Foxboro DCS 系統在公用工程蒸汽控制中的應用

王冠驊 席浩樂 齊永生

（中國石油蘭州石化公司電儀事業部）

編 號 說 明

FIC-0004——高壓蒸汽轉中壓蒸汽流量控制回路；

FIC-0005——中壓蒸汽轉低壓蒸汽流量控制回路；

HIC-1602——汽輪發電機產生的低壓蒸汽設定值；

HIC-1603——汽輪發電機產生的中壓蒸汽設定值；

M-002——汽輪發電機；

PDA-0017——高壓蒸汽壓力偏差報警；

PDA-0027——低壓蒸汽壓力偏差報警；

PDA-0028——中壓蒸汽壓力偏差報警；

PI-0039——高壓蒸汽壓力；

PI-0040——中壓蒸汽壓力；

PI-0041——低壓蒸汽壓力；

PIC-0017——高壓蒸汽管網主壓力控制回路；

PIC-0027——低壓蒸汽管網主壓力控制回路；

PIC-0028——中壓蒸汽管網主壓力控制回路；

PT-0017——高壓蒸汽管網壓力顯示；

PT-0027——低壓蒸汽管網壓力顯示；

PT-0028——中壓蒸汽管網壓力顯示；

PT-0039——高壓蒸汽的壓力變送器；

PT-0040——中壓蒸汽的壓力變送器；

PT-0041——低壓蒸汽的壓力變送器；

PV-0027——低壓蒸汽放空閥；

PY-0017——燃燒率高選控制器；

PY-0027——中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器；

PY-0028——高壓蒸汽泄壓高選控制器。

阿爾及爾SONATRACH 公司年產270 萬噸煉油廠設有原油蒸餾裝置、天然氣裝置、催化重整裝置以及包括公用工程和非現場設施在內的相關輔助裝置。 該廠計劃改造部分項目，以增加裝置的綜合產能，包括現有的公用工程和非現場設施。 儀器現代化更新改造包括新的DCS、中央控制室等。 為了增加蒸汽系統的自控投用率，采用Foxboro DCS 系統設計并實現控制系統。 以下從該邏輯的高壓蒸汽部分、中壓蒸汽部分和低壓蒸汽部分進行闡述。

1 高壓蒸汽管網的壓力控制

1.1 控制方式

根據生產需要，采用兩個控制器來控制高壓蒸汽壓力，其中控制器PY-0017 通過燃燒率來控制高壓蒸汽發生器的投用率，當高壓蒸汽總管壓力過高時則使用控制器PY-0028 將部分高壓蒸汽排放至中壓蒸汽管網。 當設定好高壓蒸汽的溫度和壓力值后，高壓蒸汽管網主壓力控制回路將輸出值發送至PY-0028 和PY-0017。

1.2 功能說明

高壓蒸汽管網主壓力控制回路由兩種相關聯類型的模塊DCONT 與DSPLIT 組成。高壓蒸汽管網主壓力控制的特征如圖1 所示。

如圖2 所示， 高壓蒸汽管網控制回路PIC-0017 的輸出值設定到50%以上，輸出作用于燃燒率高選控制器PY-0017；低于50%時，輸出作用于高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028。可以理解為：

a. 當PIC-0017 的輸出增大時， 控制器PY-0028 首先逐漸減小高壓竄中壓蒸汽流量，然后增加對高壓蒸汽發生器的投用率，提高燃燒率；

b. 當PIC-0017 的輸出減小時，控制器PY-0017 首先降低燃燒率，降低高壓蒸汽發生器的投用率， 然后逐漸增加高壓竄中壓的蒸汽流量。

圖2 高壓蒸汽主壓力控制回路

在正常操作中， 高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 不會被使用。 燃燒率的高低控制高壓蒸汽的產量。 在燃燒率不能緩解高壓蒸汽壓力增加而蒸汽發生器處于調低的極限情況下時，高壓蒸汽轉中壓蒸汽流量控制回路FIC-0004 將確保部分高壓蒸汽排放至中壓蒸汽管網。

調整參數的注意事項： 在這種類型的配置中，輸出信號的分割點為50%，比例增益系數Kp=2，即當壓力控制器輸出變化1%時，燃燒率變化2%。

PDA-0017 是PIC-0017 和PI-0039 的實時測量值的偏差報警。 如果該偏差的值大于7%，則PDA-0017 顯示最大值并發出故障報警。 如果PI-0039 或PIC-0017 處于故障狀態，則PDA-0017 同樣顯示最大值并故障報警。 此報警是為了確保PT-0017 作為所有控制器的默認設置， 如果相應的變送器出現故障，則控制器PIC-0017 將被強制成手動模式，其輸出保持在最后的良好值。

2 中壓蒸汽管網的壓力控制

2.1 控制方式

通過控制降壓站高壓蒸汽到中壓蒸汽、中壓蒸汽到低壓蒸汽和從汽輪發電機M-002 所產生的中壓蒸汽，來維持中壓管網中的蒸汽壓力。

2.2 功能說明

中壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0028 中的DCONT 模塊與PIC-0028 的輸出相關聯，具有3 個不同的輸出，3 個輸出值輸送到對應的3 個控制器中。 當中壓蒸汽管網壓力值設定好后，采用3 個控制器對中壓蒸汽管網進行控制。 在這種情況下， 這些輸出在不同的控制器中起作用，輸出將由不同的控制器自動調整。

中壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0028 的輸出值發送到：

a. 控制器PY-0028，通過高壓蒸汽轉中壓蒸汽流量控制回路FIC-0004 將高壓蒸汽釋放到中壓蒸汽管網；

b. 汽輪發電機M-002，產生中壓蒸汽的設定值HIC-1603；

c. 控制器PY-0027， 通過中壓蒸汽轉低壓蒸汽流量控制回路FIC-0005 將中壓蒸汽釋放到低壓蒸汽管網。

中壓蒸汽管網主壓力控制的特征如圖3 所示，其中x%為汽輪發電機的負荷下限，該值可以調整。

圖3 中壓蒸汽管網主壓力控制的特征

圖3 中， 在第1 范圍 （0.0%～33.3%），PIC-0028 的輸出作用于控制器PY-0027；在第2 范圍（33.3%～66.6%），PIC-0028 的輸出作用于汽輪發電機M-002 的設備設定值HIC-1603；在第3 范圍（66.6%～100.0%），PIC-0028 的輸出作用于控制器PY-0028。 控制原理如下：

a. 當中壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0028 的輸出增大時，首先減小中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出，然后通過增大汽輪發電機M-002 的設定值HIC-1603，提高汽輪發電機的中壓蒸汽產量，最后增大高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 的輸出；

b. 當中壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0028 的輸出減小時，首先減小高壓蒸汽泄壓高選控制器PY-0028 的輸出，然后通過減小汽輪發電機M-002 的設定值HIC-1603 降低汽輪發電機的蒸汽產量，最后增大中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出。

中壓蒸汽管網主壓力控制回路如圖4 所示。

圖4 中壓蒸汽管網主壓力控制回路

2.3 附加阻止功能

汽輪發電機M-002 的設備設定值HIC-1603使用的是DHIC 模塊， 該模塊具有自動/手動模式、偏置功能。 在自動模式下，將中壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0028 的輸出發送到汽輪發電機中壓蒸汽設定值HIC-1603； 在手動模式下，由操作員直接賦值實現控制；其偏置功能確保汽輪發電機不會達到關閉極限。

比較PIC-0028 和PIC-0017 的值， 并選擇二者中的最大值，將它作為高選控制器PY-0028 的輸出傳送至控制回路FIC-0004 作為遠程設定值。

PDA-0028 是PIC-0028 和PI-0040 的 實 時 測量值的偏差報警。 如果該偏差的值大于15%，則發出故障報警。

3 低壓蒸汽管網的壓力控制

3.1 控制方式

通過控制降壓站中壓蒸汽到低壓蒸汽、低壓蒸汽放空以及汽輪發電機產生的低壓蒸汽來保持低壓蒸汽管網中的蒸汽壓力。

3.2 功能說明

低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 中的DCONT 模塊與PIC-0027 的輸出相關聯，具有3 個不同的輸出，3 個輸出值輸送到對應的3 個控制器中。 低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 由一個控制器、一個設備設定值和一個控制閥輸出組成。

低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值發送到：

a. 高選控制器PY-0027，確保通過流量控制回路FIC-0005 將中壓蒸汽釋放到低壓蒸汽管網；

b. 汽輪發電機M-002，產生低壓蒸汽的設定值HIC-1602；

c. 低壓蒸汽放空閥PV-0027，以確保低壓蒸汽釋放到大氣中。

低壓蒸汽管網主壓力控制的特征如圖5 所示。

圖5 低壓蒸汽管網主壓力控制的特征

在圖5 中，在第1 范圍（0.0%～33.3%），控制器PIC-0027 的輸出作用于低壓蒸汽放空閥PV-0027；在第2 范圍（33.3%～66.6%），控制器PIC-0027 的輸出作用于汽輪發電機低壓蒸汽設定值HIC-1602；在第3 范圍（66.6%～100.0%），控制器PIC-0027 的輸出作用于中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器PY-0027。

控制原理如下：

a. 當低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值增大時， 首先關閉低壓蒸汽放空閥PV-0027，然后通過增大汽輪發電機的低壓蒸汽設定值HIC-1602 提高汽輪發電機產生的蒸汽，最后增大中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出；

b. 當低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 的輸出值減小時，首先減小中壓蒸汽轉低壓蒸汽高選控制器PY-0027 的輸出，然后通過減小汽輪發電機的低壓蒸汽設定值HIC-1602 降低汽輪發電機產生的蒸汽量，最后通過增大低壓蒸汽放空閥PV-0027 的開度提高低壓蒸汽的放空量。

低壓蒸汽管網主壓力控制回路如圖6 所示。

圖6 低壓蒸汽管網主壓力控制回路

3.3 附加阻止功能

汽輪發電機M-002 的設備設定值HIC-1602使用的是DHIC 模塊。在自動模式下，將低壓蒸汽管網主壓力控制回路PIC-0027 的輸出發送到汽輪發電機低壓蒸汽設定值HIC-1602；在手動模式下，由操作員直接賦值實現控制；其偏置功能確保汽輪發電機不會達到關閉極限。

比較PIC-0027 和PIC-0028 的值， 并選擇二者中的最大值，將它作為高選控制器PY-0027 的輸出傳送至控制回路FIC-0005 作為遠程設定值。

PDA-0027 是PIC-0027 和PI-0041 的實時測量值的偏差報警。 如果該偏差的值大于30%，發出故障報警。

4 結束語

Foxboro DCS 系統在阿爾及爾SONATRACH公司煉油廠公用工程蒸汽控制中應用后，多次避免了因蒸汽管網波動造成的非計劃停車，蒸汽控制系統的安全性、可靠性、實用性和自動化程度明顯提高，保證了煉油廠的可靠、穩定運行。