大型空分制氧站DCS調試技術

李貴平

（中冶天工上海十三冶建設有限公司，上海 201900）

空分設備的自動控制、負荷跟蹤、以及各種優化控制策略都依靠DCS來實現[1]。但目前還沒有統一的DCS調試的規程及規范。近年來我公司承建了煙臺萬華、寶鋼及武鋼等由林德、液空等國際知名廠家設計的10余套50000～72000 Nm3/h的大型空分制氧裝置，因節能降耗等需要，大型空分制氧裝置還會越來越多。本文以寶鋼集團浦鋼制氧Foxboro I/A DCS調試為基礎，結合以往調試經驗，探討了大型空分制氧站DCS調試應如何組織，調試的特點、方法及關鍵環節的調試技術，希望能給其他同類工程提供參考。

1 大型制氧站DCS調試的特點

（1）系統劃分多，包括空氣預冷系統、循環水系統、氬系統、主塔精餾系統、液氧存儲系統等近20個系統。

（2）檢測點、控制點數量及種類多，各檢測參數間關聯性強，調節復雜，為使生產后達到最佳工況，需要對重點工藝參數進行精調。

（3）DCS作為制氧站重要的調試工具，本身又是被調試的對象，有“安裝晚、投運早”的特點，在整個制氧工程工藝調試過程中，需確保隨時好用。

2 調試工藝流程及主要調試方法

2.1 調試工藝流程

調試工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Construction process

調試劃分為以上4個層次，需要科學組織。根據對過程控制的重要性以及受工藝安裝影響程度的分析，Ⅱ層和Ⅲ層是整個制氧站投運前DCS調試的重點。為確保安全、質量和進度，應盡量采取“分層隔離、平行作業”的方法分系統進行調試，特別是Ⅱ層和Ⅲ層之間須做好隔離。同時為確保消除隱患、掌握主動，為制氧總體調試贏得時間，對其中的聯鎖調試應做早、做好。

2.2 主要調試方法

2.2.1 調試準備

（1）技術準備

主要包括DCS軟、硬件說明書，設計圖紙，DCS應用程序組態資料、生產工藝說明書，明確DCS應滿足工藝過程的應用功能。編寫施工方案，并做好技術交底。

（2）人員準備

調試總負責1名，負責對外協調及對整個DCS的調試質量、安全、進度等進行統籌管理，下設2～3個作業小組，在施工前按DCS系統劃分確定各小組的調試范圍，每組2～3人，每個小組須有1名經驗豐富的調試負責人，其他人員經培訓考核合格后方可參與調試，按現場情況人員之間可相互調配。

2.2.2 DCS裝置單體儀表及輔助儀表盤調試

DCS裝置單體儀表設備主要包括記錄儀表、顯示儀表、報警儀表等，輔助儀表盤主要包括空壓機、氮壓機、氧壓機等壓縮機控制盤，應先進行校準和試驗，避免因接線錯誤等原因造成設備的損壞，影響工期。

2.2.3 控制室內部DCS裝置調試

調試應分系統進行，主要施工流程如下：通電前的檢查→硬件試驗→程序裝載及系統啟動→冗余試驗→組態檢查及畫面測試→鍵盤功能測試→打印及拷貝測試→輸入輸出通道試驗。其中調試要點如下：

（1）通電前的檢查

主要包括調試環境、接地系統、硬件、電纜接線、電源及UPS系統檢查等。確保系統內設備已安裝完畢，供電、照明、空調等符合調試要求；儀表接地系統、保護接地系統的接地電阻符合設計文件要求；系統內控制站、操作臺、工程師站等各機框內插卡、適配器及其接口的型號、安裝位置與設計一致，各插卡預設定旋鈕位置正確；通訊線連接無誤，電源及UPS系統符合設計要求，電源柜到各設備的電源線連接正確，絕緣符合要求。

（2）程序裝載及系統啟動

在工程師站安裝系統軟件、應用軟件及數據庫。啟動操作站，確認系統正常后，向各臺設備下裝系統軟件及數據庫文件，啟動控制網絡上的全部節點，并確認系統狀態顯示正常。調出系統診斷畫面，利用測試程序對控制站、操作站等進行診斷，確認系統運行正常。

（3）冗余試驗

主要包括安全控制系統電源冗余試驗、現場FBM輸入輸出模塊電源冗余試驗、總線冗余試驗、控制站處理機冗余試驗、點冗余和卡件冗余試驗。當緊停系統用到專門的輸入輸出安全模塊（如西門子的S7-400FH系列模塊）時，需對緊停回路電源冗余配置進行試驗。制氧DCS常有2臺以上的冗余處理機，控制站處理機冗余試驗應確保冗余處理機能和主處理機同步實現數據更新。

（4）組態檢查及畫面測試

主要包括系統狀態畫面（state）測試、總貌畫面（overview）測試、流程畫面（flow）測試、回路畫面（loop）測試、趨勢畫面（trend）測試、報警匯總畫面（alarm）測試、報表畫面測試等。

2.2.4 儀表回路試驗及功能試驗

回路試驗應根據現場情況和回路的復雜程度，按回路位號和信號類型合理安排試驗的順序[2]。開關量信號和模擬量信號，都應在可輸入信號的最前端輸入信號，把邏輯狀態變化的觀察放在最末端，并同時檢查人機界面的指示及控制是否正確。同時應一次完成每個回路及聯鎖分支的覆蓋，避免遺漏和人力物力的浪費，確保調試進度和質量。

功能試驗主要包括運算功能、控制功能、報警聯鎖功能的試驗[2]。應根據現場施工及工藝試車進度要求，逐點連接控制室至現場電纜，通過在現場加信號進行整個回路的試驗，并逐個回路投用。

2.2.5 DCS與電氣及ECS的接口試驗及控制電氣設備試運轉

（1）DCS與電氣及ECS的接口試驗

主要包括DCS與高壓柜、低壓柜、勵磁控制屏、現場電氣控制盤及電氣監控系統（ECS）的接口試驗。

（2）DCS控制電氣設備試運轉

DCS與電氣及ECS接口試驗完成后，先在電氣設備主回路不帶電的情況下進行空操作控制試驗，確保動作的邏輯關系正確、聯鎖功能正常，而后再由DCS控制電氣設備的試運轉。試運轉的主要設備包括各大壓縮機組電機及潤滑油系統、水處理泵組、水冷泵組、分子篩加熱器、膨脹機油系統、低溫液體泵組等。

2.2.6 工藝參數精調

制氧系統有很多復雜的調節系統，且檢測參數間關聯性強，涉及流量、溫度、壓力、液位、純度等。在系統投運后，需要對各調節系統的計算系數、設定值及比例度、積分時間、微分時間等進行試驗調整，以獲得最佳運行工況。

3 重點、難點及關鍵環節的調試技術

3.1 控制回路試驗

控制回路試驗時，當有閥門定位器時應同時對其進行試驗。執行機構的動作方向應符合設計文件的規定，試驗時應做到按時序、邏輯關系加入條件信號對回路進行確認，并調整到設計文件規定的工作狀態。

當閥門不僅要參與連續調節，而且在故障情況下要實現緊急全開或全關時，對閥門選型也要進行確認，如膨脹機緊急切斷閥要求閥門是氣開閥，空壓機防喘振閥要求閥門是氣閉閥等。

3.2 離心式壓縮機防喘振控制組態檢查

喘振是離心式壓縮機的固有特性，壓縮機喘振極具破壞力，當即將發生喘振時，需采取措施，防止壓縮機進入喘振狀態運行。防喘振組態檢查極為重要。

（1）喘振曲線設定

設備聯試前通過喘振試驗確定喘振曲線，改變壓縮機可調葉片的開度，使壓縮機處于喘振狀態，系統以最快掃描速度掃描喘振情況，得出喘振曲線，作為防喘振控制的設定值。一般應在喘振曲線右側10%流量位置設置控制線，在控制線位置開始調節防喘振控制閥，實現防喘振控制。

（2）防喘振閥控制

防喘振閥常采用快開慢關自適應控制，應根據壓縮機出口的壓縮比變化率或壓力變化率，通過現場測試合理設置閥門調節參數，使壓縮機組在即將發生喘振時，防喘振控制系統能快速響應，適度打開閥門以防喘振的發生，在完成保護后關閥過程中避免新的喘振沖擊，確保機組平穩、高效運行。

3.3 壓縮機起停條件及控制邏輯試驗

（1）壓縮機起動條件

在試車過程中，經常會遇到起動條件不滿足，壓縮機不能順利起動的情況，各大壓縮機組起動條件不完全一樣，但大致如下：

壓縮機入口閥處于電機起動位置，電氣系統正常，無聯鎖停車事故，潤滑油油溫達到起動條件，油箱壓力正常，潤滑油箱出口油壓達到壓縮機允許起動值，主電機及壓縮機的冷卻水流量正常，電機再起動限制已解除，機旁柜允許起動信號燈亮，電機允許起動。同時必須保證DCS在收到電氣系統允許加載信號后才能對電機加載。

（2）機組輔油泵控制

各大機組的輔油泵一般均為2臺，互為備用。當先起動的輔油泵不能滿足油壓要求時，另一臺泵自動起動，對其控制應做到“先起先停，不分主備”，壓縮機正常起動后，齒輪泵運行維持正常油壓，通常延時1 min后停輔油泵，當壓力低于設計值或電機停車時，再自動重起輔油泵。一般情況下，輔油泵在電機停車1 h后再停止運行。

（3）緊急停車系統及重要安全回路聯鎖調試

大型制氧機組一般都采用安全控制系統實現緊急停車，它接受現場停車條件、參數計算和監控停車條件，與DCS通訊聯絡。緊急停車系統在制氧站是作為DCS停車的安全冗余配置的，在DCS故障、失效、判斷錯誤時實現緊急停車，確保空分裝置安全。應檢查緊急停車系統數據與DCS處理機通訊正常，確保兩者數據能同步更新。

需對重要的聯鎖組態進行檢查試驗，如液空制氧系統的 MSPL（major safety protective loop）等進行重點檢查，對空分塔內的一些重要的溫度檢測點，可用液氮進行測試，確保功能正常。

3.4 組態臨時變更管理

由于現場安裝條件限制，DCS邏輯組態變更在調試階段十分頻繁，應建立簡潔的變更管理流程，按組態工作單完成組態后，組態的任何增刪及修改，需經過有效的審查和風險評估，并征得工藝負責人同意，辦理操作票，并作詳細記錄。組態變更實行閉環管理，所有變更都應可追蹤、查閱[3]。

4 結語

大型制氧站DCS調試技術比較復雜，需要科學、合理地組織，也需要豐富的經驗。目前經我公司施工已投運的各套空分制氧站運行穩定、可靠。經過認真總結，這一技術已經成熟完備且具有廣泛的適用性，以前施工過程中遇到的技術難點將會在很大程度上得以解決。

[1] 龐忠軍.IndustrialIT DCS在空分控制系統中的應用[J].自動化儀表，2007，28（增刊）：163-165.

[2] GB50093-2013，自動化儀表施工及質量驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[3] 何朝均.核電站 DCS 調試[J].中國儀器儀表，2013（8）：49-52.■