焦化企業(yè)人工遙控改自控實踐小結(jié)

黃長勝，耿宗光，撒玉虎，沙啟新，杜紀棟

（山東鐵雄新沙能源有限公司，山東巨野 274900）

山東鐵雄新沙能源有限公司地處省級巨野化工園區(qū)北區(qū)，該公司有兩條焦炭生產(chǎn)線，采用5.5m 搗固焦爐，雙集氣管。由于建廠時間較早，兩條生產(chǎn)線的回爐煤氣末端壓力、焦爐分煙道吸力未設(shè)計自動控制，由中控人員在DCS 上手動遙控操作；化產(chǎn)蒸氨塔設(shè)計加熱蒸汽流量自動調(diào)節(jié)，由于蒸汽壓力變化大，系統(tǒng)難以穩(wěn)定，自動調(diào)節(jié)不能正常使用，被迫改為人工遙控，蒸氨廢水指標波動大，上述兩個控制室的操作人員主要的精力都放在了上述遙控操作上，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，指標波動大。工藝和儀表兩個專業(yè)的技術(shù)人員對兩個控制系統(tǒng)進行了反復(fù)的分析和討論，找出了其中的關(guān)鍵控制點和控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了自動控制。

1 人工遙控操作情況

1.1 回路煤氣主管和分煙道吸力控制

1.1.1 煤氣主管末端壓力控制

回爐煤氣主管末端壓力是通過回爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥開度大小進行控制，回爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥開度增減，煤氣量末端壓力也隨著提高或減小，操作人員在控制室通過DCS 的手動操作控制回爐煤氣末端壓力。

1.1.2 分煙道吸力控制

焦爐機側(cè)和焦側(cè)分煙道吸力是通過機側(cè)和焦側(cè)分煙道調(diào)節(jié)閥開度大小進行控制，分煙道調(diào)節(jié)閥開度增減，煙道吸力增加或減小，也是操作人員在控制室通過DCS 上手動操作控制分煙道吸力。

1.2 化產(chǎn)蒸氨系統(tǒng)控制

蒸氨系統(tǒng)的氨水流量和液堿調(diào)節(jié)頻次低，未設(shè)計自動控制；蒸汽的調(diào)節(jié)原設(shè)計是入蒸氨塔蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)蒸汽流量進行調(diào)節(jié)，由于蒸汽壓力和蒸汽冷凝水較多導(dǎo)致蒸汽流量波動大，無法正常自控，由中控室人員手動遙控蒸汽調(diào)節(jié)閥操作。

2 原因分析

2.1 回爐煤氣和分煙道吸力

回爐煤氣末端壓力和分煙道吸力在DCS 中實現(xiàn)過自動控制，工藝平穩(wěn)時自動效果良好；由于焦爐工藝的特殊情況是焦爐每半小時交換一次，兩座焦爐每小時交換四次，交換時由于短時間停止加熱煤氣不使用，造成煤氣壓力、煙道吸力突然大幅變化，回爐煤氣主管壓力和分煙道調(diào)節(jié)閥也跟著突然大幅變化，工藝系統(tǒng)交換成為自動調(diào)節(jié)的最大擾動量，在原設(shè)計條件下主管末端壓力和分煙道吸力無法自動調(diào)節(jié)，只能人工調(diào)節(jié)。

2.2 化產(chǎn)蒸氨系統(tǒng)控制

蒸汽壓力和蒸汽溫度等工藝指標的變化，操作人員必須時刻進行調(diào)節(jié)，蒸汽流量設(shè)定后受其他工藝參數(shù)的影響，蒸氨塔的精餾工況一直不能穩(wěn)定，始終處于波動狀態(tài)，精餾操作的關(guān)鍵是塔底溫度的穩(wěn)定，設(shè)定蒸汽流量不能及時跟進溫度的變化，分析認為是關(guān)鍵控制點沒有選擇到位。

3 優(yōu)化措施

3.1 回爐煤氣和分煙道吸力

3.1.1 把交換信號引至DCS

交換過程是交換機拉動拉桿進行焦爐換氣，交換時需要自啟動交換油泵，通過油壓缸拉動交換的開關(guān)完成交換過程，把交換機兩臺油泵狀態(tài)信號并在一起送給DCS，系統(tǒng)交換時不管使用哪一臺油泵DCS 都能順利接到交換信號，DCS 接到交換信號后強制自動控制狀態(tài)下的回爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥和分煙道調(diào)節(jié)閥保持原閥位不變，順利避開因系統(tǒng)交換煤氣壓力快速大幅變化對自動調(diào)節(jié)閥影響，把這個最大的變化因素通過必要的設(shè)備運行信號固定下來，這期間無須調(diào)節(jié)，維持自動調(diào)節(jié)閥門當時的開度狀態(tài)。

3.1.2 設(shè)置延時時間

為了避開系統(tǒng)交換對自動調(diào)節(jié)閥的影響，采取設(shè)置延時時間的方式。DCS 接到的交換信號是長60s 的閉點信號，在60s 內(nèi)回爐煤氣主管和分煙道壓力自動調(diào)節(jié)閥不動作，因為交換完成后工藝系統(tǒng)需要10～30s 的時間恢復(fù)到正常值，所以當交換信號斷開后，利用斷信號延時觸發(fā)器延時60s 不讓自動調(diào)節(jié)閥動作，這樣巧妙地避開了本座焦爐交換對自動調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的擾動因素。

3.1.3 兩座焦爐交換互不影響

兩座焦爐煤氣管線是從化產(chǎn)區(qū)域煤氣總管分出的，任何一座焦爐交換時都會影響到另外一座焦爐的回爐煤氣壓力，直接影響主管末端壓力和分煙道吸力的自動調(diào)節(jié)，結(jié)合此工藝特點，通過DCS 內(nèi)部把兩座焦爐的交換信號進行“或”運算，舉例說明：當焦爐A 交換時，A 爐的煤氣主管壓力和分煙道120s（交換信號60s 加延時60s）保持當前閥位不變；B爐60s 主管和分煙道調(diào)節(jié)閥保持當前閥位不變，A 交換時B 爐沒有延時，因為A 爐交換時對A 爐自身工藝影響相對大，對B 爐影響相對小；同理，當焦爐B 交換時B 爐的主管和分煙道120s（交換信號60s 加延時60s）保持當前閥位不變；A 爐60s 主管和分煙道調(diào)節(jié)閥保持當前閥位不變。交換過程的閥門控制原理示意圖見圖1，DCS 內(nèi)部模塊程序如圖2所示。

圖1 交換時兩座焦爐回爐煤氣主管和分煙道自動調(diào)節(jié)閥門延時原理圖

圖2 DCS內(nèi)部模塊程序

3.1.4 設(shè)置調(diào)節(jié)閥變化幅度

為了確保工藝系統(tǒng)的安全，防止儀表故障或者其他工藝因素影響，對調(diào)節(jié)閥設(shè)置了自動調(diào)節(jié)限幅，自動調(diào)節(jié)不能超過規(guī)定范圍值。例如：20%＜自動時調(diào)節(jié)閥開度范圍＜98%，能有效避免其他因素導(dǎo)致的調(diào)節(jié)閥突然關(guān)閉或全開而出現(xiàn)生產(chǎn)事故，加上配合使用交換機安全聯(lián)鎖，回路煤氣末端無壓力、煙道無吸力時交換機自動把拉桿拉到中間位置，滿足安全生產(chǎn)要求。

3.1.5 合理設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)

因為回爐煤氣末端壓力和分煙道吸力隨時變化，所以在調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)，可以有效避免調(diào)節(jié)閥頻繁調(diào)節(jié)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥故障或者調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩，根據(jù)摸索調(diào)試，死區(qū)設(shè)置為量程的0.25%～1%為宜。

3.1.6 調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定

根據(jù)調(diào)節(jié)閥動作情況和反應(yīng)速度，結(jié)合工藝變化和波動情況進行PID 參數(shù)整定，使自動調(diào)節(jié)閥匹配工藝變化速度，調(diào)節(jié)效果達到工藝生產(chǎn)要求。

3.2 化產(chǎn)蒸氨系統(tǒng)控制

（1）蒸汽調(diào)節(jié)閥與蒸氨塔底溫度進行關(guān)聯(lián)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的被控對象是蒸氨塔，被控變量是被加熱的物料溫度，操縱變量是加熱蒸汽的量；該系統(tǒng)可能的干擾有加熱蒸汽壓力、加熱器內(nèi)傳熱情況、環(huán)境溫度變化等；該系統(tǒng)的控制原理是由加熱蒸汽量變化到蒸氨塔底部溫度變化，達到穩(wěn)定工藝指標目的。調(diào)節(jié)的原理方塊圖如圖3所示。

圖3 調(diào)節(jié)反饋的原理方塊圖

（2）為了保證氨水處理效果，避免蒸汽中斷，當控制閥氣源中斷時，應(yīng)使該閥處于打開狀態(tài)，即應(yīng)選用氣關(guān)閥。由于加熱蒸汽流量增加時，被加熱物料出口溫度也在增加，故該系統(tǒng)中的對象是屬于“+”作用方向，閥是氣關(guān)型的，屬于“-”作用方向，為便于系統(tǒng)具有負反饋作用，控制器應(yīng)選用“+”作用，即正作用方向。

（3）把調(diào)節(jié)器比例、積分、微分等系數(shù)設(shè)置為小數(shù)后3位，便于調(diào)節(jié)器PID 參數(shù)整定。

PID2（無擾PID）該模塊的計算公式為：

輸出Q 為閥門當前實際控制輸出；當手自動切換開關(guān)A/M =1時，輸出值Q=手動設(shè)定值MV；系統(tǒng)設(shè)定值SV 跟蹤實際測量值PV，DCS 內(nèi)部符號如表1所示。

表1 DCS內(nèi)部符號

（4）設(shè)置PID 參數(shù)進行自控調(diào)試，最終把蒸氨塔底部溫度控制在目標值±0.3℃以內(nèi)，大幅提高了氨氮、COD 等指標的合格率，減輕了中控人員無謂的重復(fù)工作量。

4 結(jié)束語

通過優(yōu)化控制方式，在沒有增加任何投入的情況下實現(xiàn)了回路煤氣主管和分煙道全自動調(diào)節(jié)；蒸氨蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)蒸氨塔底部溫度關(guān)聯(lián)調(diào)節(jié)，使蒸氨工藝控制更加平穩(wěn)，指標合格率大幅提升。整個過程的問題分析和解決更有助于操作和工藝穩(wěn)定，也鍛煉了技術(shù)人員。沒有增加投入的情況下，通過優(yōu)化現(xiàn)場設(shè)備配置，解決現(xiàn)場實際問題，滿足了安全生產(chǎn)。