DeltaV控制系统在溶剂脱沥青装置DCS改造中的应用

　　[摘 要 ]溶剂脱沥青装置原仪表采用二次盘装仪表控制，仪表完好率、自控率、平稳率仅97%、90%、95%，通过DCS改造更新為DeltaV中文控制系统，仪表完好率、自控率、平稳率分别提高至99.5%、99.7%、97.2%。

　　[关键词]DeltaV ;溶剂脱沥青;DCS;改造

　　溶剂脱沥青装置自1990年4月投产以来，其仪表一直使用二次盘装仪表控制，多数盘装仪表已经使用20余年，原产品厂家已停产，备品备件已不支持，加上装置原配置还有部分机械式仪表和气动基地式仪表，装置日常维护十分困难，无法满足安全长周期运行的需要。

　　为了提高装置仪表控制的性能，2013年中石化广州分公司立项投资210万元，委托中石化南京工程有限公司对溶剂脱沥青装置进行集中控制改造设计，改造内容包括：仪表控制系统改为DCS;对部分机械式仪表和气动基地式仪表进行更新;仪表供电系统改造;DCS、仪表电源整改、机柜间环境整改;配套的电缆及施工。

　　经中石化广州分公司统一招标，溶剂脱沥青装置DCS采用美国艾默生网络能源有限公司的DeltaV10.3.2中文版控制系统，该项目于2013年5月与溶脱装置大修同步施工，由建安分公司完成施工安装任务，并于2013年6月12日改造完成投用。改造投用后，为溶脱装置提高仪表完好率、自控率、平稳率发挥了重要作用。

　　1 溶剂脱沥青装置工艺简介

　　溶剂脱沥青装置采用美国UOP公司的Demex工艺，设计加工量60万t/a(丁烷溶剂)，以减压渣油作为原料，通过亚临界抽提、超临界回收、汽提回收，将减压渣油分割成脱沥青油、胶质、沥青质3种中间产品。脱沥青油可作为重油催化裂化原料，胶质、沥青质大部分与减压渣油进一步调和成高等级道路沥青，调和剩余部分沥青质送焦化掺炼。工艺流程如图1所示。

　　2 DCS改造方案

　　2.1 新增DCS控制系统

　　新增DCS采用DeltaV控制系统，DCS控制站、安全栅柜、端子柜、电源柜安装在现场机柜间;同时在溶剂脱沥青装置的现场机柜间，安装1台操作站作为外操监视生产现场使用;东区集中控制室内安装2台操作站，控制室二楼安装1台工程师站、1台OPC站，控制室内的操作站通过系统冗余光纤设备与现场机柜间的控制柜进行通信。DCS网络结构见图2。

　　DCS的规模见表1，根据控制规模，DeltaV控制系统配置了冗余I/O卡件，所有机柜保留了20%的备用安装空间、20% I/O卡及I/O端子备用安装空间。

　　软件部分，DCS版本为目前最新的DeltaV10.3.2中文版控制系统，以Window7操作系统为操作环境，包含组态软件、工具软件、控制软件、生产管理软件等工程软件。

　　2.2 机柜间电气/土建工程

　　根据DCS改造需要，将原二次仪表盘机柜间改造为DCS机柜间，处理原机柜安装位置的地面，敷设防静电地板，墙面翻修，增加隔离墙。照明系统，空调电源敷设安装，仪表接地系统重新敷设，增加UPS系统。

　　由于操作站、工程师站和OPC站在东区集中控制室(原焦化一总控室)，而控制柜、外操监测站在现场机柜间(原溶剂脱沥青装置外操室)，为提高供电冗余和可靠性，分别配置了UPS系统。其中机柜间利旧原仪表盘控制器UPS，控制室与焦化二、焦化三、芳烃装置操作站共用1套UPS。供电系统见图3。

　　2.3 现场机械式/气动基地式仪表改造

　　为配合DCS改造，需要对现场机械式/气动基地式仪表进行更新改造，改造共更新了8台压力变送器，9台差压变送器，2台孔板流量计，2台涡街流量计，5台可燃气报警器。

　　2.4 可燃气报警系统改造

　　装置原有的4台可燃气报警仪增加至5台，改为4～20 mA信号输入并引进DCS中显示。

　　3 DeltaV控制系统在改造中的应用与效果

　　3.1 改造前后仪表完好率与自控平稳率对比

　　(1)仪表完好率对比。改造前由于二次盘装仪表使用时间长，设备零件老化，而产品厂家已停产，备件不支持导致无法修复，仪表完好率仅97%，影响装置安全平稳运行，具体体现在：

　　①调节仪表故障，主要包括调节仪面板故障、数据线路老化接触不良、电源保险丝烧毁、安全栅故障等，导致仪表参数无显示或无法调节，甚至出现阀位全开或全关，影响装置安全生产;②记录仪表故障，包括液晶显示屏故障、记录仪按钮故障、记录仪指针没墨等，导致无法查看仪表历史趋势;③声光报警指示故障，包括报警没声音、报警指示灯不亮等，影响生产参数波动处理;④现场气动基地式仪表故障，主要是现场仪表容易进水进灰尘阻塞气管、仪表膜片等零件老化损坏而没有备件更新，导致基地式仪表无法自动调节，需要手动调节或开副线阀操作。

　　DCS改造后，采用DeltaV集中控制系统，以上仪表故障问题得到彻底解决，仪表完好率提高至99.5%。

　　①调节器、历史趋势记录、报警声光提示均在DCS画面中控制及显示，不存在调节仪面板故障、记录仪屏幕按钮故障、报警指示灯故障等硬件故障问题;②由于仪表控制柜和UPS系统更新，仪表电源及安全栅故障率也大幅降低，2013年改造后至今未出现过仪表电源故障，安全栅故障仅出现2例;③现场气动基地式仪表全部更新后，彻底解决了气管阻塞、零件老化损坏的问题。

　　(2)仪表自控平稳率对比。改造前由于仪表完好率低，FRC-103、LRCAHL-103、TRC-103、PIC-112、PIC-101等控制回路无法自动调节，长期处于手动状态，装置仪表自控率在90.0%左右。以上仪表由于手动控制，操作参数无法精确控制，影响装置仪表平稳率，装置仪表平稳率在95.0%左右。

　　DCS改造后，控制系统更新为DeltaV集中控制系统，仪表自控率、平稳率分别提高至99.7%、97.2%。改造前后装置仪表自控率、平稳率对比见表2。

　　在仪表自控率、平稳率的数据统计上，由于改造前没有数据自动采集，只能由技术员人工统计数据，统计频率为1次/1d，统计数据也只能统计主要调节仪表，无法覆盖全部仪表，影响统计数据的代表性和准确性。由于DCS改造后新增了OPC数采功能，全部仪表参数都可采集上传至MES实时数据系统，采集频率提高至1次/min，统计数据的准确性和代表性有了极大提高。

　　3.2 复杂控制回路方案

　　3.2.1 选择控制回路

　　抽提器界位LRCAHL-102是重要控制工艺参数，因而配置了2套双法兰界位计，在DeltaV控制系统中，通过设置手动选择器，可以自由选择其中1个界位输入与调节阀组成PID回路进行调节，在某一个界位计失灵或故障时，可以立即切换至另一界位输入，大幅提高了回路冗余性和可靠性。与LRCAHL-102相类似的选择控制回路还有沉降器界位控制LRCAHL-103、抽提进料流量控制FRC-102、胶质汽提塔液位控制LRCAHL-114、沥青汽提塔液位控制LRCAHL-115。

　　3.2.2 比例控制回路

　　道路沥青调和系统由胶质调和流控FFRC-101、沥青调和流控FFRC-102、渣油调和流控FRC-130三个回路和静态混合器M-105组成，胶质、沥青质、渣油按一定调和比例进入静态混合器，调和成合格的70#或90#高等级道路沥青。通过在DeltaV控制系统中组态设置比例控制，以FRC-130为主回路，FFRC-101、FFRC-102为副回路，可以实现比例自动控制，从而稳定道路沥青质量。

　　3.2.3 串级控制回路

　　为了稳定控制抽提器界位，LRCAHL-102与抽提底抽出流量控制FRC-112、FRC-113组成串级回路，同样串级控制的还有沉降器界位控制、加热炉出口温度控制等8个控制回路。

　　3.2.4 分程控制回路

　　为了稳定控制抽提温度，TRC-102采用A、B阀分程控制方式，与之类似的分程控制回路还有溶剂温度控制、温水温度控制、调和蒸汽压力控制共4个回路。

　　3.3 通信网络

　　DeltaV通信网络包含生产过程控制网和工厂管理网，符合ISO/IEEE通信标准，通信速度不低于10 Mb/s，最小通信间距大于1.5 km。通信网络能与工厂管理网互联，同时系统具有OPC开放的接口，可以与工厂上位机系统进行数据连接。目前DeltaV DCS数据通过OPC站可以与生产实时数据库系统、MES操作管理、SMES操作管理、自控平稳率监控系统等生产管理系统互联，从而实现生产数据实时监控、物料能耗统计、自控平稳率监控等功能。

　　3.4 可在线扩展性能

　　DeltaV控制系统预留了20%的备用安装空间、20% I/O卡及I/O端子备用安装空间，同时可以在线增加测量点和控制回路，不影响正常生产。DCS改造后，装置陆续新上了退溶剂至脱硫项目、一键停炉系统、硫化氢在线报警系统、P-103干气密封报警系统，以上项目新上仪表均能在线组态安装投用，对装置技措改造的在线实施提供了极大便利。

　　推荐阅读：工业控制系统论文怎么发表SCI期刊

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： DeltaV控制系统在溶剂脱沥青装置DCS改造中的应用

文章地址： http://www.qikanvip.com/gongyesheji/58595.html