航天粉煤加压气化装置联锁控制系统的优化改进

张 成，郭 兴，刘 洋

(安徽晋煤中能化工股份有限公司 安徽临泉 236400)

安徽晋煤中能化工股份有限公司的航天粉煤加压气化装置采用霍尼韦尔公司的DCS集中控制系统，同时设置紧急停车系统(ESD)以确保装置的安全运行[1]。该装置仪表控制系统联锁较多，控制逻辑复杂，运用了顺序控制、分程控制、选择控制、比值控制等多种控制方案[2]。通过不断探索，对重要的仪表及控制系统进行了优化，保证了装置的长周期稳定运行。

1 改进现场测量仪表

粉煤输送系统有3条粉煤管线，粉煤流量测量选用德国斯威尔公司生产的粉煤流量计。为了保证给煤系统运行的可靠性，在每条粉煤管线上配置2台流量计，3条管线共配置6台流量计，其中：粉煤给料罐出口3台粉煤流量计的计量数据参与氧煤比计算，连续进行粉煤流量调节；气化炉入口3台粉煤流量计的计量数据用于三取二联锁停车。由于粉煤流量计前后都无手阀，出现问题时无法进行在线更换，不利于装置的安全稳定运行。为避免停车事故的发生，对粉煤流量计的各个环节进行了优化改进。

(1)供电电源改进

粉煤流量计采用220 V交流电供电，一旦电源出现故障，显示的粉煤流量为零，将引发停车事故，故对粉煤流量计的供电电源进行了优化改进。如图1所示，引入2路电源AC1和AC2并分别接入交流发生器的输入端，然后通过交流发生器输出交流电向粉煤流量计供电。改进后，任何一路电源出现问题，均不会造成粉煤流量计的断电，保障了粉煤流量计的稳定运行。

(2)流量测量仪表的改进

在对出现故障的粉煤流量计进行检修时发现，粉煤流量计转换板接线盒内温度较高，特别是夏季盒内温度可达70 ℃以上，而电器元件工作温度要求在60 ℃以内，使用温度超过60 ℃将使电器元件的使用寿命明显缩短。为此，采取了如下的改进措施：①转换板接线盒与仪表外壁连接的中间设置隔热层，以有效隔离外界热源；②为了使电器元件自身产生的热量能及时散去，增大粉煤流量计转换板接线盒。改进后，在夏季测得接线盒内温度为39 ℃，每台粉煤流量计可延长使用寿命2年左右。

2 优化系统控制方案

由于航天粉煤加压气化装置的控制系统联锁较多，一旦控制系统重要部分出现问题，将导致装置立即停车。为保证航天粉煤加压气化装置的长周期稳定运行，避免因控制系统出现问题而造成的停车，通过汇总、分析，主要影响因素为电源故障、DCS卡件故障、控制逻辑设计不合理以及逻辑硬地址分配不合理。针对主要影响因素，采取了如下的优化措施。

(1)一期航天粉煤加压气化装置DCS集中控制系统所采用的24 V转换器电源自投产以来已使用10年，为北京动力源科技股份有限公司生产的产品，该型号电源现已经停产，且上一代产品与下一代产品互不兼容。目前，24 V转换器电源故障频繁，维修费用高，存在较大的安全隐患。另一路电源采用GFM-300铅蓄电池，其使用寿命仅5～7年。24 V电源的配电方式如图2(a)所示，为2路输出汇总至端子排后再进DCS控制柜，2016年曾因UPS室空调损坏而引起空气开关受热跳闸，导致DCS控制柜电源中断，造成停车事故。此外，24 V转换器电源发生故障时，电流和电压的波动有可能会对另一路电源产生干扰。为此，一方面对24 V电源柜进行了更新置换，另一方面对24 V电源的配电方式进行了如图2(b)所示的优化改进。改进前，每个机柜配置1只24 V空气开关，如空气开关出现故障，就会造成机柜断电；改进后，每个机柜配置2只独立的空气开关，即使其中1只空气开关发生故障，也不影响该机柜的运行，为控制系统的正常运行提供了电源保障。

(2)为了避免因控制系统故障造成的系统停车，每天安排专人对DCS集中控制系统进行巡检，认真排查控制器、卡件、服务器、网络状态等的运行情况[3]，一旦发现问题及时进行处理，并在计划检修时对系统进行全面维护。

(3)由于粉煤输送系统的粉煤输送顺控程序存在设计缺陷，自2008年气化装置投产以来，顺控一直无法投运，全部由操作人员在主控室操作阀门的开关，增大了操作人员的劳动强度。为了解决此问题，对粉煤输送顺控程序进行了优化改进，在多个顺控控制逻辑中增设自动放料和手动放料、开始充料和暂停充料、开始充压和暂停充压等按钮，最终实现了粉煤输送的自动化控制。

(4)空分装置中的膨胀机、液氮泵、液氧泵等互为备用设备的联锁信号输送至同一卡件上，一旦该卡件出现问题，主、备设备都将无法启动，这严重威胁装置的安全运行。针对此问题，将主、备设备信号分配至不同的卡件[4]，在某一卡件出现故障的情况下，至少有1台设备可以正常投运，确保装置的连续运行。

3 经济效益

(1)经统计，对以上仪表优化改进后，每年可减少航天粉煤加压气化装置停车0.6次，年可减少经济损失100万元以上。

(2)稳定了生产，减少了排放。

(3)减少了联锁控制系统停车次数，延长了航天粉煤加压气化装置的运行周期。

(4)仪表准确可靠运行是安全生产的保障，对安全生产意义重大。

4 结语

随着国家对环保要求的进一步提高，固定层造气炉正逐渐被淘汰，新型煤气化技术正成为煤化工行业的主流。对于转型期的化工企业来说，新技术的应用尽管有利于提高企业的核心竞争力，但对装置中存在的不合理之处须不断进行总结分析，不断进行优化改进，以确保装置的安全稳定运行。