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　　摘要：本文從硬件、軟件兩方面分別介紹了我廠#3蒸餾裝置的DCS系統(tǒng)概況，并介紹了利用FOXBORO I/A^’S系統(tǒng)提供的功能實現(xiàn)的幾個較有代表性的特殊控制回路。
　　
　　關(guān)鍵詞：#3蒸餾 DCS控制 組態(tài)
　　
　　概述

　　原#3蒸餾裝置規(guī)模為250萬噸/年（年開工8000小時），屬燃料-化工型裝置，主要提供催化裂化原料、寬餾分連續(xù)重整原料及部分汽柴油組分。該裝置原由常規(guī)儀表控制。2002年，為實現(xiàn)我廠加工能力千萬噸級目標，決定對該裝置進行改造，使其加工能力達到800萬噸/年。#3蒸餾裝置改造主要由北京設(shè)計院承擔設(shè)計，采用美國FOXBORO公司的I/A^’S DCS系統(tǒng)，工作站采用51D系列，控制處理機采用CP60型號， I/A Series 軟件版本為V6.3。該套DCS系統(tǒng)于2002年9月與新裝置一起投入使用，投用至今系統(tǒng)運行正常。本文將主要介紹該裝置中幾個比較有代表性的控制回路在DCS系統(tǒng)中的實現(xiàn)。
　　
　　一、工藝簡介

　　800萬噸/年蒸餾裝置包括預(yù)分餾、常減壓分餾、電脫鹽、“四注”和電精制等單元。它主要是在不改變油品分子結(jié)構(gòu)的情況下，按產(chǎn)品沸點范圍將原油這個復(fù)雜的混合物分割開，裝置各側(cè)線產(chǎn)品用做煉油廠主要生產(chǎn)裝置的基本原料或作為柴油調(diào)和組分，同時為了降低原油含鹽對原油加工過程產(chǎn)生的危害，得到高品質(zhì)的汽油、柴油等產(chǎn)品，還需要對原油及其在加工過程中產(chǎn)生的成品、半成品進行電脫鹽、注氨、緩蝕劑、循環(huán)水、破乳劑、電精制等工序，去除中其中的鹽、硫等雜質(zhì)。
　　
　　二、DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　#3蒸餾裝置DCS系統(tǒng)分別位于兩個控制室，中央控制室和遠程控制室。中央控制室有3臺操作站（WP5103，WP5104和AW5102）和連接報警和報表打印機的通信處理機（COMP），其中AW5102為應(yīng)用操作站處理機，負責管理歷史數(shù)據(jù)和另外兩臺操作站處理機WP5103和WP5104，并通過以態(tài)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到PC遠程終端。位于遠程控制室的一臺應(yīng)用操作站處理機（AW5101）作為工程師站，它主要用于管理同樣位于遠程控制室的冗余的控制處理機（CP）和通過現(xiàn)場總線（Field Bus）相互通信的現(xiàn)場總線組件FBM（Fieldbus Module）。各處理機之間由節(jié)點總線（Node Bus）通訊，兩個控制室之間的節(jié)點總線由光纜連接。現(xiàn)場總線和節(jié)點總線都是冗余的。
　　

圖1 #3蒸餾DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖
　　三、DCS組態(tài)
　　
　　1加熱爐爐出口溫度控制。

　　工藝要求：對于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時進行汽化，其溫度的高低會直接影響后一工序的操作工況和產(chǎn)品質(zhì)量，當爐子溫度過高時，會使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦而燒壞爐管，加熱爐平穩(wěn)操作，可以延長爐管的壽命。因此，爐子的出口溫度要求嚴格控制。
　　

圖2常壓爐爐出口溫度控制方案
　　控制方案：控制系統(tǒng)如圖2所示，為保證出口溫度的穩(wěn)定性，采用了兩組爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制系統(tǒng)，其余一些干擾因素如蒸汽壓力、進料流量的波動等采用單回路控制系統(tǒng)來克服。同時為保證操作安全，設(shè)定當選擇其中某一路燃料作為加熱原料時，另一路燃料介質(zhì)的調(diào)節(jié)器模塊被強制處于手動狀態(tài)。整個操作過程中，流程圖上都具有明顯的提示標志，并且切換過程是無擾動的，在該控制回路的組態(tài)過程中，除使用到了I/A系統(tǒng)所提供的一些常規(guī)模塊和SWICH模塊，CALC模塊等，為確保操作界面友好，在顯示組態(tài)中采用了腳本程序調(diào)用和覆蓋畫面等功能。
　　
　　2拋減底液位，流量控制

　　工藝介紹：通常情況下，原油經(jīng)過初餾和常壓分餾后，用常底泵將常壓塔底重油抽出，分八路進入減壓爐加熱后，再進入減壓塔進行減壓分餾。工藝流程如圖四所示。為保持幾路平行流量均勻，將常壓塔底液位與減壓爐八組進料流量串級控制。但當減壓系統(tǒng)出現(xiàn)無法立即修復(fù)故障時，為避免整個裝置停工，工藝需采取拋減底液位控制，完全拋棄減壓系統(tǒng)，直接由減壓塔底出料控制閥去控制常底液位參數(shù)，確保常壓系統(tǒng)正常工作。
　　

圖3 拋減底控制工藝流程圖
　　常壓塔底液位LC8005與FC8052-FC8059八組減壓爐進料流量串級控制

　　石油化工生產(chǎn)過程是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，根據(jù)工藝流程可知，常壓塔的出料直接作為減壓爐的進料，而減壓爐的出料又連續(xù)送給減壓塔作為進料。作為單個的設(shè)備，都希望自身操作平穩(wěn)，但常壓塔出料波動是減壓爐進料的一個擾動，破壞其平穩(wěn)操作。為解決這個問題，這里采取了均勻控制方案，即當常壓塔的進料量波動時，允許塔釜液位在一定限度內(nèi)平緩變化，使出料流量平穩(wěn)變化，避免對減壓爐等后工序產(chǎn)生較大影響。均勻控制與常規(guī)控制的主要區(qū)別在于控制器的控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定上。這里，可將流量的PID參數(shù)按照一般串級控制的副回路參數(shù)整定，而液位的參數(shù)整定按照簡單均勻控制情況處理，比例度和積分時間都要盡量放大。值得注意的是，此處由于是一個主回路同時與八個副回路串級，因此在參數(shù)整定上略有區(qū)別，液位的比例度可適當放大，比例作用可整定得稍弱一些。
　　
　　減底液位LC8015調(diào)節(jié)閥與變頻控制切換

　　在工藝生產(chǎn)中，為了節(jié)能經(jīng)常會遇到變頻泵控制。考慮到使用調(diào)節(jié)閥控制和變頻泵控制時的對象特性的差異反應(yīng)在PID參數(shù)整定上的不同，對調(diào)節(jié)閥和變頻泵采用各自獨立的調(diào)節(jié)器，避免切換操作中頻繁修改PID控制參數(shù)。同時為了確保生產(chǎn)操作的安全性，防止誤操作，在調(diào)節(jié)閥控制和變頻泵控制的切換過程中，設(shè)置強制手動功能，在調(diào)節(jié)閥投入自動運行時，變頻泵被強制處于手動位置；而變頻泵投入自動運行時，調(diào)節(jié)閥又被強制處于手動位置。在DCS組態(tài)中由CIO組態(tài)實現(xiàn)。在調(diào)節(jié)閥切換到變頻控制時，操作人員先將操作畫面上的切換開關(guān)切到變頻控制，同時將調(diào)節(jié)閥的副線全部打開，并將調(diào)節(jié)閥的輸出逐漸增至最大，使得變頻泵的輸出逐漸減小，以達到節(jié)能的目的。
　　
　　拋減底控制切換

　　在常規(guī)常壓塔塔底液位控制方案中，常壓塔塔底液位LC8005作為主回路，減壓爐八組進料流量FC8052-FC8059作為副回路，進行串級均勻控制；減壓塔塔底液位LC8015（LC8015B）進行單回路控制，減壓塔塔底液位可選擇由調(diào)節(jié)閥或變頻泵控制，LC8005A模塊被強制處于手動方式。當控制回路切換到拋減底控制方案時，減底液位切換到調(diào)節(jié)閥LC8015手動狀態(tài)，此時，變頻泵調(diào)節(jié)器模塊處于強制手動狀態(tài)，LC8005A模塊強制手動解除，并將其輸出信號送往調(diào)節(jié)閥LV8015進行控制。原串級副回路FC8052-FC8059被強制到本地單回路控制，原串級主回路LC8005模塊被強制處于手動方式。此外，我們將切換開關(guān)置于操作界面上，并且每一步切換步驟都有確認功能，當前運行方式有明顯標識，使得操作步驟簡單明了。以上功能是在DCS的CIO組態(tài)和顯示組態(tài)中實現(xiàn)的。
　　

圖4 拋減底控制DCS組態(tài)結(jié)構(gòu)圖
　　 圖中：

　　 LC8005：常壓塔塔底液位控制調(diào)節(jié)器

　　 LC8015：減壓塔塔底液位調(diào)節(jié)閥控制調(diào)節(jié)器

　　 LC8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調(diào)節(jié)器

　　 LV8015：常規(guī)控制時為減壓塔塔底液位調(diào)節(jié)閥控制調(diào)節(jié)器輸出模塊，拋減底控制調(diào)節(jié)器輸出模塊

　　 LV8015B：減壓塔塔底液位變頻控制調(diào)節(jié)器輸出模塊

　　 FC8052…FC8059：減壓爐一組至八組進料控制調(diào)節(jié)器

　　 FV8052…FV8059：減壓爐一組至八組進料控制調(diào)節(jié)器輸出模塊

　　 CALCL05-15：計算模塊，用于實現(xiàn)在拋減底控制時強制減壓爐一組至八組進料控制調(diào)節(jié)器處于本地控制狀態(tài)

　　 LC8005A：常壓塔塔底液位拋減底控制調(diào)節(jié)器

　　 SWL8005A：SWCH模塊，用于實現(xiàn)常規(guī)控制和拋減底控制切換
　　
　　此外，在#3蒸餾的DCS組態(tài)過程中，充分利用FOXBORO公司的IA^’S DCS系統(tǒng)所提供的功能，除使用到單回路、串級回路等一些常規(guī)控制外，還通過各種常規(guī)控制，如選擇控制、分程控制、比值控制等互相組合，實現(xiàn)了一系列的復(fù)雜控制方案，如加熱爐聯(lián)鎖控制，減壓爐支路平衡控制，燃料油罐液位比值控制等等。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)各項指標都基本達到了設(shè)計最初要求。
　　
　　結(jié)束語

　　#3蒸餾裝置DCS控制系統(tǒng)從開工至今，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，情況良好。長久以來，F(xiàn)OXBORO公司的I/A DCS系統(tǒng)以其硬件故障率低，維護工作量小，組態(tài)功能強大，操作界面方便、靈活等特點，深受本單位工藝操作人員和儀表維護人員的好評。
　　
　　[參考文獻]

　　（1）“#3常減壓蒸餾裝置工藝技術(shù)規(guī)程”

　　（2）“化工過程控制工程”（第二版）