浙江中控DCS系统在催化裂化装置中的应用与实践

摘要：通过对催裂化装置中余热锅炉及其附属设备的控制，优化DCS控制方案，减少设备能耗，保证了设备的安全稳定运行，提高了催化裂化装置的工作效能。

关键词：催化裂化装置；余热锅炉；DCS控制

中图分类号：TK22文献标识码： A 文章编号：

河北省大港石化有限公司20t/h余热锅炉是为催化装置高温尾气的回收利用而设计的节能设备。按照系统设计，装置采用了浙江中控公司的SUPCON JX-300X系统用于项目建设。SUPCON JX-300X是一套应用较为广泛的DCS系统，所谓的DCS就是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，也称作集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、组态方便。

1 工艺流程

20t/h余热锅炉工艺流程及检测控制系统如图1所示。由催化工段来的高温烟气经沉降室进入炉膛，通过锅炉炉管、省煤器换热，由除尘器除尘后，被引风机引入烟道，排入大气。炉壁水管吸收热量产生蒸汽，蒸汽由汽水分离器去减温减压器，最后到达分汽缸。一部分去除氧器，其余由蒸汽母管外供到热力管网。汽包水位的稳定主要是通过调节给水量FI101来实现的。给水阀来的水经过省煤器预热进入汽包。

图1 20t/h余热锅炉工艺流程及检测控制系统

2 重要回路的控制方案

(1) 汽包水位控制

锅炉汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水的平衡关系。锅炉水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水份过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏；同样地，汽包水位过低，则可能使锅炉循环工况被破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏，因此，汽包水位控制采用了典型的单级三冲量控制方案。

单级三冲量给水控制系统的工作原理如图2所示，其中D-蒸汽流量；H-汽包水位；W-给水流量；DBC-变送器；PID-给水调节器；√-开方器；K-自动/手动切换开关；∝W，∝D-给水和蒸汽流量信号的灵敏度；VW-给水调节阀。

图2 单级三冲量给水控制系统原理

调节器PID接受了三个信号（D、H、W）其输出通过放大器CF、操作器K和执行器Z去控制给水量W，其中汽包水位H是主要控制信号，水位高时减小给水流量，作为水位控制的前馈信号和反馈信号。当D改变时，调节器PID立即动作，适当地改变给水量，保证D和W比值不变；而当W自发地改变时，PID也立即动作使W恢复原来的数值，这样就会有效地控制水位的变化。当负荷变化而出现“虚假水位”时，由于采用了蒸汽流量信号D，就有一个使给水量与负荷同方向变化的信号，从而减少了由于“虚假水位”现象而使给水量向与负荷相反方向变化的趋势。给水流量信号W能消除给水流量自发的扰动，因而当W发生自发扰动时，水位可以基本不受影响。

锅炉汽包水位控制系统，由电动调节阀LV101调节锅炉给水流量FI101自动与蒸汽流量FI102保持平衡，并通过汽包水位LI101不断修正这一平衡关系，使汽包水位在锅炉负荷变化范围内及不同的运行状态下都能稳定在给定值范围内。同时，由于设置了汽包水位高、低限报警，保障了锅炉的安全运行。

(2) 除氧器水位控制

鉴于除氧器水位的控制可以允许在小范围内进行波动，故采用单回路闭环PID控制即可达到工艺要求。由差压变送器LT201测得水位信号，送入主控室，服务器采入水位信号后，经现场控制站输出4～20mA标准信号到电动调节阀LV201，调节软水泵给水量，从而维持水位稳定。同时，除氧器水位也设有高、低限报警，保证了除氧器水位的恒定。

(3) 除氧器压力控制

除氧器压力控制也是通过闭环单回路调节系统来实现的。由压力变送器PT202测得除氧器压力信号送入主控室，服务器接受信号后与给定值比较，然后输出信号到电动控制阀，控制除氧器进气阀PV202，以使除氧器压力维持恒定。

3 系统架构及其应用实践

(1) 系统架构

该项目采用的软硬件平台是SUPCON JX-300X集散控制系统。其架构如图3所示。该系统主要由工程师站ES（Engineering Station）、操作站OS（Operater Station）、现场控制站FCS（Field Control Station）和通信网络等组成。现场控制站是系统中直接与现场联系的I/O处理单元，完成整个锅炉的实时监控功能。控制站内部有三个机笼，机笼内有电源卡、主控制卡、数据转发卡、模拟信号I/O卡、开关量输入卡等。控制站与操作站、工程师站之间由SCnet II双重冗余通讯总线连接。

图3 DCS控制系统架构组成

(2) 应用实践

1）鉴于系统供电的高可靠要求，DCS系统应设置双UPS电源供电系统，并设立联络开关，保证DCS系统工作电源的可靠性，同时合理分配系统电源。

2）根据现场实际生产情况可以编制即时报表和触发报表，对每天生产数据自动采集并打印，不仅提高了现场生产统计数据的准确性，也便于对锅炉运行过程中出现的异常情况进行分析。

3）控制系统的接地分为保护地和屏蔽地。系统所有操作站机柜、现场控制站机柜等均接保护地，控制电缆的屏蔽层在控制站机柜内单点做成屏蔽接地，最后接至系统专用接地系统，接地电阻≤4Ω。正确良好的接地是可以保证DCS系统正常运行，可以避免系统出现严重的问题。

4 结束语

催化裂化装置是一个较为复杂的重油加工过程，除去上文提到的余热锅炉系统外，还有反应再生系统、分馏和吸收解吸稳定系统等，如何利用好DCS系统优越的控制功能，实现在线优化和测量，在有效控制产品质量的基础上降低能耗，是我们今后工作的努力方向。

参考文献加：《SUPCON JX-300X工程师站操作手册》

作者简介：郭朋辉，男，汉，籍贯：河北省邢台市平乡县，本科，工程师，研究方向：网络工程、自动控制

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。