鄭 磊

(中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川達(dá)州 636156)

1 概況

國(guó)內(nèi)某天然氣凈化廠以高含硫天然氣為原料，H2S和CO2平均體積含量分別為14%和8%，年凈化天然氣能力120×108m3，年產(chǎn)硫黃能力240×104t，是我國(guó)“十一五”國(guó)家重點(diǎn)工程“川氣東送”的氣源地。凈化廠共建設(shè)6套聯(lián)合12系列凈化裝置，是我國(guó)最大的高壓高含硫天然氣凈化廠[1]。

天然氣凈化廠生產(chǎn)裝置全部采用集散控制系統(tǒng)(DCS)與安全儀表系統(tǒng)SIS，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。由于連續(xù)生產(chǎn)的限制，自2009年投產(chǎn)以來(lái)，凈化廠面臨著公用工程裝置DCS系統(tǒng)/中控室SIS系統(tǒng)無(wú)法停機(jī)檢修、系統(tǒng)故障率增加、系統(tǒng)軟硬件無(wú)法更新等問題。針對(duì)上述問題開展分析研究，提出建議，實(shí)施整改，保證了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

天然氣凈化廠生產(chǎn)裝置采用集散控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)以及多套PLC相結(jié)合的控制方式，高度集成，工位點(diǎn)多，邏輯復(fù)雜，以實(shí)現(xiàn)裝置生產(chǎn)的連續(xù)監(jiān)測(cè)控制以及安全聯(lián)鎖關(guān)斷。

2.1 集散控制系統(tǒng)

采用日本橫河機(jī)電有限公司的CS 3000集散控制系統(tǒng)對(duì)工藝裝置、輔助設(shè)施、公用設(shè)施進(jìn)行集中檢測(cè)控制。共有27套系統(tǒng)，54臺(tái)操作站。

2.2 安全儀表系統(tǒng)

承擔(dān)著凈化廠一、二、三、四級(jí)聯(lián)鎖系統(tǒng)，保證在危險(xiǎn)情況下能夠有效、迅速關(guān)斷，防止事故的發(fā)生。凈化廠共采用25套德國(guó)HIMA公司51q及41q組合的SIS系統(tǒng)，聯(lián)鎖點(diǎn)多、邏輯復(fù)雜。

3 控制系統(tǒng)存在問題分析

3.1 公用工程裝置DCS及中控室SIS系統(tǒng)無(wú)法停機(jī)檢修

凈化廠6套聯(lián)合裝置相對(duì)獨(dú)立，采取“3年一修”模式，每年檢修2套聯(lián)合，同時(shí)對(duì)聯(lián)合裝置的DCS、SIS進(jìn)行檢修，評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行狀況，消除設(shè)備隱患。

公用工程裝置受川氣東送連續(xù)供氣影響，一直保持連續(xù)生產(chǎn)。循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、火炬單元各只有1套DCS控制系統(tǒng)，中控室只有1套SIS系統(tǒng)，且已連續(xù)運(yùn)行多年，從未進(jìn)行控制系統(tǒng)停工檢修，存在系統(tǒng)性能下降、腐蝕、故障頻發(fā)等問題。由于系統(tǒng)涉及面廣，一旦發(fā)生問題，將導(dǎo)致全廠停工，外供產(chǎn)品氣中斷。

3.2 控制系統(tǒng)操作站硬件無(wú)法采購(gòu)、軟件無(wú)法更新

凈化廠DCS系統(tǒng)從2009年投產(chǎn)已連續(xù)運(yùn)行多年，操作站、工程師站、歷史服務(wù)器和OPC服務(wù)器為2007年產(chǎn)品(見表1)，DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件CENTUM CS3000運(yùn)行在服務(wù)器Power EDGE 2900、操作站DELL Precision T5400、DELL Precision T5500上，操作系統(tǒng)為WINDOWS XP SP2。

目前原選型計(jì)算機(jī)硬件已停產(chǎn)，備件不能正常采購(gòu)[2]?，F(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件CENTUM CS3000系統(tǒng)運(yùn)行在WIN XP系統(tǒng)上。由于WIN XP系統(tǒng)從2014年4月8日起已經(jīng)停止更新，且升級(jí)后的操作站及工程師站僅支持WIN 7操作系統(tǒng)，服務(wù)器和操作站只能支持同期的操作系統(tǒng)。最新CENTUM VP無(wú)法運(yùn)行在WINDOWS XP操作系統(tǒng)上。

表1 凈化廠 DCS、SIS控制系統(tǒng)軟硬件配置

3.3 公用工程裝置控制系統(tǒng)故障增多

受連續(xù)生產(chǎn)限制，公用工程裝置控制系統(tǒng)無(wú)法停機(jī)檢修，控制系統(tǒng)運(yùn)行情況無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估?，F(xiàn)主要存在網(wǎng)絡(luò)通訊故障、卡件故障、系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷過(guò)高等安全隱患。正常生產(chǎn)中，采取在線監(jiān)控、加強(qiáng)巡檢等手段評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4 解決方案

4.1 控制系統(tǒng)軟硬件升級(jí)

對(duì)全廠DCS操作站及服務(wù)器進(jìn)行軟硬件升級(jí)改造[3]，37臺(tái)操作站主機(jī)更換為 DELL T7810；13臺(tái)工程師站主機(jī)其中12臺(tái)更換為DELL T7810，1臺(tái)更換為DELL T630。所有操作站/工程師站的操作系統(tǒng)軟件由WIN XP SP2升級(jí)為WIN 7 64位中文操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件由CS 3000升級(jí)為CENTUM VP(見表2)。

歷史服務(wù)器、OPC Server主機(jī)更換為DELL R820，操作系統(tǒng)軟件由WINDOWS SERVER 2003升級(jí)為WINDOWS SERVER 2008。

全廠SIS系統(tǒng)25臺(tái)操作站及工程師站主機(jī)更換為DELL T7810。所有操作站/工程師站的操作系統(tǒng)軟件由WIN XP SP2升級(jí)為WIN7 64位中文操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件升級(jí)為ELOPII V5.1。

4.2 公用工程各單元DCS分區(qū)擴(kuò)容改造

表2 DCS系統(tǒng)升級(jí)前后軟硬件對(duì)比

公用工程循環(huán)水場(chǎng)裝置、動(dòng)力站裝置、火炬裝置現(xiàn)各只有1套DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)控制，基于循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、火炬單元工藝流程特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)各單元DCS控制系統(tǒng)能夠檢修，對(duì)各單元工藝進(jìn)行分離，并對(duì)各單元DCS系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)各單元工藝由2套DCS控制系統(tǒng)分別控制。

4.2.1工藝分離原則

對(duì)各單元相對(duì)獨(dú)立且完全具備該單元工藝生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行分離，劃分為工藝1和工藝2，2套系統(tǒng)分別檢測(cè)與控制。對(duì)于各單元公用的設(shè)備(容器及管線上的控制點(diǎn))列入公用部分(見表3)，2套系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)與控制。

表3 DCS系統(tǒng)工藝分離

4.2.2實(shí)現(xiàn)方案

a) 原有控制系統(tǒng)(1#控制器)：DCS系統(tǒng)硬件配置不變，將分離出該系統(tǒng)的工藝2的檢測(cè)控制點(diǎn)組態(tài)刪除，相應(yīng)的接入信號(hào)電纜拆除，并進(jìn)行調(diào)試。

b) 新增控制系統(tǒng)(2#控制器)：配置獨(dú)立的控制站及配套卡件、電源等設(shè)備，移入該系統(tǒng)的工藝2檢測(cè)控制點(diǎn)，進(jìn)行接線并組態(tài)調(diào)試。

c) 公用點(diǎn)部分(1#、2#控制器同時(shí)顯示控制)：①AI(模擬量輸入信號(hào))：將原有的安全柵更換為一入二出的安全柵或信號(hào)分配器，信號(hào)同時(shí)接入2套控制系統(tǒng)AI卡件進(jìn)行顯示；②AO(模擬量輸出信號(hào))：現(xiàn)場(chǎng)增加相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門，并進(jìn)行組態(tài)，2套系統(tǒng)同時(shí)控制。正常生產(chǎn)時(shí)1用1備；③DI(數(shù)字量輸入信號(hào))：信號(hào)進(jìn)入繼電器線圈，通過(guò)控制線圈得電、失電，輸出2組開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)進(jìn)入2套DCS控制系統(tǒng)；④DO(數(shù)字量輸出信號(hào))： 2套DCS系統(tǒng)DO點(diǎn)繼電器輸出到端子排，由端子排并接，端子排另一端輸出一組信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)或去電氣柜。

4.2.3系統(tǒng)擴(kuò)容配置

根據(jù)公用工程循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、火炬單元分離出的工藝2的檢測(cè)控制點(diǎn)數(shù)，結(jié)合日本橫河機(jī)電有限公司硬件配置特點(diǎn)[4]，確定系統(tǒng)擴(kuò)容所需配置的卡件數(shù)量，共需增加點(diǎn)數(shù)579個(gè)，配置卡件106塊(見表4)。

表4 公用工程各單元DCS擴(kuò)容分區(qū)改造增加的點(diǎn)數(shù)及卡件數(shù)量

4.2.4系統(tǒng)接線組態(tài)調(diào)試

硬件配置完成后，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行接線，程序下裝，并100%組態(tài)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)公用工程循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、火炬單元DCS擴(kuò)容，各單元分別有2套DCS系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)控制。

原系統(tǒng)四域共8個(gè)控制站，循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、空分空壓遠(yuǎn)程火炬單元各1個(gè)控制站，全廠裝置共27個(gè)DCS系統(tǒng)控制站。

實(shí)施系統(tǒng)擴(kuò)容改造后，四域共12個(gè)控制站，循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、空分空壓遠(yuǎn)程火炬單元各2個(gè)控制站，全廠裝置共31個(gè)DCS系統(tǒng)控制站。

4.3 中控室SIS系統(tǒng)分區(qū)擴(kuò)容改造

中控室單元SIS系統(tǒng)，采用的是德國(guó)HIMA公司的H41Q邏輯控制器，主要實(shí)現(xiàn)緊急情況下氣田的一、二級(jí)聯(lián)鎖關(guān)斷，確保裝置的安全。

在原1套控制器的基礎(chǔ)上新增1套控制器，更換輔助操作臺(tái)，并對(duì)原有的25臺(tái)操作站和工程師站軟硬件升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)2套控制系統(tǒng)分別控制凈化廠東、西區(qū)裝置，達(dá)到分區(qū)運(yùn)行，獨(dú)立檢修的目的。

5 結(jié)論

針對(duì)大型高含硫天然氣凈化廠控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析研究，提出具體整改措施，通過(guò)實(shí)施升級(jí)、分區(qū)改造后，控制系統(tǒng)運(yùn)行速度提高，穩(wěn)定性增強(qiáng)，故障率降低，風(fēng)險(xiǎn)減小，不再受淘汰產(chǎn)品的制約，同時(shí)公用工程循環(huán)水場(chǎng)、動(dòng)力站、火炬單元DCS控制系統(tǒng)擴(kuò)容改造后，可實(shí)現(xiàn)凈化廠低負(fù)荷運(yùn)行工況下DCS控制系統(tǒng)檢修。