DCS系统联合燃烧器控制柜在热媒炉项目的应用实践

黄红芳

（江苏联东化工股份有限公司，江苏丹阳 212300）

0 引言

长期以来，江苏联东化工股份有限公司一直依赖外单位供应蒸汽作为生产能源。由于各种原因满足不了生产周期的需要，因此，公司决定对能源部分实行技改新上项目，以便自给自足，摆脱受制于人的局面。

1 工艺简介

为了节约能源成本，公司在2009 年决定新上400 万大卡/台的热媒站项目。其中包括以天燃气和燃料油为燃料的加热炉2台、蒸汽锅炉1 台。加热炉热媒载体为本公司生产的HD-320导热油，导热油的出炉温度控制在245℃，一部分进蒸汽发生器产生蒸汽，蒸汽用于加氢装置部分换热器的小幅度提温使之进反应器的物料温度达到工艺要求，另一部分供应厂区的消防和吹扫蒸汽。导热油的大部分经出热媒管线进入分馏塔的热交换器去加热分馏塔的冷化工原料，使之升温到一定的温度以达到工艺要求达到分馏的目的。

热媒站项目作为生产的核心能源供应工段，对于生产的安全连续性起着举足轻重的作用。由于这个工艺涉及到对燃烧器的控制、天然气的易燃易爆性、锅炉汽包的爆炸性等危害性，因而对此项目的自动化控制系统从设计实施的每一个环节的严谨、可靠、联锁、安全都提出了严格的要求。如何确保项目的安全、圆满、顺利地运行，并达到预期要求与目标，这对项目实施人员是一个严峻的考验。经过联合工艺要求与多方面人员的协调，经过从设计、施工、试运行、完善修整各环节把控，目前这套装置已安全、高效、高度自动化地运行了5 年。

2 控制系统介绍

2.1 燃烧器的控制

本系统采用高效节能进口意大利欧保品牌燃烧器，燃料为气、油两用，其核心技术是对燃烧器的控制。其自控先进性表现在能自动监察故障的发生，发出报警信号，并自动停机，确保系统安全可靠地运行。由于涉及点火前的气体泄漏检查、点火安全、火苗的充分燃烧、热空和燃气的最佳配比、出油温度的精准控制，因此厂家提供了电气控制原理图。为节约成本，公司技术人员根据提供的图纸与实物，自行再包实施对控制柜的制作与电气接线调试工作。

2.2 燃烧系统的组成及工作流程

天燃气经过球阀、过滤器、调压器、电磁阀及燃烧器进口处的气体蝶阀进入燃烧器，球阀是与外来气源通、断的总阀，电磁阀由燃烧器的控制器根据燃烧工况自动控制打开或关闭。因为燃气管路必须严防泄漏，因此管路上配有检漏泵，若有漏气情况发生，检漏泵的压力信号会通过控制电路自动关闭电磁阀，确保生产安全。燃烧器必须在满足一定压力条件下才能工作，因此管路上还配有压力开关。当燃气压力达到所需压力时，电磁阀才会打开，燃烧器才能投入工作。气体蝶阀根据燃烧工况，由控制器自动调节进气开度。

2.3 电气控制柜组件

控制柜内部布局有西门子检漏仪LDU11、程控器LFL1.322、中继器等，柜门上有比调仪、重油温控表、操作旋钮开关、状态指示灯等。燃烧器的电气控制原理图相当复杂，牵涉到现场的有：风压开关、组合电磁阀、检漏开关、泄漏开关、故障复位开关、燃气低压开关、燃气高压开关与比调仪的超温开关、DCS 故障联锁开关、燃烧油时的油温联锁开关，等等。大火、小火控制决定伺服电机的工作角度。程控器控制的点火变压器、点火电磁阀、油三通气动阀、油气动阀1、油气动阀2，所有这些包括点火的一套流程完全由控制柜完成。

为了实现远传控制，电气原理图中的许多控制操作功能交由DCS 系统平台来组态，并实施完成。比如，燃烧器控制柜的电源投退开关，对锅炉温度控制的手/自动切换，大/小火切换以及故障复位开关。比调仪的设定控制温度则由DCS 操作室电脑操作，设定转化为4～20mA 信号至比调仪相应设定温度等等。

2.4 锅炉汽包的控制

汽包水位是锅炉运行的主要控制工艺指标。当水位过低时，若不及时调整，会使汽包内的水全部汽化，压力瞬间上升，最终导致锅炉设备损坏严重，甚至发生爆炸。如果水位过高，则会影响汽包的汽水分离不清，产生蒸汽带液现象，从而影响蒸汽品质。

系统中锅炉水位采用三冲量控制，其控制系统详见图1。三冲量控制系统是一个前馈－串级控制，以汽包水位作为主控制变量，蒸汽流量作为前馈信号引入，以实现扰动的部分补偿，给水流量作为辅助冲量，以迅速消除给水流量扰动。其主要任务是改变给水量，使之适应锅炉的蒸发量，把水位控制在正常范围内，完成汽包水位的控制，使锅炉在安全经济的条件下运行（控制系统原理图详见图2）。图中SP 是液位设定，内环的被控变量是给水流量，Gr（S）是水位的扰动，按扰动补充水流量。在水位与设定的偏差不大时，就能调整好水量，使水位控制成为小幅度的精准控制。主控制器为水位控制器LC，它根据水位偏差产生给水流量；副控制器PC 为水流量控制器，它根据水流量偏差作用控制给水流量。蒸汽流量信号作为前馈信号，以维持负荷变化时的物料平衡。

图1 三冲量控制系统

图2 三冲量控制系统方框图

2.5 安全联锁系统的设计与整合

（1）联锁。为保证热媒炉的运行安全，设计了联锁控制装置。联锁条件必须涵盖以下几个内容：①出口油温高高限；②进燃烧器空气温度高高限；③燃烧器预热器入口烟气温度高高限；④炉子进出口导热油压差低低限；⑤热媒流量低低限；⑥膨胀槽液位低低限；⑦天燃气压力低低限；⑧燃料油压力低低限。此外，还必须有比调仪的超温停炉功能等。一旦触发任一联锁，将由DCS 控制柜引发干触点动作，触点动作会直接引入燃烧器控制柜的电气控制电路，从而导致联锁停炉。

（2）切断锅炉的导热油薄膜阀联锁。导热油薄膜阀联锁须包含以下内容：蒸汽发生器压力高限联锁、蒸汽发生器水位低低限、蒸汽发生器顶部温度高限联锁等。

（3）软水给水切断阀控制联锁。软水给水切断阀控制联锁同样要包括相应的内容，例如：给水泵同时停运信号、蒸汽发生器水位低低限、蒸汽发生器顶部温度高限联锁、蒸汽发生器控制区水位高高限，等。

（4）给水泵联锁。给水泵联锁必须包含以下内容：蒸汽发生器水位低低限，以及蒸汽发生器顶部温度高限联锁。

（5）锅炉的放空阀联锁。放空阀开启锅炉压力高限和放空阀PID 设定差值超高，也是不可忽视的环节之一。

3 项目实施运行中出现的问题与处理办法

3.1 热媒炉风机的节能改造

由于选购的风机功率相对负荷偏大，生产运行中只有通过调节风门找到合适的风量。合适的风量的选出对点火或正常运行时的现场操作，不仅造成工作量增大，而且极大地浪费了电能消耗。技术人员经过充分的可行性研究，决定对风机控制电气实行改造，最终改由变频器供电带动，从而实现节电效果明显。

3.2 DCS 柜引出的联锁点控制电路改造

在试运行阶段，出现了点火运行异常。后经技术人员对控制电气回路检查，发现是DCS 引出的联锁触点断路，查至DCS柜侧，是DCS 的FM171 模块的保险烧断了。综合分析，有可能是引入的燃烧器控制电路的电流太大引起。于是决定在模块触点先控制中间继电器，由中继的触点引入燃烧器控制电路。经过这样处理，后面的运行一直正常。

3.3 火焰检测器的频繁损坏原因分析改造

火焰检测器经常在停炉再点火时发现故障。由于故障率比较高，便咨询厂家寻找最终的原因。观察现场发现，火焰检测器安装在温度较高的炉顶，需要通压缩空气对流降温。针对这个问题，我们改造了现场、加大了空气流量、购买品牌产品，从而大大降低了故障率。

3.4 伺服执行机构的故障

当炉子运行出现异常，再次点火始终失灵时，现场检查发现，伺服执行运转出现了混乱现象。打开现场调节拨动控制圈，有电机转动时带着拨动控制圈跑动现象出现，从而难已实现点火、小火、大火的开度控制。分析原因，确认为现场高温导致控制拨圈损坏，更换后运行正常。

3.5 燃烧不充分烟囱冒黑烟

燃烧不充分烟囱冒黑烟是空燃比不配造成。观察火焰颜色发红，通过调节现场执行机械中的调节空气蝶阀的螺栓加大开度，一边调一边观察，直至火焰颜色变为理想的天蓝色为止。

3.6 点火困难点不着

点火困难或点不着有可能为风压偏大。通过调整点火时的燃气量或风门位置，给予恰当的解决。

4 结语

这套系统自投用以来，自控先进、操作便捷、安全可靠，依靠其控制的先进、安全、可靠性一直安全运行至今。这个系统使技术人员积累了丰富的工程设计与实施的经验，不仅是一套成功实施的项目，同时还为公司带来了巨大的经济效益。