ECS-700在重油制烯烃装置中的应用

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泰州东联石化有限公司新建成的100 Million tons/year的重油制烯烃装置。控制系统采用浙大中控ECS-700系统。该系统具备完备的冗余功能, 可实现网络冗余、控制器冗余、IO卡件冗余。控制站所有卡件均按智能化设计, 均采用专用微处理器, 在系统内部实现全数字化的数据传输和数据处理。系统实现了重油制烯烃装置所需要的各种控制方案, 保证了重油制烯烃装置的正常运行。

一、ECS-700系统结构

ECS-700系统由控制节点 (控制站及配套设备) 、操作节点 (操作员站、工程师站、数据站、AMS站等) 及系统网络 (包括信息管理网、过程信息网SOnet、过程控制网SCnet、I/O总线) 等构成。

ECS-700系统系统具备良好的扩展性和开放性, 可通过增加控制节点、操作节点、系统位号、方便的扩大系统规模。该系统支持通过PROFIBUS、Modbus、OPC多种方式与第三方系统连接, 并支持标准以太网连接信息管理网, 共享数据。

ECS-700具有独特的系统“域”的管理功能。可以根据实际的控制系统的规模和结构, 可以将ECS-700控制系统划分成一个或多个“控制域”和“操作域”, 每个“操作域”可以同时监控多个“控制域”, 并对这些“控制域”进行联合监控。ECS-7OO系统通过“域”的管理, 有效地减少了系统网络的负荷, 从而保证了在大规模系统构建下过程控制网SCnet网的实时性。 (见示意图1)

(示意图1)

ECS-700在整个系统中为保证大型系统的数据的安全与保存, 特地增加“数据服务器”和“历史数据服务器” (见示意图2) 。

1.“数据服务器”提供报警历史记录、操作域变量实时数据服务 (包括异构系统数据接入等) , SOE服务, 并向应用站提供实时和历史数据。“数据服务器”可进行冗余配置, 当工作服务器发生故障或者检修的时候, 会自动切换, 保证客户断的正常工作。

2.“历史数据服务器”用于接收、处理和保存历史趋势, 并向应用站提供历史数据。“历史数据服务器”可冗余配置, 通常与“数据服务器”合并使用。

(示意图2)

二、装置系统的总体设计

该控制系统由1台监视站、1台工程师站、和1套过程控制网络构成。中央控制室内的5台操作站、1台组态服务器、1台数据服务器使用600m的光纤接入控制室的网络柜。总体设计中, 东联公司重点考虑并在系统中实现一下几点。

1. 安全实现

重油制烯烃装置化学反应速度快、高温高压、易燃易爆、有毒气体多。整个装置控制点多, 复杂回路多, 流程复杂, 工艺与设备联锁多。这就要求我们不仅要在生产装置和工艺操作上要考虑整个系统的安全可靠性, 而且在自动化设备选择上与控制方案的设计时要考虑意外情况的有效解决方案, 从而在硬软件上保证生产过程的安全和快速反应。在安全性上主要有这些考虑:a) 控制系统与现场设备之间的模拟量AI和AO点全部采用P+F隔离式安全栅进行隔离。开关量输入和输出DI和DO点全部采用浙大中控继电器端子板, 进行安全隔离。b) 提升管、沉降器和再生器的温度点均采用带切断阀的热电偶, 以防止内部磨穿, 内部高温油气喷出导致的安全事故。c) 采用带声光报警的可燃气体和H2S毒性气体报警仪监视整个生产过程中的各类气体的排放。d) 在组态设计时, 把不同的装置分成不同的控制域和操作域, 并分成多个操作小组, 不同的操作小组对应不同级别的操作人员, 以对不同级别的操作人员的操作行为进行限制, 以防止误操作。

2. 确保可靠

在正常生产时, 如果控制系统不能进行准确而可靠的操作, 则会发生生产危险, 特别是生产装置出现异常时, 则更需要控制系统准确、及时的操作, 轻则造成装置停车, 重则会酿成重大的安全事故。例如:沉降器与再生器的两器压差的操作范围十分窄, 常在10%之内, 而且变化十分快, 一旦操作失误或者设备故障, 往往会发生非常难以预料的严重后果。所以整个装置在仪表设备上选择时, 主要有以下几点考虑和设计: (a) 仪表设计上, 全部采用国内外知名品牌的现场设备, 如:现场变送器 (ROSEMOUNT、EJA) , 调整型流量计 (安为机电) , 楔形流量计 (ABB) , 调节阀 (上海大通、KOSO、萨姆森) , 切断阀 (TYCO) , 电磁阀 (ASCO) 。 (b) 整个系统220V供电采用一路UPS, 一路市电的冗余设计, 以防止供电发生意外, 造成意外事故。控制系统的主控卡, 数据转发卡, 带重要控制点的卡件, 交换机等均采用的双重冗余设计。c) DCS设计中加入了辅操台的设计, 在DCS上联锁停车系统也采用软、硬结合的方式, 操作人员既可以在辅操台上的按钮实现, 又可操作计算机在操作画面上的软按钮实现。

3. 功能增强

在现在装置的仪控设计中, DCS负责生产操作, SIS负责安全联锁。两个同时工作, 一个主动, 一个被动。但是两个还是有许多交叉的地方, 这就容易成为监控和操作的盲区。为了防止工艺操作人员更好的全面掌握工艺重要联锁参数和大机组 (烟机、主风机、气压机等) 的运行质态。在本次DCS设计中, 特意加上了2块数据通讯卡, 采用MODBUS RTU通讯协议把SIS系统重要的数据上传至DCS系统, 在流程图画面中, 提取SIS数据, 做出流程画面, 以实现在DCS上也可以监控重要参数的功能, 受到操作人员的好评。

4. 全面实现自动控制

重油制烯烃装置操作要求高, 工艺流程长, 反应速度快, 大机组控制多, 特别两器反应部分和大机组控制部分是整个装置的重中之重, 反应速度非常快, 有效操作范围十分窄, 工艺设备联锁多。因此自动控制在生产中就显得特别重要, 它不仅能够减轻操作人员的劳动强度, 提高装置的整体运行效率, 而且还能提高产品的质量和产量。

该装置测点多, 回路多, 整套系统共使用:220ADV电源柜1个, 24V电源柜1个, 系统柜2个, 网络柜1个, 安全栅柜7个, 继电器柜1个。AI卡87块 (含冗余) , AO卡26块 (含冗余) , DI卡6块, DO卡4块 (含冗余) , 通讯卡4块。实际使用点数点, AI点950点个, AO点170个, DI点130个, DO点38个, 共使用整个装置以简单控制回路为主, 还有部分复杂控制回路, 如:超驰控制, 分程控制, 比例控制, 串级控制等。整体系统构架图如下

整体系统构架图

三、主要控制方案的实现

1. 提升管反应温度控制系统提升管反应器出口温度 (TE101A) 调

节器 (反作用) 与再生滑阀压降 (PDT106A) 调节器 (正作用) 组成超弛控制系统, 以实现再生滑阀 (TV101A) 的低压差软限保护, 防止催化剂倒流 (见原理图3) 。

正常工况时, 再生滑阀压降总是大于其给定值 (一般约为10k Pa) , 再生滑阀由提升管反应器出口温度调节器直接控制, 再生滑阀压降调节器处于自动跟踪状态;在异常工况时, 即当再生滑阀压降低于其给定值时, 低值选择器就会自动选择再生滑阀压降调节器的输出值去控制再生滑阀 (此时提升管反应器出口温度调节器则处于自动跟踪状态) , 以维持再生滑阀有一定压降, 防止催化剂倒流。待再生滑阀压降正常后, 提升管反应器出口温度调节器又投入控制。

(原理图3)

2. 再生器、沉降器差压与再生器压力控制为保证催化剂循环量和主风机器的安全运行, 采用再生器—沉降器差压调节器 (反作用) 和再生器压力调节器 (反作用) 组成自动选择调节系统 (原理图4) 。

当再生器与沉降器差压在正常范围内时, 再生器压力调节器分程控制烟机入口高温蝶阀和双动滑阀, 以维持再生器压力的恒定;当反应压力异常降低, 使再生器与沉降器的差压正向超过安全给定值 (70k Pa) 时, 自选调节系统的两器差压调节器就无扰动地自动取代再生器压力调节器进行控制, 自动调低再生器压力以维持两器差压在允许的范围内, 此时, 烟机入口蝶阀和烟气双动滑阀改为受两器差压调节器控制。当再生器与沉降器差压恢复到给定值范围内时, 系统又无扰动地自动返回再生器压力控制烟机入口高温蝶阀和烟气双动滑阀。

当反应压力异常升高使再生器与沉降器的差压低于安全给定值 (10k Pa) 时, 自动选择调节系统是无能为力的, 当再生器与沉降器的差压继续降低可通过SIS实行装置停车。再生器压力调节器同时与烟机转速调节器组成超弛 (低选) 控制回路, 实现烟机超转速软限保护

(原理图4)