焦炭塔闸板式顶盖机控制系统应用

王福兵，王少勇

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

某炼油厂焦化装置采用两炉四塔的工艺生产方案，焦炭塔顶盖机原设计选用旋启式结构，具有体积小、可远程控制、开关盖时间较短的优点。但设备本体不符合本质安全的要求，PLC柜内继电器在接收到相关信号后，接通旋启式顶盖机液压控制系统动力电源，随后操作人员操作现场液压控制系统开关顶盖机，该过程中控制系统没有监控和联锁保护功能，增加了人为误动作的隐患。同时旋启式顶盖机在使用过程中存在故障率高、备件耗损快、维修频繁、维护费用逐年攀升，开关盖过程复杂，人为确认项多等缺陷。

中国顶盖机生产厂家于2009年开发研制出单闸板式顶盖机，并于2012年逐步替代了旋启式顶盖机。2014年该炼油厂焦化装置利用停工大检修机会，在2套焦炭塔上安装了新型闸板式顶盖机，并成功投用。

1 闸板式顶盖机概述

闸板式顶盖机采用类似闸阀结构，该结构简单、实用，通过电动执行机构驱动2根丝杠，将螺母套在丝杠上做往复运动带动闸板实现开关动作。以20组高温碟簧提供密封力，在开关阀的过程中使密封力不卸载，确保了关阀后的安全密封，且能够补偿因温度与密封应力所产生的变形，从而实现了阀门的高密封性能。工作时两端封头内均通入蒸汽，蒸汽压力采用定压控制，压力高于上塔口介质压力0.1 MPa以上，起辅助密封作用，从而确保了密封介质不外漏。

1) 闸板式顶盖机优点。设备本体为本质安全，不会出现突然打开、泄漏、着火等恶性事故；全密闭操作，操作简单，减轻了操作人员劳动强度，改善了工作环境；具备安全联锁功能，可防止误操作。

2) 闸板式顶盖机缺点。相对旋启式顶盖机，仪表联锁和控制方案比较复杂，仪表调试难度较大。

2 顶盖机控制方案改造

2.1 增加的信号类型

闸板阀顶盖机机体上全开/全关接近开关，利用原旋启式顶盖机上遗留的全开/全关接近开关信号接线，接近开关干接点触点信号先接入水力除焦PLC柜内继电器线圈，对应继电器的5/9常开触点接入焦化SIS作为DI信号，8/12常开触点接入水力除焦PLC作为DI信号。

顶盖机控制方案改造中，增加了以下信号类型：

1) 焦化SIS增加了锁销位置开关信号及顶盖机全开/全关位置开关信号。

2) 水力除焦系统送至SIS的允许关信号。

3) 闸板式顶盖机现场操作柱开/关/停指令信号。

4) SIS向电动阀发出的各类动作指令的DO信号。

5) SIS向现场操作柱发出的用于全开/全关到位指示灯显示的DO信号。

顶盖机控制方案改造中具体接线如图1所示。

2.2 原有接线的改动

焦化SIS向原旋启式顶盖机发出的允许动作信号原设计是进入水力除焦PLC的，现将该信号接线改接至电动阀接线盘内，作为电动阀允许开信号；取消了水力除焦PLC柜内的SIS允许顶盖机动作接线，具体接线如图2所示。

2.3 主要优化点

焦化DCS增加了电动阀开关动作过程中的力矩显示AI信号、电动阀故障报警DI信号、电动阀内部开关到位回讯DI信号。水力除焦PLC增加了去SIS的允许关DO信号,该信号与锁销位置接近开关信号在SIS中组成了允许关的判断逻辑,提高了闸板式顶盖机的动作安全性。

焦化SIS负责控制闸板式顶盖机的动作过程，对顶盖机电动执行机构的控制信号均为干接点形式，电动阀内接线端子对应的作用如下： 端子5对应直流24 V的正级；端子4，31，36在执行机构内短接，对应直流24 V的负级；端子33对应关指令NO；端子34对应停指令NC；端子35对应开指令NO；端子37对应允许开指令NO；端子38对应允许关指令NO，31为端子33，34，35，37，38的公共端。

2.4 电动阀设置项

现场确认电动阀接线正确后需要做以下设置才能实现焦化SIS对闸板式顶盖机的动作控制：

1) 电动阀设置画面的初级菜单中的关阀方向C1应设置为顺时针，C2设置为CL限位关阀，C3设置为OL限位开阀。电动阀首次使用时需根据闸板阀现场实际全开/全关的位置来设置电动阀的开关限位，将关阀力矩TC设置为60，开阀力矩TO设置为60。

2) 次级菜单中的外部联锁A8设置为ON，该功能打开后可接受SIS的允许开/允许关信号。远程控制源OD设置为硬接线模式(RE)；触点S1/S2设置为全开限位(OP)，触点形式设置为常开(NO)；触点S3/S4设置为全关限位(CL)，触点形式设置为常开(NO)。触点的作用是实现电动阀向焦化DCS送全开/全关位置信号。

图1 顶盖机控制方案改造接线示意

2.5 闸板式顶盖机打开时的控制过程

闸板式顶盖机打开时控制过程如下：

1) 焦化SIS向电动阀发出允许开指令，电动阀内5/37接线端子闭合；操作人员现场按下顶盖机远程操作柱开指令；焦化SIS接收到远程操作柱开指令信号后再输出开阀指令(DO信号)至电动阀，电动阀内5/35接线端子闭合，电动阀开始驱动闸板式顶盖机打开，开阀过程中的电动阀力矩信号实时传输至DCS。

2) 当顶盖机全开到位后，机体上的全开到位接近开关信号同时送至焦化SIS和水力除焦PLC内；SIS接收到全开到位信号后，再向顶盖机远程操作柱全开指示灯发出亮灯指令，远程操作柱全开指示灯亮起，同时电动阀内部全开到位，回讯S1/S2触点闭合向DCS发出顶盖机全开到位信号，至此整个闸板式顶盖机开阀过程结束。

闸板式顶盖机关闭时的控制过程与开盖过程基本一致，在此不再赘述。

图2 焦化SIS原有接线的改动示意

3 顶盖机控制方案改造后的优势及效果

闸板式顶盖机采用电动执行机构驱动顶盖机开关动作，对比原旋启式顶盖机的控制系统，闸板式顶盖机控制系统具有以下创新：

1) 仪表显示信号、控制信号、联锁信号在焦化 SIS和DCS以及水力除焦PLC中相互交叉传送，实现了焦化SIS和DCS以及水力除焦PLC可同步监控顶盖机动作过程的目的。

2) 闸板式顶盖机控制系统增加了联锁保护和实时监控功能，具体实现过程如下：

a) 在焦化SIS中增加了顶盖机锁销插拔位置信号，并将锁销位置信号添加至顶盖机允许开/允许关逻辑判断里，彻底消除了顶盖机开关动作前操作人员忘记提锁销的隐患。

b) 焦化SIS的事件记录功能(SOE),可实时记录顶盖机开关动作过程中关键操作变量的变化过程，方便操作人员监控顶盖机运行工况，分析判断顶盖机动作故障。

c) 电动阀内部设有联锁保护功能，当闸板式顶盖机在开关过程中出现卡涩无法动作时，电动阀将启动超力矩联锁保护功能自动停止动作，并向焦化DCS发出报警信号，提醒操作人员现场检查确认。

d) 仪表联锁保护逻辑提高了顶盖机操作过程中的安全性，消除了顶盖机误动作的隐患，仪表联锁逻辑如图3所示。

图3 仪表联锁逻辑示意

3) 在焦化DCS里增加了顶盖机电动阀开关力矩测量信号，操作人员可在中心控制室远程监控顶盖机开关动作过程中的力矩变化过程，帮助操作人员提前发现顶盖机结焦卡涩等隐患，延长了闸板式顶盖机的运行寿命。

4) 改造后的顶盖机具有全密闭操作，环境友好，将开盖后大量蒸汽通过负压抽至专门的蒸汽回收系统处理，避免了环境污染。

4 结束语

闸板式顶盖机控制系统投用后，工作稳定、工艺操作简单、安全可靠，大幅减轻了操作人员的劳动强度，保证了装置的平稳长周期运行。