常压炉典型回路及其联锁逻辑功能的实现

崔富军

(中石化茂名分公司炼油分部，广东 茂名 525011)

常压炉典型回路及其联锁逻辑功能的实现

崔富军

(中石化茂名分公司炼油分部，广东 茂名 525011)

介绍中石化茂名分公司原油一次加工5#常减压装置常压炉的典型回路及其联锁逻辑功能的实现，分别从加热炉侧线进料流量和侧线出口温度控制、燃料气总阀联锁、燃料气总阀现场联锁气路、余热回收部分快开风门联锁及余热回收部分烟道挡板联锁逻辑等方面进行阐述。

典型回路 联锁逻辑 常压炉

年产1 000万吨常减压蒸馏装置是中石化茂名分公司原油一次加工过程的第5套装置，由中石化集团洛阳石油化工工程公司设计，该装置在自控设计方面采用了一些比较先进的设计理念，也取得了较好的应用效果。

下面就5#常减压装置常压炉的典型回路及其联锁逻辑功能的实现，分别从加热炉侧线进料流量和侧线出口温度控制、燃料气总阀联锁、燃料气总阀现场联锁气路、余热回收部分快开风门联锁及余热回收部分烟道挡板联锁逻辑等方面进行阐述。

1 加热炉侧线进料流量和侧线出口温度控制

常压炉将炉管中的原料油加热至需要的温度，原料油进入常压分馏塔进行分馏反应，随着装置处理量的增大，被加热的油品处理量增大，油品分为8个侧线在加热炉中加热，如果侧线进料流量控制发生波动，会直接影响加热炉中油品的加热效果，炉膛内油品受热不均匀，而且各个侧线炉管传热特性存在差异，导致各个加热炉侧线出口温度不同，容易引起结焦和热损耗。正是由于这些原因，常减压装置加热炉出口温度平衡和侧线进料流量平衡是该类装置加热炉的重要控制指标，对于装置的安全生产和降低能耗具有非常重要的意义。

为了防止以上现象的发生，5#常减压加热炉侧线进料流量和侧线出口温度采用增量式PID控制算法，实现多侧线平衡控制。

1.1增量式PID控制算法

增量式PID控制算法如下：

ΔEt=Et-Et-1

Et=设定值-测量值

式中dMVt——本周期输出；

PB——比例系数；

Td——微分系数；

Ti——积分系数；

Ts——控制周期。

增量式PID控制算法中，对每个侧线均采用一个单独的增量式PID控制，将各侧线的出口温度(或进料压力或进料流量)取平均值，作为该平衡调节器的设定值，将其现场仪表返回的相关测量数据(各侧线的出口温度、进料压力或进料流量)作为该平衡调节器的测量值，可以单独按照各个侧线的特性，对该平衡调节器设置不同的PID值。同时，为了保证总量不变，对每个侧线的输出进行修正，一旦各侧线被控变量控制平稳，各侧线的偏差等于零，各支路平衡调节器的输出都为零，各支路流量调节器的设定值不变，故称之为均值平衡控制[1，2]。

1.2常压炉侧线进料流量与侧线出口温度控制方案

常压炉侧线进料流量与侧线出口温度的控制方案如图1所示。

图1 常压炉进料流量和侧线出口温度控制方案

在常压炉侧线进料流量与侧线出口温度的控制方案中，某路侧线出口温度控制器作为主调节器，测量信号为该侧线出口温度，8路侧线出口温度的平均值作为该侧线出口温度主调节器的远程给定信号，经过PID控制，温度调节器的输出值与平均进料流量调节器输出值进行加法运算，其结果作为该路侧线流量副回路调节器的远程给定，用该路侧线流量调节器的输出信号控制该侧线管线上的调节阀。

在副回路平均进料流量调节器的控制回路中，上游初馏塔T101液位PID调节器作为主回路，该调节器的测量值作为8路进料流量的平均值，其PID输出信号参与某路侧线流量控制。

从以上控制方案可以看出，常压炉侧线进料流量与侧线出口温度的控制联系紧密，相互影响，而且都采用均值平衡控制策略，既实现了常压炉侧线进料流量的平稳控制也实现了常压炉各侧线出口温度的控制。

以常压炉第1路侧线进料流量与第1路侧线出口温度为例说明。

在第1路侧线进料流量的控制方案中，该路侧线出口温度控制器0201TIC11705A作为主调节器，8路侧线出口温度的平均值0201TX11705.OUT作为某侧线出口温度主调节器的远程给定信号，该侧线出口温度0201TI11705A.PV作为测量信号。经过PID控制，0201TIC11705A的输出值与平均进料流量调节器0201FIC11709FOUT.MV1的输出值进行加法运算，其结果作为某路侧线流量副回路调节器0201FIC11701的远程给定，用该路侧线流量调节器的输出信号控制该侧线上的调节阀0201FV11701。

在副回路平均进料流量调节器0201FIC11709的控制回路中，上游初馏塔T101液位PID调节器0201LIC11501作为主回路，该调节器的测量值为8路进料流量的平均值0201FX11709.OUT，其PID输出信号经过0201FIC11709FOUT，同时输出8个等值信号，其中0201FIC11709FOUT.MV1参与第1路侧线FIC11701的流量控制。

在控制方案中，8路侧线进料流量(或侧线出口温度)测量信号正常时，参与相关信号的平均值计算，否则将该故障测量点自动屏蔽，对其他7路侧线进料流量(或侧线出口温度)进行平均值计算。

2 常压炉燃料气总阀联锁

2.1常压炉燃料气总阀联锁逻辑

常压炉燃料气总阀的联锁逻辑如图2所示。可以看出，在联锁条件都满足的情况下，点击复位按钮，启动联锁逻辑，如果有条件不满足，联锁关闭燃料气阀。如果加热炉出口温度高高报警，为了防止常压炉出口温度由于仪表信号回路故障(如信号接线端子虚接等原因)引起常压炉燃料气总阀联锁阀关闭，需要人工二次确认该联锁输入信号，确认后才能联锁关闭燃料气总阀。

图2 常压炉燃料气总阀门联锁逻辑

在联锁逻辑中，采用“三取二”(指3个联锁条件中有两个联锁条件满足，系统将会启动联锁，现场电磁阀动作)和“四取二”(指4个联锁条件中有两个联锁条件满足，系统将会启动联锁，现场电磁阀动作)设计。

2.2常压炉燃料气总阀现场联锁气路

常压炉燃料气总阀现场联锁气路如图3所示。400kPa的仪表风经过滤器后，一路到储气罐，作为仪表风故障时应急使用；一路直接到空气换向阀5，然后分两路，分别送到连接开位的空气换向阀4(正常时该空气换向阀关闭，仪表风排大气)和连接关位的空气换向阀4(正常时该空气换向阀打开，仪表风进入调节阀气缸下部)，以上两个空气换向阀由电磁阀和锁止阀控制开启与关毕，来自控制系统的联锁控制信号送到锁止阀，然后控制连接开位的空气换向阀4和连接关位的空气换向阀4，保证其正常动作。

在燃料气总阀现场联锁气路设计中，空气换向阀5的气路和来自储气罐的气源连接，在仪表风停风的情况下，提供应急气源给连接开位的空气换向阀4，该空气换向阀打开，调节阀气缸上部进气，保证燃料气总阀能安全关闭。

方案中采用储气罐设计，就是为了保证现场电磁阀故障或仪表风停风，或联锁输出线路故障，常压炉燃料气总阀能完全关闭。锁止阀也是保证以上情况发生时常压炉燃料气总阀能正常关闭。二者都是保证联锁启动时及时切断燃料气进入常压炉，达到常压炉故障安全的目的。

3 常压炉余热回收部分快开风门联锁

常压炉余热回收部分快开风门的联锁逻辑如图4所示。

在加热炉余热回收联锁逻辑中，手动打开快开风门与鼓风机停机信号都正常的情况下，点击复位按钮，启动打开快开风门联锁逻辑，在手动打开快开风门不满足或鼓风机停机信号都不满足的情况下，联锁打开快开风门；鼓风机停机信号不正常的情况下，故障报警指示灯变成红色，正常情况下无色。

图3 常压炉燃料气总阀门现场联锁气路1——过滤器； 2——电磁阀； 3——锁止阀； 4、5——空气换向阀； 6——限位开关(回讯器)； 7——储气罐； 8——过滤器； 9——单向阀

图4 余热回收部分快开风门联锁逻辑

在实际生产中，如果某个快开风门现场执行发生机构故障，或者回讯器发生故障，该路联锁输出可以手动切出，并不影响其他部分快开风门的联锁动作，一旦维修完毕，再将该路联锁输出投用，该项功能在SIS系统上位机Intouch软件上实现。

4 常压炉余热回收烟道挡板联锁逻辑

常压炉余热回收烟道挡板联锁逻辑初始设计如图5所示。

图5 余热回收烟道挡板联锁逻辑初始设计方案

该项联锁逻辑中，在两个“三取二”和其他条件都满足的情况下，点击复位按钮启动联锁；任一“三取二”或其他条件不满足，联锁打开烟道挡板，同时关闭预热器入口挡板。引风机停机信号正常时，显示为绿色；不正常时显示为红色，引风机故障，报警指示灯为红色。在装置开工后一年多的时间内，初始联锁设计方案投用，联锁正常动作，烟道挡板关闭，预热器入口挡板打开。

2014年4月引风机发生故障，引起联锁动作，故障消除后，在图5联锁进行复位操作，联锁打开烟道挡板，同时关闭预热器入口挡板，造成常压炉内憋压，无法正常开工。

基于这种情况，对联锁逻辑进行修改，对烟道挡板单独复位，修改后的余热回收烟道挡板联锁逻辑如图6所示，之后常压炉开工时烟道挡板可正常打开。

图6 修改后的余热回收烟道挡板联锁逻辑

5 结束语

常压炉侧线进料流量和侧线出口温度控制方案控制投运前，一直采用手动调节，侧线进料流量控制效果较差，一旦上游初馏塔液位发生变化，需要手动调节各侧线调节阀的开度来稳定各侧线进料，出口各侧线温度偏差较大。采用均值平衡控制的控制策略并投入自动控制后，常压炉侧线进料流量和侧线出口温度采用自动控制，减少了常压炉侧线进料流量波动次数和幅度，侧线出口温度也得到很好的控制。

常压炉联锁方案投用后，发现余热回收烟道挡板联锁逻辑存在设计缺陷并进行修改，在余热回收部分快开风门联锁中风门现场执行发生机构故障，或回讯器发生故障后增加该路联锁输出手动切出功能。而且在整个项目的实际组态中还增加“第一事故首出”功能，一旦发生联锁动作，引起联锁动作的第一联锁条件除了变为红色外，该联锁条件上方有“首出”文字显示，该项功能与SIS系统的SOE相互结合，可以快速查处系统联锁动作原因，所有这些功能的完善，保障了生产过程的顺利进行，实际生产中应用效果很好。

[1] 吴洁芸,雷卫良,周娓程,等.平均值法在加热炉支路平衡控制上的实现[J].化工自动化及仪表,2014,41(10):1189～1190.

[2] 罗雄麟,叶松涛,许锋.加热炉支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析[J].化工自动化及仪表,2014,41(11):1232～1235.

TH862

B

1000-3932(2016)09-0998-05

2016-06-05(修改稿)