PLC在催化裂化装置主风机自保中的应用.pdf

检测 与控 制装 置 化 工 自 动 化 及 仪 表， 2 0 0 2 ， 2 9 3 5 9 ～ 6 2 Co nt r o l a n d I ns t r u me n t s i n Che mi c a l I n d u s t r y P L C在催化裂化装置主风机 自保 中的应用 武 英 平 ， 赵 凤 军 大 庆市林源炼 油厂 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 8 1 3 摘要 介 绍 用可编程 序控制 器 P L C 实现催化 裂化装 置主风 机 系统 自动联锁 保护 系统的 方法 ， 提 出 了设 计 催 化 裂 化 装 置 自动 联 锁 保 护 系统 应 当注 意 的 一 些 问题 。 关键 词 可编程序控 制 器 P L C ； 催化 裂化 ； 主风机 ； 自保 中图分类号 I 3 7 3 文献 标识码 B 文章 编号 1 0 0 0 ． 3 9 3 2 2 o 0 2 0 3 ． 0 0 5 9 0 4 1概述 大 庆炼 化 公 司林 源 生 产 区是 一个 以生 产燃 料 油 为 主 的石 化企 业 。1 9 8 9年 投 产 的 61 0 t ／ a 重 油 同轴催化裂化装置是该生产 区的第二套催化裂 化装置 ， 1 9 9 7年 实施 了技术 改造 ， 使其 生产 能 力 由现 有 的 61 0 5 t ／ a提 高 到 81 0 5 t ／ a ， 由 于处 理 量 的增加 ， 原 主风 机 系统 已不 能满 足 生 产 的需 要 ， 因此在本 次改造 中决 定更换 该装 置 的主风 机 系 统 ， 将原主风机 及仪表控制部分移 至一套催化裂 化 装 置 ， 新 的主风 机 机组 由原 有 的烟 气 轮 机 、 新 主 风 机 、 新 变 速 齿 轮箱 机 构 、 新 的 电动／ 发 电 机组 成 ， 并做到三机 同轴 ， 取消 了烟气 轮机与主风机之 间 的离合器 ； 原主风机滑润油 系统同时也做 了部 分 改造 ， 原 主风机控制部分的全部二次仪表 、 机械量 检测仪表一次元件及仪表盘等整体移至一套催化 主风机 控 制 室 ， 新 主 风 机 机 组 的仪 表 控 制 及 联 锁 保护系统需重新进行设计 ， 由于取 消 了烟气轮机 与主风机之间 的离合器 ， 因此对 新机组 的仪表控 制及 自动联 锁 保 护 系统 设 计 提 出 了更 高 的要 求 。 2 主风机控 制系统改造前的状况 主风机机组更新 改造前 ， 也是三机组同轴 ， 所 不 同的是在烟气轮机 与主风机之间不是由现在的 联轴器连接 ， 而是 由英 国生产的 3 S离合器来 实现 连接的 ， 3 S离合器 的优点是使烟气轮机具有较 大 的操作弹性 ， 可根据 生产 的需要或 烟气轮机设备 自身的状况随时开停烟气 轮机 ， 而不 影响主风机 的正常运行 ， 3 S离合器可 以根据烟气轮机 的转 速 自动实现烟气轮机轴 与主风机轴 之间离与合 ， 但 3 S离合器也 存在着 有时振 动大 等缺点 。由于供 货周期等各方面原 因 ， 本次 主风机 更新改造用联 轴器取代了原来的 3 s离合器 ， 在主风机电机选型 时考 虑 了带 动 烟 气 轮 机 的 负 荷 ， 即 在 烟 气 轮 机 未 投 用 或 开 工 时 由 电机 同时 带 动烟 气 轮机 及 主风 机 转动 ， 但是 当烟气轮机设备本 身出现故 障时无法 实现有 3 s离合器时那样单独停烟气轮机 ， 而只能 将 主风 机 机 组停 下来 解 开 烟 气轮 机 与 主风 机 之 间 的联 轴 器后 重 新 开 主 风 机 ； 这 就要 求 按 新 的 联 锁 关系 重 新设 计 自动 联 锁 系 统 ， 并 在 设 计 过 程 中 充 分考 虑 到 烟气 轮 机 与 主风 机 之 间 的逻 辑关 系 。原 主风机仪表控 制 系统为 F c系列仪 表 ， 机械 量仪 表为美 国 B E N T L Y公司生产 的 7 2 0 0系列仪表 ， 联 锁保 护 系 统 由美 国 生 产 的 M 一8 4可 编 程 序 控 制 仪 实现 。 3主风 机 自保 系统 实现 由于 M一8 4可编程序控 制仪采 用梯形 图编 程方法 ， 在实际应用 中有很大的局限性 ， 与现在流 行的可把梯形图变成程序语言进行编程的可编程 序控制器 P L C 相 比， 后 者无论 从价 格还是 使用 方面都存在着很 大的优势。因此 ， 决定 本次主风 机更新改造 常规仪 表仍 选用 F C系列仪 表 ， 而 主 风 机 自动联 锁保 护 系 统 由可 编 程 控 制 器 P L C 来 实现 ， 具体 型号为 O MR O N系列产品 C 6 0 P， 由于 主 风机 自保系统 的 I ／ O点 比较 多 ， 所 以本 次采用 的 P L C由 C 6 0 P主 机 和扩 展 单 元 两部 分 组 成 ， 共 计 有 6 4点输 入 I N P U T 和 5 6点 输 出 O U T P U T ； 实 际 使 用 4 3点输 入 ， 5 3点 输 出 ， I ／ O点负 荷 达 到 8 0 ％ ， 收稿 日期 2 0 0 1 1 2一o 4 维普资讯 6 0 化工自 动化及仪表 第 2 9卷 P L C的输入输 出点 电压 为 2 4 V D C ， 送至 电气专 业 的信号经 中间继 电器进行放大以满足 电气专业的 容 量要 求 ， 同时 也 防 止 P L C输 出 接 点 容 量 超 负 荷 而损 坏 P L C设 备 。主 风 机 自保 项 目及 投 入 自保 后 各 阀 门状 态 见 表 1 ， 主 风 机 自保 逻 辑 关 系原 理 图 见 图 1 、 图 2 。 表 I主风机 自保项 目及投入 自保后 阀门状态一 览表 白保项 目 阀 门名称 阀 门状 态 主 电机 跳 闸 主风 机紧急放 空阀 开 润滑油 压力过低 主风 机出 口主风 止 回阀 关 主 主风机 轴位移过 大 主风 机入 口静 叶 关 风 手动 紧急停 主风机 烟气 轮机入 口蝶 阀 关 机 停 主风机 持续逆 流 烟气 轮机入 口闸阀 关 机 烟气 轮机轴位移 过大 主 电机跳 闸信 号送至 电气 烟气轮机 转速超 限 主风机停 机信号 送 至催化 主控室 增压 机跳闸信 号送至 电气 催化 两器主风 流量过低 主风 机紧急放 空阀 开 主 动力油压 力过低 主风机 出 口主风 止 回阀 关 风 主风机逆 流 主风 机人 口静 叶 关 机 手动 紧急安全运行 烟气轮 机入 口蝶 阀 关 安 全 烟气 轮机入 口闸阀 关 运 烟机保 护蒸汽 闸阀 开 行 主风机 安全运行信 号送 至催化 主控 室 增压机 跳闸信号 送至 电气 3 ． 1 联 锁 功 能 的 实施 由于主 风 机 是 催 化 裂 化 装 置 的 关 键 设 备 ， 它 的运行状况直接决定 了装 置的运行状态 ， 如果不 能正确处理主风机突发 的非 正常停机事故 ， 将会 导致催化装置严重 的事故 发生 ， 后 果是不堪设想 的 ， 因此 ， 主 风 机机 组 的控 制 系 统 设计 显 得 尤 为重 要 ， 特别是 自动联锁保护 系统 。为了保 护机组设 备 ， 本次改造设计 了机组紧急停机程序 、 机组正常 启动联锁程序 、 机组 自动操作程序 、 机组逆流保护 程 序 及机 组 安 全运 行 程序 五个 相 互关 联 的机组 自 动联锁保护程序 ， 详 细逻辑关 系见图 1 、 图 2 。与 原主风机相 比， 新增 了机组正常启动联锁程序 ， 由 原来 的操作人员开机前现场巡检逐个判断改为现 在 的 由 P L C自动 判 断 ， 即 由 P L C 自动 判 断 润 滑 油 压力 、 动力 油 压 力 、 主风 止 回阀 位置 、 静 叶角 度 、 紧 急放空阀、 烟气 轮机保护蒸 汽闸阀等是否达 到机 组启动前所要求 的预定 值 ， 若某 一启动条件不 满 足要求 ， 会 自动发 出该条件不 符合要求 的声 光报 警 ， 提示操作人员机组 目前尚不具备启动条件 ， 不 能启动 ， 同时通过程序使 主电机允许合 闸信 号无 效 ， 当全部启动条件都满足后 ， 正常启动联锁程序 会发出“ 启动待命 ” 声光报警 ， 同时 向电气 专业发 出主电机允许合闸信号 ， 只有这时按 下“ 主电机手 动合 闸” 按钮后才能启动主风机 ； 通过机组正常启 动联锁程序 的设置 ， 使机组启 动前各启动 条件的 检查与确认 变得快 速、 准确 、 简捷 ； 所有 的主要信 息都能在报警光子 牌显示 ， 使 复杂 的过程 变得一 目了然 。本 次 主 风 机更 新 改 造 自控 设 计 中共 设 置 了 7 7 个报警光子牌 ， 基本满足 了主风机组安全操 作 的需要 ， 为机组 的安 全运 行提供 了强 大 的“ 预 警” 功能 ， 是机组安 全运行 的可靠保 障 ， 同时也 方 便 了操 作 。 3 ． 2 联 锁 功 能 中 开关 的设 置 为了便于工艺人员操作 及仪表维护 ， 在主 风 机机组逻辑联锁系统 的设计中设置 了 7个手动开 关或按钮 ， 它们分别是手动紧急停 主风机按钮 、 手 动紧急打开放空 阀按钮 、 主风机手 动安全运行按 钮 、 自保 系统复 位按钮 、 主风机实 现 自动操作按 钮 、 烟气轮机 自保切除／ 联锁开关及主风机 自保切 除／ 联 锁 开关 ， 这 些 开 关 或按 钮 的设 置 增 加 了 自动 维普资讯 第 3期 武 英平等 ． P L C在催 化裂化装置 主风机 自保 中的应用 。6 l ’ 联锁保护系统操 作上的灵活性 ， 为机组 的安全 运 行提供 了保障 。 主 电机跳闸 由电气来润滑油压力过低 风机位移过大 手动紧急停主风机自持 逆流来烟机位移过大 烟机转速超 限 ⋯ 报 镦 报警 l n R I 『 OR l ， _ 卜 自 保 切 除 报 警 J 主 风 机 自 保切 除l 卜 _ ’ 保 投 J 烟 机 自 保 切 除I k舀 保 投 自 切 除 壁 ．由 一 t 案 I A N D J紧急停机程序 ．L 自 保复位l l I l I I I I I 开 报警 Ⅲ嘴 堋戈 妊 A I 卜 启 动 待 命 ” 指 示 世 机 组 正 常 启 动 联 锁 程 序 自 安 蚓 D { 囱 ” 压缩机自动操作可进行 ” 指示f I 、 I l 自 丝 量 鱼I I 一 图 1 主风机 自保逻 辑关系原理 图 1 图 2主风机 自保逻 辑关系原理 图 2 分 别 设 置 主风 机 及 烟 气 轮 机 自保 切 除／ 联 锁 开关 ， 其 目的是方便仪表 维修人员对 主风机机组 参与 自保仪表 的维修 ， 正常情况下两个 自保 切除 开关始终处于“ 联锁 ” 位 置 ， 当 自保 切除开关处 于 “ 切除” 位置时 ， 维 护人 员可正 常维修与 自保 系统 有关的设备 ， 设置 自保 切除开关 的 目的是为 了防 维普资讯 6 2 化工自 动化及仪表 第 2 9卷 止维修人员进行正常维修 或调校 时使该 自保系 统误 动作 ， 从 而导 致 主 风机 的非 正 常停 机 ， 在 两 个 自保 切 除开 关 处 于 “ 切 除 ” 位 置 时 ， 不 影 响 报 警 功 能 ； 主 风机 机 组是 催 化 裂 化装 置 的关 键 设 备 ， 但 主 风机 机 组 中 的烟 气 轮 机 只 是 能 量 回 收设 备 ， 是 否 运行 直 接影 响 装 置 的 能 耗 水 平 ， 不 影 响 催 化 裂 化 装置的正常生产 ， 当烟气轮机设备出现故障时， 必 须停 烟 气 轮机 ， 所 以烟 气 轮机 自保 切 除／ 联 锁 开关 同 时还 起 到烟 气 轮机 不 运行 时从 主 风 机机 组 总 的 逻辑 联 锁 系 统 中切 除 来 自于 烟 气 轮 机 的 自保 信 号 ， 使主风机仍 能正常运行 ， 并且保证了主风机机 组 自动逻辑联锁系统功能的完整性 ， 考虑到“ 持续 逆流” 现象的特殊性及对主风机设备 的危害性 ， 主 风机 自保 切 除／ 联 锁 开 关 、 烟 气 轮 机 自保 切 除 ／ 联 锁开关均置于“ 切 除” 位 置时 ， 如果 有持续逆流 现 象发生 ， 自动逻辑 联锁 系统程 序仍 能 自动实 现紧 急停 机 功 能 ， 保 护机 组 设备 的安 全 。 3 ． 3报警 记 忆 功 能 由于 主风 机 机组 停 机 大多 数 情 况下 为 突 发事 故 ， 自动逻辑联锁 保护程序 的设 置就是为 了防止 突发 事故 的发 生 而 损 坏 机 组 设 备 ， 然 而 作 为 机 组 的 自动逻辑联锁保护程序只做到防止机组设备损 坏是 不 够 的 ， 还 必 须 能 够 记 录下 来 主 风 机 机 组 发 生停机或进入安全运行 时各重要参数 的状 态 ， 亦 即各重要参数的报警状态 ， 这种功 能有利于分析 事 故 发 生 的原 因 ， 进 而采 取 有 针对 性 的措 施 ， 杜绝 类 似 事 故 的再 次 发生 。 在 自动逻辑联锁保 护程序 中对 图 1 、 图 2中 的带“ *” 号的重要参数 的报警实施 了记忆 功能 ， 并在仪表盘 内设置 了记忆报警 复位按钮 ， 当机组 发 生停 机 事 故 或 进 入 安 全 运 行 时 ， 自动 逻 辑 联 锁 程序会 自动记忆 上述报警信号 的状态 ， 使报警光 子牌中这些报警在进行记忆报警 复位前始终保持 机组 停 机 或进 入 安 全 运 行 时 的状 态 ， 在 进 行 逻 辑 关 系设 计 时 ， 充 分 考 虑 了 主 风 机 事 故 停 机 后 需 重 新 开机 的实 际情 况 ， 在 停 机事 故 发 生 后 ， 可 以通 过 仪表盘上 的主风机 自保切 除／ 联 锁开关使 自动逻 辑联锁保护程序 向电气发 出的主风机主电机跳闸 信 号复 位 ， 达 到 能够 重 新 开 主风 机 的 目的 ， 当工 艺 操作 人 员记 录下 这 些 记 忆 报 警 信 号 的状 态 后 ， 由 仪 表维 护 人 员进 入 仪 表 盘 内按 下记 忆 报 警 复位 按 钮 ， 使这些记忆报警复位。 3 ． 4系统 的可 靠 性 由于主风机 机组 是催化 裂化 装 置 的关 键设 备 ， 从安全角度出发 ， 为了使仪表控制系统及 自动 逻辑 联 锁保 护 系 统 在 供 电 系统 事 故 停 电状 态下 ， 仍然能够实现 自动逻辑联锁功能及维持必要 的操 作 ， 配备 了不间断 电源 U P S 系统 ， 做到 了既使在 主风 机 岗局 部 短 时 间 停 电的 情 况 下 ， 仍 能 保 证 自 动逻 辑 联 锁 保 护 系 统 正 常 工作 。 另 外 ， 为 了 提 高 自动联锁保护系统 的可靠性及准确 性 ， 对润 滑油 压力过低和动力油压力过低两个参与 自保 的信号 采取 了三取二 的措施 ， 烟气 轮机转速采用 了美 国 B E N T L Y公司的超速 保护 系统 ， 使 系统 的可靠 性 得到进一步提高。 4改造 后 投 用情 况 催化裂化装置主风机 机组更新 改造完成后 ， 投 用 3年 多 的 时 间 ， 没 有 出现 由于 该 套 自动 联 锁 保护程序系统本身的原因而导致 主风机机组 自保 系统产生 误动作 。通 过这 3年 多的 实际 运行 检 验 ， 本 次 主 风机 更 新 改 造 过 程 中 自动 逻 辑 联 锁保 护系 统 的设 计 是 成 功 的 ， 能 够 在 线 修 改 和 检 查 程 序 ， 达到了预期 的 目的。 但是 ， 一套 好 的 系 统 要 使 其 始 终 正 常 发 挥 作 用 ， 必须有一套完整的维护试验措施 ， 并能做到持 续 严 格 地执 行 下 去 。 自改 造 完 成 后 ， 按 生 产 部 门 的要求 ， 在一 年一次 的装置 大检修 中 由供 电、 仪 表 、 工艺生产 车间三家联合对 自动联锁程序 系统 逐 点逐 项 地 进 行 一 次 全 面 的 模 拟 试 验 ， 发 现 问题 及时解决 ， 并对每次试验结果做详细记录 ， 这些工 作 是 保证 主风 机组 自动 保 护 系统 正 常工 作 的重 要 前 提 。 App l i c atio n o f PLC i n M a i n Ai r Bl o we r Aut o ma tic Pr o t e c tio n S y s t e m of FCCU WU Yi n g - p i n g． Z HAO F e n g - i n n L i n y u a n R e fin e r y ， D a q i n g， H e i l o n g j i a n g 1 6 3 8 1 3 ， C h i n a Abs t r a c t T h e me t h o d u s i n g PL C t o r e a l i z e ma i n air b l o we r a u t o ma t i c p r o t e c t i o n o f F CCU i s i n t rod u c e d． S o me p rob． 1 e ms s h o u l d b e n o t i c e d wh e n d e s i g n i n g a u t o ma t i c p r o t e c t i o n s y s t e m o f FCCU a r e g i v e n o u t ． Ke y wo r d s PL C； FC CU； ma i n air b l o we r； a u t o ma t i c p rot e c t i o n 维普资讯