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Foxboro I/A S 系统在上海炼油厂蒸馏装置上的应用

供稿:英维思运营管理(中国) 2014/7/18 9:33:00

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摘要:本文从硬件、软件两方面分别介绍了我厂#3蒸馏装置的DCS系统概况,并介绍了利用FOXBORO I/AS系统提供的功能实现的几个较有代表性的特殊控制回路。关键词:#3蒸馏   DCS控制   组态 概述
原#3蒸馏装置规模为250万吨/年(年开工8000小时),属燃料-化工型装置,主要提供催化裂化原料、宽馏分连续重整原料及部分汽柴油组分。该装置原由常规仪表控制。2002年,为实现我厂加工能力千万吨级目标,决定对该装置进行改造,使其加工能力达到800万吨/年。#3蒸馏装置改造主要由北京设计院承担设计,采用美国FOXBORO公司的I/AS DCS系统,工作站采用51D系列,控制处理机采用CP60型号, I/A Series 软件版本为V6.3。该套DCS系统于2002年9月与新装置一起投入使用,投用至今系统运行正常。本文将主要介绍该装置中几个比较有代表性的控制回路在DCS系统中的实现。一、工艺简介
800万吨/年蒸馏装置包括预分馏、常减压分馏、电脱盐、“四注”和电精制等单元。它主要是在不改变油品分子结构的情况下,按产品沸点范围将原油这个复杂的混合物分割开,装置各侧线产品用做炼油厂主要生产装置的基本原料或作为柴油调和组分,同时为了降低原油含盐对原油加工过程产生的危害,得到高品质的汽油、柴油等产品,还需要对原油及其在加工过程中产生的成品、半成品进行电脱盐、注氨、缓蚀剂、循环水、破乳剂、电精制等工序,去除中其中的盐、硫等杂质。二、DCS系统结构
#3蒸馏装置DCS系统分别位于两个控制室,中央控制室和远程控制室。中央控制室有3台操作站(WP5103,WP5104和AW5102)和连接报警和报表打印机的通信处理机(COMP),其中AW5102为应用操作站处理机,负责管理历史数据和另外两台操作站处理机WP5103和WP5104,并通过以态网将数据传送到PC远程终端。位于远程控制室的一台应用操作站处理机(AW5101)作为工程师站,它主要用于管理同样位于远程控制室的冗余的控制处理机(CP)和通过现场总线(Field Bus)相互通信的现场总线组件FBM(Fieldbus Module)。各处理机之间由节点总线(Node Bus)通讯,两个控制室之间的节点总线由光缆连接。现场总线和节点总线都是冗余的。

图1
图1  #3蒸馏DCS系统结构配置图


三、DCS组态1加热炉炉出口温度控制。
工艺要求:对于加热炉,工艺介质受热升温或同时进行汽化,其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量,当炉子温度过高时,会使物料在加热炉内分解,甚至造成结焦而烧坏炉管,加热炉平稳操作,可以延长炉管的寿命。因此,炉子的出口温度要求严格控制。

图2常压炉炉出口温度控制方案
图2常压炉炉出口温度控制方案


控制方案:控制系统如图2所示,为保证出口温度的稳定性,采用了两组炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统,其余一些干扰因素如蒸汽压力、进料流量的波动等采用单回路控制系统来克服。同时为保证操作安全,设定当选择其中某一路燃料作为加热原料时,另一路燃料介质的调节器模块被强制处于手动状态。整个操作过程中,流程图上都具有明显的提示标志,并且切换过程是无扰动的,在该控制回路的组态过程中,除使用到了I/A系统所提供的一些常规模块和SWICH模块,CALC模块等,为确保操作界面友好,在显示组态中采用了脚本程序调用和覆盖画面等功能。2抛减底液位,流量控制
工艺介绍:通常情况下,原油经过初馏和常压分馏后,用常底泵将常压塔底重油抽出,分八路进入减压炉加热后,再进入减压塔进行减压分馏。工艺流程如图四所示。为保持几路平行流量均匀,将常压塔底液位与减压炉八组进料流量串级控制。但当减压系统出现无法立即修复故障时,为避免整个装置停工,工艺需采取抛减底液位控制,完全抛弃减压系统,直接由减压塔底出料控制阀去控制常底液位参数,确保常压系统正常工作。

图3
图3 抛减底控制工艺流程图


常压塔底液位LC8005与FC8052-FC8059八组减压炉进料流量串级控制
石油化工生产过程是一个连续的生产过程,根据工艺流程可知,常压塔的出料直接作为减压炉的进料,而减压炉的出料又连续送给减压塔作为进料。作为单个的设备,都希望自身操作平稳,但常压塔出料波动是减压炉进料的一个扰动,破坏其平稳操作。为解决这个问题,这里采取了均匀控制方案,即当常压塔的进料量波动时,允许塔釜液位在一定限度内平缓变化,使出料流量平稳变化,避免对减压炉等后工序产生较大影响。均匀控制与常规控制的主要区别在于控制器的控制规律的选择及参数整定上。这里,可将流量的PID参数按照一般串级控制的副回路参数整定,而液位的参数整定按照简单均匀控制情况处理,比例度和积分时间都要尽量放大。值得注意的是,此处由于是一个主回路同时与八个副回路串级,因此在参数整定上略有区别,液位的比例度可适当放大,比例作用可整定得稍弱一些。减底液位LC8015调节阀与变频控制切换
在工艺生产中,为了节能经常会遇到变频泵控制。考虑到使用调节阀控制和变频泵控制时的对象特性的差异反应在PID参数整定上的不同,对调节阀和变频泵采用各自独立的调节器,避免切换操作中频繁修改PID控制参数。同时为了确保生产操作的安全性,防止误操作,在调节阀控制和变频泵控制的切换过程中,设置强制手动功能,在调节阀投入自动运行时,变频泵被强制处于手动位置;而变频泵投入自动运行时,调节阀又被强制处于手动位置。在DCS组态中由CIO组态实现。在调节阀切换到变频控制时,操作人员先将操作画面上的切换开关切到变频控制,同时将调节阀的副线全部打开,并将调节阀的输出逐渐增至最大,使得变频泵的输出逐渐减小,以达到节能的目的。抛减底控制切换
在常规常压塔塔底液位控制方案中,常压塔塔底液位LC8005作为主回路,减压炉八组进料流量FC8052-FC8059作为副回路,进行串级均匀控制;减压塔塔底液位LC8015(LC8015B)进行单回路控制,减压塔塔底液位可选择由调节阀或变频泵控制,LC8005A模块被强制处于手动方式。当控制回路切换到抛减底控制方案时,减底液位切换到调节阀LC8015手动状态,此时,变频泵调节器模块处于强制手动状态,LC8005A模块强制手动解除,并将其输出信号送往调节阀LV8015进行控制。原串级副回路FC8052-FC8059被强制到本地单回路控制,原串级主回路LC8005模块被强制处于手动方式。此外,我们将切换开关置于操作界面上,并且每一步切换步骤都有确认功能,当前运行方式有明显标识,使得操作步骤简单明了。以上功能是在DCS的CIO组态和显示组态中实现的。

图4
图4 抛减底控制DCS组态结构图


   图中:
   LC8005:常压塔塔底液位控制调节器
   LC8015:减压塔塔底液位调节阀控制调节器
   LC8015B:减压塔塔底液位变频控制调节器
   LV8015:常规控制时为减压塔塔底液位调节阀控制调节器输出模块,抛减底控制调节器输出模块
   LV8015B:减压塔塔底液位变频控制调节器输出模块
   FC8052…FC8059:减压炉一组至八组进料控制调节器
   FV8052…FV8059:减压炉一组至八组进料控制调节器输出模块
   CALCL05-15:计算模块,用于实现在抛减底控制时强制减压炉一组至八组进料控制调节器处于本地控制状态
   LC8005A:常压塔塔底液位抛减底控制调节器
   SWL8005A:SWCH模块,用于实现常规控制和抛减底控制切换此外,在#3蒸馏的DCS组态过程中,充分利用FOXBORO公司的IAS DCS系统所提供的功能,除使用到单回路、串级回路等一些常规控制外,还通过各种常规控制,如选择控制、分程控制、比值控制等互相组合,实现了一系列的复杂控制方案,如加热炉联锁控制,减压炉支路平衡控制,燃料油罐液位比值控制等等。经过测试,该系统各项指标都基本达到了设计最初要求。结束语
#3蒸馏装置DCS控制系统从开工至今,系统运行稳定,情况良好。长久以来,FOXBORO公司的I/A DCS系统以其硬件故障率低,维护工作量小,组态功能强大,操作界面方便、灵活等特点,深受本单位工艺操作人员和仪表维护人员的好评。[参考文献]
(1)“#3常减压蒸馏装置工艺技术规程”
(2)“化工过程控制工程”(第二版)

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