硫磺裝置制硫爐順控邏輯開發(fā)與應(yīng)用

王福兵

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某公司硫磺裝置制硫工藝采用Claus工藝，技術(shù)成熟，硫回收率高，尾氣SO2排放體積分?jǐn)?shù)滿足環(huán)保要求。該裝置分為硫磺回收、液硫脫氣、尾氣加氫還原、尾氣胺液吸收、尾氣焚燒5個單元。該裝置原料氣來源有兩部分： 一部分來自上游胺液再生裝置和再生塔的再生酸性氣(AAG)，另一部分來自上游酸性水汽提裝置的汽提酸性氣(SWS)，一期、二期制硫部分的產(chǎn)能分別為60 kt/a和240 kt/a。

硫磺回收單元包括： 在制硫燃燒爐內(nèi)發(fā)生的熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)發(fā)生的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)以及在硫冷凝器內(nèi)發(fā)生的硫磺的氣態(tài)、液態(tài)轉(zhuǎn)化反應(yīng)。該裝置酸性氣進(jìn)料中φ(H2S)>5%，故采用部分燃燒法回收硫磺，即在制硫燃燒爐內(nèi)通過控制一定量的配風(fēng)，H2S燃燒轉(zhuǎn)化成Sx(以S2表示)和SO2。

制硫爐儀表順控邏輯和聯(lián)鎖保護(hù)程序與工藝生產(chǎn)過程結(jié)合緊密，涉及面廣，調(diào)試難度大。常規(guī)儀表測量控制功能由分散控制系統(tǒng)(DCS)實現(xiàn)，裝置停工聯(lián)鎖、設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖、制硫爐點(diǎn)火順控邏輯由安全儀表系統(tǒng)(SIS)實現(xiàn)。SIS選用TRICON控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、信號記錄和安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。

1 制硫爐順控邏輯開發(fā)難點(diǎn)

因制硫爐順控邏輯和聯(lián)鎖保護(hù)程序與工藝生產(chǎn)過程結(jié)合緊密，操作復(fù)雜，存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

1)SIS主要包含工藝聯(lián)鎖停車、制硫爐開工順控邏輯、設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖三大功能塊，在實際操作中同一個SIS I/O信號和中間變量在三大功能塊之間相互交叉引用，關(guān)聯(lián)制約。開發(fā)制硫爐順控邏輯程序不僅要求儀表技術(shù)人員熟練掌握SIS I/O信號和中間變量測量控制原理和聯(lián)鎖邏輯，同時需要熟悉裝置工藝生產(chǎn)流程和開停工操作過程，熟悉因工藝操作變化導(dǎo)致相應(yīng)的儀表信號變化，儀表信號的變化觸發(fā)制硫爐順控邏輯按照預(yù)先設(shè)定的操作步驟執(zhí)行工藝開停工程序，以達(dá)到降低勞動強(qiáng)度、消除工藝誤操作隱患的目的。通常儀表專業(yè)人員不熟悉工藝生產(chǎn)過程，這是一個難點(diǎn)。

2)硫磺裝置設(shè)計工藝包中沒有提供相應(yīng)的儀表順控邏輯設(shè)計程序，儀表專業(yè)需要根據(jù)工藝專業(yè)開停工方案并結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗開發(fā)匹配的順控邏輯程序以及人機(jī)界面(HMI)，順控程序如何做到與工藝生產(chǎn)過程緊密結(jié)合，滿足工藝要求，安全可靠，這又是一個難點(diǎn)。

3)制硫爐開工操作過程復(fù)雜，開工過程分為正常開工和發(fā)生緊急停車后的緊急開工，兩者工藝操作步驟不一樣，但儀表測量和控制信號一樣。由于工藝操作步驟較多，SIS I/O信號以及順控邏輯回路數(shù)量較大，程序也較復(fù)雜。

4)制硫爐燃燒器和點(diǎn)火槍點(diǎn)火控制模塊一般由設(shè)備廠家成套供貨，成套設(shè)備自帶的燃燒器和點(diǎn)火控制模塊相關(guān)儀表聯(lián)鎖和控制信號也需要接入制硫爐順控邏輯程序中，成套設(shè)備聯(lián)鎖控制程序開發(fā)經(jīng)驗不足，現(xiàn)場聯(lián)合調(diào)試過程復(fù)雜。

2 制硫爐順控邏輯開發(fā)思路

制硫爐開工過程主要有裝置聯(lián)鎖邏輯復(fù)位、點(diǎn)火槍點(diǎn)火前系統(tǒng)吹掃、點(diǎn)火槍點(diǎn)火、主燃燒器點(diǎn)火、引再生酸性氣、燃料氣噴嘴停用、引汽提酸性氣7個關(guān)鍵步驟，在每個步驟啟動前需要確定前一個步驟已經(jīng)完成且相關(guān)儀表信號已經(jīng)反饋至順控系統(tǒng)，否則順控系統(tǒng)將不允許進(jìn)行下一步操作。

2.1 裝置聯(lián)鎖邏輯復(fù)位

該步驟要求制硫爐開工前確認(rèn)儀表信號初始狀態(tài)，檢查判斷開車條件，主要確認(rèn)項有： 制硫爐爐膛壓力、制硫爐中壓蒸汽汽包液位、點(diǎn)火瓦斯氣壓力正常、制硫爐火檢信號處于熄滅狀態(tài)、點(diǎn)火槍瓦斯切斷閥、燃燒器主瓦斯切斷閥、氮?dú)獯祾咔袛嚅y、再生酸性氣和汽提酸性氣切斷閥關(guān)閉，所有開車條件需要全部滿足后方可進(jìn)行下一步開工操作。

2.2 順控模式判斷和點(diǎn)火槍點(diǎn)火

該制硫爐順控模式(IMODE)的判斷是順控邏輯正常運(yùn)行的關(guān)鍵，制硫爐順控模式邏輯判斷流程如圖1所示。

圖1 制硫爐順控模式邏輯判斷流程示意

工藝人員現(xiàn)場啟動制硫爐風(fēng)機(jī)，確認(rèn)尾氣焚燒單元開工正常后，首先進(jìn)行制硫爐系統(tǒng)吹掃，吹掃完成后開始制硫爐點(diǎn)火，點(diǎn)火操作分為正常開工點(diǎn)火和緊急停工后點(diǎn)火，正常開工點(diǎn)火過程是先點(diǎn)點(diǎn)火槍，點(diǎn)火槍正常點(diǎn)火后順控程序允許點(diǎn)主瓦斯火嘴，點(diǎn)火成功后停用點(diǎn)火槍。隨后制硫爐升溫，溫度達(dá)到設(shè)計預(yù)定值后再引入再生酸性氣伴燒，進(jìn)料負(fù)荷達(dá)30%后停主瓦斯火嘴，繼續(xù)引入汽提酸性氣后制硫爐開工操作完成。正常開工順控邏輯流程如圖2所示。

圖2 正常開工順控邏輯流程示意

制硫爐正常開工時選用燃料氣模式，當(dāng)發(fā)生緊急停車后再重新開工時可選用再生酸性氣模式，當(dāng)順控系統(tǒng)判斷爐膛溫度大于850 ℃時，允許操作人員直接將再生酸性氣引入制硫爐內(nèi)，實現(xiàn)裝置快速開工的目的。當(dāng)爐膛溫度范圍在600～850 ℃時，則需先點(diǎn)燃點(diǎn)火槍，再選用AAG模式直接引入再生酸性氣實現(xiàn)制硫爐開工，無需再點(diǎn)燃主瓦斯火嘴，也可以更穩(wěn)妥地選擇燃料氣模式按照正常開工步驟開工。

3 一期和二期硫磺裝置制硫爐順控差別

1)二期硫磺裝置制硫爐順控系統(tǒng)在開工初期自動旁路制硫爐主風(fēng)、主瓦斯、再生酸性氣流量低低聯(lián)鎖邏輯，是待制硫爐主風(fēng)、主瓦斯和再生酸性氣正常引入后自動取消旁路功能，一期硫磺順控系統(tǒng)沒有該功能。

2)二期硫磺裝置順控系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)主瓦斯點(diǎn)火正常隨后熄滅點(diǎn)火槍后，不允許再次點(diǎn)燃點(diǎn)火槍，而一期硫磺順控系統(tǒng)允許再次點(diǎn)燃點(diǎn)火槍。

3)二期硫磺裝置順控系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)點(diǎn)火槍正常著火后點(diǎn)主瓦斯火嘴時，主瓦斯切斷閥和制硫爐主風(fēng)切斷閥同時打開，而一期硫磺順控系統(tǒng)點(diǎn)主瓦斯火嘴時設(shè)定為兩步，先打開制硫爐主風(fēng)切斷閥，再打開主瓦斯切斷閥。

4)二期硫磺裝置順控系統(tǒng)主要控制瓦斯、主風(fēng)和酸性氣切斷閥的開關(guān)動作順序，而對應(yīng)的控制閥開度沒有限制，由工藝操作人員根據(jù)實際工況自行調(diào)整；一期硫磺順控系統(tǒng)不僅控制瓦斯、主風(fēng)和酸性氣切斷閥的開關(guān)動作順序，還限制對應(yīng)的控制閥開度。

5)一期硫磺裝置順控系統(tǒng)有閥門故障檢測功能，當(dāng)發(fā)出閥門動作指令后對應(yīng)的閥門位置回訊信號可及時反饋至順控系統(tǒng)，否則順控系統(tǒng)將發(fā)出閥門動作故障報警，提醒工藝人員現(xiàn)場檢查確認(rèn)，二期硫磺順控系統(tǒng)沒有設(shè)計該功能。

4 制硫爐順控改進(jìn)點(diǎn)及注意事項

1)制硫爐瓦斯管線和配風(fēng)管線切斷閥的位置回訊信號參與順控邏輯判斷，在裝置正常生產(chǎn)過程中瓦斯線和風(fēng)線切斷閥基本不動作，當(dāng)發(fā)生非計劃停車后需要重新開工時，由于現(xiàn)場切斷閥回訊開關(guān)經(jīng)常不能及時反饋信號導(dǎo)致裝置不能順利開工，且在日常生產(chǎn)過程中不具備條件測試切斷閥位置回訊信號，隨著裝置長周期運(yùn)行，該類故障發(fā)生的概率逐漸上升，需要利用裝置停工檢修時機(jī)安排測試或提前更換瓦斯線和風(fēng)線切斷閥位置接近開關(guān)。

2)一期硫磺裝置順控系統(tǒng)點(diǎn)主瓦斯火嘴時設(shè)定為兩步，先打開制硫爐主風(fēng)切斷閥，再打開主瓦斯切斷閥，主風(fēng)切斷閥的全開回訊信號沒有作為順控系統(tǒng)發(fā)出打開主瓦斯切斷閥指令的判斷條件，后續(xù)利用裝置停工檢修時機(jī)完善了該項內(nèi)容。

3)制硫爐點(diǎn)火槍點(diǎn)火控制模塊是由設(shè)備廠家成套供貨，在點(diǎn)火過程中，現(xiàn)場操作盤內(nèi)點(diǎn)火繼電器需要向順控系統(tǒng)反饋點(diǎn)火啟動的閉合干接點(diǎn)信號，當(dāng)點(diǎn)火失敗后，點(diǎn)火啟動信號自動斷開。在一次制硫爐開工點(diǎn)火過程中，由于點(diǎn)火繼電器故障，在點(diǎn)火槍實際沒有點(diǎn)火操作時仍然向順控系統(tǒng)反饋點(diǎn)火啟動信號，導(dǎo)致順控系統(tǒng)控制邏輯錯誤無法正常點(diǎn)火，故在裝置開工前提醒工藝人員提前檢查點(diǎn)火啟動信號是否正常。

4)硫磺裝置尾氣焚燒爐開工順控邏輯和制硫爐順控邏輯總體類似。尾氣焚燒爐開工吹掃模式的判斷條件是尾氣焚燒爐聯(lián)鎖復(fù)位，尾氣焚燒爐開車條件滿足，主要開車條件是瓦斯切斷閥關(guān)閉，火檢信號無反饋，為防止因現(xiàn)場閥門位置回訊故障影響尾氣焚燒爐正常開車，設(shè)計了閥門位置回訊旁路功能。但在一次尾氣焚燒爐開工過程中，工藝人員將所有尾氣焚燒爐開工閥門位置回訊全部旁路，當(dāng)尾氣焚燒爐進(jìn)入點(diǎn)火階段時，相關(guān)瓦斯切斷閥需要動作，此時應(yīng)該不能滿足開車條件，但由于閥門位置回訊全部處于旁路狀態(tài)，導(dǎo)致尾氣焚燒爐點(diǎn)火槍點(diǎn)火正常后，開車條件仍能滿足，然而尾氣焚燒爐順控邏輯出現(xiàn)故障，無法正常進(jìn)入下一步操作程序。因此，提醒操作人員開工前不能全部旁路閥門位置回訊，至少投用一條閥門位置回訊信號判斷條件。

5 結(jié)束語

該制硫爐順控系統(tǒng)投用效果良好，人機(jī)畫面友善，能有效減少工藝人員誤操作的隱患和勞動強(qiáng)度，滿足工藝生產(chǎn)要求，裝置自動化程度進(jìn)一步提高，為國內(nèi)同類裝置儀表順控邏輯開發(fā)提供了參考和借鑒。

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