航天粉煤加壓氣化裝置聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

張 成，郭 興，劉 洋

(安徽晉煤中能化工股份有限公司 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司的航天粉煤加壓氣化裝置采用霍尼韋爾公司的DCS集中控制系統(tǒng)，同時設(shè)置緊急停車系統(tǒng)(ESD)以確保裝置的安全運(yùn)行[1]。該裝置儀表控制系統(tǒng)聯(lián)鎖較多，控制邏輯復(fù)雜，運(yùn)用了順序控制、分程控制、選擇控制、比值控制等多種控制方案[2]。通過不斷探索，對重要的儀表及控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，保證了裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 改進(jìn)現(xiàn)場測量儀表

粉煤輸送系統(tǒng)有3條粉煤管線，粉煤流量測量選用德國斯威爾公司生產(chǎn)的粉煤流量計。為了保證給煤系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在每條粉煤管線上配置2臺流量計，3條管線共配置6臺流量計，其中：粉煤給料罐出口3臺粉煤流量計的計量數(shù)據(jù)參與氧煤比計算，連續(xù)進(jìn)行粉煤流量調(diào)節(jié)；氣化爐入口3臺粉煤流量計的計量數(shù)據(jù)用于三取二聯(lián)鎖停車。由于粉煤流量計前后都無手閥，出現(xiàn)問題時無法進(jìn)行在線更換，不利于裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為避免停車事故的發(fā)生，對粉煤流量計的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

(1)供電電源改進(jìn)

粉煤流量計采用220 V交流電供電，一旦電源出現(xiàn)故障，顯示的粉煤流量為零，將引發(fā)停車事故，故對粉煤流量計的供電電源進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。如圖1所示，引入2路電源AC1和AC2并分別接入交流發(fā)生器的輸入端，然后通過交流發(fā)生器輸出交流電向粉煤流量計供電。改進(jìn)后，任何一路電源出現(xiàn)問題，均不會造成粉煤流量計的斷電，保障了粉煤流量計的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)流量測量儀表的改進(jìn)

在對出現(xiàn)故障的粉煤流量計進(jìn)行檢修時發(fā)現(xiàn)，粉煤流量計轉(zhuǎn)換板接線盒內(nèi)溫度較高，特別是夏季盒內(nèi)溫度可達(dá)70 ℃以上，而電器元件工作溫度要求在60 ℃以內(nèi)，使用溫度超過60 ℃將使電器元件的使用壽命明顯縮短。為此，采取了如下的改進(jìn)措施：①轉(zhuǎn)換板接線盒與儀表外壁連接的中間設(shè)置隔熱層，以有效隔離外界熱源；②為了使電器元件自身產(chǎn)生的熱量能及時散去，增大粉煤流量計轉(zhuǎn)換板接線盒。改進(jìn)后，在夏季測得接線盒內(nèi)溫度為39 ℃，每臺粉煤流量計可延長使用壽命2年左右。

2 優(yōu)化系統(tǒng)控制方案

由于航天粉煤加壓氣化裝置的控制系統(tǒng)聯(lián)鎖較多，一旦控制系統(tǒng)重要部分出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致裝置立即停車。為保證航天粉煤加壓氣化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，避免因控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題而造成的停車，通過匯總、分析，主要影響因素為電源故障、DCS卡件故障、控制邏輯設(shè)計不合理以及邏輯硬地址分配不合理。針對主要影響因素，采取了如下的優(yōu)化措施。

(1)一期航天粉煤加壓氣化裝置DCS集中控制系統(tǒng)所采用的24 V轉(zhuǎn)換器電源自投產(chǎn)以來已使用10年，為北京動力源科技股份有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，該型號電源現(xiàn)已經(jīng)停產(chǎn)，且上一代產(chǎn)品與下一代產(chǎn)品互不兼容。目前，24 V轉(zhuǎn)換器電源故障頻繁，維修費(fèi)用高，存在較大的安全隱患。另一路電源采用GFM-300鉛蓄電池，其使用壽命僅5～7年。24 V電源的配電方式如圖2(a)所示，為2路輸出匯總至端子排后再進(jìn)DCS控制柜，2016年曾因UPS室空調(diào)損壞而引起空氣開關(guān)受熱跳閘，導(dǎo)致DCS控制柜電源中斷，造成停車事故。此外，24 V轉(zhuǎn)換器電源發(fā)生故障時，電流和電壓的波動有可能會對另一路電源產(chǎn)生干擾。為此，一方面對24 V電源柜進(jìn)行了更新置換，另一方面對24 V電源的配電方式進(jìn)行了如圖2(b)所示的優(yōu)化改進(jìn)。改進(jìn)前，每個機(jī)柜配置1只24 V空氣開關(guān)，如空氣開關(guān)出現(xiàn)故障，就會造成機(jī)柜斷電；改進(jìn)后，每個機(jī)柜配置2只獨(dú)立的空氣開關(guān)，即使其中1只空氣開關(guān)發(fā)生故障，也不影響該機(jī)柜的運(yùn)行，為控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了電源保障。

(2)為了避免因控制系統(tǒng)故障造成的系統(tǒng)停車，每天安排專人對DCS集中控制系統(tǒng)進(jìn)行巡檢，認(rèn)真排查控制器、卡件、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等的運(yùn)行情況[3]，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理，并在計劃檢修時對系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)。

(3)由于粉煤輸送系統(tǒng)的粉煤輸送順控程序存在設(shè)計缺陷，自2008年氣化裝置投產(chǎn)以來，順控一直無法投運(yùn)，全部由操作人員在主控室操作閥門的開關(guān)，增大了操作人員的勞動強(qiáng)度。為了解決此問題，對粉煤輸送順控程序進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，在多個順控控制邏輯中增設(shè)自動放料和手動放料、開始充料和暫停充料、開始充壓和暫停充壓等按鈕，最終實(shí)現(xiàn)了粉煤輸送的自動化控制。

(4)空分裝置中的膨脹機(jī)、液氮泵、液氧泵等互為備用設(shè)備的聯(lián)鎖信號輸送至同一卡件上，一旦該卡件出現(xiàn)問題，主、備設(shè)備都將無法啟動，這嚴(yán)重威脅裝置的安全運(yùn)行。針對此問題，將主、備設(shè)備信號分配至不同的卡件[4]，在某一卡件出現(xiàn)故障的情況下，至少有1臺設(shè)備可以正常投運(yùn)，確保裝置的連續(xù)運(yùn)行。

3 經(jīng)濟(jì)效益

(1)經(jīng)統(tǒng)計，對以上儀表優(yōu)化改進(jìn)后，每年可減少航天粉煤加壓氣化裝置停車0.6次，年可減少經(jīng)濟(jì)損失100萬元以上。

(2)穩(wěn)定了生產(chǎn)，減少了排放。

(3)減少了聯(lián)鎖控制系統(tǒng)停車次數(shù)，延長了航天粉煤加壓氣化裝置的運(yùn)行周期。

(4)儀表準(zhǔn)確可靠運(yùn)行是安全生產(chǎn)的保障，對安全生產(chǎn)意義重大。

4 結(jié)語

隨著國家對環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，固定層造氣爐正逐漸被淘汰，新型煤氣化技術(shù)正成為煤化工行業(yè)的主流。對于轉(zhuǎn)型期的化工企業(yè)來說，新技術(shù)的應(yīng)用盡管有利于提高企業(yè)的核心競爭力，但對裝置中存在的不合理之處須不斷進(jìn)行總結(jié)分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以確保裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。