基于DCS的聚酯热媒控制系统改造

高永斌，耿海洲，赵健

（1.中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2.扬州惠通化工技术有限公司，江苏扬州225000）

设备改造

基于DCS的聚酯热媒控制系统改造

高永斌1，耿海洲2，赵健1

（1.中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2.扬州惠通化工技术有限公司，江苏扬州225000）

根据PU1000聚合装置热媒系统的工艺流程，采用ECS-100集散控制系统进行技术改造，对热媒系统的各个控制点进行I/O登记和硬件架构的组合，按照安全、可靠、优化的原则，对热媒炉的工艺联锁进行程序设计，达到了控制及时、优化工艺、运行稳定的效果。

集散控制 I/O 联锁控制 工艺优化

在聚酯生产工艺中，热煤炉是关键性的供热设备，它将冷态热媒加热到一定的温度，通过管道输送到聚酯装置系统的各个使用点，以保证酯化、缩聚反应的运行。2014年底到2015年上半年，某单位针对1 000吨试验聚合装置进行了工艺流程增容改造。为了提高热媒炉控制系统的安全性、可靠性、稳定性，将整个聚合流程的控制系统改成DCS控制，与之相应的热煤炉加热循环改成具有上位机的DCS控制方式，在组态设计中，对整个热媒控制系统进行了电气联锁保护设置。

1 热媒系统工艺流程及控制要求

1.1 热媒系统工艺流程

该装置热煤系统的一次热媒有两台热煤炉、两台热媒泵以及热媒总管和热媒膨胀槽等组成。一次热媒系统是一个完善的闭合循环回路，热媒通过热媒泵从热煤炉顶端进入炉内盘管加热，并从炉底输出进入总管，各个热煤炉出口都有一个温度控制回路，控制出口温度在300℃左右。热媒总管通过两个调节阀和两个屏蔽热媒泵后，变成二次热媒，分别给聚合装置的两台酯化釜和一台缩聚釜使用。另外，在一次热媒循环系统总管之间设有差压控制回路，即压力薄膜调节器来控制总管传热热媒的流动压差，从而完成一次热媒系统与二次系统的热量传递，工艺流程见图1。

1.2 聚合热媒系统联锁控制要求

图1 热媒系统工艺流程图

按照热媒炉控制系统的安全性、可靠性、稳定性的要求，热煤系统联锁控制具体要求如图2所示。

图2 热媒系统联锁控制图

2 热媒炉控制系统的改造

2.1 聚合装置系统DCS控制总貌

该千吨聚合装置增容改造，控制系统采用的是浙大中控ECS-100集散控制系统，它融合了最新的现场总线技术、嵌入式软件技术和网络技术，它具有系统组态清晰、界面操作方便、流程图功能强大、实时和历史趋势操作灵活，以及能提供实时的数据服务和报警服务［1］。图3是采用的DCS系统的硬件架构图。

图3 聚合装置DCS硬件架构

2.2 热媒系统I/O表登记及硬件分配

此次热媒系统电气控制部分改造采用的是利旧原则，即主加热和热媒循环控制柜保留，而原先的继电控制改成DCS控制方式，经统计共有28个开关量输入、输出点，8个模拟量输入、输出点，所以在硬件方面只增加了三块开关量和模拟量输入输出卡件。

2.3 热媒系统控制操作组态

根据热媒加热循环系统控制原则和联锁控制要求，按照I/O控制点硬件分布，运用ECS-100控制系统中的AdvanTrd实时监控软件，设计了以下的热媒加热循环系统控制组态，如图4所示。

图4 热媒加热循环系统控制组态

3 热媒控制联锁程序设计

为了保证热媒炉可靠、稳定、安全有效的运行，运用ECS-100控制系统中的Scontrol图形化编程软件，设计了以下的热媒加热循环系统控制联锁程序。

3.1 酯化/缩聚热媒炉加热联锁(E01)

酯化热媒泵（30P61）启动，酯化热媒炉才可以启动加热；酯化炉出口温度（TT-3041）大于超高限，则停酯化热媒炉加热；缩聚热媒泵（30P62）启动，缩聚热媒炉才可以启动加热；缩聚热媒炉出口温度（TT-3042）大于高高限，则停缩聚热媒炉加热。如图5所示。

图5 热媒炉加热高高报

3.2 热媒总管压力(PT-3000)联锁(G01)

热媒总管压力值（PT3000）高于高高限，则关闭 酯化热媒泵（30P061）和缩聚热媒泵（30P062）。如图6所示。

图6 热媒总管压力高高报

3.3 热媒炉循环泵出口压力高限报警(现场电接点压力表)

对于热媒炉现场接电接点压力表，缩聚釜热媒循环泵出口压力高（PAH-30042），缩聚釜热媒循环泵（HS-30P061）为OFF；酯化釜热媒循环泵出口

压力高报（PAH-30041），酯化釜热媒循环泵触点（HS-30P062）为OFF。如图7所示。

3.4 热媒炉循环泵出口压力低限报警(现场电接点压力表)

图7 热媒炉出口压力高报

酯化热媒炉加热启动60秒后若泵出口压力（PAL-30041）小于低限值（1MPa）则停止酯化加热自动、手动1、手动2）；缩聚热媒炉加热启动60秒后若泵出口压力（PAL-30042）小于低限值（1MPa）则停止缩聚加热自动、手动1、手动2。如图8所示。

3.5 自动控制系统正反作用的选择和PID参数的调整

该热媒系统有六组闭环自动控制，它们分别是两台热媒炉加热控制、三只调节阀热媒开度控制以及热媒总管压力调节控制。自动控制系统正反作用的选择原则和PID参数调整方法如下：

反作用：调节输出信号越大，则被控制对象的参数值减小。例如：气动调节阀控制热媒管道温度值，总管热媒温度越接近或超过设定值，则气动调节阀开度越小，从而热媒流量越小使总管热媒温度降低。

正作用：调节输出信号越大，则被控制对象的参数值减增大。例如：气动调节阀控制分馏柱温度，分馏柱温度越接近或超过设定值，则气动调节阀开度越大，从而冷却水流量越大使分馏柱降温。

PID参数的调整：

P值：比例度，值越大则控制值增加幅度越大。

I值：积分时间，作用是消除余差，值越大则消除余差能力幅度越小。

D值：微分时间，也叫超调，值越小则系统超调能力幅度越大。［1］

图8 热媒炉循环泵出口压力高报

4 综合效果

该千吨聚合装置热媒炉采用DCS控制系统以及相关的安全联锁设计以后，整个热媒系统的运行状况在上位机屏幕上一目了然。在实际应用中，采用DCS控制技术的主要优点有：提高了热媒循环的热效率，保证了系统高效安全稳定运行；从控制性能来看：调节及时，超调不大，热媒主要控制参数运行稳定。

另外从节能效果来看，热媒系统在优化控制以后，提高了热媒系统的可靠性。与改造前热媒炉运行相比较，按照每天连续运行24小时来计算，一年可减少故障停车时间约两百小时，给科研试验运行带来可观的经济效益。

［1］ 刘巨良.过程控制仪表（第二版）.北京：中国电力出版社，2011：121-122.

DCS designed for polyester HTM control system

Gao Yongbin1，Geng Haizhou2，Zhao Jian1

（1.Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng Jiangshu 211900，China；2.Yangzhou Huitong Chem ical Industry Technique Co.，Ltd.，Yangzhou Jiangsu 225000，China）

According to the process of PU1000 polYester heat transfermaterial（HTM）control sYstem，transforming into ECS-100 sYstem，checked in input/output interface（I/O）and combined hardware for everY control point.An arrangement programm ing designed for the HTM furnace in accordance with safetY，reliable，and optim ization principles.

distributed control sYstem；input/output；interlocking control sYstem；technical optimization

TQ 320.5

B

1006-334X（2015）04-0049-04

2015-11-16

高永斌（1969—），江苏仪征人，技师，主要从事电气设备的维修改造工作。