延迟焦化装置顺序控制程序的深度应用

朱天福(中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东 青岛 266500)

0 引言

延迟焦化工艺一般以渣油为原料，在高温下进行热裂化和缩合反应的一种热加工过程，该工艺是一种既连续又间歇的工艺，对整个装置来说是连续操作，对焦炭塔系统来说是间断操作，焦炭塔生产过程包含赶空气、蒸汽试压、油气预热、换塔、生焦、小吹汽、大吹汽、给水、放水、除焦。在每天频繁的切换生产过程中，需要改动大量的阀门，因而需要一种安全可靠的控制程序。顺序控制是工业控制领域中应用广泛的一种控制方式。如果一个控制系统可以分成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的生产运行，则该控制系统就是顺序控制系统[1]。延迟焦化装置焦炭塔的操作正是一种顺序的操作，顺序控制系统完全满足此条件。

1 焦炭塔操作顺序逻辑开发

1.1 顺控操作逻辑编写

焦炭塔属于间断有序操作，从切换进料后开始生产，待一定的生焦高度后，再次切至新塔并对老塔进行冷焦操作。按此操作用文字详细描述控制顺序和方案，形成焦炭塔操作逻辑，并以此为基础在DCS编写控制程序。逻辑以换塔为例，如下，焦炭塔C-101B换塔至C-101A步骤子系统。

(1)条件(一)

① DCS判断确认为C-101A换塔步骤；

② TI-11103大于100℃& TI-11102大于120℃；

③ 环阀XV-11305全开；

④ 甩油罐液位LI-12401低于75% ；

⑤ 内操换塔确认。

(2)动作(一)

① 允许关闭A塔甩油支阀XV-11315A、AB塔甩油罐入口总阀XV-12403、小预热阀XV-11316A；

② 允许关闭A塔甩油隔断阀XV-11309；

(3)条件(二)

① A塔甩油隔断阀XV-11309关闭；

② A塔甩油支阀XV-11315A、小预热阀XV-11316A、AB塔甩油罐入口总阀XV-12403关闭；

③ 吹汽放空阀XV-11101、溢流阀XV-11312A、呼吸阀XV-11313A、塔顶放空阀XV-11103，XV-11104关闭；

④ A塔油气隔断阀XV-11302全开；

⑤ A塔进料隔断阀XV-11307开启。

(4)动作(二)

① 允许切换四通阀XV-11306至C-101A(四通阀即可切向A塔也可切向B塔)；

② 提示外操执行短管吹汽；

③ 如果XV-11306完全指向C-101A(不再允许切向B塔)；

④ 提示内操切换温控至C-101A(可根据阀门开度自动切换)；

⑤ 外操确认换塔结束；

⑥ 如果计时时间大于20 min，允许A塔急冷油隔断阀XV-11102开；

⑦ 如果 A塔急冷油隔断阀XV-11102全开，允许B塔急冷油隔断阀XV-11202关闭；

⑧ 内操确认换塔结束；

⑨ DCS默认换塔至C-101A步骤结束，转至C-101B小吹汽步骤。

1.2 安全联锁功能

安全联锁功能主要避免在误操作情况下确保安全，如焦炭塔顶底盖机开盖安全联锁、换塔安全联锁等，安全联锁功能独立于顺控系统，即使焦炭塔操作步骤满足顺控操作条件，若不符合安全联锁要求，则阀门依然无法动作。安全联锁以底盖机开盖为例，如表1所示。

表1 A塔底盖机联锁

按照此逻辑编制的联锁如下图，为避免开错盖对焦炭塔顶压力设置二取二、温度五取三联锁条件，且必须先开顶盖而后才能开底盖。

2 单机单站试验和实际操作验证

在顺控逻辑编写完毕后，利用单机单站进行系统模拟操作，对发现的问题及时整改，并再次试验确认，单机单站模拟操作完毕后证明顺控逻辑程序运行无问题，而后进行内外操联合试验，确保顺控组态逻辑和现场动作以及信号一一对应，全部试验完毕且校准正常后，投入生产运行。顺控系统完成后DCS操作画面，如图1所示。

3 顺控系统的操作

3.1 顺控投用和解除

如图1所示，在顺控步骤画面上选择顺控投入/顺控解除按钮，顺控投入或者解除必须有管理员权限，顺控投入后焦炭塔下一步操作步骤必须满足顺控要求，若未满足顺控要求则现场阀门远程和就地都无法动作。在顺控投入条件下，若需要打开或者关闭某个阀门，需要满足顺控的前置条件，若未满足相关操作条件，则需要在管理员权限下强制给出阀门的允开允关信号。

图1 焦炭塔顺控步骤

3.2 顺控系统的操作

顺序控制系统要求满足相关条件后，下一步需要动作的阀门给出允开允关信号，阀门允许动作。在顺控每个大步骤结束转入下一个步骤前，外操需要检查确认并按确认按钮，内操同样需要检查顺控相关条件并点击确认按钮，双方确认后进入下一步。如下图左侧步骤18∶A塔给水，左侧绿色方框内所有条件和阀门状态都达到后进入外操确认，外操确认，然后转入下一步骤。同时，在相关流程打通后，此条流程即变为绿色，如图2所示。

图2 焦炭塔顺控流程示意图

4 基于顺控程序上开发的应用

4.1 一键禁用功能

焦炭塔顺序控制程序实施完毕运行正常后，吸取其他炼厂在开停工或者机械清焦期间阀门误动作的经验，在此顺控系统上开发出新功能一键禁用。

此功能主要在顺控摘除、停工或者开工过程中启用，启用后所有在顺控系统内阀门不允许动作，若要动作顺控系统必须在管理员权限下强制给出允开信号，从而避免停开工过程中的因操作过多造成人为失误动作阀门。

4.2 程序自动控制模块

焦炭塔给水操作中，冷焦水量根据焦炭塔顶压力和放空塔冷后温度和压力而逐步变化，随着冷焦的进程给水量和相关参数存在一个定量的关系，根据此并利用顺控系统开发出焦炭塔自动给水程序。同理，在焦炭塔新塔油气预热中，预热油气去后路的速度决定了新塔预热的速度，依据此利用顺控系统开发出焦炭塔自动预热程序。实施后，焦炭塔给水冷焦操作不需人为干预，冷焦速度控制更平稳，冷焦时间减少，放空气体对后路系统影响减小。新塔预热的温升更合理，预热期间对分馏系统的热量影响减少。自动给水控制趋势如图3所示，手动给水控制趋势如图4所示。从实际调节过程中的工艺参数趋势可以清晰看到，程控给水模块的操作趋势比手动操作平滑、波动更小，焦炭塔的放空气体对火炬气柜系统影响更小，对设备运行有利。

图3 自动给水控制趋势

图4 手动给水控制趋势

5 结语

在焦化装置焦炭塔的间歇操作中，实现顺序控制操作，可以避免因人为误操作阀门导致的生产事故。在目前开发的顺控系统上已实现了自动给水和自动预热的操作，未来可以实现更多的自动化操作，操作员负责内外操的检查确认，最终可将繁琐的焦炭塔操作转化为安全自动的操作，实现后焦炭塔操作将更高效且各项参数波动更平稳对分馏及其他系统影响更小。