延遲焦化裝置焦炭塔控制系統的升級改造

趙彥偉 王 銳

(中國石油蘭州石化設備維修公司，蘭州 730060)

延遲焦化裝置焦炭塔控制系統的升級改造

趙彥偉 王 銳

(中國石油蘭州石化設備維修公司，蘭州 730060)

由于延遲焦化焦炭塔切換的工藝特點，在改動相關流程時，受操作人員技術水平、熟練程度等人為因素的影響，存在流程改錯導致事故發生的情況。為此，蘇丹煉廠焦化裝置保留焦炭塔原聯鎖系統，新加順序控制系統(簡稱CO_PCIS)。改造后的系統對操作步驟過程進行全程監控，實現內、外操雙重確認，系統雙重聯鎖。

順控系統 焦炭塔 CO_PCIS 聯鎖系統 延遲焦化

蘇丹煉廠延遲焦化裝置(年產2Mt)投產于2004年，采用兩爐四塔配置、加熱爐連續進料、焦炭塔并聯切換操作。焦炭塔成對出現，一個處于生焦，另一個處理其他步驟。焦炭塔作為焦化裝置的反應器需要從常溫提升到320℃以上才具備切換條件；生焦結束后又需從440℃逐步降低到80℃才能滿足水力除焦條件，這些處理步驟構成了生焦周期。具體由切塔、小吹汽、大吹汽、給水冷焦、開蓋切焦、趕空氣汽密及引油氣預熱等步驟組成。一般18～24h進行一次切換焦炭塔的操作。以往的操作模式均是通過操作人員現場開、關閥門來實現步驟的延續，受操作人員技術熟練程度、操作習慣等因素的影響，操作過程中難免會出現各種失誤，使延遲焦化裝置成為煉油裝置中事故多發的裝置之一，造成焦炭塔頂蓋誤開發生火災、焦炭塔底蓋誤開致人員燙傷、閥門誤開致高溫物料泄漏著火及閥門誤關致系統超壓泄漏著火等事故。因此，需要將實際操作步驟歸納優化，建立一套安全性高、穩定性好的順序聯鎖控制系統，在特定的操作步驟內只能開啟或關閉相應的閥門，對操作人員進行提示，在規定的時間內進行相應的操作。現場應該動作的閥門出現指示燈閃爍，提示操作人員進行操作，不應該動作的閥門現場操作無效，避免因人為因素導致焦炭塔系統在流程切換過程中出現安全事故。

1 延遲焦化裝置焦炭塔改造前的現場

現有焦炭塔操作效率低、風險大、管理難。勞動強度大，大部分閥門依靠手動就地操作；人力成本大，對操作人員的技能要求高；監控不力，很多閥門、工藝流程信息依靠人工傳遞；聯鎖保護不力，很多自控閥門沒有聯鎖或只有局部聯鎖。

1.1CO_PCIS的控制目標

焦炭塔換塔流程按順序控制系統(簡稱CO_PCIS)執行，每一個步驟的完成是下一個步驟開始的條件，條件不滿足時不能進行下一步的動作。每個步驟進行后，外操和內操需要進行人工確認。系統不能直接控制閥門的開關動作，只能限定閥門動作的條件，閥門的開關操作仍由外操執行。CO_PCIS控制頂蓋機和底蓋機的電源而不控制它們的允許信號。系統設有單閥檢修功能，以方便在非正常工況下閥門有故障時進行維修。

1.2CO_PCIS的控制方案

頂蓋機和底蓋機的聯鎖分信號聯鎖(該功能已經在原水力除焦系統中實現)和電源聯鎖(該功能準備在CO_PCIS系統中實現)。當頂、底蓋允許動作時，首先CO_PCIS系統發出聯鎖信號控制電氣配電回路給對應的頂、底蓋機送上電源(電源聯鎖)，再由水力除焦系統發出允許信號(信號聯鎖)，現場頂、底蓋機控制盤才能對設備進行操作，頂、底蓋機的回訊既進入水力除焦也進入CO_PCIS顯示監控，必須同時具備信號聯鎖和電源聯鎖設備才能動作。動作完畢后，CO_PCIS系統切斷頂、底蓋機的電源，直到下次動作前。CO_PCIS系統與水力除焦之間不需要信號聯系，它們同時監控頂底蓋機的狀態。CO_PCIS通過頂、底蓋機的電源控制來控制除焦的節點，通過監控頂、底蓋機的狀態判斷除焦是否結束。

2 CO_PCIS的實現

CO_PCIS主要由Siemens S7-400H和SIMATIC WinCC 配置完成，系統由四大部分組成：主控制柜、現場操作柜、上位機操作站和電動閥門(圖1)?，F場操作柜位于10、16、46m平臺，提供閥門狀態顯示和外操確認反饋的功能。上位機操作站位于中央控制室，監控系統和參與聯鎖的閥門的狀態。安全聯鎖系統通過控制延遲焦化工藝的相關閥門的電源通斷來確保每一操作步驟的安全平穩運行。需要動作的閥門和設備程序送電，不需要動作的閥門和設備程序斷電，最大限度地消除因人工誤操作產生的安全事故。

圖1 CO_PCIS網絡框架

開啟電腦進入WinCC后，進入CO_PCIS主畫面，主畫面有兩個，一個是C70101AB，一個是C70601AB。可以用畫面上的切換按鈕在兩個畫面之間進行切換，點擊用戶登錄，輸入用戶名和密碼。閥門紅色表示全關，綠色表示全開；灰色表示系統沒有給這個閥門送電，綠色表示系統給這個閥門送電。有8個閥門帶有模擬量回訊功能，在畫面上以百分比的形式顯示。

CO_PCIS的運行包括：切四通階段、給汽給水試壓階段、放水除焦試壓階段和預熱階段。CO_PCIS啟動后，整個操作過程如下：內操點擊閃爍的按鈕，給需要動作的閥門送電；需要動作的閥門帶電，外操在現場開關閥門；外操動作閥門后，去現場柜上進行閥門位置確認；外操確認后，系統切斷這個閥門的電源以保證安全；然后電腦畫面上的另一個按鈕閃爍，內操點擊后，系統給下一個需要動作的閥門送電。系統就這樣一步一步地循環運行。

3 特殊操作

閥門電源旁路。單閥旁路送電時，一定要確認工藝條件是否允許該閥門動作，否則可能會引起危險。在主畫面點擊閥門的位號，彈出小窗口，點擊電源旁路，可給閥門送電，點擊取消旁路，取消送電。

閥門信號旁路。當閥門的回訊開關損壞，沒有回訊信號進入系統時，可以使用信號旁路，使聯鎖系統運行下去。條件旁路(溫度、壓力及液位等)在現場的溫度傳感器或者壓力傳感器損壞或數值不準，可以使用條件旁路。在實際生產時，若達不到設定的溫度壓力條件，但是經過確認不影響工藝生產的，可以使用條件旁路。例如暖塔時的溫度條件是350℃，若實際溫度349℃，內操認為可以進行下一步切換四通閥操作而對工藝沒有影響的話，可使用條件旁路。

閥門遠程操作。此次系統設計有部分閥門的遠程控制功能，內操可在中控室通過上位機進行閥門的開操作和關操作。

控制方式。在主畫面點擊相關閥門的位號，彈出小窗口。點擊開，閥門將會打開；點擊開停止，閥門中斷開操作，停在當前位置；如果不點擊開停止，閥門將會一直開，直至全開(100%)；點擊關，閥門將會關閉，點擊關停止，閥門中斷關操作，停在當前位置；如果不點擊關停止，閥門將會一直關，直至全關(0%)。

特殊的外操確認。平時，外操在開閥門或者關閉閥門后，通過查看該閥門的回訊狀態和現場的具體位置，就可以判斷閥門的最終位置是否滿足條件，從而進一步確認CO_PCIS的執行情況。如果滿足要求外操再次確認后系統會執行下一步操作，否則發出報警提示，需要人為排除故障。

4 改造后的應用效果

首先，內操通過CO_PCIS可以直接而清楚地觀察到焦炭塔相關閥門的狀態，進行各步驟操作時內、外雙重確認，安全系數高；其次，采用電動閥門，降低工人勞動強度，實現人機雙向監控；最后，程序指導，監督人工操作過程，人工對程序動作結果進行確認，進一步確保焦炭塔的生產的安全性。

5 結束語

延遲焦化裝置投運CO_PCIS以來，工藝流程順序操作更加規范化和系統化。CO_PCIS涵蓋焦炭塔操作的整個操作周期和相關的所有閥門、設備的在線監測，集成目前比較先進的硬件設備，是比較全面的焦炭塔操作安全控制系統。該系統需在滿足信號聯鎖和電源聯鎖的條件下，才能執行下一步操作，能夠有效防止誤操作，真正做到確保人員和裝置本質安全，提高了焦炭塔工藝系統操作的可靠性和安全性。

TH165+.2

B

1000-3932(2016)05-0558-03

2016-04-11(修改稿)