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unimat plc在燃机电厂重油处理自动控制系统中的应用

一、 系统概述

某电力的燃气轮机机组配套的70m3/h重油处理装置自动化控制系统,是一套重油除水除盐系统,重油被处理后用于燃烧,燃烧的烟气生成高温蒸汽后发电。该自动控制系统主要实现对加热工段、加脱金属剂和破乳剂工段、脱盐工段的自动控制功能。

      重油处理工艺流程图如上图所示,整个处理系统主要包括原油罐、换热器、高温加热器和两级脱盐罐,原油首先被注入换热器,利用已经基本处理好的重油回流的余热先对其进行预热,加入脱金属剂和破乳剂是便于重油中的盐分和重油分离,再进入蒸汽加热器进一步加热以降低重油粘度,最后在脱盐罐采用电场正负级将重油中的正负离子吸引至两侧从而达到除盐除水的目的。

重油在常温状态下粘度较高,所以需要进行加热使其粘度降低,以利于盐分从重油中析出;此外由于油分子通常将盐离子包裹,加入脱金属剂和破乳剂可将两者有效分离。在脱盐罐中,水的比重大于油的比重,水分会沉入罐底,盐分被竖直方向上的电场吸至两侧,部分会溶于水中,一起从排污阀中以污水形式排出。被处理过的重油还带有部分余热,为了提高系统效率,采用回收余热用于预热待处理的原油,这样的处理方式可使得待处理的原油在进入蒸汽加热器的入口温度更高。被处理过的重油在进入净油罐之前还需对其成分进行检测,油水含量达到工业指标即可进净油罐,否则回收至原油罐。

重油在进入两级脱盐罐之前,分别会对其进行注水用以溶解即将分离出的盐离子。一级脱盐罐的注水,一部分来自净水,另一部分来自二次脱盐罐的排污水(由于二次脱盐的排污水较之一次脱盐的排污水水质好,所以可回收利用);二级脱盐罐的注水,由于工艺要求更高,全部来自净水。一级脱盐罐的排水,由于品质差,全部从排污口排出;二级脱盐罐的排水,由于品质较好,必要时一部分回收用于一次脱盐罐的注水,一部分从排污口排出。这些操作都可通过对注水切断阀、排污阀等的手自动控制来实现。

已基本处理过的重油在进入净油罐之前,须进行抽样检测,当在含水分析仪测量含水>0.5%时,自动切换至原油罐,净油阀关闭,当含水≦0.5%时,不能自动切回净油罐,需化验钠、钾盐分含量合格后由人工给指令后切换至净油罐,回油阀关闭。分析仪设定值可人工调整。

 

二、 系统要求

1. 对控制系统可靠性要求很高,采用冗余结构设计;

2. 为避免人工操作不能达到要求精度,控制系统具备一键开机功能,控制精度要求高。

3. 系统具有良好的联网功能,可以和燃机dcs系统联网。

4. 选用的控制系统采用通用设计方案,具有通用性、可靠性、可维护性强等特点。

5. 控制软件具有良好的灵活性,对控制方式的调整和修改方便。

 

三 、系统配置与功能实现

根据系统控制要求,采用siemens的plc-300系列控制器和亿维unimat et200m从站的远程i/o系统组建成系统的控制站,采用wincc人机界面软件和上位机组建成系统的操作站。

为了避免控制系统异常停机造成的损失,在控制系统中采用冗余结构设计。冗余系统分为软件冗余和硬件冗余,软件冗余是siemens实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中。软件冗余相对于硬件冗余的最大优点在于成本较低,虽然冗余切换时间比硬件冗余稍长(约100ms),但实现了cpu冗余、电源冗余、通讯冗余、模板热插拔等所有功能,在切换时间要求不是很严格的场合,是很好的解决方案。

1. 系统采用cpu315-2dp冗余,同步方式采用cp343-1工业以太网同步,保证较高的同步性能。

2. wincc上位监控软件通过工业以太网实现和冗余cpu之间的连接,当主cpu故障切换到备用cpu时,wincc可自动切换到备用cpu,无需人为干预。

根据控制需要,设计一键开机功能,在外界条件具备自动工作条件时,点击自动开机键后可全自动进行重油处理,无需人为干预。

 

1. 该系统中有较多设备需要进行pid调节,例如重油流量、两级脱盐罐液位等。在wincc画面上进行动态设置后,可用鼠标点击设备即可看到与其对应的pid调节参数显示框,可以实时显示该设备的手自动切换、比例增益、积分系数和微分系数。

2. wincc人机交互界面有着丰富的绘图功能及其动态显示功能,可以将复杂的工艺过程明晰简洁地表达出来,将重油的处理流程分解为几个相对独立的画面。对画面上的控件属性和动态事件进行直观的设置,将其与plc下位机设备的输入输出点进行实时连接,以便用户可以随时在上位机上看到现场设备的运行状况。

3. wincc软件中的报警记录中可以设置任一数字量或是模拟量的报警上下限,在画面上组态报警框后,即可显示报警变量,报警时间,报警信息等。如果有需要还可通过全局脚本设置报警声音,在对报警确认后可消除报警音效。

4. wincc软件中可组态变量趋势图,把需要长期观测趋势的变量归档,在系统运行时可随意观察若干变量在任一时段的趋势,方便对比观察若干同一类型变量,并可对局部进行放大观察。趋势图均有动态改变和实时增加的功能。

5. 对于上位机中的操作员站和工程师站,分别对其各自的操作范围的动作设以权限保护,以利于系统安全。对于重要设备的操作在操作站上设置有提示窗口,操作人员确认后才能真正实现操作。现场较多设备,例如主、备注水泵,一般都有自动和手动的切换,以方便当其中某台设备故障或检修时将其从系统中隔断。

6. 主要监控界面


                                             电脱盐图

                                             总览图

                                             泵阀总汇图

                                            油罐总览图

                                                 小锅炉图

四 使用效果分析

     本控制系统在重油处理中实现了预期目的,根据重油处理系统在实用中的重要程度选择软冗余系统,既可实现必要时的主、备系统的切换,提高了系统稳定性,又在一定程度上节省了系统成本。该系统在投入运行后状态良好。


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