適應工藝原料壓力變化的變更控制方案分析

李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

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適應工藝原料壓力變化的變更控制方案分析

李華山，孫曉光

(中國石油天然氣股份有限公司 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019)

摘要：針對為了適應工藝原料壓力的變化而需要儀表控制方案作出相應調整的問題，介紹了現有的工藝設備情況，對過程控制方案進行了優化，并增加了相應的聯鎖保護功能，使之滿足工藝控制以及工藝原料壓力變化的要求。項目實施后，可以靈活地實現二化原料氣的切換，節約了部分蒸汽，降低了投資成本；聯鎖組態完成后模擬各種異常工況進行了聯鎖試驗，各項聯鎖保護動作正常，滿足了生產需求。

關鍵詞：控制方案聯鎖順控表調節器強制

烏魯木齊石化公司化肥廠第二套化肥裝置作為該公司的重要生產裝置，設計年生產能力為300kt/a合成氨、520kt/a尿素。合成氨采用布朗工藝，節能效果明顯，裝置分轉換、脫碳、合成、凈化等工段。尿素裝置采用斯塔米卡邦的二氧化碳氣提工藝。第二套合成氨裝置原設計入口天然氣壓力為0.78MPa，經過原料氣壓縮機壓縮至3.8MPa進入一段轉化爐反應；西氣東輸二線工程(簡稱西二線)完工后，引入第二套合成氨裝置的天然氣設計壓力為4.0MPa，此壓力天然氣可以直接進入一段轉化爐反應，不再需要原料氣壓縮機，節能效果明顯。

1前期準備

該廠第二套化肥裝置接西二線天然氣工程，工藝設備新增氣液分離罐、過濾器及蒸汽加熱器各1臺，儀表控制部分設計有AI 13點，AO 5點，DI 2點，DO 1點。主要控制回路分述如下。

1) 天然氣壓力放空調節回路。包括壓力放空調節器PIC2512、壓力放空調節閥PV2512。

2) 原料天然氣壓力調節回路。包括壓力指示PI2520、壓力調節器PIC2515及壓力調節閥PV2515。

3) 去一段轉化爐燃料氣壓力調節回路，包括壓力調節器PIC2514、壓力調節閥PV2514。

4) 去燃氣輪機燃料氣壓力調節回路，包括壓力調節器PIC2513、壓力調節閥PV2513。

5) 入一段轉化爐原料天然氣溫度調節回路，包括溫度調節器TIC2511、溫度調節閥TV2511。其他均為顯示或參與運算回路，工藝流程如圖1所示。

2控制方案的優化

2.1過程控制方案

該改造項目的過程控制方案與裝置現場實際情況有所差異，不能完全滿足工藝生產的需要，因而對方案進行如下優化。

1) 裝置原有的去一段轉化爐原料氣流量調節器FC100的溫壓補償，按照原設計當西二線高壓天然氣投用時，由西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520進行補償；當西二線高壓天然氣未投用，原料氣壓縮機運行時由壓縮機出口溫度壓力進行補償。這樣需在DCS內部做1個切換開關進行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果第二套合成氨裝置運行時，在線切換西二線高壓天然氣流程和原料氣壓縮機流程時無法滿足控制。計劃將西二線溫度壓力指示TI2520/PI2520測點后移到2股天然氣合并管線處，不論開哪個流程都由TI2520/PI2520進行補償，簡化了控制方案和工藝操作。

2) 入一段轉化爐原料天然氣溫度調節閥TV2511，按照原設計正常生產時由換熱器出口溫度調節器TIC2511控制，當天然氣壓力放空閥PV2512打開后延時20s，由放空閥后溫度調節器TIC2512控制，PV2512關閉后恢復TIC2511控制。實際情況TIC2511測點在換熱器出口，無論天然氣放空還是去一段轉化爐投料都經過該測點，該設計考慮的是在正常投料和放空時溫度設定不同，這種情況只需修改設定即可，因而計劃用天然氣溫度調節TIC2511控制而不做選擇控制。

圖1　工藝流程示意

3) 原料氣壓力調節閥PV2515，按照原設計西二線高壓天然氣投用時由原有的原料氣壓縮機轉速遠程調節器PDC111控制，而西二線不投用時PDC111是原料氣壓縮機的轉速調節器，進而要在DCS內部做1個切換開關進行選擇，比較麻煩并容易造成誤操作，而且如果在線切換西二線和原料氣壓縮機時無法滿足控制，計劃由原料氣壓力指示PI2520控制。

2.2聯鎖保護方案

該改造項目中未提供聯鎖保護方案，只是在天然氣放空調節閥PV2512上設計了電磁閥，但沒有控制邏輯，計劃增加如下聯鎖控制方案。

1) 在原料氣系統停車聯鎖中，原來聯鎖停車后聯鎖動作需要將原料氣壓縮機降至最小轉速并打循環；改為投用西二線高壓天然氣后則需要關閉原料天然氣壓力調節閥PV2515，打開天然氣壓力放空調節閥PV2512放空。所以需要增加原料天然氣壓力調節閥PV2515強制關閉信號PC2515D，且在原料氣系統停車聯鎖復位前不受控；增加天然氣壓力放空閥PV2512強制開信號PC2512D,強制PV2512開到50%閥位,5s后允許控制，按照原設計有1個DO點是用于聯鎖天然氣壓力放空閥PV2512打開，由于實際情況全開后放空量過大會影響天然氣管網壓力，所以改為開50%，原設計DO點和電磁閥取消。

2) 裝置原有設計一段轉化爐燃料氣是從原料氣壓縮機入口抽出天然氣，壓力為0.78MPa，管線設計壓力等級較低。改為西二線高壓天然氣運行后，調節閥前壓力為4.0MPa，一旦發生聯鎖停車，原有聯鎖切斷閥關閉后如果燃料氣壓力調節閥PV2514不能及時關閉，可能造成調節閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在裝置主停車聯鎖中，增加去一段轉化爐燃料氣壓力調節閥PV2514強制關閉信號PC2514D，且在原料氣系統停車聯鎖復位前不受控。

3) 裝置原有設計去燃氣輪機燃料氣是從原料氣壓縮機段間抽出天然氣，壓力為1.5MPa，管線設計壓力等級較低。改為西二線高壓天然氣運行后，調節閥前壓力為4.0MPa，原有聯鎖切斷閥關閉后如果燃料氣壓力調節閥PV2513不能及時關閉，可能造成調節閥至切斷閥之間管線超壓，所以需要在空氣壓縮機停車聯鎖中，增加去燃氣輪機燃料氣壓力調節閥PV2513強制關閉信號PC2513D，且在原料氣系統停車聯鎖復位前不受控。

4) 在原料氣壓縮機停機聯鎖中，原流程原料氣壓縮機聯鎖停機后，停機信號要去原料氣停車系統參與聯鎖。開西二線流程后因為原料氣壓縮機不用運行，不需要該聯鎖動作，所以需要在原料氣壓縮機停車聯鎖中增加旁路開關。當選擇西二線時，原料氣壓縮機停車信號不聯鎖原料氣系統停車。

3控制方案的實施

2012年檢修期間，對該裝置DCS，SIS進行改造，DCS選用CS3000系統，SIS選用TRICON系統。利用此次改造機會，對第二套合成氨裝置接西二線高壓天然氣項目的控制方案予以實施。按照前期制訂好的控制方案，做了回路接線及組態工作，所有過程控制接入DCS予以實現，聯鎖部分接入SIS予以實現。由于該項目中部分調節閥沒有設計電磁閥，部分設計了電磁閥但不符合實際工況無法使用，所以SIS的聯鎖動作信號輸出引入DCS，利用DCS的強制輸出實現聯鎖動作。

3.1DCS部分實施

該技術改進項目涉及儀表控制共計AI 13點，AO 5點，DI 6點，上述點全部接入DCS,單指示的在DCS中組態PVI表用于指示，帶控制的在DCS中組態PID表實現自動控制。回路接線及組態完成后，與現場進行回路聯校，確認回路是否正常。

由于聯鎖部分的動作信號也要引入DCS控制，所以利用CS3000系統的順控表來實現該功能，SIS的聯鎖動作信號接入DCS后，利用順控表強制調節器輸出到指定閥位，實現聯鎖保護。天然氣壓力放空調節器PIC2512聯鎖動作后還要求調節器受控，所以選用了TC型順控表，當條件改變時執行一次。

1) 當SIS來的聯鎖信號PC2512D出現時，啟動計時器TM-PC2512，同時將調節器PIC2512模式置為手動，PSW置為3。PSW是PID調節器的1個參數，當它為1時，調節器輸出為0；當它為2時，調節器輸出為100%；當它為3時，調節器輸出為預設值，該值可以在DCS的調整畫面里的PMV上設定。PIC2512設定的是50%。當TM-PC2512計時時間達到后將PIC2512模式置為自動，啟動TMPC2512計時器，當計時器時間達到后取消強置為自動，即可以人為干預控制。

其他幾個天然氣壓力調節器PIC2513/PIC2514/PIC2515聯鎖動作后，要求調節器不受控，聯鎖復位后方可受控，所以選擇了TE型順控表，條件滿足期間始終執行。

2) 當SIS來的聯鎖信號PC2513D等出現時，強制PIC2513等調節器的PSW值為1，調節器輸出為0，且聯鎖信號出現期間調節器輸出始終為0，調節器不受控，待聯鎖信號消失后，調節器受控。

3.2SIS部分方案實施

1) 在原料氣停車系統中，需要在聯鎖動作中增加關閉原料天然氣壓力調節閥PV2515，打開天然氣壓力放空調節閥PV2512放空。由于改造后原有原料氣壓縮機流程還有可能運行，甚至有可能在裝置運行期間在線切換工藝流程，所以在SIS的上位畫面設置了1個切換開關，切換到原料氣壓縮機位置時，將內部軟開關C4MODE置為1，旁路天然氣壓力放空調節閥的強制開信號PC2512D和天然氣壓力調節閥的強制關閉信號PC2515D；當切換到西二線位置時，將內部軟開關WEST2MODE置為1，旁路原料氣壓縮機打循環信號和強制原料氣壓縮機最小轉速信號；當打到中間位置時，均不旁路，所有聯鎖動作信號都起作用。

2) 裝置主停車系統聯鎖動作時需要切斷一段轉化爐燃料氣，原設計聯鎖動作時關閉燃料氣切斷閥，現在原有聯鎖邏輯中增加聯鎖動作信號PC2514D關閉燃氣調節閥。

3) 空壓機停車系統聯鎖動作時需要切斷燃氣輪機的燃料氣，原設計聯鎖動作時關閉燃料氣切斷閥，現在原有聯鎖邏輯中增加聯鎖動作信號PC2513D關閉燃氣調節閥。

4) 在原料氣壓縮機停機聯鎖中，將內部軟開關WEST2MODE加入聯鎖邏輯中，用于旁路原料氣壓縮機停機去原料氣停機系統聯鎖信號，原料氣壓縮機停車信號不聯鎖原料氣系統停車。

系統組態完成后，經過實際實驗，模擬各種異常工況，過程控制穩定，各項聯鎖保護動作正常，過程控制穩定，滿足了生產需求，調試結束后，交付工藝人員使用。

4結束語

該控制方案的變更，是為了適應工藝條件的變化，因勢利導利用現有控制系統資源實施的一項變更，真正實現了投資小、效益大的目的。項目實施后，可以靈活地實現第二套合成氨裝置原料氣的切換，西二線高壓天然氣的引入可以節約部分蒸汽，實現第二套合成氨裝置蒸汽系統的自給自足，是一項節能環保的技術改進項目。

參考文獻:

[1]王群增，鄭秋萍，王燕，等.GB/T 17213.2—2005工業過程控制閥第2-1部分流通能力安裝條件下流體流量的計算公式[S].北京： 中國標準出版社，2006.

[2]陳剛，沈小堃.高壓差微小流量調節閥的設計與仿真[J].石油化工自動化，2015，51(02)： 54-58.

[3]鄭建章.探討調節閥的選型及應用[J].化工自動化及儀表,2012,39(07)： 841-843.

[4]張揚.EO/EG裝置OMS安全聯鎖系統中關鍵閥門的控制方案[J].化工自動化及儀表,2015,42(02)： 228-230,233.

[5]吳剛,宋江濤,董興明.安全儀表系統與過程控制系統間的共用性及聯系[J].石油化工自動化，2015，51(06)： 76-78.

[6]亢海洲，朱建新，方向榮，等.液態二氧化碳儲罐系統壓力聯鎖回路的改進[J].化工自動化及儀表,2015,42(10)： 1147-1149.

作者簡介：李華山(1973—)，男，新疆石河子人，1995年畢業于蘭州石油學校儀表自動化專業，現就職于中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化分公司，主要從事儀表維修工作，任高級技師。

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)03-0081-03

稿件收到日期： 2015-12-24，修改稿收到日期： 2016-05-05。