云南三环化有限公司 云南昆明 650113
摘要：概述了硫酸装置中锅炉联锁保护系统的设计思想、原理、实现过程。该联锁保护系统的投用大大提高锅炉设备的保护水平。
关键词：硫酸 锅炉 联锁控制
前言
云南三环化工有限公司共有四套在运行硫酸装置，随着自动化水平的提高，操作人员大大减少，基本每套装置不到3人。特别是在装置开停车期间，人手紧张，操作人员会无意识的出现一些漏操作或误操作环节，加之此段时间测量仪表也会因为压力、温度等各种因素的影响而有一定测量误差，容易造成锅炉干锅。锅炉干锅虽不常见，但一旦发生且没正确处理，轻则锅炉损坏，造成几百万的经济损失；重则造成锅炉爆炸的安全事故，后果不堪设想。
1、解决方案
在不增加人力和只需少许投入的情况下又能预防这些工艺事故的发是最佳
选择。而在工业自动化技术发展越来越快的今天，我们公司所有的系统均已由DCS系统监控和操作，而DCS系统上的联锁控制正好能解决以上问题的发生。且在DCS系统上做联锁设计不需要增加额外设备，只需要在系统中编制好相应的程序，然后从控制室放几条控制电缆到相关设备上进行联锁就能很好的解决上述问题。所有的这些全部做完只需要DCS卡件上有冗余的开关量输入输出点和几百米电缆就能完成，投入不过两三千元。并且在DCS系统运行的联锁程序由于只是软件的计算和运行，只要DCS系统正常运行就不会出现故障。
2、联锁保护原理和问题分析
联锁保护原理：联锁分为两大类，机械联锁和电气联锁。而电气联锁在自控行业还有一个不太规范但通用的分类叫硬联锁和软联锁，而我们在本文中应用到的联锁为软联锁。它的主要原理就是通过DCS系统对采集的外部信号进行处理，然后用编制的程序进行比较来判断是否满足生产条件，并发出一系列联锁保护动作。它相对于电气用继电器构建出的硬联锁有几大优势。一是节约费用，因为只是靠技术人员编制程序，不会产生增加部件的额外费用，也不会产生更换部件的费用；二是可靠性高，因为只是软件在控制器内的运行，且现在的设备都带冗余控制，发生故障的情况微乎其微，不会发生硬联锁类似继电器损坏等的故障；三是出现问题易于查找，传统继电器构建的硬联锁需要一根线一根线的进行测量才能查出故障，而用程序编制的联锁只需把程序在线运行就能一目了然的找到故障点。因此我们在此文中我们所介绍联锁内容均为软联锁。
问题分析：针对锅炉干锅的情况，直接现象就是锅炉缺水。而锅炉缺水第一直接反应在锅炉上的两个远程测量液位计上，因此液位计的测量值做为判断锅炉是否正常的第一要素。同时给锅炉供水的设备为锅炉给水泵，在正常生产时锅炉给水泵停止运行肯定会造成锅炉缺水，因此锅炉给水泵运行与否做为判断的第二要素。但如果泵运行，但泵出现故障造成水无法上到锅炉，会直接反映在锅炉给水流量计上面，因此锅炉给水流量计测量值做为判断的第三要素。另外锅炉缺水还会造成另一个现象的产生，即锅炉出口的烟气温度会急剧上升，因此锅炉出口的烟气温度就做为我们判断的第四要素。上述四要素中任一一个发生就说明锅炉即将缺水或者在已经缺水中。因此在上面四要素任一个不正常时就需要对锅炉设备进行保护。而对锅炉最好的保护就是停止热量继续进入锅炉，而我们使用的锅炉为硫磺燃烧产生的热量供热，因此最终的结果就是要使给装置供硫磺的磺泵停止运行。因此各要素关系流程如图1所示。
3、联锁设计
我们在设计联锁时不仅是要实现上面流程图的功能，同时还要结合实际生产情况，方便现场操作和维护。在联锁设计前我们针对实际生产中可能出现的问题，先一一列出并逐一分析解决。
1、联锁设定的条件都是在装置平稳运行的基础上，但在开停车期间和对仪表进行维护检查时，我们需要对一些联锁进行切除，否则会造成不必要的频繁停车，违背了做联锁的初衷，因此我们还需要对这些联锁做上投入切除功能，且便于操作观看。
2、由于有些现场仪表信号在传输过程当中或工艺调整阶段会出现超出正常范围的波动，虽然这种波动都是短暂的，但是如果不消除的话则会引起联锁停车。因此我们需要对这些异常信号进行消除，以确定传入的信号是我们所需的真实测量信号。
3、在联锁画面上需要我们做出的画面便于观看，易于调试检查，同时还要防止误操作。因此我们在画面还要做出明显指示。包括联锁条件是否成立，联锁是否投入和联锁是否动作等。
针对以上的分析，我们设计出了锅炉联锁框架图，见图2
因为锅炉系统中有两个液位计和两个锅炉给水泵，所以画面需要有6条联锁。其中第一列为测量点在DCS系统里面的位号，对应现场相关测量设备，便于快速查找。第二列为中文名称描述，便于理解联锁条件的条件。第三列为我们设定的联锁值，是根据工艺分析和经验得出的联锁跳车点。第四列为实际测量值，对应现场测量仪表的实际显示。第五列为我们加入的联锁能否投入状态显示，它是以测量值和联锁值进行比较，得出联锁是否满足投运条件，在设备正常运行能投入联锁时显示绿灯，在联锁不能投入时是显示红灯，便于操作人员判断。在联锁投入/切除一列用开关表示联锁是否已经投入，开关打开表示联锁已切除，开关闭合表示联锁已投入。最后显示的是三个磺泵的位号和状态，同样用灯的颜色表示泵的运行状态，绿色表示泵停止，红色表示泵运行。所有的这些都是为了让联锁保护在达到功能的同时直观，易懂，一目了然，便于检查，不会出现误投误判的情况。
4、联锁保护实现
在设计出了联锁框架图后，我们需要使用ABB的Freelance2000的组态软件对其进行编程。为了简化，我们以第一条液位联锁做说明。
ABB组态软件的具有强大功能，很多需要参数都能使用其内置功能块来实现。对于联锁值与实际测量值的比较，我们只需要在液位报警模块LISA_7003_ARM中引用低低报并设定其值为30%，并引出其中间位号LSLL_7003，如图3所示。这样当实际液位低于30%时，其布尔量LSLL_7003变量中将会为1，便于我们在后面继续引用。
针对防止操作人员在操作中误点到联锁，我们采用投切按钮设计对联锁进行投入切除管理。如图4所示，图左边为按钮模块在程序中的使用，它只需一个输出连接到我们需要的变量LSLL_7003QC上，既能实现我们联锁的投入与切除。当我们在监控画面上点击此位号连接的开关时，即会跳出如图4右边显示的投入切除画面，在选定投入和切除后，还需点击回车按钮确认，大大增强了系统安全性。
针对现场信号的误波动，我们只需要增加一个时间延迟功能模块就能消除，经过分析我们液位最佳滤波时间设定为30秒，实现则如图5的LSLL模块的使用。同样经过前面的步骤，只需把6条联锁都做同样的处理，最终做出的主程序就如图5所示。其中左边第一列为我们在报警模块中处理之后引用的中间位号，第二列为此联锁是否切除，第三列就是需要设计时间延迟模块，最终所有信号经过处理后传输给三个磺泵。
通过以上一系列的程序实现，只要对程序进行错误检查就能对程序错误进行查找改进。在程序检查完成后，才能对程序进行下载和调试，通过改变不同输入信号对联锁进行测试，在达到实现所有设计功能后程序即算完成，并能投入使用。
5、结束语
2012年上半年我们公司发生了两起锅炉干锅且没正确处理的工艺事故，一次导致锅炉损坏，后来重新更换锅炉，购买和安装直接经济损失达数百万元。另一次造成锅炉降级使用，从原来的38公斤将为10公斤使用。从2012下半年我们开始对硫酸装置锅炉系统进行联锁保护设计后，在实际生产中已多次对硫酸锅炉进行了跳停保护，取得了良好的效果，无一次造成干锅，把隐患消灭在了源头。同时我们也在后来的工作中根据生产中发生的实际情况把联锁保护延伸到其它设备，比如针对操作人员在停车时有时会忘停磺泵和成品酸泵，我们增加了磺泵、成品泵小于5%自跳停联锁。针对二吸泵故障会造成尾气中SO2排放超标污染环境的问题我们增加了二吸泵状态和流量跳停风机，风机跳停磺泵的联锁等等。通过我们不断的梳理和添加，现在联锁控制已经在我们公司形成了一套完善的机制，在我们公司广泛使用。它的推进，不仅大大提高了我们公司化工生产的安全性，减少了环境污染，同时还大大节约了人力，使得操作人员不用疲于各类安全参数的检查，而且在事故发生时能快速准确的解决问题。
论文作者:吴治平,沈鹏飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
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