导热油炉综合控制系统的研究与应用
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摘 要:导热油是苯加氢生产的主要介质,其温度的稳定直接影响产品质量。莱钢苯加氢导热油炉自控系统采用西门子PLC系统独立自动控制,在对导热油炉炉各工艺参数进行采集的基础上,实现出口温度调节和负荷控制,并且能够在达到联锁条件或出现重大事故情况下紧急停车实现对设备的保护功能。 整个系统集成度、可靠性、性价比都很高,很值得大力推广。
关键词:苯加氢导热油炉交叉控制PLC
中图分类号:TQ153文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-075-02
1项目概述
莱钢粗苯精制深加工项目导热油炉整个系统由炉体、炉体支撑件、燃烧器、公用工艺管道、电气仪表部分等组成。PLC自动控制系统来实现导热油的循环、加热及炉体烟气系统控制,能实现导热油炉对燃料的适应性,保证导热油炉的出力和热效率不低于用户要求,实现导热油炉温度的自动调节,热媒出口温差波动保证在℃温度的稳定。生产过程中,原料要经过多个蒸馏工序已实现其中各组分的分离和提纯,蒸馏处理效果的好坏直接关系到产品的质量等级,进而影响到生产的经济效益。蒸馏反应主要控制参数为塔底温度和塔顶压力,塔底温度的控制是通过将物料抽出后在换热器内由导热油加热后再送入塔内实现的,因此导热油温度的稳定程度是影响生产的关键参数。导热油炉 PLC系统还可充当从站实现与中控室DCS系统的通讯。
2自控系统简介
导热油炉主要设备由三部分组成,一是炉体、循环泵、系统管道、阀门及高低位槽等组成的循环系统,二是燃烧器,三是由烟道防爆门、空气预热器、烟风道、鼓风机和烟囱组成的烟风系统。
控制系统分动力控制及仪表显示控制两部分,动力控制主要控制循环油泵、注油泵、鼓风机、燃烧器等主设备的起、停功能,为保证加热炉正常运行,循环泵与燃烧器之间设有联锁控制。仪表显示控制中导热油炉负荷是根据出口油温的设置通过人机界面及可编程序控制器(PLC)进行PID调节,自动调节燃气量与空气供给量以充分满足控制要求,仪表控制还包括热媒进、出口油温显示,热载体流量、热载体进出口压力,燃料气温度,预热器温度,烟气温度,膨胀罐液位、压力,等的控制、显示、报警、预报警。
3自控系统特点
本套导热油炉电气控制元件及接线端均采用PLC控制技术,即使用台湾EASYVIEW公司人机界面触摸屏(10.4彩色液晶)和西门子S7-300可编程序控制器(PLC)进行集中控制,同时可与中控DCS相通讯(配置profibus DP通讯口),进行中控处理。在实时控制中,具有手动/自动启动运行,停止功能,控制种类故障与燃烧系统的联锁,灵敏可靠,确保导热油炉安全运行,西门子可编程序控制器具有模块化,易于升级护展,易安装维护。EASYVIEW公司彩色触摸屏,与PLC相通讯,具有极强的人机界面功能。汉化的引导程序,热媒主系统、燃烧系统、烟风系统等的开启功能图,故障显示处理办法,热媒运行参数等,都可集中显示,同时具有丰富的帮助菜单。
为保证环保要求及燃料的燃烧程度,在锅炉烟气排放处,采用直接插入式氧化锆氧浓度分析仪,以测量最终排放浓度,SO2排放浓度及烟气黑度等。
4系统设计原则
(1)选用西门子可编程序控制器及人机界面触摸屏全部模拟量、数字量由PLC控制,模拟量为4～20mA,数字信号为直流24V,温度选用 Pt100铂热电阻,进PLC,同时在选型上留有10%以上Ⅰ/0点余量,整个PLC能实现PID调节。
(2)所选现场仪表采用本安型,主要的控制、报警、联锁仪表均选用进口产品,现场模拟量(4～20mA)进出。仪表选型应能满足现场环境的要求,现场仪表能适应露天运行。全天候防护等级IP65。
(3)负荷调节采用“十字”交叉控制,即开负荷时先增加风量,再增加燃油量,减负荷时先减少燃油量,再减少风量,整个过程实现PID调节,并能结合氧量分析系统精确的对燃烧状况进行调节,以达到最佳燃烧工况。
(4)炉子的自动运行功能。自动运行由热媒出口温度控制,确保出口温度稳定,导热油炉点炉成功至达到设定的出口温度,此调节过程有一定的时间平衡过渡。
本系统能对所有参数进行自动检测、控制,并执行预报警、报警和自动停炉的保护功能;控制柜提供与系统联接的通讯接口。用通过通讯口把系统的所有运行参数、状态、报警信号等数据传送到中心控制室,并接受中心控制室的紧急停炉ESD信号。
每台加热炉均有独立的控制柜,并配备一台液晶触摸屏,导热油炉供热系统的所有运行参数、状态、报警信号等数据均接入就地的控制柜并能在液晶显示屏上显示,并设置通讯接口,能将相关的参数接入主控室。
5自控系统功能实现
(1)为用热设备提供满足负荷要求的稳定高温热源;
(2)本系统加热炉实现负荷自动调节,即自动启停,自动调节油风量,自动调节热负荷,确保热媒出口温度在控制范围内℃的精度,其中炉子控制系统实现的调节功能:热媒出口温度调节,风油及含氧量比例调节。
(3)设有趋势画面,对重要技术参数进行实时跟踪。
(4)能够在画面上对所有工艺设备进行起停控制操作。显示屏可作几十幅动态工艺流程画面。
(5)能够在画面上对各控制回路进行控制参数的正常设置和修改操作。
(6)实现加热炉在非正常工况下的安全联锁及反馈保护功能;
(7)实现各种非正常工况下的预警、报警、故障显示锁定等功能;并设有报警状态提示条。
(8)保持整个系统稳定运行,实现不间断连续运行,并能在30%-100%负荷间自动调节长期稳定运行。
(9)采用触摸屏与PLC控制方式,并可DCS集中控制,向上位机(DCS)提供主要参数运行值,并接受联锁信号,可实现全自动无人运行。
6自控系统控制功能
(1) 热媒流量控制
在加热炉的热媒出口管上设置了流量检测元件(流量计)及流量变送器,在自控系统中设置了热媒低流量预报警和低低流量报警联锁。即当热媒流量超低时,联锁切断燃烧器。控制理由:当热媒流量低于极限设定值时,热媒在加热炉炉管内的流速会太低,导致炉膛内燃烧产生的热量不能被热媒油及时带走,炉管内的导热油温度将会超高。当热媒油温度超过其最高使用温度时,会导致热媒的结焦、变质。更会影响炉管内的换热效果,使导热油炉不能正常工作。
(2)热媒出口油温控制
加热炉出口主管上设温度指示、调节、超温报警、预报警和连锁停燃烧器,根据负荷自动调节,即以出口油温为控制参数,通过PID调节燃料油量和助燃空气量来达到最佳燃烧并使导热油出口油温控制在℃之内。
(3)过程参数报警联锁
1)加热炉进口主管上设温度指示、超温预报警。
2)加热炉热媒进出口管上设有压力变送器,在保证一定差压的情况下,热媒炉才能安全可靠地运行,低压差报警和联锁停燃烧器
3)在烟气管道上设排烟温度指示,超温预报警和超高温报警联锁停炉。在正常运行状况下,如果出现烟气温度过高,则可能是炉管结垢严重,导热油换热效果差,通过炉管吸收的热量过少。若不切断燃烧器,则燃烧器过载运行,加热炉热效率降低。同时烟气温度过高也可能会出现炉管导热油泄漏事件。
4)在预热空气管路上设有预热器前和预热器后的温度显示及报警。
5)在烟气管路上采用含氧量分析仪进行烟气排放成份的测试.
(4)燃烧器控制
保证燃烧器充分燃烧,确保导热油炉烟气低氧含量,确保林格曼黑度小于1级。
(5)自动启停炉功能
1)起炉过程
在启动按钮之后,首先检测联锁条件,在其满足情况下,炉子自动进行启动程序,否则则停炉,直至满足条件。启动过程,先检测炉膛内是否有火焰信号(光敏管检测),有则报警,如没有则自动检测电磁阀是否泄漏,25秒之后,打开风机,开始预吹扫(由小到大,再到小)66秒之后,开始关小风门准备点火,在风门达到点火位置之后,点火电极开始放电,4秒之后打开点火电磁阀,2秒之后关闭点火电极,开始检测炉膛火焰信号,如果没有,则关阀,吹扫炉膛,如果检测到信号,则打开主电磁阀,17.5秒之后关闭点火电磁阀,加热炉开始自动升温。
2)停炉过程
在出现联锁故障或停炉时,程序首先关闭主电磁阀,并同时开大风门,对炉内进行吹扫,吹扫时间可人工设定,吹扫完毕后,停风机,实现停炉。
(6)与中控DCS系统通讯
在PLC上设置profibus DP通讯模块,现场所有状态、压力、压差、温度、流量、调节阀等信号(尤其是各热媒循环泵的运行、停止、故障状态等)可以通过通讯方式进入DCS系统(中心控制室),同时接受DCS系统(中心控制室)联锁或紧急停炉ESD信号。
7结束语
导热油炉自控系统采用集成化和设计,用可靠的PLC作为现场采集及控制的平台,以计算机集中控制、远控操作和现场常规操作相结合的控制方式,形成一个完整的采集、控制及管理的计算机网络。系统还具有数据通信功能,能方便地实现远程联网控制。系统具有高度的可靠性,同时简洁、实用、性能价格比高,值得大力推广。