延迟焦化装置焦炭塔控制系统的升级改造

赵彦伟 王 锐

(中国石油兰州石化设备维修公司，兰州 730060)

延迟焦化装置焦炭塔控制系统的升级改造

赵彦伟 王 锐

(中国石油兰州石化设备维修公司，兰州 730060)

由于延迟焦化焦炭塔切换的工艺特点，在改动相关流程时，受操作人员技术水平、熟练程度等人为因素的影响，存在流程改错导致事故发生的情况。为此，苏丹炼厂焦化装置保留焦炭塔原联锁系统，新加顺序控制系统(简称CO_PCIS)。改造后的系统对操作步骤过程进行全程监控，实现内、外操双重确认，系统双重联锁。

顺控系统 焦炭塔 CO_PCIS 联锁系统 延迟焦化

苏丹炼厂延迟焦化装置(年产2Mt)投产于2004年，采用两炉四塔配置、加热炉连续进料、焦炭塔并联切换操作。焦炭塔成对出现，一个处于生焦，另一个处理其他步骤。焦炭塔作为焦化装置的反应器需要从常温提升到320℃以上才具备切换条件；生焦结束后又需从440℃逐步降低到80℃才能满足水力除焦条件，这些处理步骤构成了生焦周期。具体由切塔、小吹汽、大吹汽、给水冷焦、开盖切焦、赶空气汽密及引油气预热等步骤组成。一般18～24h进行一次切换焦炭塔的操作。以往的操作模式均是通过操作人员现场开、关阀门来实现步骤的延续，受操作人员技术熟练程度、操作习惯等因素的影响，操作过程中难免会出现各种失误，使延迟焦化装置成为炼油装置中事故多发的装置之一，造成焦炭塔顶盖误开发生火灾、焦炭塔底盖误开致人员烫伤、阀门误开致高温物料泄漏着火及阀门误关致系统超压泄漏着火等事故。因此，需要将实际操作步骤归纳优化，建立一套安全性高、稳定性好的顺序联锁控制系统，在特定的操作步骤内只能开启或关闭相应的阀门，对操作人员进行提示，在规定的时间内进行相应的操作。现场应该动作的阀门出现指示灯闪烁，提示操作人员进行操作，不应该动作的阀门现场操作无效，避免因人为因素导致焦炭塔系统在流程切换过程中出现安全事故。

1 延迟焦化装置焦炭塔改造前的现场

现有焦炭塔操作效率低、风险大、管理难。劳动强度大，大部分阀门依靠手动就地操作；人力成本大，对操作人员的技能要求高；监控不力，很多阀门、工艺流程信息依靠人工传递；联锁保护不力，很多自控阀门没有联锁或只有局部联锁。

1.1CO_PCIS的控制目标

焦炭塔换塔流程按顺序控制系统(简称CO_PCIS)执行，每一个步骤的完成是下一个步骤开始的条件，条件不满足时不能进行下一步的动作。每个步骤进行后，外操和内操需要进行人工确认。系统不能直接控制阀门的开关动作，只能限定阀门动作的条件，阀门的开关操作仍由外操执行。CO_PCIS控制顶盖机和底盖机的电源而不控制它们的允许信号。系统设有单阀检修功能，以方便在非正常工况下阀门有故障时进行维修。

1.2CO_PCIS的控制方案

顶盖机和底盖机的联锁分信号联锁(该功能已经在原水力除焦系统中实现)和电源联锁(该功能准备在CO_PCIS系统中实现)。当顶、底盖允许动作时，首先CO_PCIS系统发出联锁信号控制电气配电回路给对应的顶、底盖机送上电源(电源联锁)，再由水力除焦系统发出允许信号(信号联锁)，现场顶、底盖机控制盘才能对设备进行操作，顶、底盖机的回讯既进入水力除焦也进入CO_PCIS显示监控，必须同时具备信号联锁和电源联锁设备才能动作。动作完毕后，CO_PCIS系统切断顶、底盖机的电源，直到下次动作前。CO_PCIS系统与水力除焦之间不需要信号联系，它们同时监控顶底盖机的状态。CO_PCIS通过顶、底盖机的电源控制来控制除焦的节点，通过监控顶、底盖机的状态判断除焦是否结束。

2 CO_PCIS的实现

CO_PCIS主要由Siemens S7-400H和SIMATIC WinCC 配置完成，系统由四大部分组成：主控制柜、现场操作柜、上位机操作站和电动阀门(图1)。现场操作柜位于10、16、46m平台，提供阀门状态显示和外操确认反馈的功能。上位机操作站位于中央控制室，监控系统和参与联锁的阀门的状态。安全联锁系统通过控制延迟焦化工艺的相关阀门的电源通断来确保每一操作步骤的安全平稳运行。需要动作的阀门和设备程序送电，不需要动作的阀门和设备程序断电，最大限度地消除因人工误操作产生的安全事故。

图1 CO_PCIS网络框架

开启电脑进入WinCC后，进入CO_PCIS主画面，主画面有两个，一个是C70101AB，一个是C70601AB。可以用画面上的切换按钮在两个画面之间进行切换，点击用户登录，输入用户名和密码。阀门红色表示全关，绿色表示全开；灰色表示系统没有给这个阀门送电，绿色表示系统给这个阀门送电。有8个阀门带有模拟量回讯功能，在画面上以百分比的形式显示。

CO_PCIS的运行包括：切四通阶段、给汽给水试压阶段、放水除焦试压阶段和预热阶段。CO_PCIS启动后，整个操作过程如下：内操点击闪烁的按钮，给需要动作的阀门送电；需要动作的阀门带电，外操在现场开关阀门；外操动作阀门后，去现场柜上进行阀门位置确认；外操确认后，系统切断这个阀门的电源以保证安全；然后电脑画面上的另一个按钮闪烁，内操点击后，系统给下一个需要动作的阀门送电。系统就这样一步一步地循环运行。

3 特殊操作

阀门电源旁路。单阀旁路送电时，一定要确认工艺条件是否允许该阀门动作，否则可能会引起危险。在主画面点击阀门的位号，弹出小窗口，点击电源旁路，可给阀门送电，点击取消旁路，取消送电。

阀门信号旁路。当阀门的回讯开关损坏，没有回讯信号进入系统时，可以使用信号旁路，使联锁系统运行下去。条件旁路(温度、压力及液位等)在现场的温度传感器或者压力传感器损坏或数值不准，可以使用条件旁路。在实际生产时，若达不到设定的温度压力条件，但是经过确认不影响工艺生产的，可以使用条件旁路。例如暖塔时的温度条件是350℃，若实际温度349℃，内操认为可以进行下一步切换四通阀操作而对工艺没有影响的话，可使用条件旁路。

阀门远程操作。此次系统设计有部分阀门的远程控制功能，内操可在中控室通过上位机进行阀门的开操作和关操作。

控制方式。在主画面点击相关阀门的位号，弹出小窗口。点击开，阀门将会打开；点击开停止，阀门中断开操作，停在当前位置；如果不点击开停止，阀门将会一直开，直至全开(100%)；点击关，阀门将会关闭，点击关停止，阀门中断关操作，停在当前位置；如果不点击关停止，阀门将会一直关，直至全关(0%)。

特殊的外操确认。平时，外操在开阀门或者关闭阀门后，通过查看该阀门的回讯状态和现场的具体位置，就可以判断阀门的最终位置是否满足条件，从而进一步确认CO_PCIS的执行情况。如果满足要求外操再次确认后系统会执行下一步操作，否则发出报警提示，需要人为排除故障。

4 改造后的应用效果

首先，内操通过CO_PCIS可以直接而清楚地观察到焦炭塔相关阀门的状态，进行各步骤操作时内、外双重确认，安全系数高；其次，采用电动阀门，降低工人劳动强度，实现人机双向监控；最后，程序指导，监督人工操作过程，人工对程序动作结果进行确认，进一步确保焦炭塔的生产的安全性。

5 结束语

延迟焦化装置投运CO_PCIS以来，工艺流程顺序操作更加规范化和系统化。CO_PCIS涵盖焦炭塔操作的整个操作周期和相关的所有阀门、设备的在线监测，集成目前比较先进的硬件设备，是比较全面的焦炭塔操作安全控制系统。该系统需在满足信号联锁和电源联锁的条件下，才能执行下一步操作，能够有效防止误操作，真正做到确保人员和装置本质安全，提高了焦炭塔工艺系统操作的可靠性和安全性。

TH165+.2

B

1000-3932(2016)05-0558-03

2016-04-11(修改稿)