DeltaV控制系統在溶劑脫瀝青裝置DCS改造中的應用

陳龍

[摘? ? 要 ]溶劑脫瀝青裝置原儀表采用二次盤裝儀表控制，儀表完好率、自控率、平穩率僅97%、90%、95%，通過DCS改造更新為DeltaV中文控制系統，儀表完好率、自控率、平穩率分別提高至99.5%、99.7%、97.2%。

[關鍵詞]DeltaV ;溶劑脫瀝青;DCS;改造

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–000–03

Application of DeltaV Control System in DCS Reconstruction

of Solvent Deasphalting Unit

Chen Long

[Abstract]The original instrument of the solvent deasphalting device is controlled by a secondary panel-mounted instrument. The instrument integrity rate， automatic control rate， and stability rate are only 97%， 90%， and 95%. It is updated to the DeltaV Chinese control system through DCS transformation. The instrument integrity rate is only 97%， 90%， and 95%. The self-control rate and stability rate were increased to 99.5%， 99.7%， and 97.2% respectively.

[Keywords]DeltaV; solvent deasphalting; DCS; transformation

溶劑脫瀝青裝置自1990年4月投產以來，其儀表一直使用二次盤裝儀表控制，多數盤裝儀表已經使用20余年，原產品廠家已停產，備品備件已不支持，加上裝置原配置還有部分機械式儀表和氣動基地式儀表，裝置日常維護十分困難，無法滿足安全長周期運行的需要。

為了提高裝置儀表控制的性能，2013年中石化廣州分公司立項投資210萬元，委托中石化南京工程有限公司對溶劑脫瀝青裝置進行集中控制改造設計，改造內容包括：儀表控制系統改為DCS;對部分機械式儀表和氣動基地式儀表進行更新;儀表供電系統改造;DCS、儀表電源整改、機柜間環境整改;配套的電纜及施工。

經中石化廣州分公司統一招標，溶劑脫瀝青裝置DCS采用美國艾默生網絡能源有限公司的DeltaV10.3.2中文版控制系統，該項目于2013年5月與溶脫裝置大修同步施工，由建安分公司完成施工安裝任務，并于2013年6月12日改造完成投用。改造投用后，為溶脫裝置提高儀表完好率、自控率、平穩率發揮了重要作用。

1 溶劑脫瀝青裝置工藝簡介

溶劑脫瀝青裝置采用美國UOP公司的Demex工藝，設計加工量60萬t/a（丁烷溶劑），以減壓渣油作為原料，通過亞臨界抽提、超臨界回收、汽提回收，將減壓渣油分割成脫瀝青油、膠質、瀝青質3種中間產品。脫瀝青油可作為重油催化裂化原料，膠質、瀝青質大部分與減壓渣油進一步調和成高等級道路瀝青，調和剩余部分瀝青質送焦化摻煉。工藝流程如圖1所示。

2 DCS改造方案

2.1 新增DCS控制系統

新增DCS采用DeltaV控制系統，DCS控制站、安全柵柜、端子柜、電源柜安裝在現場機柜間;同時在溶劑脫瀝青裝置的現場機柜間，安裝1臺操作站作為外操監視生產現場使用;東區集中控制室內安裝2臺操作站，控制室二樓安裝1臺工程師站、1臺OPC站，控制室內的操作站通過系統冗余光纖設備與現場機柜間的控制柜進行通信。DCS網絡結構見圖2。

DCS的規模見表1，根據控制規模，DeltaV控制系統配置了冗余I/O卡件，所有機柜保留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間。

軟件部分，DCS版本為目前最新的DeltaV10.3.2中文版控制系統，以Window7操作系統為操作環境，包含組態軟件、工具軟件、控制軟件、生產管理軟件等工程軟件。

2.2 機柜間電氣/土建工程

根據DCS改造需要，將原二次儀表盤機柜間改造為DCS機柜間，處理原機柜安裝位置的地面，敷設防靜電地板，墻面翻修，增加隔離墻。照明系統，空調電源敷設安裝，儀表接地系統重新敷設，增加UPS系統。

由于操作站、工程師站和OPC站在東區集中控制室（原焦化一總控室），而控制柜、外操監測站在現場機柜間（原溶劑脫瀝青裝置外操室），為提高供電冗余和可靠性，分別配置了UPS系統。其中機柜間利舊原儀表盤控制器UPS，控制室與焦化二、焦化三、芳烴裝置操作站共用1套UPS。供電系統見圖3。

2.3 現場機械式/氣動基地式儀表改造

為配合DCS改造，需要對現場機械式/氣動基地式儀表進行更新改造，改造共更新了8臺壓力變送器，9臺差壓變送器，2臺孔板流量計，2臺渦街流量計，5臺可燃氣報警器。

2.4 可燃氣報警系統改造

裝置原有的4臺可燃氣報警儀增加至5臺，改為4～20 mA信號輸入并引進DCS中顯示。

3 DeltaV控制系統在改造中的應用與效果

3.1 改造前后儀表完好率與自控平穩率對比

（1）儀表完好率對比。改造前由于二次盤裝儀表使用時間長，設備零件老化，而產品廠家已停產，備件不支持導致無法修復，儀表完好率僅97%，影響裝置安全平穩運行，具體體現在：

①調節儀表故障，主要包括調節儀面板故障、數據線路老化接觸不良、電源保險絲燒毀、安全柵故障等，導致儀表參數無顯示或無法調節，甚至出現閥位全開或全關，影響裝置安全生產;②記錄儀表故障，包括液晶顯示屏故障、記錄儀按鈕故障、記錄儀指針沒墨等，導致無法查看儀表歷史趨勢;③聲光報警指示故障，包括報警沒聲音、報警指示燈不亮等，影響生產參數波動處理;④現場氣動基地式儀表故障，主要是現場儀表容易進水進灰塵阻塞氣管、儀表膜片等零件老化損壞而沒有備件更新，導致基地式儀表無法自動調節，需要手動調節或開副線閥操作。

DCS改造后，采用DeltaV集中控制系統，以上儀表故障問題得到徹底解決，儀表完好率提高至99.5%。

①調節器、歷史趨勢記錄、報警聲光提示均在DCS畫面中控制及顯示，不存在調節儀面板故障、記錄儀屏幕按鈕故障、報警指示燈故障等硬件故障問題;②由于儀表控制柜和UPS系統更新，儀表電源及安全柵故障率也大幅降低，2013年改造后至今未出現過儀表電源故障，安全柵故障僅出現2例;③現場氣動基地式儀表全部更新后，徹底解決了氣管阻塞、零件老化損壞的問題。

（2）儀表自控平穩率對比。改造前由于儀表完好率低，FRC-103、LRCAHL-103、TRC-103、PIC-112、PIC-101等控制回路無法自動調節，長期處于手動狀態，裝置儀表自控率在90.0%左右。以上儀表由于手動控制，操作參數無法精確控制，影響裝置儀表平穩率，裝置儀表平穩率在95.0%左右。

DCS改造后，控制系統更新為DeltaV集中控制系統，儀表自控率、平穩率分別提高至99.7%、97.2%。改造前后裝置儀表自控率、平穩率對比見表2。

在儀表自控率、平穩率的數據統計上，由于改造前沒有數據自動采集，只能由技術員人工統計數據，統計頻率為1次/1d，統計數據也只能統計主要調節儀表，無法覆蓋全部儀表，影響統計數據的代表性和準確性。由于DCS改造后新增了OPC數采功能，全部儀表參數都可采集上傳至MES實時數據系統，采集頻率提高至1次/min，統計數據的準確性和代表性有了極大提高。

3.2 復雜控制回路方案

3.2.1 選擇控制回路

抽提器界位LRCAHL-102是重要控制工藝參數，因而配置了2套雙法蘭界位計，在DeltaV控制系統中，通過設置手動選擇器，可以自由選擇其中1個界位輸入與調節閥組成PID回路進行調節，在某一個界位計失靈或故障時，可以立即切換至另一界位輸入，大幅提高了回路冗余性和可靠性。與LRCAHL-102相類似的選擇控制回路還有沉降器界位控制LRCAHL-103、抽提進料流量控制FRC-102、膠質汽提塔液位控制LRCAHL-114、瀝青汽提塔液位控制LRCAHL-115。

3.2.2 比例控制回路

道路瀝青調和系統由膠質調和流控FFRC-101、瀝青調和流控FFRC-102、渣油調和流控FRC-130三個回路和靜態混合器M-105組成，膠質、瀝青質、渣油按一定調和比例進入靜態混合器，調和成合格的70#或90#高等級道路瀝青。通過在DeltaV控制系統中組態設置比例控制，以FRC-130為主回路，FFRC-101、FFRC-102為副回路，可以實現比例自動控制，從而穩定道路瀝青質量。

3.2.3 串級控制回路

為了穩定控制抽提器界位，LRCAHL-102與抽提底抽出流量控制FRC-112、FRC-113組成串級回路，同樣串級控制的還有沉降器界位控制、加熱爐出口溫度控制等8個控制回路。

3.2.4 分程控制回路

為了穩定控制抽提溫度，TRC-102采用A、B閥分程控制方式，與之類似的分程控制回路還有溶劑溫度控制、溫水溫度控制、調和蒸汽壓力控制共4個回路。

3.3 通信網絡

DeltaV通信網絡包含生產過程控制網和工廠管理網，符合ISO/IEEE通信標準，通信速度不低于10 Mb/s，最小通信間距大于1.5 km。通信網絡能與工廠管理網互聯，同時系統具有OPC開放的接口，可以與工廠上位機系統進行數據連接。目前DeltaV DCS數據通過OPC站可以與生產實時數據庫系統、MES操作管理、SMES操作管理、自控平穩率監控系統等生產管理系統互聯，從而實現生產數據實時監控、物料能耗統計、自控平穩率監控等功能。

3.4 可在線擴展性能

DeltaV控制系統預留了20%的備用安裝空間、20% I/O卡及I/O端子備用安裝空間，同時可以在線增加測量點和控制回路，不影響正常生產。DCS改造后，裝置陸續新上了退溶劑至脫硫項目、一鍵停爐系統、硫化氫在線報警系統、P-103干氣密封報警系統，以上項目新上儀表均能在線組態安裝投用，對裝置技措改造的在線實施提供了極大便利。

4 存在問題及解決方案

4.1 加熱爐余熱回收系統電纜隱患

2015年8月陸續發現加熱爐余熱回收系統儀表電纜故障，出現短路問題，其中AIC-101儀表閥位電纜短路導致爐H-101風門全關，因及時處理未造成熄爐緊急停工事故。經儀表全面排查，發現余熱回收系統5條24芯主纜中有3條主纜均檢測電阻不合格，其中涉及儀表測量和控制點31個，懷疑施工時埋地電纜有損傷導致。為解決此安全隱患，儀控中心立項重新鋪設電纜，裝置配合將問題電纜全部進行在線更換，該項目于2015年11月施工完畢。

4.2 歷史趨勢服務授權不足

DeltaV項目設計時沒有設置獨立的歷史趨勢服務器，而是將歷史數據分成三部分儲存在OP1、OP2、APP三臺不同操作站中，每個操作站默認授權最大容量為250點，操作人員查看工藝參數歷史趨勢時，需要在OP1、OP2、APP操作站數據服務器之間頻繁切換，對查看關鍵參數運行變化、全面在線監控造成極大不便。建議采購增加歷史服務授權，采購費用約5.6萬元。

4.3 OPC站數采授權不足

因OPC站默認數采授權最多只能采集500個點，目前裝置需采集位號已達515個，超出了授權最大數量，建議采購增加該項服務授權。未采購前的解決方案是：刪除15個較不重要可以暫時不采集的位號，先保證500個位號可以正常采集，待授權購買后再啟用該15個位號。

4.4 道路瀝青調和系統流程優化

道路瀝青調和系統中，因受管道管徑和瀝青質流量計FFRC-102量程限制，道路瀝青產量最大只能達到1 600t/d，瀝青質不能完全去調和道路瀝青，部分瀝青質送焦化轉化成焦炭和干氣，影響裝置效益。為了提高道路瀝青產量，在油種合適時將全部瀝青質調和道路瀝青，計劃2017年大修對調和系統流程進行優化，即將調和瀝青管徑擴至DN150，FFRC-102由25 t/h擴量程至40 t/h，同時增加減壓渣油至半瀝青跨線，該項目在2017年煉油二系列大修時同步實施。

5 結語

（1）DeltaV控制系統自2013年投用實際運行，儀表完好率、自控率、平穩率分別由97%、90%、95%提高至99.5%、99.7%、97.2%。整個工藝系統運行穩定，滿足溶劑脫瀝青裝置生產控制需要。

（2）DeltaV控制系統能與分公司生產管理系統良好互聯，為生產數據實時監控、提高運行管理提供極大便利。

（3）DeltaV控制系統預留了20%備用安裝空間，可以在線增加測量點和控制回路，不影響正常生產，為技改技措的在線實施提供了有利條件。

（4）2015年加熱爐余熱回收系統儀表電纜出現故障問題，2015年11月通過在線更換儀表電纜，該問題得到解決。

（5）DeltaV控制系統目前存在歷史趨勢服務授權不足和OPC數采授權不足的問題，影響歷史趨勢數據查看和MES實時數據采集，建議采購增加授權。

參考文獻

[1] 張鵬.自動控制技術在裝置的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014（25）：2150-2151.