地面火炬蒸汽閥門的控制

摘 要：針對地面火炬中蒸汽加入控制中存在的難題，提出了解決的方法。詳細介紹了在Honeywell公司TPS中實現這種控制控制策略的方法，并給出了實際的CL程序。應用結果表明，這種解決方法可靠性高、方便實用。為解決類似問題提供了一定的借鑒。

關鍵詞：蒸汽流量 ；霍尼韋爾；PM點；控制語言

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.042

1 引言

中國石化齊魯分公司塑料廠擬建一套地面火炬系統，通過招標方式確定了某公司產品中標。火炬系統采用一座鋼制燃燒塔獨立放散燃燒。火炬最大設計排放量為150噸/小時。燃燒塔外側設置有混凝土式防風墻，燃燒塔設計為自吸式負壓燃燒。塔體采用鋼結構，內襯耐高溫陶瓷纖維模塊。燃燒塔內部設置有100多臺帶蒸汽消煙的燒嘴，在燃燒塔內部分多級逐級排放燃燒。在排放過程中，與燃燒器相同級的消煙蒸汽也進行同步的調節，操作人員根據攝像機畫面中燒嘴燃燒情況，調節蒸汽調節閥，改變消煙蒸汽流量，達到無煙燃燒的效果。

火炬采用多級排放燃燒，為了能夠根據火炬氣排放量來投入各級燃燒器，選用了西門子公司的S7-300[1]型PLC作為控制器。可編程控制器初期主要用于順序控制[2]，現在它不僅具有邏輯處理功能，還具有PID運算、構成網絡等復雜功能[3]。除了控制室的點火按鈕和蒸汽控制回路以外，現場其他數據以通信的方式，由DCS從現場PLC中讀取。通過DCS在控制室內調節蒸汽加入量，并可以有效監控地面火炬系統的各個參數。

火炬氣在小流量時通過第一級燃燒器處理。在地面火炬的集氣總管上設有2臺壓力變送器。當火炬氣來量超過第一級燃燒系統處理量時，集氣總管內的壓力升高，壓力達到設定值時，第二級燃燒系統管線上的氣動切斷閥將打開，其上的地面燃燒器將投入使用。隨著排放量繼續增大，以后各級燃燒系統上的氣動切斷閥也將相應依次打開，更多的地面燃燒器投入使用。當排放量降低時，各級燃燒系統上的氣動切斷閥將反向操作，即最后一級燃燒系統上的氣動切斷閥先關閉。PLC還控制燃燒系統管線上的氮氣吹掃閥、常明燈氣動直動閥、引火筒燃料氣電磁閥和點火器。

2 問題的提出

由于火炬氣的排放量具有不確定性，不能通過自動控制來兼顧燃燒器無煙燃燒和節約蒸汽兩方面的問題，因此蒸汽由操作人員手動開閥加入。在實際運行中，出現排放情況多數是在裝置運行出現波動時。這時候操作人員的精力集中在處理出現工藝波動的部位，可能會顧及不到火炬的燃燒情況，如果不能及時打開蒸汽閥門，就會出現冒黑煙，甚至燒壞燃燒嘴的情況。

3 問題的解決

根據這一需求，我們在控制室的DCS中通過編程，實現了蒸汽閥門的自動打開和關閉。

解決問題的思路是在常規控制回路的基礎上增加一個PM（Process Module）點，在滿足條件的情況下PM點自動給輸出賦值，但又不能因為這個點的運行影響控制回路正常的操作。DCS使用霍尼韋爾公司的TPS系統。Honeywell 的TPS系統中的建點過程是一個簡單的卡片式填寫和選擇。用戶可以按照系統提示逐項填寫[4]。

3.1 建立點HY672

進入工程師主菜單，選擇Network Interface Module 選項，選擇Process Point Building選項，進入Nim Build Type Select Menu菜單，選擇點的類型為Analog Output點，進入點組態畫面。

首先填寫點的位號HY672，選擇節點類型為HPM。選擇全點作為點的格式，全點和半點的區別是全點具有報警功能，而半點沒有。點描述、關鍵字等根據實際情況填寫。單元號指建立的這個點要放在系統中的那個單元中進行管理，網絡號、節點號、模塊號和槽路號是HPM的硬件地址，根據系統規劃正確填寫。在第二頁的Point Module Type選項卡中根據實際的硬件類型選擇，AO類型對應8點卡件；AO_16類型對應16點卡件。在第三頁的Output Direction選項卡根據現場閥門的氣開氣關形式選擇，氣開閥選擇Direct；氣關閥選擇Reverse。其他選項使用默認值就可以。按“Ctrl”+“+”下裝，退出。

3.2 建立點HIC672

在Nim Build Type Select Menu菜單下，選擇點的類型為Regulatory Control點，進入點組態畫面。

在第一頁中填寫點的位號、選擇節點類型、點的格式。點描述、關鍵字等建議填寫完整，這樣能夠更多的提供這個點的有關信息。單元號、網絡號、節點號根據系統規劃正確填寫。第二頁的Slotnum填寫所建立的點放在HPM中的軟槽地址。在Control Algorithm選項卡中選擇Automan選項。在組態畫面第7頁的輸出端數量中填入1，敲回車鍵后下面出現填寫輸出點參數的對話框，填上TY672.OP。其他參數使用系統默認值或根據需要修改，完成后下裝，退出。

3.3 建立PM點HIC672PM

在Nim Build Type Select Menu菜單下，選擇Network Interface Module→Process Point Building→Process Module，進入點組態畫面。

在第一頁中填寫點的位號、選擇節點類型。點描述、關鍵字等建議填寫完整。單元號、網絡號、節點號、槽路號根據系統規劃正確填寫，其他參數使用系統默認值或根據需要修改，完成后下裝，退出。

3.4 編寫CL（Control language）程序

在工程師主菜單畫面，選擇Command Processor選項，編寫CL程序：

SEQUENCE HIC672CL （HPM：POINT HIC672PM）

EXTERNAL HIC672， HZH672，HZL672

PHASE STARTUP

IF（ HZH672.PV=OPEN） AND （HIC672.OP < NN（1）） THEN （

& WAIT NN（10） SECS；

& SET HIC672.MODATTR=PROGRAM；

& SET HIC672.MODE=MAN；

& SET HIC672.OPE=NN（1）；

& SET HIC672.MODATTR=OPERATOR）

ELSE IF（ HZL672.PV=CLOSE） AND （NN（20）=1） THEN （

& SET HIC672.MODATTR=PROGRAM；

& SET HIC672.MODE=MAN；

& SET HIC672.OPE=NN（15）；

& SET HIC672.MODATTR=OPERATOR）

GOTO PHASE STARTUP

END HIC672CL

程序說明：

NN（1）開啟開度值寄存器，單位：%；

NN（10）開啟延時時間寄存器，單位：秒；

NN（15）關閉開度值寄存器，單位：%；

NN（20）自動關閉開關，單位：無綱量。

當氣動切斷閥打開時，程序判斷蒸汽閥HV672的當前開度（HIC672.OP） 是否小于 NN（1）中的預設值。如果HV672的當前開度不小于 NN（1）中的預設值，HV672保持當前開度；如果HV672的當前開度小于 NN（1）中的預設值，程序將按NN（10）中設定的時間延時，延時后NN（1）中的預設值賦給HV672（HIC672.OP）。當氣動切斷閥關閉時，程序判NN（20）中的值是否等于1。如果等于1，NN（15）中的預設值賦給HV672（HIC672.OP），否則閥門位置保持不變。

編譯程序。如果程序中有錯誤，按照系統提示進行修改。將編譯正確的程序拷貝到&E01目錄下。

4 系統調試

建點完成后，需要對控制回路進行系統聯調。為了觀察方便，把HIC672、HY672、 HZH672、HZL672、HIC672PM編成一個操作組。然后按以下步驟完成調試：

（1）調出點HY672細目，激活這個點。

（2）調出點HIC672細目，激活這個點。改變OP值，看HY672的OP值是否同步變化。手動給HIC672輸出和現場聯校閥門，調整閥門開度和控制室信號一致；聯校完成后，把HIC672的輸出給0；

（3）調出點HIC672PM細目，裝載HIC672CL程序。程序裝載完成后分別設置NN（1）=10、NN（10）=5、NN（15）=-5、NN（20）=1，然后運行程序；

（4）手動給信號，使HZH672.PV=OPEN、 HZL672.PV=OTHER，觀察HIC672.OP是否在延時5秒后輸出變成10%。輸出10%后可以手動輸出10%～100%之間的任何數；

（5）手動給信號，使HZH672.PV= OTHER、 HZL672.PV=CLOSE，觀察HIC672.OP輸出是否變成-5%。輸出-5%后不能手動改變輸出。改變HIC672PM中NN（20）的值不等于1后，可以手動輸出HIC672.OP為任意值。

如果程序執行結果錯誤，檢查PM點設置并作相應修改。

5 結束語

按照以上方案實施的控制策略，減少了操作人員在裝置出現生產波動時處理問題的操作壓力，特別是平時少量排放造成的閥門啟閉，操作人員可以完全不用關注。近一年來的實際應用表明，該程序方便實用，為解決類似問題提供了一定的借鑒。

參考文獻：

[1]安戈.西門子S7-400H系統在造粒機組上的應用[J].自動化儀表，2014，35（10）：34-36.

[2]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].4版.北京：化學工業出版社，2006：126.

[3]杜鵑.測量儀表儀表與自動化[M].2版.山東：中國石油大學出版社，2006：172.

[4]安戈.MTL數據采集系統在TPS系統中的應用[J].化工自動化及儀表，2007，34（03）：78-79.