牛希洋
(蘭州石化公司檢維修中心,甘肅蘭州 730060)
蘭州石化公司動(dòng)力車(chē)間現(xiàn)有3 臺(tái)燃?xì)庵袎赫羝麆?dòng)力鍋爐(1#、2#、3#),每年4 月至10 月運(yùn)行1~2 臺(tái)鍋爐,11 月至次年3月份運(yùn)行2~3 臺(tái)鍋爐。1#鍋爐為75 t/h 燃?xì)忮仩t,始建于2001年10 月,2003 年4 月投產(chǎn),1#鍋爐配備徐州燃控高效非低氮燃燒器,燃料為煉油廠(chǎng)混合干氣,主要由瓦斯、氫氣、天然氣構(gòu)成,燃料氣組份變化幅度較大。由于原來(lái)使用的是非低氮燃燒器,且煉油廠(chǎng)混合干氣中氮化合物及助燃空氣中氮?dú)獾挠绊?,?dǎo)致鍋爐排煙中氮氧化物(NOx)長(zhǎng)期超標(biāo),超標(biāo)值最高為400 mg/m3?,F(xiàn)行GB 13223—2011《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中要求NOx≤100 mg/m3。
鍋爐裝置就要由8 部分組成:鍋爐給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、瓦斯干氣系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)、自用蒸汽系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、儀表空氣系統(tǒng)和氮?dú)庀到y(tǒng)。鍋爐裝置使用的一級(jí)除鹽水由動(dòng)力車(chē)間第二套500 t/h 除鹽水裝置供應(yīng),燃料氣由煉油廠(chǎng)泵房供應(yīng)。鍋爐生產(chǎn)的中壓蒸汽主要供煉油區(qū)蒸汽透平動(dòng)力用汽和一部分工藝加溫用汽,剩余部分經(jīng)減溫減壓器降級(jí)為低壓蒸汽,低壓蒸汽主要供煉油區(qū)動(dòng)力用汽、工藝加溫用和生活區(qū)冬季采暖用。
1#燃?xì)忮仩t及公用工程部分由DCS 系統(tǒng)做常規(guī)的監(jiān)控操作,使用的DCS 系統(tǒng)為美國(guó)艾默生過(guò)程控制公司提供的DeltaV系統(tǒng),聯(lián)鎖邏輯由DeltaV 系統(tǒng)中的SIS 控制系統(tǒng)完成。分散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System),它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通信(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)4C 技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。安全儀表系統(tǒng)SIS(Safety Instrumented System)是一套組件,包括傳感器、邏輯解算器(Logic Solver)以及最終控制元件,其目的是在出現(xiàn)預(yù)定的危險(xiǎn)狀況時(shí),讓過(guò)程進(jìn)入安全狀態(tài)。安全儀表系統(tǒng)包括硬件、軟件及執(zhí)行關(guān)閉功能所必需的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。鍋爐裝置DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
其中包括:3 臺(tái)操作員站,均可用于1#鍋爐DCS 控制系統(tǒng)各畫(huà)面的切換及參數(shù)的監(jiān)控、操作;1 臺(tái)為工程師站,可組態(tài)過(guò)程控制軟件、診斷、監(jiān)視過(guò)程控制站運(yùn)行情況,供DCS 工程師開(kāi)發(fā)、測(cè)試、維護(hù)DCS 系統(tǒng)使用;1 臺(tái)為應(yīng)用站,用于支持DeltaV系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)的通信,如與工廠(chǎng)管理網(wǎng)之間的連接;1 組現(xiàn)場(chǎng)控制站,由控制器、I/O 子系統(tǒng)、電源單元、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和專(zhuān)用機(jī)柜組成,采用分布式結(jié)構(gòu),擴(kuò)展性強(qiáng)。鍋爐裝置DCS 控制系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)包括模擬量輸入輸出卡件、數(shù)字量輸入輸出卡件、邏輯控制器等。
在此次鍋爐降低氮氧化物升價(jià)改造中需要更換4 臺(tái)進(jìn)口燃燒器,根據(jù)廠(chǎng)商提供的供貨清單,每臺(tái)燃燒器配備1 個(gè)溫度檢測(cè)和控制回路,1 個(gè)壓力檢測(cè)和控制回路,1 個(gè)流量檢測(cè)控制回路,關(guān)斷閥及電磁閥6 臺(tái),2 個(gè)火焰檢測(cè)回路。燃?xì)饪偩€(xiàn)加入4 個(gè)壓力檢測(cè)回路,1 個(gè)流量檢測(cè)控制回路,1 個(gè)壓力檢測(cè)控制回路和3 臺(tái)關(guān)斷閥等。
經(jīng)計(jì)算,本次改造共需I/O 點(diǎn)數(shù):模擬量64 點(diǎn);數(shù)字量128點(diǎn)。將聯(lián)鎖相關(guān)的測(cè)量和控制點(diǎn)進(jìn)入SIS 系統(tǒng),剩余所有測(cè)量和控制點(diǎn)進(jìn)入DCS 系統(tǒng),利用原有舊系統(tǒng)的部分通道后,還剩余7個(gè)模擬量點(diǎn)數(shù)進(jìn)入DCS 系統(tǒng),剩余23 個(gè)點(diǎn)數(shù)(AIR 點(diǎn)7 個(gè)、DI點(diǎn)4 個(gè)、DOR 點(diǎn)12 個(gè))進(jìn)入SIS 系統(tǒng),因此還需增加2 塊模擬量輸入卡(AI)、2 塊冗余邏輯解算器(Logic Solver)。原有機(jī)柜內(nèi)已無(wú)空間安裝相應(yīng)卡件,只能增加一面系統(tǒng)柜,并配備系統(tǒng)電源、冗余控制器、I/O 卡件、邏輯解算器等設(shè)備(表1)。
表1 新增機(jī)柜I/O
標(biāo)準(zhǔn)控制網(wǎng)絡(luò)是單獨(dú)的以太局域網(wǎng)絡(luò),提供控制器和工作站之間以及控制器之間的通信。它使用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)通信連接。控制網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用于DeltaV 系統(tǒng),不能連接其他設(shè)備。將新增機(jī)柜的控制器通過(guò)電纜連接到主副交換機(jī),如圖2 所示,并設(shè)置好IP地址,實(shí)現(xiàn)控制器之間以及和工作站之間的通信。
圖2 控制網(wǎng)絡(luò)
(1)邏輯解算器(SLS):包含邏輯處理功能并為16 個(gè)I/O通道提供了接口,這些通道可以組態(tài)為離散輸入、離散輸出、模擬量輸入(HART)以及HART 二位輸出通道。邏輯解算器和接線(xiàn)端子安裝在8-寬底板上。DeltaV SIS 支持單一和冗余邏輯解算器。邏輯解算器通過(guò)底板上的雙通道,本地對(duì)等總線(xiàn)(Local Peer Bus)和Remote Peer Ring,來(lái)進(jìn)行通信。本地邏輯解算器由同一個(gè)DeltaV 控制器管理,而遠(yuǎn)程邏輯解算器由不同的DeltaV 控制器管理。邏輯解算器由DC 24 V 電源供電,該電源與驅(qū)動(dòng)DeltaV 控制器和I/O 卡件的電源是分開(kāi)的。邏輯解算器安裝在8-寬底板的奇數(shù)(1、3、5、7)插槽內(nèi)。單一邏輯解算器使用兩個(gè)插槽,冗余邏輯解算器使用4 個(gè)插槽。
(2)SISNet 中繼器:可以將通信擴(kuò)展到連接同一個(gè)DeltaV控制器的本地邏輯解算器之外,并通過(guò)光纖環(huán)將全局信息傳播到遠(yuǎn)程邏輯解算器中。全局信息指用于所有邏輯解算器的信息。SISNet 中繼器安裝在2-寬底板上。每個(gè)底板上都有一個(gè)主SISNet 中繼器和一個(gè)副SISNet 中繼器。
(3)鍋爐控制系統(tǒng)控制柜內(nèi)設(shè)備如圖3 所示:DeltaV 控制器和帶有標(biāo)準(zhǔn)DeltaV I/O 子系統(tǒng)的部分和DeltaV SIS 的8-寬底板相連接,通過(guò)底板擴(kuò)展電纜和本地對(duì)等總線(xiàn)擴(kuò)展電纜實(shí)現(xiàn)通信,其中DeltaV SIS 的8-寬底板上安裝有邏輯解算器、SISNet中繼器和帶終端的1-寬底板;新增加的機(jī)柜內(nèi)設(shè)備,由DeltaV控制器、I/O 子系統(tǒng)、邏輯解算器、SISNet 中繼器和帶終端的1-寬底板組成。
圖3 SISNet 中繼器通信連接
SISNet 中繼器底部有發(fā)送端和接收端兩個(gè)光纖接口,如圖4 所示。
圖4 SISNet 中繼器底部視
根據(jù)SISNet 中繼器功能,將原有機(jī)柜內(nèi)SISNet 主副中繼器和新機(jī)柜內(nèi)SISNet 主副中繼器連接接收端和發(fā)送端,發(fā)送端和接收端,分別構(gòu)成光纖環(huán),就可以有兩個(gè)信號(hào)路徑,當(dāng)一對(duì)SISNet 中繼器中的一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí),另一個(gè)信號(hào)路徑正常工作,如圖5 所示。
圖5 SISNet 中繼器光纖環(huán)
隨本次1#鍋爐燃燒器升級(jí)改造,控制系統(tǒng)在原來(lái)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展,增加了1 個(gè)控制柜,通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)新舊控制柜間所帶設(shè)備的控制要求,通過(guò)SISNet 中繼器實(shí)現(xiàn)新老控制柜間SIS 系統(tǒng)的快速通信,可以滿(mǎn)足改造后低氮燃燒器的邏輯組態(tài)要求。