常壓爐典型回路及其聯鎖邏輯功能的實現

崔富軍

(中石化茂名分公司煉油分部，廣東 茂名 525011)

常壓爐典型回路及其聯鎖邏輯功能的實現

崔富軍

(中石化茂名分公司煉油分部，廣東 茂名 525011)

介紹中石化茂名分公司原油一次加工5#常減壓裝置常壓爐的典型回路及其聯鎖邏輯功能的實現，分別從加熱爐側線進料流量和側線出口溫度控制、燃料氣總閥聯鎖、燃料氣總閥現場聯鎖氣路、余熱回收部分快開風門聯鎖及余熱回收部分煙道擋板聯鎖邏輯等方面進行闡述。

典型回路 聯鎖邏輯 常壓爐

年產1 000萬噸常減壓蒸餾裝置是中石化茂名分公司原油一次加工過程的第5套裝置，由中石化集團洛陽石油化工工程公司設計，該裝置在自控設計方面采用了一些比較先進的設計理念，也取得了較好的應用效果。

下面就5#常減壓裝置常壓爐的典型回路及其聯鎖邏輯功能的實現，分別從加熱爐側線進料流量和側線出口溫度控制、燃料氣總閥聯鎖、燃料氣總閥現場聯鎖氣路、余熱回收部分快開風門聯鎖及余熱回收部分煙道擋板聯鎖邏輯等方面進行闡述。

1 加熱爐側線進料流量和側線出口溫度控制

常壓爐將爐管中的原料油加熱至需要的溫度，原料油進入常壓分餾塔進行分餾反應，隨著裝置處理量的增大，被加熱的油品處理量增大，油品分為8個側線在加熱爐中加熱，如果側線進料流量控制發生波動，會直接影響加熱爐中油品的加熱效果，爐膛內油品受熱不均勻，而且各個側線爐管傳熱特性存在差異，導致各個加熱爐側線出口溫度不同，容易引起結焦和熱損耗。正是由于這些原因，常減壓裝置加熱爐出口溫度平衡和側線進料流量平衡是該類裝置加熱爐的重要控制指標，對于裝置的安全生產和降低能耗具有非常重要的意義。

為了防止以上現象的發生，5#常減壓加熱爐側線進料流量和側線出口溫度采用增量式PID控制算法，實現多側線平衡控制。

1.1增量式PID控制算法

增量式PID控制算法如下：

ΔEt=Et-Et-1

Et=設定值-測量值

式中dMVt——本周期輸出；

PB——比例系數；

Td——微分系數；

Ti——積分系數；

Ts——控制周期。

增量式PID控制算法中，對每個側線均采用一個單獨的增量式PID控制，將各側線的出口溫度(或進料壓力或進料流量)取平均值，作為該平衡調節器的設定值，將其現場儀表返回的相關測量數據(各側線的出口溫度、進料壓力或進料流量)作為該平衡調節器的測量值，可以單獨按照各個側線的特性，對該平衡調節器設置不同的PID值。同時，為了保證總量不變，對每個側線的輸出進行修正，一旦各側線被控變量控制平穩，各側線的偏差等于零，各支路平衡調節器的輸出都為零，各支路流量調節器的設定值不變，故稱之為均值平衡控制[1，2]。

1.2常壓爐側線進料流量與側線出口溫度控制方案

常壓爐側線進料流量與側線出口溫度的控制方案如圖1所示。

圖1 常壓爐進料流量和側線出口溫度控制方案

在常壓爐側線進料流量與側線出口溫度的控制方案中，某路側線出口溫度控制器作為主調節器，測量信號為該側線出口溫度，8路側線出口溫度的平均值作為該側線出口溫度主調節器的遠程給定信號，經過PID控制，溫度調節器的輸出值與平均進料流量調節器輸出值進行加法運算，其結果作為該路側線流量副回路調節器的遠程給定，用該路側線流量調節器的輸出信號控制該側線管線上的調節閥。

在副回路平均進料流量調節器的控制回路中，上游初餾塔T101液位PID調節器作為主回路，該調節器的測量值作為8路進料流量的平均值，其PID輸出信號參與某路側線流量控制。

從以上控制方案可以看出，常壓爐側線進料流量與側線出口溫度的控制聯系緊密，相互影響，而且都采用均值平衡控制策略，既實現了常壓爐側線進料流量的平穩控制也實現了常壓爐各側線出口溫度的控制。

以常壓爐第1路側線進料流量與第1路側線出口溫度為例說明。

在第1路側線進料流量的控制方案中，該路側線出口溫度控制器0201TIC11705A作為主調節器，8路側線出口溫度的平均值0201TX11705.OUT作為某側線出口溫度主調節器的遠程給定信號，該側線出口溫度0201TI11705A.PV作為測量信號。經過PID控制，0201TIC11705A的輸出值與平均進料流量調節器0201FIC11709FOUT.MV1的輸出值進行加法運算，其結果作為某路側線流量副回路調節器0201FIC11701的遠程給定，用該路側線流量調節器的輸出信號控制該側線上的調節閥0201FV11701。

在副回路平均進料流量調節器0201FIC11709的控制回路中，上游初餾塔T101液位PID調節器0201LIC11501作為主回路，該調節器的測量值為8路進料流量的平均值0201FX11709.OUT，其PID輸出信號經過0201FIC11709FOUT，同時輸出8個等值信號，其中0201FIC11709FOUT.MV1參與第1路側線FIC11701的流量控制。

在控制方案中，8路側線進料流量(或側線出口溫度)測量信號正常時，參與相關信號的平均值計算，否則將該故障測量點自動屏蔽，對其他7路側線進料流量(或側線出口溫度)進行平均值計算。

2 常壓爐燃料氣總閥聯鎖

2.1常壓爐燃料氣總閥聯鎖邏輯

常壓爐燃料氣總閥的聯鎖邏輯如圖2所示。可以看出，在聯鎖條件都滿足的情況下，點擊復位按鈕，啟動聯鎖邏輯，如果有條件不滿足，聯鎖關閉燃料氣閥。如果加熱爐出口溫度高高報警，為了防止常壓爐出口溫度由于儀表信號回路故障(如信號接線端子虛接等原因)引起常壓爐燃料氣總閥聯鎖閥關閉，需要人工二次確認該聯鎖輸入信號，確認后才能聯鎖關閉燃料氣總閥。

圖2 常壓爐燃料氣總閥門聯鎖邏輯

在聯鎖邏輯中，采用“三取二”(指3個聯鎖條件中有兩個聯鎖條件滿足，系統將會啟動聯鎖，現場電磁閥動作)和“四取二”(指4個聯鎖條件中有兩個聯鎖條件滿足，系統將會啟動聯鎖，現場電磁閥動作)設計。

2.2常壓爐燃料氣總閥現場聯鎖氣路

常壓爐燃料氣總閥現場聯鎖氣路如圖3所示。400kPa的儀表風經過濾器后，一路到儲氣罐，作為儀表風故障時應急使用；一路直接到空氣換向閥5，然后分兩路，分別送到連接開位的空氣換向閥4(正常時該空氣換向閥關閉，儀表風排大氣)和連接關位的空氣換向閥4(正常時該空氣換向閥打開，儀表風進入調節閥氣缸下部)，以上兩個空氣換向閥由電磁閥和鎖止閥控制開啟與關畢，來自控制系統的聯鎖控制信號送到鎖止閥，然后控制連接開位的空氣換向閥4和連接關位的空氣換向閥4，保證其正常動作。

在燃料氣總閥現場聯鎖氣路設計中，空氣換向閥5的氣路和來自儲氣罐的氣源連接，在儀表風停風的情況下，提供應急氣源給連接開位的空氣換向閥4，該空氣換向閥打開，調節閥氣缸上部進氣，保證燃料氣總閥能安全關閉。

方案中采用儲氣罐設計，就是為了保證現場電磁閥故障或儀表風停風，或聯鎖輸出線路故障，常壓爐燃料氣總閥能完全關閉。鎖止閥也是保證以上情況發生時常壓爐燃料氣總閥能正常關閉。二者都是保證聯鎖啟動時及時切斷燃料氣進入常壓爐，達到常壓爐故障安全的目的。

3 常壓爐余熱回收部分快開風門聯鎖

常壓爐余熱回收部分快開風門的聯鎖邏輯如圖4所示。

在加熱爐余熱回收聯鎖邏輯中，手動打開快開風門與鼓風機停機信號都正常的情況下，點擊復位按鈕，啟動打開快開風門聯鎖邏輯，在手動打開快開風門不滿足或鼓風機停機信號都不滿足的情況下，聯鎖打開快開風門；鼓風機停機信號不正常的情況下，故障報警指示燈變成紅色，正常情況下無色。

圖3 常壓爐燃料氣總閥門現場聯鎖氣路1——過濾器； 2——電磁閥； 3——鎖止閥； 4、5——空氣換向閥； 6——限位開關(回訊器)； 7——儲氣罐； 8——過濾器； 9——單向閥

圖4 余熱回收部分快開風門聯鎖邏輯

在實際生產中，如果某個快開風門現場執行發生機構故障，或者回訊器發生故障，該路聯鎖輸出可以手動切出，并不影響其他部分快開風門的聯鎖動作，一旦維修完畢，再將該路聯鎖輸出投用，該項功能在SIS系統上位機Intouch軟件上實現。

4 常壓爐余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯

常壓爐余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯初始設計如圖5所示。

圖5 余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯初始設計方案

該項聯鎖邏輯中，在兩個“三取二”和其他條件都滿足的情況下，點擊復位按鈕啟動聯鎖；任一“三取二”或其他條件不滿足，聯鎖打開煙道擋板，同時關閉預熱器入口擋板。引風機停機信號正常時，顯示為綠色；不正常時顯示為紅色，引風機故障，報警指示燈為紅色。在裝置開工后一年多的時間內，初始聯鎖設計方案投用，聯鎖正常動作，煙道擋板關閉，預熱器入口擋板打開。

2014年4月引風機發生故障，引起聯鎖動作，故障消除后，在圖5聯鎖進行復位操作，聯鎖打開煙道擋板，同時關閉預熱器入口擋板，造成常壓爐內憋壓，無法正常開工。

基于這種情況，對聯鎖邏輯進行修改，對煙道擋板單獨復位，修改后的余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯如圖6所示，之后常壓爐開工時煙道擋板可正常打開。

圖6 修改后的余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯

5 結束語

常壓爐側線進料流量和側線出口溫度控制方案控制投運前，一直采用手動調節，側線進料流量控制效果較差，一旦上游初餾塔液位發生變化，需要手動調節各側線調節閥的開度來穩定各側線進料，出口各側線溫度偏差較大。采用均值平衡控制的控制策略并投入自動控制后，常壓爐側線進料流量和側線出口溫度采用自動控制，減少了常壓爐側線進料流量波動次數和幅度，側線出口溫度也得到很好的控制。

常壓爐聯鎖方案投用后，發現余熱回收煙道擋板聯鎖邏輯存在設計缺陷并進行修改，在余熱回收部分快開風門聯鎖中風門現場執行發生機構故障，或回訊器發生故障后增加該路聯鎖輸出手動切出功能。而且在整個項目的實際組態中還增加“第一事故首出”功能，一旦發生聯鎖動作，引起聯鎖動作的第一聯鎖條件除了變為紅色外，該聯鎖條件上方有“首出”文字顯示，該項功能與SIS系統的SOE相互結合，可以快速查處系統聯鎖動作原因，所有這些功能的完善，保障了生產過程的順利進行，實際生產中應用效果很好。

[1] 吳潔蕓,雷衛良,周娓程,等.平均值法在加熱爐支路平衡控制上的實現[J].化工自動化及儀表,2014,41(10):1189～1190.

[2] 羅雄麟,葉松濤,許鋒.加熱爐支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析[J].化工自動化及儀表,2014,41(11):1232～1235.

TH862

B

1000-3932(2016)09-0998-05

2016-06-05(修改稿)