謝文奮

（中國石油天然氣股份有限公司 獨山子石化公司信息網(wǎng)絡公司，新疆 獨山子 833699）

冷凝水回收系統(tǒng)，主要應用在造紙、石油化工、食品制造、制藥、糧油加工、橡膠、棉紡印染、木業(yè)等工業(yè)企業(yè)，民用上主要應用于賓館、醫(yī)院及民用建筑[1]。某煉油廠瓦斯回收裝置凝結(jié)水回收系統(tǒng)，主要作用是節(jié)能降耗，將裝置上各種汽水換熱器或生產(chǎn)工藝流程中所產(chǎn)生的冷凝水回收，進行再次利用。系統(tǒng)設計時，儀表控制設備均安裝在簡單的彩鋼板房內(nèi)的控制箱內(nèi)，由于夏季彩鋼板房內(nèi)溫度達50℃～60℃，房內(nèi)沒有通風設施，PLC控制箱內(nèi)的控制元件無法散熱，多次出現(xiàn)PLC控制器死機故障，直接影響設備的運行。

1 工作原理

凝結(jié)水回收系統(tǒng)是利用汽水換熱器對生產(chǎn)工藝流程中所產(chǎn)生的冷凝水的回收。冷凝水相對于普通的水質(zhì)量好很多，凝結(jié)水能產(chǎn)生大量的熱能，在蒸汽供熱系統(tǒng)中回收冷凝水是節(jié)能降耗的重要舉措之一。一般凝結(jié)水溫度在100多度，高溫水如果直接用泵輸送，輸水泵前會形成負壓，易使高溫冷凝水汽化，對凝結(jié)水泵造成氣蝕。在特定條件下，會滯留在泵體內(nèi)，讓氣體體積瞬間膨脹，泵體發(fā)生爆裂，損壞輸水水泵。傳統(tǒng)的冷凝水回收方法是將其冷卻降溫后再用輸水泵抽送，造成冷凝水中所含的大量熱能不能被利用，而且冷凝水摻入了未經(jīng)處理的冷水，使凝結(jié)水質(zhì)惡化，還要重新進行水處理[2]。冷凝水回收器設計了氣蝕消除措施，水泵直接抽送高溫冷凝水而不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，它通過罐體內(nèi)的調(diào)壓裝置，氣蝕消除裝置和特制的水泵，解決了水泵的氣蝕現(xiàn)象，實現(xiàn)了高溫凝結(jié)水完全閉式回收。系統(tǒng)采用自動控制系統(tǒng)使冷凝水能高效回收，使能量損耗降到最低，緩解了氧對設備的腐蝕，消除二次汽[3]。

圖1 控制流程圖Fig.1 Control flowchart

圖2 PLC控制器控制箱Fig.2 PLC Controller control box

2 自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

該套凝結(jié)水回收總站位于煉油老區(qū)瓦斯回收裝置，回收系統(tǒng)為成套撬裝設備。主要設備由凝結(jié)水罐、凝結(jié)水泵、液位計、溫度計、流量計、控制閥、變頻控制器、PLC系統(tǒng)以及配套管道閥門等構(gòu)成，控制流程圖見圖1。

利用對凝結(jié)水罐自動調(diào)壓、自動報警、雙泵自動切換等功能，實現(xiàn)對凝結(jié)水回收系統(tǒng)的自動補水。

2.1 PLC邏輯控制器功能和組成

PLC主要用于控制工業(yè)中的自動化系統(tǒng)，是比較先進和常用的控制系統(tǒng)之一，替代硬連線邏輯控制功能。PLC系統(tǒng)主要由中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出接口、編程器幾部分組成。輸入接口用來采集現(xiàn)場各類變送器、開關(guān)和輸入源信號，通過輸入連接器導軌連接到PLC，并將其轉(zhuǎn)化成標準的邏輯電平；輸出接口用于輸出信號來控制對象，其功能通過改變輸入信號來控制；存儲器主要用來存放程序和數(shù)據(jù)；編程器用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以顯示PLC的各種狀態(tài)。該套凝結(jié)水系統(tǒng)使用西門子PLC300邏輯控制器[4]，現(xiàn)場PLC控制器控制箱見圖2。

圖3 變頻控制器控制箱Fig.3 Inverter controller control box

2.2 變頻控制器功能和組成

變頻器分為交——交變頻器，交——直——交變頻器，利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的交流電源電能控制裝置，是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機變速運行的設備，主要由整流器、中間電路、逆變器、控制電路組成。整流器的作用是將交流電源轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓；中間電路的作用是穩(wěn)壓后，為逆變器和各控制線路供電，同時具有濾波作用；逆變器作用是將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓；控制電路的作用是將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，監(jiān)測變頻器的工作狀態(tài)[5]。該套凝結(jié)水系統(tǒng)使用ABB ACS510變頻控制器，來實現(xiàn)對兩臺凝結(jié)水泵的控制，現(xiàn)場變頻控制器控制箱見圖3。

2.3 DCS控制系統(tǒng)

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)采集和處理、監(jiān)控畫面顯示、故障診斷和報警等功能。一般由5部份組成：控制器、I/O板、操作站、工程師站、網(wǎng)絡、圖形及軟件，是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、網(wǎng)絡、顯示和控制等技術(shù)，其基本理念是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。該套凝結(jié)水系統(tǒng)并入到瓦斯回收裝置的DCS系統(tǒng)，使用的是橫河VP系統(tǒng)。

3 現(xiàn)場狀況

3.1 凝結(jié)水系統(tǒng)控制方案解讀

熱水自裝置進來，進入到凝結(jié)水罐內(nèi)，利用雙法蘭液位計測得的液面信號傳輸?shù)絇LC邏輯控制器內(nèi)，當液面達到罐體80%或液面低于20%時，PLC邏輯控制器發(fā)出啟停泵信號，來控制兩臺凝結(jié)水泵，凝結(jié)水泵一開一停相互切換來保證罐內(nèi)液面。凝結(jié)水泵啟停的控制方式有兩種：手動操作和自動操作。手動操作時，將現(xiàn)場PLC邏輯控制器控制箱上的手自動開關(guān)，SA1放置手動位置，按SB1按鈕，1#凝結(jié)水泵啟動運行，按SB3按鈕1#凝結(jié)水泵停運；按SB2按鈕，2#凝結(jié)水泵啟動運行，再次按SB3按鈕2#凝結(jié)水泵停運；當被測液位高于設置高限時，兩臺泵均不能運行。自動操作時，將手自動開關(guān)SA1放置自動位置，將工頻和變頻開關(guān)SA2放置工頻位置，當液位達到設定的高液位時，1#凝結(jié)水泵啟動運行；當液位低于設定低限時，1#凝結(jié)水泵停止運行；當液位再次達到高液位限時，2#輸水泵啟動運行，當液位低于設定低限時，2#輸水泵停止運行，隨著液位的升降到限位值，兩臺輸水泵交替運行。當工頻和變頻開關(guān)SA2放置變頻位置時，液位高于上限設定值時，1#、2#凝結(jié)水泵受時間控制交替運行。兩臺輸水泵任意一臺出現(xiàn)故障，另一臺輸水泵自動運行。正常操作過程中變頻控制器控制液位在60%。

表1 PLC邏輯控制器信號地址分配表Table 1 Signal address allocation table of PLC logic controller

3.2 優(yōu)化前控制方案

現(xiàn)場有兩個控制箱，分別是PLC邏輯控制器控制箱，內(nèi)部集成了PLC邏輯控制器、觸屏、24V直流穩(wěn)壓電源、隔離安全柵、電源控制開關(guān)、隔離繼電器、接線端子等，如圖3 PLC邏輯控制器控制箱。一個是變頻控制器控制箱，內(nèi)部集成了變頻控制器、接觸器、電源控制開關(guān)等，如圖3變頻控制器控制箱。2016年安裝凝結(jié)水回收系統(tǒng)時，瓦斯回收裝置未更換成橫河DCSVP系統(tǒng)，采用歐陸小系統(tǒng)，未將控制方案引入到歐陸系統(tǒng)內(nèi)，通過就地PLC邏輯控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制。該套凝結(jié)水回收系統(tǒng)位于瓦斯回收裝置的東南方向，距離中控室400m左右，操作人員均在中控室內(nèi)，凝結(jié)水泵房內(nèi)無人值守操作。過程參數(shù)液位、溫度、流量監(jiān)測和控制均由現(xiàn)場PLC實現(xiàn)，控制過程未遠傳監(jiān)控，操作人員對整個控制的過程及PLC運行狀態(tài)無法實時監(jiān)測，發(fā)生故障無法及時發(fā)現(xiàn)，給設備的正常運行帶來隱患，靠操作人員每隔1h巡檢，增加了操作人員的勞動強度。PLC邏輯控制器信號地址分配表見表1。

圖4 凝結(jié)水罐液位自動控制邏輯Fig.4 Automatic control logic of condensate tank level

圖5 凝結(jié)水液位手動控制邏輯Fig.5 Manual control logic of condensate level

3.3 優(yōu)化后控制方案

取締現(xiàn)場PLC邏輯控制器、穩(wěn)壓電源，PLC的操作觸屏、2個切換按鈕、3個啟停泵按鈕，PLC邏輯控制器箱改為現(xiàn)場中間接線箱。PLC邏輯控制器內(nèi)的邏輯完全移植到橫河DCSVP系統(tǒng)內(nèi)，通過DCS系統(tǒng)內(nèi)部組態(tài)實現(xiàn)邏輯關(guān)系，控制凝結(jié)水泵的啟停、報警、狀態(tài)及過程參數(shù)顯示。正常操作時，DCS根據(jù)現(xiàn)場液位輸出調(diào)節(jié)信號到現(xiàn)場變頻控制器，通過變頻器控制器調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速來控制凝結(jié)水罐液面。當凝結(jié)水罐液位達到高限或是低限時，DCS系統(tǒng)輸出控制信號啟停和切換兩臺泵工作，同時將參與邏輯條件和顯示儀表信號，傳送到瓦斯回收裝置DCS機柜間，在DCS系統(tǒng)上顯示，實現(xiàn)遠程控制和監(jiān)測。現(xiàn)場測量信號點有1個液位信號、1個溫度信號、1個流量信號及1臺控制閥控制信號、2個變頻控制器信號、4個泵狀態(tài)信號。圖4為凝結(jié)水罐液位自動控制邏輯，圖5為凝結(jié)水液位手動控制邏輯。

4 應用效果

實施后完全取代原先的控制方案，減少中間環(huán)節(jié)，降低設備成本，減輕操作人員勞動強度，方便操作人員遠程操作控制，提高了設備運行的安全可靠性；在DCS系統(tǒng)上對參數(shù)設置了聲光報警上下限，并建立了歷史數(shù)據(jù)庫，方便故障分析和診斷；通過TS服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程管理。