焦炭塔閘板式頂蓋機控制系統應用

王福兵，王少勇

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某煉油廠焦化裝置采用兩爐四塔的工藝生產方案，焦炭塔頂蓋機原設計選用旋啟式結構，具有體積小、可遠程控制、開關蓋時間較短的優點。但設備本體不符合本質安全的要求，PLC柜內繼電器在接收到相關信號后，接通旋啟式頂蓋機液壓控制系統動力電源，隨后操作人員操作現場液壓控制系統開關頂蓋機，該過程中控制系統沒有監控和聯鎖保護功能，增加了人為誤動作的隱患。同時旋啟式頂蓋機在使用過程中存在故障率高、備件耗損快、維修頻繁、維護費用逐年攀升，開關蓋過程復雜，人為確認項多等缺陷。

中國頂蓋機生產廠家于2009年開發研制出單閘板式頂蓋機，并于2012年逐步替代了旋啟式頂蓋機。2014年該煉油廠焦化裝置利用停工大檢修機會，在2套焦炭塔上安裝了新型閘板式頂蓋機，并成功投用。

1 閘板式頂蓋機概述

閘板式頂蓋機采用類似閘閥結構，該結構簡單、實用，通過電動執行機構驅動2根絲杠，將螺母套在絲杠上做往復運動帶動閘板實現開關動作。以20組高溫碟簧提供密封力，在開關閥的過程中使密封力不卸載，確保了關閥后的安全密封，且能夠補償因溫度與密封應力所產生的變形，從而實現了閥門的高密封性能。工作時兩端封頭內均通入蒸汽，蒸汽壓力采用定壓控制，壓力高于上塔口介質壓力0.1 MPa以上，起輔助密封作用，從而確保了密封介質不外漏。

1) 閘板式頂蓋機優點。設備本體為本質安全，不會出現突然打開、泄漏、著火等惡性事故；全密閉操作，操作簡單，減輕了操作人員勞動強度，改善了工作環境；具備安全聯鎖功能，可防止誤操作。

2) 閘板式頂蓋機缺點。相對旋啟式頂蓋機，儀表聯鎖和控制方案比較復雜，儀表調試難度較大。

2 頂蓋機控制方案改造

2.1 增加的信號類型

閘板閥頂蓋機機體上全開/全關接近開關，利用原旋啟式頂蓋機上遺留的全開/全關接近開關信號接線，接近開關干接點觸點信號先接入水力除焦PLC柜內繼電器線圈，對應繼電器的5/9常開觸點接入焦化SIS作為DI信號，8/12常開觸點接入水力除焦PLC作為DI信號。

頂蓋機控制方案改造中，增加了以下信號類型：

1) 焦化SIS增加了鎖銷位置開關信號及頂蓋機全開/全關位置開關信號。

2) 水力除焦系統送至SIS的允許關信號。

3) 閘板式頂蓋機現場操作柱開/關/停指令信號。

4) SIS向電動閥發出的各類動作指令的DO信號。

5) SIS向現場操作柱發出的用于全開/全關到位指示燈顯示的DO信號。

頂蓋機控制方案改造中具體接線如圖1所示。

2.2 原有接線的改動

焦化SIS向原旋啟式頂蓋機發出的允許動作信號原設計是進入水力除焦PLC的，現將該信號接線改接至電動閥接線盤內，作為電動閥允許開信號；取消了水力除焦PLC柜內的SIS允許頂蓋機動作接線，具體接線如圖2所示。

2.3 主要優化點

焦化DCS增加了電動閥開關動作過程中的力矩顯示AI信號、電動閥故障報警DI信號、電動閥內部開關到位回訊DI信號。水力除焦PLC增加了去SIS的允許關DO信號,該信號與鎖銷位置接近開關信號在SIS中組成了允許關的判斷邏輯,提高了閘板式頂蓋機的動作安全性。

焦化SIS負責控制閘板式頂蓋機的動作過程，對頂蓋機電動執行機構的控制信號均為干接點形式，電動閥內接線端子對應的作用如下： 端子5對應直流24 V的正級；端子4，31，36在執行機構內短接，對應直流24 V的負級；端子33對應關指令NO；端子34對應停指令NC；端子35對應開指令NO；端子37對應允許開指令NO；端子38對應允許關指令NO，31為端子33，34，35，37，38的公共端。

2.4 電動閥設置項

現場確認電動閥接線正確后需要做以下設置才能實現焦化SIS對閘板式頂蓋機的動作控制：

1) 電動閥設置畫面的初級菜單中的關閥方向C1應設置為順時針，C2設置為CL限位關閥，C3設置為OL限位開閥。電動閥首次使用時需根據閘板閥現場實際全開/全關的位置來設置電動閥的開關限位，將關閥力矩TC設置為60，開閥力矩TO設置為60。

2) 次級菜單中的外部聯鎖A8設置為ON，該功能打開后可接受SIS的允許開/允許關信號。遠程控制源OD設置為硬接線模式(RE)；觸點S1/S2設置為全開限位(OP)，觸點形式設置為常開(NO)；觸點S3/S4設置為全關限位(CL)，觸點形式設置為常開(NO)。觸點的作用是實現電動閥向焦化DCS送全開/全關位置信號。

圖1 頂蓋機控制方案改造接線示意

2.5 閘板式頂蓋機打開時的控制過程

閘板式頂蓋機打開時控制過程如下：

1) 焦化SIS向電動閥發出允許開指令，電動閥內5/37接線端子閉合；操作人員現場按下頂蓋機遠程操作柱開指令；焦化SIS接收到遠程操作柱開指令信號后再輸出開閥指令(DO信號)至電動閥，電動閥內5/35接線端子閉合，電動閥開始驅動閘板式頂蓋機打開，開閥過程中的電動閥力矩信號實時傳輸至DCS。

2) 當頂蓋機全開到位后，機體上的全開到位接近開關信號同時送至焦化SIS和水力除焦PLC內；SIS接收到全開到位信號后，再向頂蓋機遠程操作柱全開指示燈發出亮燈指令，遠程操作柱全開指示燈亮起，同時電動閥內部全開到位，回訊S1/S2觸點閉合向DCS發出頂蓋機全開到位信號，至此整個閘板式頂蓋機開閥過程結束。

閘板式頂蓋機關閉時的控制過程與開蓋過程基本一致，在此不再贅述。

圖2 焦化SIS原有接線的改動示意

3 頂蓋機控制方案改造后的優勢及效果

閘板式頂蓋機采用電動執行機構驅動頂蓋機開關動作，對比原旋啟式頂蓋機的控制系統，閘板式頂蓋機控制系統具有以下創新：

1) 儀表顯示信號、控制信號、聯鎖信號在焦化 SIS和DCS以及水力除焦PLC中相互交叉傳送，實現了焦化SIS和DCS以及水力除焦PLC可同步監控頂蓋機動作過程的目的。

2) 閘板式頂蓋機控制系統增加了聯鎖保護和實時監控功能，具體實現過程如下：

a) 在焦化SIS中增加了頂蓋機鎖銷插拔位置信號，并將鎖銷位置信號添加至頂蓋機允許開/允許關邏輯判斷里，徹底消除了頂蓋機開關動作前操作人員忘記提鎖銷的隱患。

b) 焦化SIS的事件記錄功能(SOE),可實時記錄頂蓋機開關動作過程中關鍵操作變量的變化過程，方便操作人員監控頂蓋機運行工況，分析判斷頂蓋機動作故障。

c) 電動閥內部設有聯鎖保護功能，當閘板式頂蓋機在開關過程中出現卡澀無法動作時，電動閥將啟動超力矩聯鎖保護功能自動停止動作，并向焦化DCS發出報警信號，提醒操作人員現場檢查確認。

d) 儀表聯鎖保護邏輯提高了頂蓋機操作過程中的安全性，消除了頂蓋機誤動作的隱患，儀表聯鎖邏輯如圖3所示。

圖3 儀表聯鎖邏輯示意

3) 在焦化DCS里增加了頂蓋機電動閥開關力矩測量信號，操作人員可在中心控制室遠程監控頂蓋機開關動作過程中的力矩變化過程，幫助操作人員提前發現頂蓋機結焦卡澀等隱患，延長了閘板式頂蓋機的運行壽命。

4) 改造后的頂蓋機具有全密閉操作，環境友好，將開蓋后大量蒸汽通過負壓抽至專門的蒸汽回收系統處理，避免了環境污染。

4 結束語

閘板式頂蓋機控制系統投用后，工作穩定、工藝操作簡單、安全可靠，大幅減輕了操作人員的勞動強度，保證了裝置的平穩長周期運行。