(shè)計有三個可依照的標準：歐標：ENISO10628-2000，美標：ANSI/ISA-5.1～5.5，國標：《過程測量與控制儀表的功能標志及圖形符號》HG/T 20505-2000。在進行火電廠輸煤系統(tǒng)PID設(shè)計時，需根據(jù)業(yè)主要求或項目所在地選擇相關(guān)標準，現(xiàn)階段國際火電廠輸煤系統(tǒng)PID設(shè)計以美標應(yīng)用為主。

2.3 火電廠輸煤系統(tǒng)PID設(shè)計工作要點

2.3.1 圖例

在PID設(shè)計中，首先要完成的就是圖例的設(shè)計，有了圖例，才能讓看圖的人讀懂設(shè)計者所想要表達的信息。圖例設(shè)計需嚴格按照相關(guān)標準與項目實際情況，設(shè)計出儀表代號、儀表符號、連線符號等的圖例。

2.3.2 儀表標注

對于火電廠輸煤系統(tǒng)中所涉及的儀表，PID中需要表示出以下信息：（1）儀表大致位置。雖然PID中無法量化標注儀表安裝位置，但是在作圖的時候也應(yīng)該按照實際的工藝情況表示出儀表的大概安裝位置，否則會影響最終的HAZOP（Hazard and Operability Analysis，危險與可操作性分析）結(jié)果。（2）儀表信息。通過圖例中的圖形與文字符號，表示出儀表的作用、儀表編號、是否有計算功能、是否本地安裝、是否本地顯示、是否有指示燈等信息。（3）信號傳輸與互鎖。對于儀表所傳輸?shù)男盘枺矐?yīng)對其進行編號，多數(shù)情況下信號的編號可以與儀表編號相同，特殊情況應(yīng)按照統(tǒng)一標準進行調(diào)整。信號類型、傳輸方式、模擬量閾值、互鎖關(guān)系等信息均需要在PID中表示出來。

2.3.3 電機標注

由于設(shè)備中驅(qū)動電機的控制邏輯往往比較復(fù)雜，想在PID中完整地表示出相關(guān)邏輯關(guān)系多數(shù)情況下是不現(xiàn)實的，但是為了項目HAZOP研究的需要，驅(qū)動電機的部分信息還是需要在PID中表示出來的，如：電機編號、電機類型、是否有機旁控制，是否有運行反饋，是否有遠程控制，遠程控制如何進行，是否有急停按鈕以及相關(guān)的互鎖信息等。

3 電氣自動化實現(xiàn)方案

下面以巴基斯坦FFBL自備電廠項目輸煤系統(tǒng)為例，淺談在PID設(shè)計之后電氣自動化的實現(xiàn)方案。

3.1 系統(tǒng)搭建

隨著電站控制技術(shù)水平和管理水平的提高，電站輔助控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)一體化已逐漸成為新建電站的典型設(shè)計[4]。本項目使用兩臺西門子S7400 PLC組成冗余系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)與上位機DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，通過光纖將主PLC與4個遠程分站通訊，每個遠程分站下掛西門子ET200M構(gòu)成PROFIBUS-DP光纖子網(wǎng)，利用13個接線箱采集單機設(shè)備PLC以及各個儀表的信號并傳輸至遠程分站，從而形成完整的集控系統(tǒng)。

3.2 儀表

本項目輸煤系統(tǒng)涉及的主要儀表如下：地磅、雷達料位計、行程開關(guān)、皮帶秤、拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、零速開關(guān)、聲光報警器、堵料開關(guān)、金屬探測器。由于每種儀表均有不同的型號，不同型號儀表性能均有不同，選型時按照PID中所設(shè)計的功能及現(xiàn)場工況進行具體選擇。

3.3 電機控制

本項目皮帶驅(qū)動電機由煤系統(tǒng)主PLC所在電力室進行集中供電與控制。在驅(qū)動電機附近設(shè)置按鈕盒，可以實現(xiàn)本地/遠程控制的轉(zhuǎn)換與調(diào)試過程中設(shè)備的單動，并設(shè)有急停按鈕，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時工作人員可以通過急停按鈕實現(xiàn)設(shè)備的急停，避免了危險情況的發(fā)生。通過對電機運行信號的采集與PLC程序邏輯的設(shè)計，可大大提高電機運轉(zhuǎn)的可靠性與安全性，從而保障整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

4 結(jié)束語

一套完整的PID并非一個人或單一專業(yè)可以完成的，其中涉及機械、儀表、控制、給排水等多個專業(yè)，各專業(yè)需通力協(xié)作才能更好地完成工作。通過PID設(shè)計可以有效地分析出項目當(dāng)前設(shè)計階段的隱患，提高系統(tǒng)合理性。而電氣自動化作為火電廠輸煤系統(tǒng)PID設(shè)計中的主角，PID對整體電氣自動化設(shè)計工作的幫助更是巨大的。隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)的蕭條，越來越多的有實力的大公司將目光投向了海外，但是機遇往往伴隨著風(fēng)險，國際項目相比國內(nèi)項目來說，往往有著更嚴格的技術(shù)審查與要求，實力不足的公司稍不注意就會折戟沉沙。面對更加嚴峻的挑戰(zhàn)，作為設(shè)計人員就不能故步自封，一定要積極地學(xué)習(xí)新鮮知識，提升自身的國際化水平。

參考文獻

[1]陳錚.火力發(fā)電廠輸煤控制系統(tǒng)的研究[D].2011.

[2]吳偉中.油脂工藝流程圖PFD/PID系統(tǒng)的研制[J].糧油加工，2009（10）.

[3]謝文寧.國際工程散貨裝卸工藝（PID）設(shè)計方法研究[J].港口裝卸，2013（3）.

[4]許應(yīng)宏.電站輔助DCS及全功能控制系統(tǒng)發(fā)展展望[J].中國電力，2000（1）.