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UniMAT PLC在燃機電廠重油處理自動控制系統中的應用

一、 系統概述

某電力公司的燃氣輪機機組配套的70m3/h重油處理裝置自動化控制系統,是一套重油除水除鹽系統,重油被處理后用于燃燒,燃燒的煙氣生成高溫蒸汽后發電。該自動控制系統主要實現對加熱工段、加脫金屬劑和破乳劑工段、脫鹽工段的自動控制功能。

      重油處理工藝流程圖如上圖所示,整個處理系統主要包括原油罐、換熱器、高溫加熱器和兩級脫鹽罐,原油首先被注入換熱器,利用已經基本處理好的重油回流的余熱先對其進行預熱,加入脫金屬劑和破乳劑是便于重油中的鹽分和重油分離,再進入蒸汽加熱器進一步加熱以降低重油粘度,最后在脫鹽罐采用電場正負級將重油中的正負離子吸引至兩側從而達到除鹽除水的目的。

重油在常溫狀態下粘度較高,所以需要進行加熱使其粘度降低,以利于鹽分從重油中析出;此外由于油分子通常將鹽離子包裹,加入脫金屬劑和破乳劑可將兩者有效分離。在脫鹽罐中,水的比重大于油的比重,水分會沉入罐底,鹽分被豎直方向上的電場吸至兩側,部分會溶于水中,一起從排污閥中以污水形式排出。被處理過的重油還帶有部分余熱,為了提高系統效率,采用回收余熱用于預熱待處理的原油,這樣的處理方式可使得待處理的原油在進入蒸汽加熱器的入口溫度更高。被處理過的重油在進入凈油罐之前還需對其成分進行檢測,油水含量達到工業指標即可進凈油罐,否則回收至原油罐。

重油在進入兩級脫鹽罐之前,分別會對其進行注水用以溶解即將分離出的鹽離子。一級脫鹽罐的注水,一部分來自凈水,另一部分來自二次脫鹽罐的排污水(由于二次脫鹽的排污水較之一次脫鹽的排污水水質好,所以可回收利用);二級脫鹽罐的注水,由于工藝要求更高,全部來自凈水。一級脫鹽罐的排水,由于品質差,全部從排污口排出;二級脫鹽罐的排水,由于品質較好,必要時一部分回收用于一次脫鹽罐的注水,一部分從排污口排出。這些操作都可通過對注水切斷閥、排污閥等的手自動控制來實現。

已基本處理過的重油在進入凈油罐之前,須進行抽樣檢測,當在含水分析儀測量含水>0.5%時,自動切換至原油罐,凈油閥關閉,當含水≦0.5%時,不能自動切回凈油罐,需化驗鈉、鉀鹽分含量合格后由人工給指令后切換至凈油罐,回油閥關閉。分析儀設定值可人工調整。

 

二、 系統要求

1. 對控制系統可靠性要求很高,采用冗余結構設計;

2. 為避免人工操作不能達到要求精度,控制系統具備一鍵開機功能,控制精度要求高。

3. 系統具有良好的聯網功能,可以和燃機DCS系統聯網。

4. 選用的控制系統采用通用設計方案,具有通用性、可靠性、可維護性強等特點。

5. 控制軟件具有良好的靈活性,對控制方式的調整和修改方便。

 

三 、系統配置與功能實現

根據系統控制要求,采用SIEMENS公司的PLC-300系列控制器和億維公司UniMAT ET200M從站的遠程I/O系統組建成系統的控制站,采用WinCC人機界面軟件和上位機組建成系統的操作站。

為了避免控制系統異常停機造成的損失,在控制系統中采用冗余結構設計。冗余系統分為軟件冗余和硬件冗余,軟件冗余是SIEMENS實現冗余功能的一種低成本解決方案,可以應用于對主備系統切換時間要求不高的控制系統中。軟件冗余相對于硬件冗余的最大優點在于成本較低,雖然冗余切換時間比硬件冗余稍長(約100ms),但實現了CPU冗余、電源冗余、通訊冗余、模板熱插拔等所有功能,在切換時間要求不是很嚴格的場合,是很好的解決方案。

1. 系統采用CPU315-2DP冗余,同步方式采用CP343-1工業以太網同步,保證較高的同步性能。

2. WinCC上位監控軟件通過工業以太網實現和冗余CPU之間的連接,當主CPU故障切換到備用CPU時,WinCC可自動切換到備用CPU,無需人為干預。

根據控制需要,設計一鍵開機功能,在外界條件具備自動工作條件時,點擊自動開機鍵后可全自動進行重油處理,無需人為干預。

 

1. 該系統中有較多設備需要進行PID調節,例如重油流量、兩級脫鹽罐液位等。在WinCC畫面上進行動態設置后,可用鼠標點擊設備即可看到與其對應的PID調節參數顯示框,可以實時顯示該設備的手自動切換、比例增益、積分系數和微分系數。

2. WinCC人機交互界面有著豐富的繪圖功能及其動態顯示功能,可以將復雜的工藝過程明晰簡潔地表達出來,將重油的處理流程分解為幾個相對獨立的畫面。對畫面上的控件屬性和動態事件進行直觀的設置,將其與PLC下位機設備的輸入輸出點進行實時連接,以便用戶可以隨時在上位機上看到現場設備的運行狀況。

3. WinCC軟件中的報警記錄中可以設置任一數字量或是模擬量的報警上下限,在畫面上組態報警框后,即可顯示報警變量,報警時間,報警信息等。如果有需要還可通過全局腳本設置報警聲音,在對報警確認后可消除報警音效。

4. WinCC軟件中可組態變量趨勢圖,把需要長期觀測趨勢的變量歸檔,在系統運行時可隨意觀察若干變量在任一時段的趨勢,方便對比觀察若干同一類型變量,并可對局部進行放大觀察。趨勢圖均有動態改變和實時增加的功能。

5. 對于上位機中的操作員站和工程師站,分別對其各自的操作范圍的動作設以權限保護,以利于系統安全。對于重要設備的操作在操作站上設置有提示窗口,操作人員確認后才能真正實現操作?,F場較多設備,例如主、備注水泵,一般都有自動和手動的切換,以方便當其中某臺設備故障或檢修時將其從系統中隔斷。

6. 主要監控界面


                                             電脫鹽圖

                                             總覽圖

                                             泵閥總匯圖

                                            油罐總覽圖

                                                 小鍋爐圖

四 使用效果分析

     本控制系統在重油處理中實現了預期目的,根據重油處理系統在實用中的重要程度選擇軟冗余系統,既可實現必要時的主、備系統的切換,提高了系統穩定性,又在一定程度上節省了系統成本。該系統在投入運行后狀態良好。


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