延遲焦化裝置順序控制程序的深度應用

朱天福(中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500)

0 引言

延遲焦化工藝一般以渣油為原料，在高溫下進行熱裂化和縮合反應的一種熱加工過程，該工藝是一種既連續又間歇的工藝，對整個裝置來說是連續操作，對焦炭塔系統來說是間斷操作，焦炭塔生產過程包含趕空氣、蒸汽試壓、油氣預熱、換塔、生焦、小吹汽、大吹汽、給水、放水、除焦。在每天頻繁的切換生產過程中，需要改動大量的閥門，因而需要一種安全可靠的控制程序。順序控制是工業控制領域中應用廣泛的一種控制方式。如果一個控制系統可以分成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執行才能保證生產過程的生產運行，則該控制系統就是順序控制系統[1]。延遲焦化裝置焦炭塔的操作正是一種順序的操作，順序控制系統完全滿足此條件。

1 焦炭塔操作順序邏輯開發

1.1 順控操作邏輯編寫

焦炭塔屬于間斷有序操作，從切換進料后開始生產，待一定的生焦高度后，再次切至新塔并對老塔進行冷焦操作。按此操作用文字詳細描述控制順序和方案，形成焦炭塔操作邏輯，并以此為基礎在DCS編寫控制程序。邏輯以換塔為例，如下，焦炭塔C-101B換塔至C-101A步驟子系統。

(1)條件(一)

① DCS判斷確認為C-101A換塔步驟；

② TI-11103大于100℃& TI-11102大于120℃；

③ 環閥XV-11305全開；

④ 甩油罐液位LI-12401低于75% ；

⑤ 內操換塔確認。

(2)動作(一)

① 允許關閉A塔甩油支閥XV-11315A、AB塔甩油罐入口總閥XV-12403、小預熱閥XV-11316A；

② 允許關閉A塔甩油隔斷閥XV-11309；

(3)條件(二)

① A塔甩油隔斷閥XV-11309關閉；

② A塔甩油支閥XV-11315A、小預熱閥XV-11316A、AB塔甩油罐入口總閥XV-12403關閉；

③ 吹汽放空閥XV-11101、溢流閥XV-11312A、呼吸閥XV-11313A、塔頂放空閥XV-11103，XV-11104關閉；

④ A塔油氣隔斷閥XV-11302全開；

⑤ A塔進料隔斷閥XV-11307開啟。

(4)動作(二)

① 允許切換四通閥XV-11306至C-101A(四通閥即可切向A塔也可切向B塔)；

② 提示外操執行短管吹汽；

③ 如果XV-11306完全指向C-101A(不再允許切向B塔)；

④ 提示內操切換溫控至C-101A(可根據閥門開度自動切換)；

⑤ 外操確認換塔結束；

⑥ 如果計時時間大于20 min，允許A塔急冷油隔斷閥XV-11102開；

⑦ 如果 A塔急冷油隔斷閥XV-11102全開，允許B塔急冷油隔斷閥XV-11202關閉；

⑧ 內操確認換塔結束；

⑨ DCS默認換塔至C-101A步驟結束，轉至C-101B小吹汽步驟。

1.2 安全聯鎖功能

安全聯鎖功能主要避免在誤操作情況下確保安全，如焦炭塔頂底蓋機開蓋安全聯鎖、換塔安全聯鎖等，安全聯鎖功能獨立于順控系統，即使焦炭塔操作步驟滿足順控操作條件，若不符合安全聯鎖要求，則閥門依然無法動作。安全聯鎖以底蓋機開蓋為例，如表1所示。

表1 A塔底蓋機聯鎖

按照此邏輯編制的聯鎖如下圖，為避免開錯蓋對焦炭塔頂壓力設置二取二、溫度五取三聯鎖條件，且必須先開頂蓋而后才能開底蓋。

2 單機單站試驗和實際操作驗證

在順控邏輯編寫完畢后，利用單機單站進行系統模擬操作，對發現的問題及時整改，并再次試驗確認，單機單站模擬操作完畢后證明順控邏輯程序運行無問題，而后進行內外操聯合試驗，確保順控組態邏輯和現場動作以及信號一一對應，全部試驗完畢且校準正常后，投入生產運行。順控系統完成后DCS操作畫面，如圖1所示。

3 順控系統的操作

3.1 順控投用和解除

如圖1所示，在順控步驟畫面上選擇順控投入/順控解除按鈕，順控投入或者解除必須有管理員權限，順控投入后焦炭塔下一步操作步驟必須滿足順控要求，若未滿足順控要求則現場閥門遠程和就地都無法動作。在順控投入條件下，若需要打開或者關閉某個閥門，需要滿足順控的前置條件，若未滿足相關操作條件，則需要在管理員權限下強制給出閥門的允開允關信號。

圖1 焦炭塔順控步驟

3.2 順控系統的操作

順序控制系統要求滿足相關條件后，下一步需要動作的閥門給出允開允關信號，閥門允許動作。在順控每個大步驟結束轉入下一個步驟前，外操需要檢查確認并按確認按鈕，內操同樣需要檢查順控相關條件并點擊確認按鈕，雙方確認后進入下一步。如下圖左側步驟18∶A塔給水，左側綠色方框內所有條件和閥門狀態都達到后進入外操確認，外操確認，然后轉入下一步驟。同時，在相關流程打通后，此條流程即變為綠色，如圖2所示。

圖2 焦炭塔順控流程示意圖

4 基于順控程序上開發的應用

4.1 一鍵禁用功能

焦炭塔順序控制程序實施完畢運行正常后，吸取其他煉廠在開停工或者機械清焦期間閥門誤動作的經驗，在此順控系統上開發出新功能一鍵禁用。

此功能主要在順控摘除、停工或者開工過程中啟用，啟用后所有在順控系統內閥門不允許動作，若要動作順控系統必須在管理員權限下強制給出允開信號，從而避免停開工過程中的因操作過多造成人為失誤動作閥門。

4.2 程序自動控制模塊

焦炭塔給水操作中，冷焦水量根據焦炭塔頂壓力和放空塔冷后溫度和壓力而逐步變化，隨著冷焦的進程給水量和相關參數存在一個定量的關系，根據此并利用順控系統開發出焦炭塔自動給水程序。同理，在焦炭塔新塔油氣預熱中，預熱油氣去后路的速度決定了新塔預熱的速度，依據此利用順控系統開發出焦炭塔自動預熱程序。實施后，焦炭塔給水冷焦操作不需人為干預，冷焦速度控制更平穩，冷焦時間減少，放空氣體對后路系統影響減小。新塔預熱的溫升更合理，預熱期間對分餾系統的熱量影響減少。自動給水控制趨勢如圖3所示，手動給水控制趨勢如圖4所示。從實際調節過程中的工藝參數趨勢可以清晰看到，程控給水模塊的操作趨勢比手動操作平滑、波動更小，焦炭塔的放空氣體對火炬氣柜系統影響更小，對設備運行有利。

圖3 自動給水控制趨勢

圖4 手動給水控制趨勢

5 結語

在焦化裝置焦炭塔的間歇操作中，實現順序控制操作，可以避免因人為誤操作閥門導致的生產事故。在目前開發的順控系統上已實現了自動給水和自動預熱的操作，未來可以實現更多的自動化操作，操作員負責內外操的檢查確認，最終可將繁瑣的焦炭塔操作轉化為安全自動的操作，實現后焦炭塔操作將更高效且各項參數波動更平穩對分餾及其他系統影響更小。