优化碱回收锅炉控制系统提高安全及运行可靠性

郭合芳 曹现兵 马克顺

(山东日照亚太森博浆纸有限公司，山东日照，276800)

山东日照亚太森博浆纸有限公司 (以下简称亚太森博)的二期项目于2010年投产，年产漂白浆150万t，其中配套碱回收锅炉系统是美卓公司的设备，生产能力7000 t/d，是目前全球单体最大的碱回收锅炉，回收制浆生产的残碱、燃烧制浆废料产生蒸汽供全厂生产使用及汽轮机发电供给全厂动力使用，如果碱回收锅炉跳停1次将会导致浆厂全厂范围内的停机至少8 h，带来的经济损失接近300万元人民币，同时突然停机会导致废气、废水外排造成重大环保事件。因此，碱回收锅炉就是浆厂的心脏，其安全平稳运行决定浆厂的产品产量、质量、安全、环保等重要指标。

碱回收锅炉的安全运行由点火管理系统 (BMS)和安全仪表管理系统 (SIS)组成。BMS包括监控碱回收锅炉的点火、运行主连锁、紧急停车等控制逻辑。SIS是现场仪表测量系统的安全设计。由它们组合成为碱回收锅炉的主控制系统，其合理设计决定了碱回收锅炉的安全稳定运行。亚太森博碱回收锅炉经过两年的运行，通过对异常停机或隐患事件进行分析，对碱回收锅炉的BMS、SIS部分控制功能进行改进优化，既保障了碱回收锅炉的安全可靠性，又提高了系统的运行可靠性、抗干扰能力，大大降低了碱回收锅炉的非计划停机次数。2012年即实现全年无异常跳停事件。现对主要的改进优化内容进行介绍，以供同行参考。

1 送风逻辑的修改

图1所示为优化前的主连锁逻辑。碱回收锅炉运行的前提条件是必须满足主连锁中的各项条件，主要包括碱回收锅炉炉膛压力、引风系统运行、汽包液位正常、氧含量正常、送风系统运行等。其中送风系统风机运行和送风流量是主连锁的必要条件。如图1所示，当风机运行信号消失或流量低于底限值时，主连锁动作就会切断原料供给，碱回收锅炉立即停机。但是，即使在正常运行状况下，因为现场复杂的运行环境往往也会出现信号干扰、线路故障、传感器及测量设备故障而导致连锁不满足造成停机。亚太森博就有1次是因为一次风流量突然降低为零而导致停机，后来经检查了解是因为现场导压管堵塞造成的。实际生产过程中应避免这种因测量设备的故障引起的不必要停机，同时又要能保障安全连锁可靠工作。经过分析，利用工艺过程的关联性，将已有的送风压力测量引入连锁条件，利用三选二的逻辑作为主连锁的条件，避免了单体仪表故障导致的停机，并且提供在线运行维修机会，现场工艺出现异常的情况时，势必触发两个以上条件不满足再触发主连锁动作停机。优化后的主连锁逻辑如图2所示。

图1 优化前的主连锁逻辑

图2 优化后的主连锁逻辑

2 黑液输送控制的优化

黑液是碱回收锅炉燃烧的主要原料，黑液均匀喂料决定碱回收锅炉的运行平稳，从而保证全厂的平衡生产。图3所示是优化前的碱回收锅炉黑液喂料的控制简图，主要包括:①温度调节回路。用中压蒸汽对黑液进行预加热，使黑液保持在合适的温度，经黑液枪雾化喷入炉膛后既不会因温度低燃烧不充分，又不会因温度高形成飞灰，导致锅炉管束结灰严重，影响运行洗炉时间。②变频调压回路。参与碱回收锅炉的负荷调节、压力平稳调节，进料均匀燃烧才能均匀，同样会影响燃烧效果及运行时间。③浓度测量控制。黑液浓度与流量经计算公式算出每天碱回收锅炉燃烧的黑液绝干固形物，在碱回收锅炉的高级控制包中，使用黑液绝干固型物含量来调节碱回收锅炉的运行负荷及风量分配等。

经过一段时间的运行，发现这种仪表单回路的控制调节很不可靠，出现因控制测量的故障如信号干扰、传感器仪表故障导致运行不平稳，低于连锁动作导致跳停等事件。为了提高测量控制系统的可靠性，减少不必要的停机事件，对温度、压力、浓度测量仪表进行冗余的安装，双仪表信号传输到控制系统后，设置操作员选择按钮，可以根据需要选择平均值或任一值参与比例积分微分调节 (PID)，这样可以减小线路上扰动造成的影响，避免单仪表故障时的巨大波动，运行时也可以在线修复仪表。同时作为连锁采用二选一的逻辑，只要单仪表信号正常就会满足连锁条件，这样就极大地避免了因仪表测量不可靠导致的运行不平稳及异常停机事件。图4所示是优化后的碱回收锅炉黑液喂料的控制简图。

图3 优化前的黑液喂料控制简图

3 其他方面的优化

图4 优化后的黑液喂料控制简图

主要包括报警系统的策略优化。复杂的工艺参数产生大量的报警信息，超快的控制系统刷新频率，每秒中可弹出20条报警信息，操作人员很难从报警信息中发现异常运行情况并及时进行调整，经过工艺自控的协商对报警清单进行了整理，重新确定报警等级，除操作画面上的报警等级的策略设置外，对特别重要的参数安装了报警触发声光喇叭。

冗余系统的优化，在碱回收锅炉控制系统已有的冗余设计中进行更可靠的备用策略，如控制系统的服务器、交换机的双电源改为不同UPS的供电单元，冗余设备，如给水泵、润滑油泵的PROFIBUS分配到不同的网络。

经过这些优化改进，亚太森博的碱回收锅炉控制系统的运行可靠性有了很大提高，2012年更突破性地实现了全年无异常停机事件的发生，这些优化方案，可以作为参考应用到其他项目中去。

［1］XU Hai-lan，CUI Huan-xin.Application of SRS Safety Related System in Large-scale Recovery Boiler［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(3):42.

许海蓝，崔焕新.SRS安全控制系统在大型进口碱回收锅炉上的应用［J］.中国造纸，2012，31(3):42. CPP