順序控制系統(tǒng)在脫氫反應(yīng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

班亞偉（洛陽(yáng)智達(dá)石化工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471003）

順序控制系統(tǒng)在脫氫反應(yīng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

班亞偉
（洛陽(yáng)智達(dá)石化工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471003）

脫氫反應(yīng)部分控制復(fù)雜，閥門(mén)切換頻繁，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境差，為避免人為誤操作事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)了順序控制系統(tǒng)。主要介紹了反應(yīng)器順序控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，分析了順控系統(tǒng)測(cè)試與運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問(wèn)題及解決方法。

順序控制系統(tǒng)；脫氫反應(yīng)；反應(yīng)器；回訊

在生產(chǎn)過(guò)程中，通常可以分為常規(guī)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)和批量控制系統(tǒng)等。在分散型控制系統(tǒng)（DCS）中這些控制系統(tǒng)都有廣泛的應(yīng)用。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程以常規(guī)控制為主，而間歇生產(chǎn)過(guò)程以順序控制系統(tǒng)和批量控制系統(tǒng)為主。為提高DCS的控制水平，生產(chǎn)過(guò)程中的開(kāi)停車(chē)自動(dòng)化已為人們重視，這是以順序控制系統(tǒng)為主的操作過(guò)程。

順序控制系統(tǒng)是以順序控制為主的一類控制系統(tǒng)，按順序切換的條件可以分為時(shí)間順序、邏輯順序和條件順序等三類。時(shí)間順序控制系統(tǒng)以時(shí)間作為順序的切換條件，如交通信號(hào)燈控制。邏輯順序控制系統(tǒng)以邏輯先后順序作為順序切換的條件，如流體輸送系統(tǒng)中，開(kāi)車(chē)時(shí)先開(kāi)后級(jí)設(shè)備再開(kāi)前級(jí)設(shè)備，停車(chē)時(shí)先停前級(jí)設(shè)備再停后級(jí)設(shè)備。條件順序控制系統(tǒng)以生產(chǎn)過(guò)程的條件為依據(jù)，當(dāng)某條件滿足時(shí)執(zhí)行某命令和動(dòng)作，該條件不滿足時(shí)執(zhí)行其他相關(guān)的命令或動(dòng)作。脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)是時(shí)間順序和條件順序綜合而成的順序控制系統(tǒng)。

1　脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述

丙烷、異丁烷脫氫過(guò)程是在反應(yīng)器中的固定床催化劑上進(jìn)行，反應(yīng)器周期性切換操作。這種周期性切換操作可方便可靠地為吸熱的脫氫反應(yīng)提供熱量。烴類氣體首先通過(guò)高溫催化劑進(jìn)行脫氫。脫氫反應(yīng)需要的熱量由催化劑提供，催化劑床層溫度逐漸降低。當(dāng)催化劑的溫度不足以維持烴類氣體的轉(zhuǎn)化率時(shí)，反應(yīng)器便切入通蒸汽吹掃而后進(jìn)入熱空氣加熱催化劑床層步驟，同時(shí)燒掉反應(yīng)步驟中在催化劑上形成的少量結(jié)焦。隨后是抽真空和催化劑還原步驟，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。通過(guò)多臺(tái)反應(yīng)器的組合配置，使得烴類和加熱空氣實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)。當(dāng)一臺(tái)反應(yīng)器結(jié)束了脫氫反應(yīng)需要切換到再熱/再生步驟，另一臺(tái)處于熱態(tài)的反應(yīng)器正好準(zhǔn)備切入脫氫步驟。同樣的，當(dāng)一臺(tái)反應(yīng)器完成熱空氣充分的加熱，另一臺(tái)反應(yīng)器剛好完成脫氫和蒸汽吹掃步驟準(zhǔn)備接收熱空氣。通過(guò)合理配置反應(yīng)器臺(tái)數(shù)和合理地安排操作系列，烴類和熱空氣就無(wú)須反復(fù)中斷和重啟了。它們可簡(jiǎn)單地從一臺(tái)反應(yīng)器切換到另一臺(tái)反應(yīng)器，而保持整體進(jìn)出的連續(xù)性。通過(guò)合理錯(cuò)開(kāi)多臺(tái)反應(yīng)器的操作，使得整個(gè)裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

順序控制系統(tǒng)的作用就是精確控制反應(yīng)器的相關(guān)閥門(mén)，每臺(tái)反應(yīng)器均有10臺(tái)由反應(yīng)器順序控制系統(tǒng)控制的閥門(mén)（8臺(tái)溶壓閥，2臺(tái)氣動(dòng)閥）。通過(guò)順序控制系統(tǒng)的預(yù)定順序和相關(guān)的聯(lián)鎖，使這些閥門(mén)可以良好有序的運(yùn)行。每一臺(tái)反應(yīng)器按照給定的自動(dòng)順序，經(jīng)過(guò)相同的循環(huán)，使得整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)具有連續(xù)的烴進(jìn)料物流和空氣物流。從而阻止在反應(yīng)器及反應(yīng)器進(jìn)出口管路中出現(xiàn)烴類和空氣混合，確保脫氫反應(yīng)可以安全平穩(wěn)地進(jìn)行。

2　脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)的主要組成

1）控制柜及輔助柜兩臺(tái)、操作站一套、工程師站一套。

2）參加聯(lián)鎖的閥門(mén)（每臺(tái)反應(yīng)器均有10臺(tái)），要求閥門(mén)具有閥位輸出和控制輸入功能。

3）提供聯(lián)鎖條件的現(xiàn)場(chǎng)儀表（抽真空壓力檢測(cè)、反應(yīng)進(jìn)料壓力檢測(cè)、還原氣流量檢測(cè)、吹掃蒸汽流量檢測(cè)等）。

3　脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1）把閥位判斷引入到順控系統(tǒng)中，達(dá)到條件后才能繼續(xù)后續(xù)操作。

2）參與反應(yīng)器操作的閥門(mén)全部采用氣動(dòng)或電溶閥門(mén)。

3）一套完整的邏輯控制實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器操作自動(dòng)化。

4）對(duì)每個(gè)閥門(mén)設(shè)有手動(dòng)-離線-自動(dòng)模式，并設(shè)有順序控制緊急停車(chē)按鈕。

5）實(shí)行分級(jí)控制，高級(jí)別權(quán)限可以執(zhí)行低級(jí)別權(quán)限的操作。單閥檢修、條件旁路等操作只能由高級(jí)別的用戶賦予權(quán)限，避免出現(xiàn)人員誤操作。

6）設(shè)置了暫停、復(fù)位、重啟等功能以適應(yīng)非正常工況。

7）閥門(mén)未按程序規(guī)定完成動(dòng)作時(shí)（事故狀態(tài)），自動(dòng)顯示錯(cuò)誤提示，外操控制盤(pán)提示需要執(zhí)行的工作內(nèi)容。

8）發(fā)出電流信號(hào)，可以通過(guò)控制面板上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)8臺(tái)反應(yīng)器的閥門(mén)的手動(dòng)開(kāi)/關(guān)。

9）裝置自動(dòng)運(yùn)行期間，閥門(mén)動(dòng)作完成時(shí)檢查，判定閥門(mén)的運(yùn)行情況。即使某閥門(mén)處于手動(dòng)而無(wú)法響應(yīng)時(shí)序器命令情況下仍檢查閥門(mén)運(yùn)行情況。

10）裝置自動(dòng)運(yùn)行期間，連續(xù)監(jiān)測(cè)閥門(mén)開(kāi)/關(guān)限位開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)的任何異常，閥門(mén)未按規(guī)定程序規(guī)定完成動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)顯示錯(cuò)誤提示（例如在“命令”和“反饋”信號(hào)時(shí)或者閥門(mén)同時(shí)開(kāi)/關(guān)時(shí)）。時(shí)序器邏輯中的閥位檢測(cè)采用三取二表決。其中兩個(gè)開(kāi)或關(guān)閥位狀態(tài)來(lái)自于A和B限位開(kāi)關(guān)，第三個(gè)位置狀態(tài)信號(hào)由閥位變送器將信號(hào)送至系統(tǒng)而獲得。若三取二狀態(tài)邏輯顯示閥門(mén)處于新的位置，時(shí)序器則認(rèn)為閥位已經(jīng)移到新位置。若某閥位與其他兩個(gè)閥位狀態(tài)不一致超過(guò)5s，則發(fā)送報(bào)警信號(hào)。在一個(gè)閥位狀態(tài)與其他兩個(gè)閥位狀態(tài)不一致時(shí)，時(shí)序器將不會(huì)停止。

11）設(shè)有閥門(mén)互鎖，防止誤開(kāi)或誤關(guān)。

12）所有操作自動(dòng)保存記錄。

4　脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)的主要功能

1）安全鎖定，避免因?yàn)槿斯げ僮魇д`發(fā)生安全事故。

2）為反應(yīng)過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行提供重要保障。

3）該系統(tǒng)代替人工操作，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4）將步驟標(biāo)準(zhǔn)化，明確責(zé)任分工，每一步內(nèi)外操雙方確認(rèn)，存儲(chǔ)真實(shí)的歷史記錄，有助于生產(chǎn)管理。

5）實(shí)現(xiàn)人機(jī)雙向監(jiān)控。

5　脫氫反應(yīng)順序控制系統(tǒng)異常處理方法

5.1閥門(mén)故障

閥門(mén)故障時(shí)，可采用人工現(xiàn)場(chǎng)操作閥門(mén)，保證與控制系統(tǒng)控制信號(hào)一致。若閥門(mén)手動(dòng)也不能動(dòng)作則檢修閥門(mén)后繼續(xù)流程，在檢修時(shí)可暫停流程。閥門(mén)可能存在的問(wèn)題及解決方法有：閥門(mén)接線不牢固（重新接線）、閥門(mén)供電電壓不足（增大電纜橫截面積）、閥門(mén)內(nèi)有臟污雜質(zhì)影響閥門(mén)動(dòng)作行程（清洗閥門(mén)）、溶壓油動(dòng)力不足導(dǎo)致閥門(mén)不能正常動(dòng)作（檢查閥門(mén)動(dòng)力站看是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)）等。

5.2系統(tǒng)故障

系統(tǒng)故障時(shí)必須檢修，檢修時(shí)斷掉所有閥門(mén)電磁閥保險(xiǎn)，完畢后，重置流程。系統(tǒng)需重新投運(yùn)。系統(tǒng)故障的原因有：程序重新下裝導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障、系統(tǒng)組態(tài)有誤等。

5.3系統(tǒng)斷電

系統(tǒng)斷電時(shí)，所有閥門(mén)保位，手動(dòng)完成所有閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。

5.4操作站故障

利用工程師站進(jìn)行生產(chǎn)操作，待操作站排除故障后重新啟用。

6　結(jié)束語(yǔ)

目前，順序控制系統(tǒng)在火電、焦化裝置、鍋爐、汽輪機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。使用順序控制方法，不僅編程容易實(shí)現(xiàn)，而且編寫(xiě)的程序前后邏輯關(guān)系更加清晰，可以大大提高工程技術(shù)人員的編程效率，同時(shí)也可以減少人工勞動(dòng)。只要對(duì)工藝過(guò)程有充分的了解，順序控制在石油化工裝置中一定可以有更多的應(yīng)用。

[1] 陸德民.張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

Design and Application System in Dehydrogenation Reaction Sequence Control

Ban Ya-wei

Dehydrogenation of complex partial control，valve switching frequency，the operator labor intensity，long time，the environment is poor，in order to avoid the occurrence of human error accidents，the sequential control system design.Mainly introduces the composition and characteristics of the reactor sequence control system，we analyze the main problems with the operation of the system test sequence appearing and solutions.

sequential control system；dehydrogenation reactor；reactor；back to the hearing

O643.32

A

1003-6490（2016）03-0080-02

2016-02-10

班亞偉（1990—），男，河南夏邑人，助理工程師，主要從事設(shè)計(jì)工作。