陈东亮

(中石化仪征化纤股份有限公司，江苏 仪征 211900)

作为聚酯装置的关键热设备，中石化仪征化纤股份有限公司20万t/a聚酯项目的热媒炉系统由航天部十一所成套设计，设备采用立式圆筒形结构，主要包括炉体、燃烧器及空气预热器等设备，子系统含燃气供应系统、助燃风系统、点火系统及控制系统等部分。为提高工业热媒炉装置的自控水平，保证安全生产，笔者基于PLC和组态王设计其控制系统。

1 工艺流程①

热媒炉系统采用弯曲叶片稳焰器配风结构的燃气燃烧器，燃气从烧嘴喷出，助燃风由喉部组件喷出，燃烧器烧嘴对称分布，空气路使用鼓风机为燃烧提供助燃风，在烟气管路上设有一台空气预热器，用来加热助燃风。该系统以天然气作为燃料气，进入加热炉区后经流量调节和切断阀组，最后分两路通过阻火器和金色软管进入燃烧器。系统点火采用自动程序二级点火方案，点火气从焦炉气管到引出，连接到燃烧器点火枪的点火气接口，在点火燃气管线中设有电磁切断阀，由过程控制其点火过程中的开关动作。热媒炉工艺流程如图1所示。

2 系统功能

热媒炉的自控系统采用OMRON CS1W PLC实现数字量和模拟量的逻辑和调节控制功能，通过组态王设计系统的监控流程画面和参数的实时显示与修改，这样就实现了整个热媒炉系统的自动控制。控制系统的技术特性是：燃气流量和助燃风量既可独立调节，又可以进行串级比例双交叉限制调节；烟气残氧信号引入控制系统，有效地控制热媒炉实施低氧燃烧，达到节约能源，减少排污的目的，同时采用氧含量分析仪对烟气中的含氧量进行在线分析，经过非线性调节器修正风/气比，保证系统处于最佳燃烧状态，从而达到提高热效率的目的；程序设置保证了系统在手动-自动和串级-自动各运行状态间无振动切换；对风机变频和燃气调节阀采用了限位措施，避免热媒炉负荷调节变化较大时，由于阀位开度过小而引起炉灭火等问题；包含PLC在内的控制柜与DCS系统实现通信连接，实现多处同时监控，确保系统的安全稳定运行，主要参数有热媒炉进/出口温度、燃气流量、燃气压力、热媒流量及风机运行状态等。

图1 热媒炉工艺流程简图

3 硬件配置

热媒炉控制系统采用PLC和上位机方式实现自动控制功能，PLC与上位机采用OMRON CS1G和Controller Link方式通信，PLC之间通过Controller Link网络实现大容量数据链接，构成同级网络结构。采用两台上位机实现双机热备，一台为主机、一台为从机，主/从机采用TCP/IP协议构成局域网，从机适时从主机获得数据进行刷新。正常运行状态中，只有主机可下发操作指令，从机只具有显示功能；当主机运行中出现故障，系统会自动将从机切换为主机，代替原主机实现下发操作指令。PLC的主要硬件配置见表1。

表1 PLC硬件配置

4 软件

4.1 点炉控制

点炉操作分自动点炉和手动点炉两种。由于热媒炉控制系统对安全系数要求较高，无特殊情况，一般采用自动点炉，其工作时序如图2所示。

图2 自动点炉时序

自动点炉程序的步骤如下：

a. 关风门，启动风机；

b. 大风吹扫135s，风阀经12s后回到点火开度；

c. 点火枪工作，15s后停止；

d. 点火燃气阀打开，点火枪(点火变压器)工作1s后，燃气阀打开，将点火燃气点燃；

e. 若点火燃气已被点燃，紫外火检和电离火检接收到信号送至PLC，观察流程画面的火焰指示；

f. 风机变频点火开度，进气切断阀打开，燃气放空阀关闭，保持燃气被点燃；

g. 当点火气被引燃后，紫外火检检测信号稳定，点炉成功。

实现了自动点炉后，按工艺要求进行升温控制，热媒炉进入正常的负荷调节控制，包括手动和自动调节方式。PLC系统上电后，调节回路自动锁定在手动状态。如果要从其他控制状态切换至手动调节，点击画面上的“手动”键，修改MV值进行控制。自动调节状态下，调节回路根据设定值自动调整阀门开度，以使测量值与设定值保持一致。

4.2 回路调节

热媒炉控制系统包括助燃风调节回路、燃气调节回路、烟气残氧调节回路和热媒总管出口温度调节回路。

4.2.1单回路调节

进入燃烧画面，分别选择燃气和风量调节回路，按自动/手动键选择相应状态，通过设定SV(设定值)和MV(阀位输出值)值进行自动或手动负荷调节。进行回路调节时，每次阀门开度MV应小于合理值，当SV给定或MV给定后，观察测量值PV的变化，在PV接近SV时再进行下一次改变，同时注意氧量的变化。

4.2.2定烧调节

在进行定烧调节前，将氧量设定值SV设置在合理范围内。进入燃烧画面，通过选择热媒温度调节回路，按“定烧”项选择定烧方式，此时气量默认状态变为自动，风量默认状态变为串级，可通过修改气量设定值SV来调节负荷，风量会自动进行比例调节，不需要人为调整。切为定烧状态后，氧量默认不修正，不参与风量调节，可将其打到修正状态，改变设定值，对风量进行微调。进行定烧调节时，每次修改气量设定值应小于合理值，当SV给定后，观察测量值PV的变化，在PV接近SV时再进行下一次改变，同时注意氧量的变化。

4.2.3串级调节

在进行串级调节前，将氧量设定值SV设置在合理范围内。进入燃烧画面，选择热媒温度调节回路，选择自动方式，此时气量和风量默认状态都自动变为串级，可缓慢改变热媒出口温度设定值SV，气量和风量进行自动调节。切为自动状态后，氧量默认不修正，不参与风量调节。进行串级调节时，每次修改温度设定值应小于2℃，保证系统的稳定控制。

4.3 联锁设置

为保证热媒炉安全稳定运行，针对系统特点，程序设置了重要参数停炉联锁，主要联锁停炉条件见表2。

表2 停炉的主要联锁条件

4.4 停炉控制

按下控制柜上的“停车”按钮，可人为停止热媒炉运行，PLC自动执行后处理程序。正常停运按先停炉后降温最后停运热媒泵的顺序进行操作。停炉后，热媒泵和风机必须保持运行，直至热媒温度降至150℃以下方可停运。

5 人机界面

KingVIEW组态王监控软件提供友好的人机交互界面功能、图形处理功能、报表处理功能、报警处理功能、查询功能及用户权限管理功能等，可对全系统各个回路进行操作，对设定值、输出值、时间参数值、顺控条件值和操作值进行调整操作。该系统具有完善的数据采集、控制运算及控制输出等功能，有模拟量报警、工艺开关量报警和报警摘要，操作员通过报警画面很方便地了解系统状态和生产过程。

热媒炉控制系统的监控画面设有操作员、管理员和系统管理员3个登录用户级别。操作员只具有操作权限；管理员具有操作、参数修改、系统测试及解锁等高级权限；系统管理员除具有以上功能外还具有修改操作员和管理员登录密码的权限。系统运行时，界面上显示登录用户名、操作权限和本机状态指示。

6 结束语

基于PLC和组态王监控系统，实现了热媒炉系统的重要状态参数的显示、记录存档和控制调节，为进行实时故障诊断提供了依据，同时使控制和修改运行工艺变得灵活方便。该系统投入运行以来，充分发挥了操作简单及控制精确等特点，对于热媒炉系统中的自动化程序控制推广具有重要意义。