鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯優(yōu)化淺析

劉家勝

（荊門(mén)盈德氣體有限公司，湖北 荊門(mén) 448000）

0 引 言

荊門(mén)盈德氣體有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)荊門(mén)盈德）煤化工項(xiàng)目產(chǎn)能為300kt/a合成氨、500kt/a甲醇及60000m3/h氫氣，配套3臺(tái)150t/h的9.8 MPa蒸汽鍋爐（分別稱(chēng)作鍋爐A、鍋爐B、鍋爐C）、2套60000m3/h汽拖空分裝置（分別稱(chēng)作1700空分裝置、1800空分裝置）、4臺(tái)有效氣（CO+H2）產(chǎn)量100000m3/h的水煤漿水冷壁清華爐（三開(kāi)一備），以及耐硫變換系統(tǒng)、低溫甲醇洗系統(tǒng)、液氮洗系統(tǒng)、氨合成系統(tǒng)、甲醇合成及精餾系統(tǒng)、PSA制氫系統(tǒng)等。本項(xiàng)目于2019年8月底全線(xiàn)貫通，投入正常生產(chǎn)。

荊門(mén)盈德鍋爐運(yùn)行模式為兩開(kāi)一備，空分裝置運(yùn)行模式為兩開(kāi)無(wú)備（2套空分裝置各配套1臺(tái)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)空壓機(jī)與增壓機(jī)，汽輪機(jī)所用蒸汽產(chǎn)自9.8MPa蒸汽鍋爐，富余的9.8MPa蒸汽經(jīng)減溫減壓后補(bǔ)入3.82MPa蒸汽管網(wǎng)）。9.8MPa蒸汽管網(wǎng)設(shè)有1臺(tái)高壓蒸汽放空閥（HV1001），HV1001全開(kāi)（HV1001為FO型，斷電時(shí)HV1001全開(kāi)）放空量為1臺(tái)鍋爐的產(chǎn)汽量150t/h。鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥三者之間的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)院最初設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖邏輯為：鍋爐為兩開(kāi)一備，運(yùn)行中的1臺(tái)鍋爐跳車(chē)空分裝置無(wú)聯(lián)鎖動(dòng)作，運(yùn)行中的2臺(tái)鍋爐跳車(chē)則2套運(yùn)行空分裝置全停；2套空分裝置任意停1套則HV1001全開(kāi)；2套空分裝置全停則2臺(tái)鍋爐全停。

1 聯(lián)鎖邏輯第一次修改

1.1 問(wèn)題分析

鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯第一次修改是在2019年5月。2019年5月空分裝置臨近開(kāi)車(chē)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖邏輯存在如下問(wèn)題。

（1）鍋爐兩開(kāi)一備，單臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽量150t/h，空分裝置2臺(tái)汽輪機(jī)，單臺(tái)汽輪機(jī)耗汽量122t/h，按照最初設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖邏輯，1臺(tái)鍋爐跳車(chē)空分裝置無(wú)聯(lián)鎖動(dòng)作，單臺(tái)鍋爐是無(wú)法滿(mǎn)足2套空分裝置同時(shí)運(yùn)行需求的，而空分裝置汽輪機(jī)停車(chē)條件比較苛刻，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的96%（即4827r/min，額定轉(zhuǎn)速為5028r/min）延時(shí)10s觸發(fā)汽輪機(jī)停車(chē)，如此一來(lái)勢(shì)必會(huì)造成2套空分裝置跳車(chē)，空分裝置操作員此時(shí)只能迫停1臺(tái)汽輪機(jī)，即此時(shí)工藝上要求迫停1臺(tái)汽輪機(jī)而保另一臺(tái)汽輪機(jī)正常運(yùn)行，以維持1套空分裝置運(yùn)行；同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)院最初的設(shè)計(jì)，停1套空分裝置高壓蒸汽放空閥（HV1001）聯(lián)鎖全開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致9.8MPa蒸汽管網(wǎng)壓力迅速下降，后果依然是2套空分裝置跳車(chē)。

（2）鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)為2套空分裝置全停則2臺(tái)鍋爐全停，而此時(shí)通常需要的是保留1臺(tái)鍋爐運(yùn)行以迅速恢復(fù)生產(chǎn)。

1.2 解決辦法

2臺(tái)鍋爐+2套空分裝置運(yùn)行模式下，1臺(tái)鍋爐跳車(chē)時(shí)，聯(lián)鎖停車(chē)信號(hào)送空分裝置，選擇1700空分裝置或1800空分裝置聯(lián)鎖停車(chē)（1700空分裝置和1800空分裝置設(shè)置“投入”和“切除”按鈕，1700空分裝置和1800空分裝置此時(shí)只能投入1套聯(lián)鎖）；換言之，1臺(tái)鍋爐跳車(chē)造成的空壓機(jī)跳車(chē)HV1001不能打開(kāi)，而其他原因造成的空壓機(jī)跳車(chē)HV1001仍舊聯(lián)鎖打開(kāi)。

3臺(tái)鍋爐兩開(kāi)一備，停1臺(tái)運(yùn)行鍋爐實(shí)際上按照鍋爐運(yùn)行三選二即為鍋爐原因跳車(chē)，聯(lián)鎖動(dòng)作后觸發(fā)空分裝置跳車(chē)，此時(shí)通過(guò)一個(gè)觸發(fā)器（SR101）使其輸出為“1”，與空分裝置其他跳車(chē)條件一起經(jīng)過(guò)或門(mén) （OR），來(lái)控制電磁閥（HV1001）SR101輸出為“1”，使HV1001仍舊得電，HV1001不打開(kāi)；當(dāng)2臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，SR101輸出為“0”，此時(shí)空分裝置跳車(chē)觸發(fā)即非鍋爐原因，經(jīng)過(guò)或門(mén)（OR），HV1001失電，HV1001打開(kāi)。

對(duì)于2套空分裝置全停則2臺(tái)運(yùn)行鍋爐全停的聯(lián)鎖，修改為2臺(tái)運(yùn)行鍋爐只有1臺(tái)運(yùn)行鍋爐投用此聯(lián)鎖，2臺(tái)運(yùn)行鍋爐中有1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖跳車(chē)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)2套空分裝置全停但保留1臺(tái)鍋爐運(yùn)行。

2 聯(lián)鎖邏輯第二次修改

2.1 問(wèn)題分析

鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯第二次修改是在2019年8月。鍋爐投運(yùn)初期，由于操作經(jīng)驗(yàn)不足等，其運(yùn)行狀況較差，需要3臺(tái)鍋爐全開(kāi)才能夠滿(mǎn)足2套空分裝置運(yùn)行及全廠(chǎng)蒸汽管網(wǎng)所需。2019年8月16日鍋爐C跳車(chē)，因當(dāng)時(shí)是3臺(tái)鍋爐運(yùn)行，跳停1臺(tái)，沒(méi)有觸發(fā)任何聯(lián)鎖，但由于鍋爐運(yùn)行狀況不好，不能滿(mǎn)足2套空分裝置運(yùn)行及全廠(chǎng)蒸汽管網(wǎng)所需，當(dāng)時(shí)操作工想降負(fù)荷或卸載1700空分裝置（卸載空分裝置，意指汽輪機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，但空壓機(jī)和增壓機(jī)的回流閥、放空閥均已經(jīng)全開(kāi)了，此時(shí)沒(méi)有產(chǎn)品產(chǎn)出了，汽輪機(jī)耗蒸汽也少了）來(lái)保生產(chǎn)，但是鍋爐C跳車(chē)3min后，1700空分裝置還是因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低跳車(chē)，1700空分裝置跳車(chē)后，聯(lián)鎖觸發(fā)蒸汽放空閥（HV1001）打開(kāi)，進(jìn)而拖垮了蒸汽管網(wǎng)壓力，導(dǎo)致2套空分裝置跳車(chē)，由此造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停車(chē)。當(dāng)1700空分裝置因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低聯(lián)鎖跳車(chē)而造成HV1001打開(kāi)時(shí)，操作工也想趕緊將HV1001關(guān)閉，迅速保住蒸汽管網(wǎng)壓力，但因具體操作比較麻煩，需經(jīng)歷調(diào)出聯(lián)鎖畫(huà)面、解除聯(lián)鎖、復(fù)位電磁閥（HV1001）、調(diào)出HIC1001（HIC1001為對(duì)應(yīng)HV1001的手操器，在DCS界面上操作）操作面板、改為手動(dòng)模式、手動(dòng)操作調(diào)整閥門(mén)等步驟而延誤了處理時(shí)間。

2.2 解決辦法

3臺(tái)鍋爐運(yùn)行為非常態(tài)，以后鍋爐爐況調(diào)整好了仍會(huì)恢復(fù)為兩開(kāi)一備，對(duì)于兩開(kāi)一備，所有的聯(lián)鎖也都是運(yùn)行正常的，關(guān)鍵就是1套空分裝置自身聯(lián)鎖跳車(chē)造成蒸汽放空閥（HV1001）全開(kāi)后，HV1001復(fù)位等比較麻煩。于是，修改為當(dāng)1套空分裝置跳車(chē)發(fā)出脈沖信號(hào)觸發(fā)電磁閥（HV1001）斷電而全開(kāi)，增加HV1001聯(lián)鎖自復(fù)位功能——當(dāng)蒸汽管網(wǎng)壓力（PZT-1002）降至9.0MPa時(shí)，HV1001自動(dòng)得電復(fù)位，并按照蒸汽放空量100t/h核算，復(fù)位預(yù)設(shè)HIC1001開(kāi)度為56%，此時(shí)HV1001已具備手動(dòng)操作條件。對(duì)于已跳車(chē)的那一套空分裝置，事后必須進(jìn)行對(duì)HV1001跳車(chē)聯(lián)鎖旁路操作，防止再次發(fā)出跳車(chē)信號(hào)。

實(shí)際上在其后的運(yùn)行中，還存在一個(gè)特殊的時(shí)期——當(dāng)鍋爐倒?fàn)t的時(shí)候，2臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行+1臺(tái)鍋爐點(diǎn)火升溫升壓，待備用鍋爐運(yùn)行正常后，再停下在運(yùn)的1臺(tái)鍋爐，恢復(fù)為兩開(kāi)一備狀態(tài)，此倒?fàn)t過(guò)程大約耗時(shí)6～7h。由于疏忽了這個(gè)問(wèn)題，對(duì)這個(gè)正常倒?fàn)t過(guò)程的預(yù)案沒(méi)有引起重視，2020年10月3日鍋爐倒?fàn)t時(shí)，在運(yùn)的2臺(tái)鍋爐跳停了1臺(tái)，而處于點(diǎn)火升溫升壓狀態(tài)的鍋爐還沒(méi)有產(chǎn)出蒸汽，當(dāng)時(shí)表象為3臺(tái)運(yùn)行鍋爐跳了1臺(tái)，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行2臺(tái)鍋爐停1套空分裝置且HV1001不動(dòng)作，但此時(shí)蒸汽供應(yīng)已經(jīng)嚴(yán)重不足，操作工趕緊緊停1700空分裝置，而此時(shí)HV1001打開(kāi)，又導(dǎo)致蒸汽管網(wǎng)被拖垮，1800空分裝置也迫停了，即2套空分裝置全停，由此造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停車(chē)。后經(jīng)研究分析，決定對(duì)于鍋爐倒?fàn)t的這特殊的6～7h，制定好倒?fàn)t預(yù)案，鍋爐和空分裝置操作員時(shí)刻盯住屏幕，如果出現(xiàn)上述情況，等HV1001聯(lián)鎖復(fù)位后將HIC1001及時(shí)關(guān)到零位，保住蒸汽管網(wǎng)壓力，如此可保住1套空分裝置正常運(yùn)行。

3 聯(lián)鎖邏輯第三次修改

3.1 問(wèn)題分析

鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯第三次修改是在2020年4月。2020年3月份受新冠疫情影響，原料煤和燃料煤供應(yīng)不足、產(chǎn)品銷(xiāo)售不暢，當(dāng)時(shí)系統(tǒng)維持低負(fù)荷運(yùn)行，即2臺(tái)鍋爐（鍋爐A、鍋爐C） +1套空分裝置運(yùn)行模式；2020年3月9日因鍋爐A跳車(chē)造成1700空分裝置跳車(chē)，同時(shí)由于1800空分裝置本就處于停車(chē)狀態(tài)，導(dǎo)致觸發(fā)空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖，而當(dāng)時(shí)聯(lián)鎖正好掛在鍋爐C，造成鍋爐C跳車(chē)，即造成整個(gè)鍋爐系統(tǒng)全停，而實(shí)際上生產(chǎn)中是希望保留1臺(tái)鍋爐運(yùn)行以迅速恢復(fù)生產(chǎn)的。當(dāng)時(shí)有人提議，將空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖改為空分裝置全停且蒸汽管網(wǎng)壓力高于10.1MPa時(shí)1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖，但筆者認(rèn)為此舉恐存在以下不足。

（1）2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式下，當(dāng)空分裝置跳車(chē)時(shí)，蒸汽放空閥（HV1001）打開(kāi)，因此時(shí)2臺(tái)鍋爐負(fù)荷低而HV1001打開(kāi)，正常情況下蒸汽管網(wǎng)壓力根本達(dá)不到10.1MPa，換言之，空分裝置全停且蒸汽管網(wǎng)壓力高于10.1 MPa時(shí)1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖這一邏輯修改不起作用。

（2）2臺(tái)鍋爐+2套空分裝置運(yùn)行模式下，當(dāng)2套空分裝置全停時(shí)，1套空分裝置的蒸汽通過(guò)HV1001放空，且要等到蒸汽管網(wǎng)壓力升到10.1MPa才動(dòng)作停1臺(tái)鍋爐，這里存在一個(gè)信號(hào)滯后的問(wèn)題，并且鍋爐停車(chē)的瞬間還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)蒸汽，勢(shì)必造成蒸汽管網(wǎng)超壓，遠(yuǎn)不如空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖來(lái)得迅速、安全、可靠。

3.2 解決辦法

原來(lái)這個(gè)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)是針對(duì)2臺(tái)鍋爐+2套空分裝置的運(yùn)行模式，當(dāng)2套空分裝置全停的時(shí)候，1套空分裝置的蒸汽通過(guò)HV1001放空，另外再通過(guò)空分裝置全停聯(lián)鎖停1臺(tái)鍋爐，使蒸汽能夠得到平衡，這樣動(dòng)作非常迅速，并可保證還有1臺(tái)鍋爐在運(yùn)，這個(gè)聯(lián)鎖邏輯是沒(méi)有問(wèn)題的，但在2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式下，就會(huì)出現(xiàn)2020年3月9日這種情況。

針對(duì)2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置的運(yùn)行模式，筆者建議將空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐的聯(lián)鎖旁路，如此就可避免2020年3月9日的那種情況發(fā)生，原因如下：①2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式下，1臺(tái)鍋爐跳車(chē)，空分裝置因蒸汽供應(yīng)問(wèn)題自然停車(chē)，而由于空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖被旁路，因此剩下的這臺(tái)鍋爐就還能繼續(xù)運(yùn)行；②2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式下，如果是由于空分裝置自身原因跳車(chē)，HV1001打開(kāi)，放空的蒸汽量正好也是1套空分裝置運(yùn)行所需的蒸汽量，此時(shí)2臺(tái)鍋爐仍處于運(yùn)行狀態(tài)，蒸汽量也是平衡的，具體操作可根據(jù)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)情況保留2臺(tái)鍋爐運(yùn)行或保留1臺(tái)鍋爐運(yùn)行。

3.3 優(yōu)化完善措施

以上聯(lián)鎖邏輯修改從理論分析角度而言是沒(méi)有問(wèn)題的，對(duì)于空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖，為保留停車(chē)后有1臺(tái)鍋爐在運(yùn)，可采取1套空分裝置運(yùn)行的時(shí)候不掛此聯(lián)鎖、2套空分裝置全開(kāi)的時(shí)候才掛此聯(lián)鎖的方式，由操作工來(lái)進(jìn)行選擇和操作。但后來(lái)筆者仔細(xì)分析，認(rèn)為還存在以下不足：①操作工有時(shí)候可能會(huì)忘記掛此聯(lián)鎖或是忘記摘除此聯(lián)鎖；②當(dāng)2套空分裝置運(yùn)行，突然停1套空分裝置的時(shí)候，此時(shí)可能就保留1套空分裝置運(yùn)行或是馬上準(zhǔn)備開(kāi)停下的那套空分裝置，有時(shí)候操作工不好判斷是立刻摘除此聯(lián)鎖還是繼續(xù)掛此聯(lián)鎖。

后來(lái)通過(guò)深入分析與研究，決定對(duì)此聯(lián)鎖進(jìn)行如下完善：當(dāng)只有1臺(tái)鍋爐運(yùn)行的時(shí)候（信號(hào)取自鍋爐運(yùn)行三選二聯(lián)鎖取反，當(dāng)鍋爐運(yùn)行三選二聯(lián)鎖動(dòng)作即輸出跳車(chē)信號(hào)為“0”，而將其取反則為“1”，代表此時(shí)鍋爐最多為1臺(tái)運(yùn)行了，利用這個(gè)信號(hào)來(lái)旁路空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖），即使此臺(tái)鍋爐掛了空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖也不會(huì)跳車(chē)，只有當(dāng)2臺(tái)及以上鍋爐運(yùn)行的時(shí)候，空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖才動(dòng)作。如此一來(lái)，可以一直將需掛聯(lián)鎖的那臺(tái)鍋爐一直掛著，不論是2臺(tái)鍋爐+2套空分裝置運(yùn)行模式、2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式、1臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行模式，聯(lián)鎖都可以一直掛著；當(dāng)只剩下1臺(tái)鍋爐運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖旁路，不過(guò)鍋爐自身的聯(lián)鎖沒(méi)有被旁路，壓力、流量、風(fēng)機(jī)運(yùn)行等聯(lián)鎖還是起作用的。

對(duì)于2020年3月9日的那種生產(chǎn)模式，即2臺(tái)鍋爐+1套空分裝置運(yùn)行工況，1臺(tái)鍋爐（鍋爐A）跳車(chē)造成在運(yùn)的1700空分裝置跳車(chē)（當(dāng)時(shí)1800空分裝置本就處于停車(chē)狀態(tài)，相當(dāng)于觸發(fā)了2套空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖），此時(shí)只有1臺(tái)鍋爐（鍋爐C）運(yùn)行，若空分裝置全停停1臺(tái)鍋爐聯(lián)鎖被旁路，此時(shí)不論剩下的那臺(tái)鍋爐（鍋爐C）是否掛著此聯(lián)鎖均可維持運(yùn)行，由此即可避免出現(xiàn)2020年3月9日那種鍋爐全停的局面。

4 結(jié)束語(yǔ)

荊門(mén)盈德鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯，從設(shè)計(jì)之初就開(kāi)始討論并成型，運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行了三次修改才得以完善，使其更能應(yīng)對(duì)各種非正常生產(chǎn)情況。目前的應(yīng)用情況表明，鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥的聯(lián)鎖邏輯設(shè)置非常安全可靠。在鍋爐與空分裝置及蒸汽放空閥聯(lián)鎖邏輯的修改與完善過(guò)程中，筆者認(rèn)識(shí)到，系統(tǒng)間的聯(lián)鎖設(shè)置一定要考慮周全，若聯(lián)鎖設(shè)置不當(dāng)，有時(shí)可能會(huì)造成巨大的安全隱患與經(jīng)濟(jì)損失，甚至還不如系統(tǒng)之間不設(shè)聯(lián)鎖、而是系統(tǒng)之間各自為政或完全靠人員操作會(huì)更好，但只要系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖設(shè)置得當(dāng)，將大大提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性與運(yùn)行效能。