100万吨/年ARGG重油催化装置TPS系统
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摘要:随着我国社会经济的迅速发展,自控领域中的佼佼者DCS也得到了快速的推广。100万吨arggG装置DCS采用了美国霍尼韦尔公司的TPS系统。文章介绍了TPS系统结构,TPS系统在中国石油大庆炼化公司的应用,TPS系统安全策略的实施等。
中图分类号:TN949 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)09-0191-02
随着我国社会经济迅速发展,自控领域中的佼佼者DCS也得到了快速的推广。100万吨ARGGG装置DCS采用了美国霍尼韦尔公司的tps系统。DCS即Distributed Control System 的缩写,习惯上称为集散控制系统,它包含了4C技术的应用成果,集中了连续控制、批量控制、顺序逻辑控制、数据采集等功能为一体。
一、TPS系统概貌
TPS是Total Plant Solution 的缩写,它是一个将整个工厂的商业信息系统与生产过程控制系统统一在一个平台上的自动化系统。
(一)TPS系统的特点
1.开放性。TPS系统的PCN网络即工厂信息网络,采用的是目前办公自动化领域中使用最广泛的以太网。TPS系统中的GUS全方位操作站提供标准的以太网接口,可使全厂管、控一体化轻而易举地完成。GUS工作站以WINDOWS NT作为操作平台,TPS被设计为Native Window而嵌入在NT环境中,它拥有NT更多功能。TPS系统的LCN、UCN通信网络均采用了ISO(国际标准化组织)制定的ISO 802. 4和IEEE(美国电机及电子工程师学会)制定的IEEE 802. 4开放系统互连的标准,以ISO的OSI七层模型为基础,遵循MPA(工厂自动化协议)网络标准,令牌总线网络通讯。TPS系统是Honeywell公司推出的一种工厂一体化集散控制系统,主要由局域控制网和通用控制网两级网络组成,TPS系统的网络结构为双冗余的主网(LCN)和子网(UCN)并发式结构,主网(LCN)主要用于传输操作和监督信息,LCN上的每一个节点都是为完成某一指定的处理功能而设什,功能分散、安全可靠。
2.人机接口。TPS系统全方位用户操作站(GUS),它是面向过程的单一窗口。采用了高分辨彩色图像显示器(CRT)技术、窗口技术(Windows)及智能显示技术等,每个GUS工作站都能存取TPS系统范围广泛的数据。用户可以设计从简单到复杂的各种用户显示画面,以供操作者富有特色的操作。每个GUS操作站都带三种属性:(1)操作员属性:供操作人员监视生产过程和TPS系统本身工作状况;(2)工程师属性:供工程师进行系统组态及软件更新;(3)维修属性:供维护人员跟踪系统运行并诊断系统故障。
3.过程控制功能。TPS系统过程接口的数据采集和控制的范围非常广泛。它可以分散在一个或多个万能控制网络(UCN)上的HPM过程控制站、LM逻辑控制站上进行,还可以从其它公司的设备上获取数据。这些数据适用于系统所有模件。系统的控制策略包括有常规的、逻辑的、顺控的、批量的控制。可从简单的常规PID控制到先进复杂的高级控制,生产的范围从连续生产到间歇生产。
4.工厂综合管理控制一体化。TPS系统是一个规模庞大的系统,它可以根据用户工厂综合管理的需要与工厂信息网相连,构成范围广泛的计算机综合网络系统,实现先进复杂的优化控制,实现对生产计划、产品开发、销售、生产过程及有关物质流和信息流进行综合管理,构成网络化自动化工厂企业,即构成用计算机管、控一体化的系统。
(二)TPS系统构成
TPS系统主要由GUS(全方位用户操作站)、HPM(高性能过程管理站)NIM(通讯网络接口)、HM(历史模件)、打印机和通讯网络PCN、LCN、UCN等组成。以100万吨ARGG装置TPS系统为例,系统配置图如图1所示。
100万吨ARGG装置共有GUS操作站9台、1套冗余的网络接口模件NIM、1个历史模件HM、4套冗余的高性能控制器HPM、2台打印机、1对余的LCN通讯电缆和UCN电缆。
(三)TPS系统中复杂控制方案应用
1.再生器压力控制方案。此方案是较为复杂的超弛控制系统,具有较高的安全控制功能,保留了再生压力控制和两器差压控制的优点,当两器差压在给定值范围内时,双动滑阀和烟机入口高温蝶阀只受再生器压力的控制,不受反应沉降器压力波动的影响,只有当反应沉降器压力下降使两器差压超过给定值时,自选调节系统中的再生器压力调节器才会无扰动地自动被两器差压调节系统所取代(在没有选到两器差压之前,两器差压的输出值MV应自动跟踪再生器压力的MV值,并且自动切除未选中的积分环节,反之也同样,主要是为了防止切换时由于积分饱和带来的扰动问题),此时双动滑阀和烟机入口蝶阀自动改为两器差压控制,再生器压力被自动调低以维持两器差压在给定的安全值范围内并随反应沉降器压力变化。当再生器压力恢复并超过给定值后,系统又无扰动地自动转入再生器压力控制双动滑阀和烟机入口蝶阀状态。
采用自选调节方案在进料低流量自保或反应沉降器压力异常降低时,能有效地防止再生催化剂大量流入反应沉降器的危险。
2.反应沉降器压力控制。为满足不同生产阶段和工况的需要,本装置对反应压力的控制配置了以下几种手段:(1)在装置进行两器烘干阶段,反应压力的控制是由沉降器顶部放空调节阀进行遥控的;(2)反应喷油前建立汽封至两器流化升温阶段,反应压力用分馏塔至塔顶冷凝器之间的气动蝶阀来遥控的;(3)反应喷油阶段,反应压力用气压机入口Dg600闸阀和Dg300调节阀来控制的。开始喷油时,随进料量的增加,Dg300放火炬调节阀开大,如果开到80%仍无法满足压力控制,这时开始启用Dg600放火炬闸阀,稍开一点Dg600放火炬闸阀,Dg300放火炬调节阀关至20%,待Dg300放火炬调节阀开大到80%时,Dg600放火炬闸阀逐渐开大,以此控制反应压力直至启动气压机;(4)正常生产阶段,反应压力的控制由气压机出口反飞动调节阀和气压机转速来调节的。辅助手段有调节气压机入口闸阀开度。
3.再生滑阀压降与反应温度低值选择。此控制回路是采用再生滑阀压降与反应温度低值选择调节系统,具有较高的安全性和操作灵活。
正常情况下,再生滑阀压降总是大于其给定值(一般约为0.02MPa),再生滑阀由反应温度控制,再生滑阀压降调节器处于自动跟踪状态。在异常情况下,当再生滑阀压降低到给定值以下时,调节器的输出值就会自动降低,并低于反应温度调节器的输出值,此时低值选择器就会自动选择再生滑阀压降调节器去控制再生滑阀,这时,反应温度调节器就退居自动跟踪状态。如果此时再生滑阀压降还继续降低,再生滑阀调节器就会输出一个“0”信号使阀全关,同时会给反应进料自保一个“1”的开关信号,去切断反应进料,这样整个系统就会自动处于安全状态。
如果采取了一些有效措施使再生滑阀压降逐步得到恢复,再生催化剂流量和反应温度随之逐步上升,其结果是反作用的提升管温度调节器的输出值自动下降,而再生滑阀调节器的输出值却随再生滑阀压降逐步恢复而上升,当两者的输出值逐渐接近、相等直至变成反应温度调节器的输出值小于再生滑阀调节器的输出值为止,低值选择器就会自动选择反应温度去控制再生滑阀,而再生滑阀调节器再次退居于自动跟踪状态,整个系统又平稳地恢复到反应温度控制再生滑阀的正常状态。
这是一种较先进的“软限”取代调节自动保护系统(相对于硬性联锁自保系统而言),这是由两个通道控制一个调节阀,而这两个通道的输出值具有彼此相互跟踪和无扰动自动切换的特性。
二、结论
自100万吨ARGG装置DCS投运以来,该套系统一直运行良好。这说明由于TPS的核心部分高性能过程管理器(HPM)、网络接口模件(NIM)、通信网络LCN、UCN都采用的是冗余结构,相对于常规控制系统仪表来说故障率可以大大的降低,极大的保证了生产装置的安稳长期运行。
作者简介:吕跃有,男,黑龙江大庆人,中国石油大庆炼化公司机电仪厂仪表一车间技术工程师,研究方向:自动化仪表及控制系统。