運用深度應用集散控制系統降低化工生產裝置操作頻次

金治東, 楊文華

(湖北三寧化工股份有限公司, 湖北枝江 443200)

湖北三寧化工股份有限公司(簡稱三寧化工)采用浙江中控DCS700系統[1],通過集散控制系統(DCS)統計內操崗位的操作頻次,包括控制器參數(PID)功能塊上的所有操作點,涉及微調、快調、手動、自動、串級等。由于PID控制器參數[2]的調整多靠人工摸索累積經驗,工況變化時難以適用,未能充分發揮DCS的功能,反而增加了崗位人員的操作頻次,不利于裝置“安穩長滿優”運行。在DCS未采取智能優化前,日操作頻次平均為15 000條;在DCS實施腳本控制、專家控制后,日操作頻次降到平均3 000條,部分裝置操作頻次降為0條。

1 原因分析

根據DCS系統上的操作數據,統計和分析各裝置日操作頻次排名前十的回路,并分別從控制和設備角度上提出解決措施。以下探討裝置中存在操作頻次高的回路。

1.1 汽包壓力調節甲醇合成塔出口溫度

目前,沒有直接控制甲醇合成塔裝置出口溫度的手段,只有通過汽包壓力調節閥操作。操作工通過手動控制汽包壓力來實現出口溫度的調節。工藝上,對溫度壓力有嚴格的控制指標,壓力超限或者溫度超限都會帶來嚴重的后果,因此,需要頻繁手動調解閥位來控制汽包壓力,其勞動強度大卻控制效果不佳[3]。

1.2 出口流量調節分解靜置罐液位

分解靜置罐用于有效分離有機相和水相。當受前端系統影響或者加減負荷時,操作人員需時刻調節分解靜置罐出口流量調節閥。但是,此調節閥調節幅度不能過大,否則影響分解靜置罐液位;同時,流量不能超過限制,否則影響后工段的正常運行。所以該出口流量調節閥由人為干預,既要兼顧液位也要保證流量。

1.3 調節廢熱鍋爐定時液位

為了保證7臺廢鍋的水質達標[4-5],需要定期排污。每次排污過程需要內操人員操作排污切斷閥的開關,日操作量為200次,且每次需要人為關注排污開始和結束的時間,監控任務量大。

2 方案確定及實施

系統頻繁調節會增加勞動強度的同時,也反映出系統運行過程過多依賴人為干預,為系統帶來不確定的風險。三寧化工組織相關部門針對如何降低操作頻次進行專題突破,尋求最優的控制方案,來實現回路的穩定控制。

2.1 甲醇合成塔出口溫度-汽包壓力控制

通過優化低壓甲醇出口溫度控制方案,增加合成塔出口溫度串汽包壓力串級控制。正常工況下,投用合成塔出口溫度-汽包壓力串級,其中壓力為內環,溫度為外環。當汽包壓力大于2.5 MPa或小于1.3 MPa,溫度大于250 ℃或小于170 ℃,壓差大于高限設定值或小于低限設定值,則自動切換到壓力單回路控制,溫度控制器輸出跟蹤壓力控制器設定值。在操作界面上增加串級控制投用按鈕。合成塔出口溫度-汽包壓力串級原理圖見圖1。

圖1 合成塔出口溫度-汽包壓力串級原理圖

2.2 分解靜置罐液位-流量調節

經過分析,決定在DCS上增設液位流量專家控制程序,通過設定液位的上下限值、流量的上下限值、調節幅度、調節時間、液位流量倍率、流量增量上限參數進行液位流量協調控制。當液位超過上限或者低于下限,一旦達到調節時間,上調或者下調出口流量的設定值,并設置流量調節上限的保護措施;當超過流量限值時,按流量的低限或者高限進行調節。分解靜置罐液位-流量調節的操作界面見圖2。

圖2 分解靜置罐液位-流量調節的操作界面

2.3 廢熱鍋爐定時液位調節

針對7臺廢鍋排污申請,增設“一鍵開關”邏輯,人為設定好排污開始時間和排污持續時間。通過一鍵點擊,7臺廢鍋可自行依次進行排污。此方案既減輕了操作人員的工作量,又利于統一時間,更好地對比分析水質數據。在DCS上進行邏輯腳本編寫,需要滿足以下要求：

(1) 增設“一鍵開關”投切按鈕,便于手動和自動之間切換。

(2) 排污開始時間字段設可輸入窗口,便于人員根據最佳時段來設定時間。

(3) 每臺廢鍋的排污持續時長字段設可輸入窗口,便于人員根據各廢鍋的水質情況來設定持續時長。

3 實施效果

采取智能控制優化后帶來以下收益,同時也得到了操作工的廣泛好評。

(1) 提升裝置自動化水平,提升關鍵工藝參數的控制精度。

(2) 延長泵、閥等儀表設備的使用壽命。

(3) 實現裝置長周期安全生產。

(4) 提高企業管理效率。

摘取分解靜置罐液位調節的控制效果圖(見圖3),相比之前液位調控更為平穩。

圖3 分解靜置罐液位調節的控制效果圖

4 結語

三寧化工結合裝置實際運行情況,摸排操作頻次高的回路,逐一進行分析并擬定優化方案,在基層工控系統上進行程序改進,結合閥門的PID優化,在DCS上應用專家腳本、智能控制程序,最終在減少裝置操作頻次的問題上,達到既定目標。同時,突破了裝置生產過程中的技術瓶頸問題,實現多種工況平穩運行,提升了裝置的自動化水平。