鍋爐裝置安全儀表系統硬件擴容改造

牛希洋

（蘭州石化公司檢維修中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

蘭州石化公司動力車間現有3 臺燃氣中壓蒸汽動力鍋爐（1#、2#、3#），每年4 月至10 月運行1～2 臺鍋爐，11 月至次年3月份運行2～3 臺鍋爐。1#鍋爐為75 t/h 燃氣鍋爐，始建于2001年10 月，2003 年4 月投產，1#鍋爐配備徐州燃控高效非低氮燃燒器，燃料為煉油廠混合干氣，主要由瓦斯、氫氣、天然氣構成，燃料氣組份變化幅度較大。由于原來使用的是非低氮燃燒器，且煉油廠混合干氣中氮化合物及助燃空氣中氮氣的影響，導致鍋爐排煙中氮氧化物（NOx）長期超標，超標值最高為400 mg/m3。現行GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》中要求NOx≤100 mg/m3。

1 鍋爐工藝介紹

鍋爐裝置就要由8 部分組成：鍋爐給水系統、蒸汽系統、瓦斯干氣系統、天然氣系統、自用蒸汽系統、冷卻水系統、儀表空氣系統和氮氣系統。鍋爐裝置使用的一級除鹽水由動力車間第二套500 t/h 除鹽水裝置供應，燃料氣由煉油廠泵房供應。鍋爐生產的中壓蒸汽主要供煉油區蒸汽透平動力用汽和一部分工藝加溫用汽，剩余部分經減溫減壓器降級為低壓蒸汽，低壓蒸汽主要供煉油區動力用汽、工藝加溫用和生活區冬季采暖用。

2 鍋爐控制系統組成

1#燃氣鍋爐及公用工程部分由DCS 系統做常規的監控操作，使用的DCS 系統為美國艾默生過程控制公司提供的DeltaV系統，聯鎖邏輯由DeltaV 系統中的SIS 控制系統完成。分散控制系統DCS（Distributed Control System），它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機（Computer）、通信（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）4C 技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。安全儀表系統SIS（Safety Instrumented System）是一套組件，包括傳感器、邏輯解算器（Logic Solver）以及最終控制元件，其目的是在出現預定的危險狀況時，讓過程進入安全狀態。安全儀表系統包括硬件、軟件及執行關閉功能所必需的所有現場設備。鍋爐裝置DCS 控制系統結構如圖1 所示。

圖1 DCS 控制系統結構

其中包括：3 臺操作員站，均可用于1#鍋爐DCS 控制系統各畫面的切換及參數的監控、操作；1 臺為工程師站，可組態過程控制軟件、診斷、監視過程控制站運行情況，供DCS 工程師開發、測試、維護DCS 系統使用；1 臺為應用站，用于支持DeltaV系統與其他網絡的通信，如與工廠管理網之間的連接；1 組現場控制站，由控制器、I/O 子系統、電源單元、現場總線和專用機柜組成，采用分布式結構，擴展性強。鍋爐裝置DCS 控制系統I/O子系統包括模擬量輸入輸出卡件、數字量輸入輸出卡件、邏輯控制器等。

3 控制系統擴容改造

3.1 根據I/O 點增加機柜

在此次鍋爐降低氮氧化物升價改造中需要更換4 臺進口燃燒器，根據廠商提供的供貨清單，每臺燃燒器配備1 個溫度檢測和控制回路，1 個壓力檢測和控制回路，1 個流量檢測控制回路，關斷閥及電磁閥6 臺，2 個火焰檢測回路。燃氣總線加入4 個壓力檢測回路，1 個流量檢測控制回路，1 個壓力檢測控制回路和3 臺關斷閥等。

經計算，本次改造共需I/O 點數：模擬量64 點；數字量128點。將聯鎖相關的測量和控制點進入SIS 系統，剩余所有測量和控制點進入DCS 系統，利用原有舊系統的部分通道后，還剩余7個模擬量點數進入DCS 系統，剩余23 個點數（AIR 點7 個、DI點4 個、DOR 點12 個）進入SIS 系統，因此還需增加2 塊模擬量輸入卡（AI）、2 塊冗余邏輯解算器（Logic Solver）。原有機柜內已無空間安裝相應卡件，只能增加一面系統柜，并配備系統電源、冗余控制器、I/O 卡件、邏輯解算器等設備（表1）。

表1 新增機柜I/O

3.2 實現機柜間通信

標準控制網絡是單獨的以太局域網絡，提供控制器和工作站之間以及控制器之間的通信。它使用交換機實現通信連接。控制網絡專用于DeltaV 系統，不能連接其他設備。將新增機柜的控制器通過電纜連接到主副交換機，如圖2 所示，并設置好IP地址，實現控制器之間以及和工作站之間的通信。

圖2 控制網絡

3.3 利用SISNet 中繼器實現遠程邏輯解算器通信

（1）邏輯解算器（SLS）：包含邏輯處理功能并為16 個I/O通道提供了接口，這些通道可以組態為離散輸入、離散輸出、模擬量輸入（HART）以及HART 二位輸出通道。邏輯解算器和接線端子安裝在8-寬底板上。DeltaV SIS 支持單一和冗余邏輯解算器。邏輯解算器通過底板上的雙通道，本地對等總線（Local Peer Bus）和Remote Peer Ring，來進行通信。本地邏輯解算器由同一個DeltaV 控制器管理，而遠程邏輯解算器由不同的DeltaV 控制器管理。邏輯解算器由DC 24 V 電源供電，該電源與驅動DeltaV 控制器和I/O 卡件的電源是分開的。邏輯解算器安裝在8-寬底板的奇數（1、3、5、7）插槽內。單一邏輯解算器使用兩個插槽，冗余邏輯解算器使用4 個插槽。

（2）SISNet 中繼器：可以將通信擴展到連接同一個DeltaV控制器的本地邏輯解算器之外，并通過光纖環將全局信息傳播到遠程邏輯解算器中。全局信息指用于所有邏輯解算器的信息。SISNet 中繼器安裝在2-寬底板上。每個底板上都有一個主SISNet 中繼器和一個副SISNet 中繼器。

（3）鍋爐控制系統控制柜內設備如圖3 所示：DeltaV 控制器和帶有標準DeltaV I/O 子系統的部分和DeltaV SIS 的8-寬底板相連接，通過底板擴展電纜和本地對等總線擴展電纜實現通信，其中DeltaV SIS 的8-寬底板上安裝有邏輯解算器、SISNet中繼器和帶終端的1-寬底板；新增加的機柜內設備，由DeltaV控制器、I/O 子系統、邏輯解算器、SISNet 中繼器和帶終端的1-寬底板組成。

圖3 SISNet 中繼器通信連接

SISNet 中繼器底部有發送端和接收端兩個光纖接口，如圖4 所示。

圖4 SISNet 中繼器底部視

根據SISNet 中繼器功能，將原有機柜內SISNet 主副中繼器和新機柜內SISNet 主副中繼器連接接收端和發送端，發送端和接收端，分別構成光纖環，就可以有兩個信號路徑，當一對SISNet 中繼器中的一個出現故障時，另一個信號路徑正常工作，如圖5 所示。

圖5 SISNet 中繼器光纖環

4 結論

隨本次1#鍋爐燃燒器升級改造，控制系統在原來控制系統的基礎上進行了擴展，增加了1 個控制柜，通過控制網絡交換機實現新舊控制柜間所帶設備的控制要求，通過SISNet 中繼器實現新老控制柜間SIS 系統的快速通信，可以滿足改造后低氮燃燒器的邏輯組態要求。