優(yōu)化堿回收鍋爐控制系統(tǒng)提高安全及運(yùn)行可靠性

郭合芳 曹現(xiàn)兵 馬克順

(山東日照亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

山東日照亞太森博漿紙有限公司 (以下簡(jiǎn)稱亞太森博)的二期項(xiàng)目于2010年投產(chǎn)，年產(chǎn)漂白漿150萬(wàn)t，其中配套堿回收鍋爐系統(tǒng)是美卓公司的設(shè)備，生產(chǎn)能力7000 t/d，是目前全球單體最大的堿回收鍋爐，回收制漿生產(chǎn)的殘堿、燃燒制漿廢料產(chǎn)生蒸汽供全廠生產(chǎn)使用及汽輪機(jī)發(fā)電供給全廠動(dòng)力使用，如果堿回收鍋爐跳停1次將會(huì)導(dǎo)致漿廠全廠范圍內(nèi)的停機(jī)至少8 h，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失接近300萬(wàn)元人民幣，同時(shí)突然停機(jī)會(huì)導(dǎo)致廢氣、廢水外排造成重大環(huán)保事件。因此，堿回收鍋爐就是漿廠的心臟，其安全平穩(wěn)運(yùn)行決定漿廠的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全、環(huán)保等重要指標(biāo)。

堿回收鍋爐的安全運(yùn)行由點(diǎn)火管理系統(tǒng) (BMS)和安全儀表管理系統(tǒng) (SIS)組成。BMS包括監(jiān)控堿回收鍋爐的點(diǎn)火、運(yùn)行主連鎖、緊急停車(chē)等控制邏輯。SIS是現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)。由它們組合成為堿回收鍋爐的主控制系統(tǒng)，其合理設(shè)計(jì)決定了堿回收鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。亞太森博堿回收鍋爐經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行，通過(guò)對(duì)異常停機(jī)或隱患事件進(jìn)行分析，對(duì)堿回收鍋爐的BMS、SIS部分控制功能進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，既保障了堿回收鍋爐的安全可靠性，又提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、抗干擾能力，大大降低了堿回收鍋爐的非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)。2012年即實(shí)現(xiàn)全年無(wú)異常跳停事件?，F(xiàn)對(duì)主要的改進(jìn)優(yōu)化內(nèi)容進(jìn)行介紹，以供同行參考。

1 送風(fēng)邏輯的修改

圖1所示為優(yōu)化前的主連鎖邏輯。堿回收鍋爐運(yùn)行的前提條件是必須滿足主連鎖中的各項(xiàng)條件，主要包括堿回收鍋爐爐膛壓力、引風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行、汽包液位正常、氧含量正常、送風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行等。其中送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行和送風(fēng)流量是主連鎖的必要條件。如圖1所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失或流量低于底限值時(shí)，主連鎖動(dòng)作就會(huì)切斷原料供給，堿回收鍋爐立即停機(jī)。但是，即使在正常運(yùn)行狀況下，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境往往也會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾、線路故障、傳感器及測(cè)量設(shè)備故障而導(dǎo)致連鎖不滿足造成停機(jī)。亞太森博就有1次是因?yàn)橐淮物L(fēng)流量突然降低為零而導(dǎo)致停機(jī)，后來(lái)經(jīng)檢查了解是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)壓管堵塞造成的。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)避免這種因測(cè)量設(shè)備的故障引起的不必要停機(jī)，同時(shí)又要能保障安全連鎖可靠工作。經(jīng)過(guò)分析，利用工藝過(guò)程的關(guān)聯(lián)性，將已有的送風(fēng)壓力測(cè)量引入連鎖條件，利用三選二的邏輯作為主連鎖的條件，避免了單體儀表故障導(dǎo)致的停機(jī)，并且提供在線運(yùn)行維修機(jī)會(huì)，現(xiàn)場(chǎng)工藝出現(xiàn)異常的情況時(shí)，勢(shì)必觸發(fā)兩個(gè)以上條件不滿足再觸發(fā)主連鎖動(dòng)作停機(jī)。優(yōu)化后的主連鎖邏輯如圖2所示。

圖1 優(yōu)化前的主連鎖邏輯

圖2 優(yōu)化后的主連鎖邏輯

2 黑液輸送控制的優(yōu)化

黑液是堿回收鍋爐燃燒的主要原料，黑液均勻喂料決定堿回收鍋爐的運(yùn)行平穩(wěn)，從而保證全廠的平衡生產(chǎn)。圖3所示是優(yōu)化前的堿回收鍋爐黑液喂料的控制簡(jiǎn)圖，主要包括:①溫度調(diào)節(jié)回路。用中壓蒸汽對(duì)黑液進(jìn)行預(yù)加熱，使黑液保持在合適的溫度，經(jīng)黑液槍霧化噴入爐膛后既不會(huì)因溫度低燃燒不充分，又不會(huì)因溫度高形成飛灰，導(dǎo)致鍋爐管束結(jié)灰嚴(yán)重，影響運(yùn)行洗爐時(shí)間。②變頻調(diào)壓回路。參與堿回收鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)、壓力平穩(wěn)調(diào)節(jié)，進(jìn)料均勻燃燒才能均勻，同樣會(huì)影響燃燒效果及運(yùn)行時(shí)間。③濃度測(cè)量控制。黑液濃度與流量經(jīng)計(jì)算公式算出每天堿回收鍋爐燃燒的黑液絕干固形物，在堿回收鍋爐的高級(jí)控制包中，使用黑液絕干固型物含量來(lái)調(diào)節(jié)堿回收鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷及風(fēng)量分配等。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)這種儀表單回路的控制調(diào)節(jié)很不可靠，出現(xiàn)因控制測(cè)量的故障如信號(hào)干擾、傳感器儀表故障導(dǎo)致運(yùn)行不平穩(wěn)，低于連鎖動(dòng)作導(dǎo)致跳停等事件。為了提高測(cè)量控制系統(tǒng)的可靠性，減少不必要的停機(jī)事件，對(duì)溫度、壓力、濃度測(cè)量?jī)x表進(jìn)行冗余的安裝，雙儀表信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后，設(shè)置操作員選擇按鈕，可以根據(jù)需要選擇平均值或任一值參與比例積分微分調(diào)節(jié) (PID)，這樣可以減小線路上擾動(dòng)造成的影響，避免單儀表故障時(shí)的巨大波動(dòng)，運(yùn)行時(shí)也可以在線修復(fù)儀表。同時(shí)作為連鎖采用二選一的邏輯，只要單儀表信號(hào)正常就會(huì)滿足連鎖條件，這樣就極大地避免了因儀表測(cè)量不可靠導(dǎo)致的運(yùn)行不平穩(wěn)及異常停機(jī)事件。圖4所示是優(yōu)化后的堿回收鍋爐黑液喂料的控制簡(jiǎn)圖。

圖3 優(yōu)化前的黑液喂料控制簡(jiǎn)圖

3 其他方面的優(yōu)化

圖4 優(yōu)化后的黑液喂料控制簡(jiǎn)圖

主要包括報(bào)警系統(tǒng)的策略優(yōu)化。復(fù)雜的工藝參數(shù)產(chǎn)生大量的報(bào)警信息，超快的控制系統(tǒng)刷新頻率，每秒中可彈出20條報(bào)警信息，操作人員很難從報(bào)警信息中發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行情況并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)工藝自控的協(xié)商對(duì)報(bào)警清單進(jìn)行了整理，重新確定報(bào)警等級(jí)，除操作畫(huà)面上的報(bào)警等級(jí)的策略設(shè)置外，對(duì)特別重要的參數(shù)安裝了報(bào)警觸發(fā)聲光喇叭。

冗余系統(tǒng)的優(yōu)化，在堿回收鍋爐控制系統(tǒng)已有的冗余設(shè)計(jì)中進(jìn)行更可靠的備用策略，如控制系統(tǒng)的服務(wù)器、交換機(jī)的雙電源改為不同UPS的供電單元，冗余設(shè)備，如給水泵、潤(rùn)滑油泵的PROFIBUS分配到不同的網(wǎng)絡(luò)。

經(jīng)過(guò)這些優(yōu)化改進(jìn)，亞太森博的堿回收鍋爐控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性有了很大提高，2012年更突破性地實(shí)現(xiàn)了全年無(wú)異常停機(jī)事件的發(fā)生，這些優(yōu)化方案，可以作為參考應(yīng)用到其他項(xiàng)目中去。

［1］XU Hai-lan，CUI Huan-xin.Application of SRS Safety Related System in Large-scale Recovery Boiler［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(3):42.

許海藍(lán)，崔煥新.SRS安全控制系統(tǒng)在大型進(jìn)口堿回收鍋爐上的應(yīng)用［J］.中國(guó)造紙，2012，31(3):42. CPP