高永斌，耿海洲，趙健

（1.中國石化儀征化纖有限責任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.揚州惠通化工技術(shù)有限公司，江蘇揚州225000）

設(shè)備改造

基于DCS的聚酯熱媒控制系統(tǒng)改造

高永斌1，耿海洲2，趙健1

（1.中國石化儀征化纖有限責任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.揚州惠通化工技術(shù)有限公司，江蘇揚州225000）

根據(jù)PU1000聚合裝置熱媒系統(tǒng)的工藝流程，采用ECS-100集散控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，對熱媒系統(tǒng)的各個控制點進行I/O登記和硬件架構(gòu)的組合，按照安全、可靠、優(yōu)化的原則，對熱媒爐的工藝聯(lián)鎖進行程序設(shè)計，達到了控制及時、優(yōu)化工藝、運行穩(wěn)定的效果。

集散控制 I/O 聯(lián)鎖控制 工藝優(yōu)化

在聚酯生產(chǎn)工藝中，熱煤爐是關(guān)鍵性的供熱設(shè)備，它將冷態(tài)熱媒加熱到一定的溫度，通過管道輸送到聚酯裝置系統(tǒng)的各個使用點，以保證酯化、縮聚反應的運行。2014年底到2015年上半年，某單位針對1 000噸試驗聚合裝置進行了工藝流程增容改造。為了提高熱媒爐控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，將整個聚合流程的控制系統(tǒng)改成DCS控制，與之相應的熱煤爐加熱循環(huán)改成具有上位機的DCS控制方式，在組態(tài)設(shè)計中，對整個熱媒控制系統(tǒng)進行了電氣聯(lián)鎖保護設(shè)置。

1 熱媒系統(tǒng)工藝流程及控制要求

1.1 熱媒系統(tǒng)工藝流程

該裝置熱煤系統(tǒng)的一次熱媒有兩臺熱煤爐、兩臺熱媒泵以及熱媒總管和熱媒膨脹槽等組成。一次熱媒系統(tǒng)是一個完善的閉合循環(huán)回路，熱媒通過熱媒泵從熱煤爐頂端進入爐內(nèi)盤管加熱，并從爐底輸出進入總管，各個熱煤爐出口都有一個溫度控制回路，控制出口溫度在300℃左右。熱媒總管通過兩個調(diào)節(jié)閥和兩個屏蔽熱媒泵后，變成二次熱媒，分別給聚合裝置的兩臺酯化釜和一臺縮聚釜使用。另外，在一次熱媒循環(huán)系統(tǒng)總管之間設(shè)有差壓控制回路，即壓力薄膜調(diào)節(jié)器來控制總管傳熱熱媒的流動壓差，從而完成一次熱媒系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的熱量傳遞，工藝流程見圖1。

1.2 聚合熱媒系統(tǒng)聯(lián)鎖控制要求

圖1 熱媒系統(tǒng)工藝流程圖

按照熱媒爐控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性的要求，熱煤系統(tǒng)聯(lián)鎖控制具體要求如圖2所示。

圖2 熱媒系統(tǒng)聯(lián)鎖控制圖

2 熱媒爐控制系統(tǒng)的改造

2.1 聚合裝置系統(tǒng)DCS控制總貌

該千噸聚合裝置增容改造，控制系統(tǒng)采用的是浙大中控ECS-100集散控制系統(tǒng)，它融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它具有系統(tǒng)組態(tài)清晰、界面操作方便、流程圖功能強大、實時和歷史趨勢操作靈活，以及能提供實時的數(shù)據(jù)服務和報警服務［1］。圖3是采用的DCS系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。

圖3 聚合裝置DCS硬件架構(gòu)

2.2 熱媒系統(tǒng)I/O表登記及硬件分配

此次熱媒系統(tǒng)電氣控制部分改造采用的是利舊原則，即主加熱和熱媒循環(huán)控制柜保留，而原先的繼電控制改成DCS控制方式，經(jīng)統(tǒng)計共有28個開關(guān)量輸入、輸出點，8個模擬量輸入、輸出點，所以在硬件方面只增加了三塊開關(guān)量和模擬量輸入輸出卡件。

2.3 熱媒系統(tǒng)控制操作組態(tài)

根據(jù)熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制原則和聯(lián)鎖控制要求，按照I/O控制點硬件分布，運用ECS-100控制系統(tǒng)中的AdvanTrd實時監(jiān)控軟件，設(shè)計了以下的熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制組態(tài)，如圖4所示。

圖4 熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制組態(tài)

3 熱媒控制聯(lián)鎖程序設(shè)計

為了保證熱媒爐可靠、穩(wěn)定、安全有效的運行，運用ECS-100控制系統(tǒng)中的Scontrol圖形化編程軟件，設(shè)計了以下的熱媒加熱循環(huán)系統(tǒng)控制聯(lián)鎖程序。

3.1 酯化/縮聚熱媒爐加熱聯(lián)鎖(E01)

酯化熱媒泵（30P61）啟動，酯化熱媒爐才可以啟動加熱；酯化爐出口溫度（TT-3041）大于超高限，則停酯化熱媒爐加熱；縮聚熱媒泵（30P62）啟動，縮聚熱媒爐才可以啟動加熱；縮聚熱媒爐出口溫度（TT-3042）大于高高限，則?？s聚熱媒爐加熱。如圖5所示。

圖5 熱媒爐加熱高高報

3.2 熱媒總管壓力(PT-3000)聯(lián)鎖(G01)

熱媒總管壓力值（PT3000）高于高高限，則關(guān)閉 酯化熱媒泵（30P061）和縮聚熱媒泵（30P062）。如圖6所示。

圖6 熱媒總管壓力高高報

3.3 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力高限報警(現(xiàn)場電接點壓力表)

對于熱媒爐現(xiàn)場接電接點壓力表，縮聚釜熱媒循環(huán)泵出口壓力高（PAH-30042），縮聚釜熱媒循環(huán)泵（HS-30P061）為OFF；酯化釜熱媒循環(huán)泵出口

壓力高報（PAH-30041），酯化釜熱媒循環(huán)泵觸點（HS-30P062）為OFF。如圖7所示。

3.4 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力低限報警(現(xiàn)場電接點壓力表)

圖7 熱媒爐出口壓力高報

酯化熱媒爐加熱啟動60秒后若泵出口壓力（PAL-30041）小于低限值（1MPa）則停止酯化加熱自動、手動1、手動2）；縮聚熱媒爐加熱啟動60秒后若泵出口壓力（PAL-30042）小于低限值（1MPa）則停止縮聚加熱自動、手動1、手動2。如圖8所示。

3.5 自動控制系統(tǒng)正反作用的選擇和PID參數(shù)的調(diào)整

該熱媒系統(tǒng)有六組閉環(huán)自動控制，它們分別是兩臺熱媒爐加熱控制、三只調(diào)節(jié)閥熱媒開度控制以及熱媒總管壓力調(diào)節(jié)控制。自動控制系統(tǒng)正反作用的選擇原則和PID參數(shù)調(diào)整方法如下：

反作用：調(diào)節(jié)輸出信號越大，則被控制對象的參數(shù)值減小。例如：氣動調(diào)節(jié)閥控制熱媒管道溫度值，總管熱媒溫度越接近或超過設(shè)定值，則氣動調(diào)節(jié)閥開度越小，從而熱媒流量越小使總管熱媒溫度降低。

正作用：調(diào)節(jié)輸出信號越大，則被控制對象的參數(shù)值減增大。例如：氣動調(diào)節(jié)閥控制分餾柱溫度，分餾柱溫度越接近或超過設(shè)定值，則氣動調(diào)節(jié)閥開度越大，從而冷卻水流量越大使分餾柱降溫。

PID參數(shù)的調(diào)整：

P值：比例度，值越大則控制值增加幅度越大。

I值：積分時間，作用是消除余差，值越大則消除余差能力幅度越小。

D值：微分時間，也叫超調(diào)，值越小則系統(tǒng)超調(diào)能力幅度越大。［1］

圖8 熱媒爐循環(huán)泵出口壓力高報

4 綜合效果

該千噸聚合裝置熱媒爐采用DCS控制系統(tǒng)以及相關(guān)的安全聯(lián)鎖設(shè)計以后，整個熱媒系統(tǒng)的運行狀況在上位機屏幕上一目了然。在實際應用中，采用DCS控制技術(shù)的主要優(yōu)點有：提高了熱媒循環(huán)的熱效率，保證了系統(tǒng)高效安全穩(wěn)定運行；從控制性能來看：調(diào)節(jié)及時，超調(diào)不大，熱媒主要控制參數(shù)運行穩(wěn)定。

另外從節(jié)能效果來看，熱媒系統(tǒng)在優(yōu)化控制以后，提高了熱媒系統(tǒng)的可靠性。與改造前熱媒爐運行相比較，按照每天連續(xù)運行24小時來計算，一年可減少故障停車時間約兩百小時，給科研試驗運行帶來可觀的經(jīng)濟效益。

［1］ 劉巨良.過程控制儀表（第二版）.北京：中國電力出版社，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—），江蘇儀征人，技師，主要從事電氣設(shè)備的維修改造工作。