火电厂输煤系统P&ID设计与电气自动化功能实现

汤洋+王建楠+纪林

摘 要：在散料输送的国际成套项目中，P&ID的设计占据着十分重要的位置，它是工艺系统的设计核心，其他专业都在为了实现P&ID中的功能而工作。而在火电厂输煤系统中，P&ID的设计工作则主要集中在控制与仪表方面。控制与仪表的自动化程度是一个项目现代化程度的重要指标，因此火电厂输煤系统的P&ID设计就显得尤为重要。文章阐述了火电厂输煤系统P&ID的设计方法，并结合具体项目提出了一种可行的电气自动化实施方案。

关键词：输煤系统；P&ID；电气自动化

1 火电厂输煤系统

火电厂输煤系统是指从卸煤设备起到锅炉原煤料斗的整个工艺流程，它是火电厂最大的辅助系统，一般包括卸煤系统、储煤系统、上煤系统、配煤系统[1]。

卸煤系统是将来自公路、铁路、海运的煤卸载至火电厂用于发电。目前国际项目中基本上是通过公路或者海运进行煤的运输。

为防止特殊情况下原煤供应中断，火电厂需储存一定量的原煤以保证锅炉的连续运转。通过皮带输送机与堆取料机完成堆取料的工艺过程，储煤系统通常有自己的控制系统，并配备抑尘等辅助系统。

上煤系统即通过斗轮机、皮带输送机将原煤输送至锅炉原煤料斗的过程。本系统既是原煤的输送过程，也是原煤的处理过程，通常有称重、破碎、除铁、金属探测、抑尘、采样等多道工序。

配煤系统即通过卸料小车与皮带输送机将原煤卸至锅炉的原煤料斗，是整个输煤系统的终点。

2 P&ID设计

2.1 什么是P&ID

P&ID（Piping & Instrumentation Diagram），即管道与仪表流程图，通常是在一张A0或A1图纸中表示出整个项目的工艺流程、所用设备、设备编号、管道信息、设备互锁、信号传输、电机驱动以及仪表参数等信息，在国际成套项目中，它应当是设计阶段的核心文件，是指导设备和管路安装、运行、维修等最重要的工艺设计资料[2]，广泛应用在石化、电厂项目中。

2.2 P&ID设计前的准备工作

2.2.1 PFD

PFD（Process Flow Diagram），即工艺流程图，一般来说，它只需将整个生产过程表述明白就可以了，不必将所有的阀门、管件、仪表都画出来，而P&ID设计则包括上述信息[3]。但是PFD是P&ID设计的基础，在进行P&ID设计之前，设计者应熟悉PFD，在PFD的基础上进行下一步工作。

2.2.2 编号系统

P&ID设计要求有一套详细的编号原则，并对项目所有设备进行编号。在进行编号原则设计时，需充分考虑总体工艺流程及各单机设备的运行原理，按照区域与功能设计出尽可能合理的编号原则。由于火电厂的输煤系统涉及的设备多且工艺复杂，不严谨的编号原则会造成编号的混乱，影响P&ID整体质量。

2.2.3 标准依照

目前P&ID的设计有三个可依照的标准：欧标：ENISO10628-2000，美标：ANSI/ISA-5.1～5.5，国标：《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号》HG/T 20505-2000。在进行火电厂输煤系统P&ID设计时，需根据业主要求或项目所在地选择相关标准，现阶段国际火电厂输煤系统P&ID设计以美标应用为主。

2.3 火电厂输煤系统P&ID设计工作要点

2.3.1 图例

在P&ID设计中，首先要完成的就是图例的设计，有了图例，才能让看图的人读懂设计者所想要表达的信息。图例设计需严格按照相关标准与项目实际情况，设计出仪表代号、仪表符号、连线符号等的图例。

2.3.2 仪表标注

对于火电厂输煤系统中所涉及的仪表，P&ID中需要表示出以下信息：（1）仪表大致位置。虽然P&ID中无法量化标注仪表安装位置，但是在作图的时候也应该按照实际的工艺情况表示出仪表的大概安装位置，否则会影响最终的HAZOP（Hazard and Operability Analysis，危险与可操作性分析）结果。（2）仪表信息。通过图例中的图形与文字符号，表示出仪表的作用、仪表编号、是否有计算功能、是否本地安装、是否本地显示、是否有指示灯等信息。（3）信号传输与互锁。对于仪表所传输的信号，也应对其进行编号，多数情况下信号的编号可以与仪表编号相同，特殊情况应按照统一标准进行调整。信号类型、传输方式、模拟量阈值、互锁关系等信息均需要在P&ID中表示出来。

2.3.3 电机标注

由于设备中驱动电机的控制逻辑往往比较复杂，想在P&ID中完整地表示出相关逻辑关系多数情况下是不现实的，但是为了项目HAZOP研究的需要，驱动电机的部分信息还是需要在P&ID中表示出来的，如：电机编号、电机类型、是否有机旁控制，是否有运行反馈，是否有远程控制，远程控制如何进行，是否有急停按钮以及相关的互锁信息等。

3 电气自动化实现方案

下面以巴基斯坦FFBL自备电厂项目输煤系统为例，浅谈在P&ID设计之后电气自动化的实现方案。

3.1 系统搭建

随着电站控制技术水平和管理水平的提高，电站辅助控制系统联网一体化已逐渐成为新建电站的典型设计[4]。本项目使用两台西门子S7400 PLC组成冗余系统，通过以太网交换机实现与上位机DCS系统的数据传输，通过光纤将主PLC与4个远程分站通讯，每个远程分站下挂西门子ET200M构成PROFIBUS-DP光纤子网，利用13个接线箱采集单机设备PLC以及各个仪表的信号并传输至远程分站，从而形成完整的集控系统。

3.2 仪表

本项目输煤系统涉及的主要仪表如下：地磅、雷达料位计、行程开关、皮带秤、拉绳开关、跑偏开关、零速开关、声光报警器、堵料开关、金属探测器。由于每种仪表均有不同的型号，不同型号仪表性能均有不同，选型时按照P&ID中所设计的功能及现场工况进行具体选择。

3.3 电机控制

本项目皮带驱动电机由煤系统主PLC所在电力室进行集中供电与控制。在驱动电机附近设置按钮盒，可以实现本地/远程控制的转换与调试过程中设备的单动，并设有急停按钮，当出现紧急状况时工作人员可以通过急停按钮实现设备的急停，避免了危险情况的发生。通过对电机运行信号的采集与PLC程序逻辑的设计，可大大提高电机运转的可靠性与安全性，从而保障整个系统的平稳运行。

4 结束语

一套完整的P&ID并非一个人或单一专业可以完成的，其中涉及机械、仪表、控制、给排水等多个专业，各专业需通力协作才能更好地完成工作。通过P&ID设计可以有效地分析出项目当前设计阶段的隐患，提高系统合理性。而电气自动化作为火电厂输煤系统P&ID设计中的主角，P&ID对整体电气自动化设计工作的帮助更是巨大的。随着国内装备制造业的萧条，越来越多的有实力的大公司将目光投向了海外，但是机遇往往伴随着风险，国际项目相比国内项目来说，往往有着更严格的技术审查与要求，实力不足的公司稍不注意就会折戟沉沙。面对更加严峻的挑战，作为设计人员就不能故步自封，一定要积极地学习新鲜知识，提升自身的国际化水平。

参考文献

[1]陈铮.火力发电厂输煤控制系统的研究[D].2011.

[2]吴伟中.油脂工艺流程图PFD/P&ID系统的研制[J].粮油加工，2009（10）.

[3]谢文宁.国际工程散货装卸工艺（P&ID）设计方法研究[J].港口装卸，2013（3）.

[4]许应宏.电站辅助DCS及全功能控制系统发展展望[J].中国电力，2000（1）.