Foxboro DCS 系统在公用工程蒸汽控制中的应用

2020-10-27王冠骅席浩乐齐永生

化工自动化及仪表 2020年5期

关键词：中压设定值管网

王冠骅席浩乐齐永生

（中国石油兰州石化公司电仪事业部）

编号说明

FIC-0004——高压蒸汽转中压蒸汽流量控制回路；

FIC-0005——中压蒸汽转低压蒸汽流量控制回路；

HIC-1602——汽轮发电机产生的低压蒸汽设定值；

HIC-1603——汽轮发电机产生的中压蒸汽设定值；

M-002——汽轮发电机；

PDA-0017——高压蒸汽压力偏差报警；

PDA-0027——低压蒸汽压力偏差报警；

PDA-0028——中压蒸汽压力偏差报警；

PI-0039——高压蒸汽压力；

PI-0040——中压蒸汽压力；

PI-0041——低压蒸汽压力；

PIC-0017——高压蒸汽管网主压力控制回路；

PIC-0027——低压蒸汽管网主压力控制回路；

PIC-0028——中压蒸汽管网主压力控制回路；

PT-0017——高压蒸汽管网压力显示；

PT-0027——低压蒸汽管网压力显示；

PT-0028——中压蒸汽管网压力显示；

PT-0039——高压蒸汽的压力变送器；

PT-0040——中压蒸汽的压力变送器；

PT-0041——低压蒸汽的压力变送器；

PV-0027——低压蒸汽放空阀；

PY-0017——燃烧率高选控制器；

PY-0027——中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器；

PY-0028——高压蒸汽泄压高选控制器。

阿尔及尔SONATRACH 公司年产270 万吨炼油厂设有原油蒸馏装置、天然气装置、催化重整装置以及包括公用工程和非现场设施在内的相关辅助装置。该厂计划改造部分项目，以增加装置的综合产能，包括现有的公用工程和非现场设施。仪器现代化更新改造包括新的DCS、中央控制室等。为了增加蒸汽系统的自控投用率，采用Foxboro DCS 系统设计并实现控制系统。以下从该逻辑的高压蒸汽部分、中压蒸汽部分和低压蒸汽部分进行阐述。

1 高压蒸汽管网的压力控制

1.1 控制方式

根据生产需要，采用两个控制器来控制高压蒸汽压力，其中控制器PY-0017 通过燃烧率来控制高压蒸汽发生器的投用率，当高压蒸汽总管压力过高时则使用控制器PY-0028 将部分高压蒸汽排放至中压蒸汽管网。当设定好高压蒸汽的温度和压力值后，高压蒸汽管网主压力控制回路将输出值发送至PY-0028 和PY-0017。

1.2 功能说明

高压蒸汽管网主压力控制回路由两种相关联类型的模块DCONT 与DSPLIT 组成。高压蒸汽管网主压力控制的特征如图1 所示。

如图2 所示，高压蒸汽管网控制回路PIC-0017 的输出值设定到50%以上，输出作用于燃烧率高选控制器PY-0017；低于50%时，输出作用于高压蒸汽泄压高选控制器PY-0028。可以理解为：

a. 当PIC-0017 的输出增大时，控制器PY-0028 首先逐渐减小高压窜中压蒸汽流量，然后增加对高压蒸汽发生器的投用率，提高燃烧率；

b. 当PIC-0017 的输出减小时，控制器PY-0017 首先降低燃烧率，降低高压蒸汽发生器的投用率，然后逐渐增加高压窜中压的蒸汽流量。

图2 高压蒸汽主压力控制回路

在正常操作中，高压蒸汽泄压高选控制器PY-0028 不会被使用。燃烧率的高低控制高压蒸汽的产量。在燃烧率不能缓解高压蒸汽压力增加而蒸汽发生器处于调低的极限情况下时，高压蒸汽转中压蒸汽流量控制回路FIC-0004 将确保部分高压蒸汽排放至中压蒸汽管网。

调整参数的注意事项：在这种类型的配置中，输出信号的分割点为50%，比例增益系数Kp=2，即当压力控制器输出变化1%时，燃烧率变化2%。

PDA-0017 是PIC-0017 和PI-0039 的实时测量值的偏差报警。如果该偏差的值大于7%，则PDA-0017 显示最大值并发出故障报警。如果PI-0039 或PIC-0017 处于故障状态，则PDA-0017 同样显示最大值并故障报警。此报警是为了确保PT-0017 作为所有控制器的默认设置，如果相应的变送器出现故障，则控制器PIC-0017 将被强制成手动模式，其输出保持在最后的良好值。

2 中压蒸汽管网的压力控制

2.1 控制方式

通过控制降压站高压蒸汽到中压蒸汽、中压蒸汽到低压蒸汽和从汽轮发电机M-002 所产生的中压蒸汽，来维持中压管网中的蒸汽压力。

2.2 功能说明

中压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0028 中的DCONT 模块与PIC-0028 的输出相关联，具有3 个不同的输出，3 个输出值输送到对应的3 个控制器中。当中压蒸汽管网压力值设定好后，采用3 个控制器对中压蒸汽管网进行控制。在这种情况下，这些输出在不同的控制器中起作用，输出将由不同的控制器自动调整。

中压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0028 的输出值发送到：

a. 控制器PY-0028，通过高压蒸汽转中压蒸汽流量控制回路FIC-0004 将高压蒸汽释放到中压蒸汽管网；

b. 汽轮发电机M-002，产生中压蒸汽的设定值HIC-1603；

c. 控制器PY-0027，通过中压蒸汽转低压蒸汽流量控制回路FIC-0005 将中压蒸汽释放到低压蒸汽管网。

中压蒸汽管网主压力控制的特征如图3 所示，其中x%为汽轮发电机的负荷下限，该值可以调整。

图3 中压蒸汽管网主压力控制的特征

图3 中，在第1 范围（0.0%～33.3%），PIC-0028 的输出作用于控制器PY-0027；在第2 范围（33.3%～66.6%），PIC-0028 的输出作用于汽轮发电机M-002 的设备设定值HIC-1603；在第3 范围（66.6%～100.0%），PIC-0028 的输出作用于控制器PY-0028。控制原理如下：

a. 当中压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0028 的输出增大时，首先减小中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器PY-0027 的输出，然后通过增大汽轮发电机M-002 的设定值HIC-1603，提高汽轮发电机的中压蒸汽产量，最后增大高压蒸汽泄压高选控制器PY-0028 的输出；

b. 当中压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0028 的输出减小时，首先减小高压蒸汽泄压高选控制器PY-0028 的输出，然后通过减小汽轮发电机M-002 的设定值HIC-1603 降低汽轮发电机的蒸汽产量，最后增大中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器PY-0027 的输出。

中压蒸汽管网主压力控制回路如图4 所示。

图4 中压蒸汽管网主压力控制回路

2.3 附加阻止功能

汽轮发电机M-002 的设备设定值HIC-1603使用的是DHIC 模块，该模块具有自动/手动模式、偏置功能。在自动模式下，将中压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0028 的输出发送到汽轮发电机中压蒸汽设定值HIC-1603；在手动模式下，由操作员直接赋值实现控制；其偏置功能确保汽轮发电机不会达到关闭极限。

比较PIC-0028 和PIC-0017 的值，并选择二者中的最大值，将它作为高选控制器PY-0028 的输出传送至控制回路FIC-0004 作为远程设定值。

PDA-0028 是PIC-0028 和PI-0040 的实时测量值的偏差报警。如果该偏差的值大于15%，则发出故障报警。

3 低压蒸汽管网的压力控制

3.1 控制方式

通过控制降压站中压蒸汽到低压蒸汽、低压蒸汽放空以及汽轮发电机产生的低压蒸汽来保持低压蒸汽管网中的蒸汽压力。

3.2 功能说明

低压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0027 中的DCONT 模块与PIC-0027 的输出相关联，具有3 个不同的输出，3 个输出值输送到对应的3 个控制器中。低压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0027 由一个控制器、一个设备设定值和一个控制阀输出组成。

低压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0027 的输出值发送到：

a. 高选控制器PY-0027，确保通过流量控制回路FIC-0005 将中压蒸汽释放到低压蒸汽管网；

b. 汽轮发电机M-002，产生低压蒸汽的设定值HIC-1602；

c. 低压蒸汽放空阀PV-0027，以确保低压蒸汽释放到大气中。

低压蒸汽管网主压力控制的特征如图5 所示。

图5 低压蒸汽管网主压力控制的特征

在图5 中，在第1 范围（0.0%～33.3%），控制器PIC-0027 的输出作用于低压蒸汽放空阀PV-0027；在第2 范围（33.3%～66.6%），控制器PIC-0027 的输出作用于汽轮发电机低压蒸汽设定值HIC-1602；在第3 范围（66.6%～100.0%），控制器PIC-0027 的输出作用于中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器PY-0027。

控制原理如下：

a. 当低压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0027 的输出值增大时，首先关闭低压蒸汽放空阀PV-0027，然后通过增大汽轮发电机的低压蒸汽设定值HIC-1602 提高汽轮发电机产生的蒸汽，最后增大中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器PY-0027 的输出；

b. 当低压蒸汽管网主压力控制回路PIC-0027 的输出值减小时，首先减小中压蒸汽转低压蒸汽高选控制器PY-0027 的输出，然后通过减小汽轮发电机的低压蒸汽设定值HIC-1602 降低汽轮发电机产生的蒸汽量，最后通过增大低压蒸汽放空阀PV-0027 的开度提高低压蒸汽的放空量。

低压蒸汽管网主压力控制回路如图6 所示。