合成氨裝置回收單元與鍋爐控制PLC技改小結

李 強

（中海石油化學股份有限公司，海南 東方 572600）

中海石油化學股份有限公司一期合成氨裝置各工段共有六套PLC，均是Modicon公司的984系列產品，其中，合成主裝置、鍋爐控制、壓縮機組、回收單元，為標準型雙重化主機的984—685型及984—785型控制器。該控制器為冗余配置：一臺控制器在工作狀態，另一臺控制器為熱備狀態。若工作的控制器出現故障，熱備控制器瞬間切換到控制狀態接替控制，不會因單側控制器故障造成系統停車，確保了PLC系統的可靠性。控制器從1996年至今，已經使用了15年，隨著使用時間的延長，該套PLC已逐漸進入故障高發期，維護費用日漸增多，而且可靠性逐步降低。2011年12月1日02B001鍋爐跳車。經檢查確認是主控制器單元遠程IO通訊卡S908故障。由于熱備控制器單元的S908之前已經損壞，系統處于單控制器運行狀態，導致主備控制器卡件都無法與IO卡件通訊而跳車。將購買的二手S908卡件換上，發現卡件無法正常使用。因一期合成主裝置PLC、壓縮PLC與鍋爐PLC使用的S908型號一致，且主裝置PLC與壓縮PLC熱備狀態正常，為使鍋爐PLC系統恢復運行，將主裝置PLC熱備控制器單元的S908卡件換至鍋爐PLC系統使用，恢復鍋爐PLC系統的正常運行。

因此，目前一期合成主裝置PLC系統處于單控制器運行狀態，無熱備冗余功能。一旦在用控制器單元卡件出現故障，將導致合成裝置跳車。同時，該型號控制器廠家已經停產，在市場上無法購買備件，目前主要設備備件已經沒有庫存，主要設備一旦故障將會造成嚴重后果而全面停車，長時間無法恢復。因此，為了保證裝置的安全運行，操作監視，降低系統的維護成本，提高整個系統的可靠性，我們對當前的PLC系統進行更新改造，更新改造為橫河電機（中國）有限公司目前最先進的ESD系統PROSAFE－RS。

1 系統簡介

1.1 PLC系統簡介

中海石油化學股份有限公司一期ICI－AMV工藝1000t／d合成氨裝置的邏輯控制，順序控制及聯鎖功能全部由PLC系統來實現。

PLC是英文programmable logic controller的縮寫，即可編程邏輯控制器。PLC是一種以微機為主體用作數字控制的專用電控裝置，按用戶程序存貯器的指令安排，執行邏輯運算或數值運算，并通過各類輸入／輸出模塊控制生產過程。

1.2 PROSAFE－RS簡介

PROSAFE－RS是橫河公司近期推出的安全儀表系統。該系統主要應用于緊急停車系統、過程停車系統、火氣系統和燃燒管理系統等領域。它是世界上首套能與DCS真正無縫集成的安全系統，首套符合IEC61511國際標準且達到SIL3安全等級的安全儀表系統。目前正廣泛應用于石油化工、化工、煉油、油氣勘探、油氣運輸、電力等行業，為用戶帶來了很大的效益。

2 PLC的應用

2.1 鍋爐控制中PLC的應用

在鍋爐控制系統中，只有與負荷調節相關的調節控制由DCS完成。其余的控制，如點火與停車、狀態切換、運行狀況監測及報警等都是由PLC來完成的。

現場有各種開關和探測器，將現場的各種狀態報告PLC，如閥位開關用于檢測閥門開關位置、壓力開關用于設定該點壓力的高限與低限、火焰探測器用于監測火焰是否正常，這些信號均送到PLC，PLC根據內部邏輯運算對鍋爐進行控制。

2.2 回收單元中PLC的應用

回收單元中PLC的應用最為復雜，除完成普通的報警聯鎖控制外，還要完成兩干燥器再生和干燥的切換。報警與聯鎖的控制與前述相同。用順控來執行干燥器的切換相對復雜些?；厥諉卧狿LC順控功能如圖1。

3 設備更新改造所涉及的內容和范圍

（1）將合成主裝置PLC改為緊急停車ESD系統，系統型號應達到當前先進水平。

（2）對PLC相關卡件進行整體更換。系統的電源、CPU、通訊總線需要冗余配置。若時間緊迫，可先更換控制器及輸入輸出卡件，其他部分待有機會再更換。

（3）程序在重新編寫過程中應確保跟原PLC程序控制功能一致。

（4）更換現場所有繼電器。改造后的系統可以與主裝置的DCS進行通訊，將數據傳送給DCS。

（5）利用現有機柜空間進行改造，不影響機柜內其他設備運行。

（6）利用現有合成尿素DCS工程師站，作為合成主裝置ESD的工程師站，對其進行維護、程序修改、組態下裝、監控及聯鎖切除等。

（7）現場合成操作站應能對合成主裝置聯鎖情況進行監控。

4 回收單元小結

回收單元分子篩流程示意見圖2。

（1）由于原PLC系統改造為DCS系統，如圖3所示的閥門（KV－11001～11012）的開／關控制可在DCS系統中通過軟開關來實現，且能保持原功能不變，無需再使用原來的硬開關操作，同時也減少故障點。24個閥門（KV－11001～11012）開／關按鈕（硬開關）全部取消，給工藝操作帶來很大便利。

圖2 回收單元分子篩流程示意

圖3 閥門示意

（2）程序因故暫?；蛲Ｖ箷r，在面板上原HS11003方框內顯示第一故障報警內容，在DCS系統報警中顯示報警明細。分子篩程序運行期間的暫停報警用黃色字體，分子篩程序停止運行的報警用紅色字體。利用DCS自身的報警功能，能較好地反映系統故障情況，具體的報警信息通過在畫面中做故障顯示，便于工藝人員對系統故障的判斷，并及時處理。

（3）根據工藝要求，為便于工藝操作，在每一步驟方框內顯示本步驟的運行時間，以正計時方式計時。如KV－11011為充壓閥門，充壓時間為45min。為便于工藝掌握KV－11011閥的輸出情況，流程畫面中KV－11011閥下方顯示該閥MV值輸出情況。

（4）程序運行周期為24h，但每步有分鐘、有秒計時，以方便統一和工藝對程序運行時間的掌控。流程畫面中總時間A方框中顯示程序運行剩余時間，總時間B方框中顯示單步驟需要的總時間。

（5）主控盤后的MAN／AUTO鑰匙硬開關保留，且在DCS系統畫面中做開關位置狀態顯示，便于對MAN／AUTO狀態的監控。

（6）報警復位及故障顯示組合按鈕（KV－11003閥門關閉按鈕和KV－11005閥門關閉按鈕，同時按下），改為通過一個硬開關在DCS系統中做確認復位按鈕對系統報警進行確認復位（見圖4）。原PLC程序中的跳步功能（當KV－11001閥門關閉按鈕和KV－11002閥門關閉按鈕同時按下，跳步功能打開；當KV－1101閥門關閉按鈕和KV－1103閥門關閉按鈕同時按下，跳步功能關閉），按照工藝要求做成一個硬件開關對其進行控制。即打開跳步功能后，只要下一步的條件滿足可不受時間限制直接進入下一步。這有利于今后分子篩故障檢修后開車，節省時間。

圖4 復位按鈕示意

（7）程序中 TI－11003和 TI－11004的加熱／冷卻溫度設定為180℃／40℃，在操作規程中的加熱／冷卻溫度設定為200℃／20℃，在新的DCS系統程序中按照操作規程要求設定值改為200℃／20℃。正常生產中，如果因為再生氣量原因，或其他次要原因使TI－11003和TI－11004的加熱／冷卻溫度未達到設定值，可以根據實際情況進行修改，減少事故。

5 鍋爐小結

（1）正常生產中鍋爐發生跳車事故，工藝人員要第一時間到現場確認跳車信號。本次技改將鍋爐聯鎖信號燈傳送到主控室DCS上，這樣，主控第一時間就可以確認信號。

（2）鍋爐點火是程序控制，點火前需要吹掃。根據工藝需求，將吹掃條件的所有信號傳送到主控室，同時還將鍋爐各燒嘴狀態，點火條件，點火方式切換條件（鍋爐有FDF方式和TEG方式）的所有信號傳送到主控DCS顯示（見圖5）。特別是鍋爐兩個方式切換時，常因為某個條件不滿足造成切換失敗。失敗的原因排查一直是鍋爐不能及時點火的致命因素。也正因為鍋爐不能及時點火，造成蒸汽管網壓力大幅度下降，合成系統停車。這次技改將這些問題全部解決了，給儀表、工藝都帶來了極大地方便。

圖5 鍋爐狀態在DCS上的顯示情況

6 結 語

本次合成氨裝置回收單元，鍋爐控制PLC技改，控制系統型號達到當前先進水平。技改既滿足了裝置運行時操作監視的基本需要，同時極大程度降低了系統的維護成本，提高了整個系統的可靠性。