郑 磊

(中国石化达州天然气净化有限公司，四川达州 636156)

1 概况

国内某天然气净化厂以高含硫天然气为原料，H2S和CO2平均体积含量分别为14%和8%，年净化天然气能力120×108m3，年产硫黄能力240×104t，是我国“十一五”国家重点工程“川气东送”的气源地。净化厂共建设6套联合12系列净化装置，是我国最大的高压高含硫天然气净化厂[1]。

天然气净化厂生产装置全部采用集散控制系统(DCS)与安全仪表系统SIS，以实现自动化控制。由于连续生产的限制，自2009年投产以来，净化厂面临着公用工程装置DCS系统/中控室SIS系统无法停机检修、系统故障率增加、系统软硬件无法更新等问题。针对上述问题开展分析研究，提出建议，实施整改，保证了装置的安全平稳运行。

2 控制系统简介

天然气净化厂生产装置采用集散控制系统、安全仪表系统以及多套PLC相结合的控制方式，高度集成，工位点多，逻辑复杂，以实现装置生产的连续监测控制以及安全联锁关断。

2.1 集散控制系统

采用日本横河机电有限公司的CS 3000集散控制系统对工艺装置、辅助设施、公用设施进行集中检测控制。共有27套系统，54台操作站。

2.2 安全仪表系统

承担着净化厂一、二、三、四级联锁系统，保证在危险情况下能够有效、迅速关断，防止事故的发生。净化厂共采用25套德国HIMA公司51q及41q组合的SIS系统，联锁点多、逻辑复杂。

3 控制系统存在问题分析

3.1 公用工程装置DCS及中控室SIS系统无法停机检修

净化厂6套联合装置相对独立，采取“3年一修”模式，每年检修2套联合，同时对联合装置的DCS、SIS进行检修，评估系统运行状况，消除设备隐患。

公用工程装置受川气东送连续供气影响，一直保持连续生产。循环水场、动力站、火炬单元各只有1套DCS控制系统，中控室只有1套SIS系统，且已连续运行多年，从未进行控制系统停工检修，存在系统性能下降、腐蚀、故障频发等问题。由于系统涉及面广，一旦发生问题，将导致全厂停工，外供产品气中断。

3.2 控制系统操作站硬件无法采购、软件无法更新

净化厂DCS系统从2009年投产已连续运行多年，操作站、工程师站、历史服务器和OPC服务器为2007年产品(见表1)，DCS控制系统应用软件CENTUM CS3000运行在服务器Power EDGE 2900、操作站DELL Precision T5400、DELL Precision T5500上，操作系统为WINDOWS XP SP2。

目前原选型计算机硬件已停产，备件不能正常采购[2]。现有DCS控制系统应用软件CENTUM CS3000系统运行在WIN XP系统上。由于WIN XP系统从2014年4月8日起已经停止更新，且升级后的操作站及工程师站仅支持WIN 7操作系统，服务器和操作站只能支持同期的操作系统。最新CENTUM VP无法运行在WINDOWS XP操作系统上。

表1 净化厂 DCS、SIS控制系统软硬件配置

3.3 公用工程装置控制系统故障增多

受连续生产限制，公用工程装置控制系统无法停机检修，控制系统运行情况无法准确评估。现主要存在网络通讯故障、卡件故障、系统运行负荷过高等安全隐患。正常生产中，采取在线监控、加强巡检等手段评估系统运行情况。

4 解决方案

4.1 控制系统软硬件升级

对全厂DCS操作站及服务器进行软硬件升级改造[3]，37台操作站主机更换为 DELL T7810；13台工程师站主机其中12台更换为DELL T7810，1台更换为DELL T630。所有操作站/工程师站的操作系统软件由WIN XP SP2升级为WIN 7 64位中文操作系统，应用软件由CS 3000升级为CENTUM VP(见表2)。

历史服务器、OPC Server主机更换为DELL R820，操作系统软件由WINDOWS SERVER 2003升级为WINDOWS SERVER 2008。

全厂SIS系统25台操作站及工程师站主机更换为DELL T7810。所有操作站/工程师站的操作系统软件由WIN XP SP2升级为WIN7 64位中文操作系统，应用软件升级为ELOPII V5.1。

4.2 公用工程各单元DCS分区扩容改造

表2 DCS系统升级前后软硬件对比

公用工程循环水场装置、动力站装置、火炬装置现各只有1套DCS控制系统进行检测控制，基于循环水场、动力站、火炬单元工艺流程特点，为实现各单元DCS控制系统能够检修，对各单元工艺进行分离，并对各单元DCS系统进行扩容，实现各单元工艺由2套DCS控制系统分别控制。

4.2.1工艺分离原则

对各单元相对独立且完全具备该单元工艺生产的设备进行分离，划分为工艺1和工艺2，2套系统分别检测与控制。对于各单元公用的设备(容器及管线上的控制点)列入公用部分(见表3)，2套系统同时检测与控制。

表3 DCS系统工艺分离

4.2.2实现方案

a) 原有控制系统(1#控制器)：DCS系统硬件配置不变，将分离出该系统的工艺2的检测控制点组态删除，相应的接入信号电缆拆除，并进行调试。

b) 新增控制系统(2#控制器)：配置独立的控制站及配套卡件、电源等设备，移入该系统的工艺2检测控制点，进行接线并组态调试。

c) 公用点部分(1#、2#控制器同时显示控制)：①AI(模拟量输入信号)：将原有的安全栅更换为一入二出的安全栅或信号分配器，信号同时接入2套控制系统AI卡件进行显示；②AO(模拟量输出信号)：现场增加相应的调节阀门，并进行组态，2套系统同时控制。正常生产时1用1备；③DI(数字量输入信号)：信号进入继电器线圈，通过控制线圈得电、失电，输出2组开关触点信号，同时进入2套DCS控制系统；④DO(数字量输出信号)： 2套DCS系统DO点继电器输出到端子排，由端子排并接，端子排另一端输出一组信号到现场或去电气柜。

4.2.3系统扩容配置

根据公用工程循环水场、动力站、火炬单元分离出的工艺2的检测控制点数，结合日本横河机电有限公司硬件配置特点[4]，确定系统扩容所需配置的卡件数量，共需增加点数579个，配置卡件106块(见表4)。

表4 公用工程各单元DCS扩容分区改造增加的点数及卡件数量

4.2.4系统接线组态调试

硬件配置完成后，对控制系统进行接线，程序下装，并100%组态调试，实现公用工程循环水场、动力站、火炬单元DCS扩容，各单元分别有2套DCS系统进行检测控制。

原系统四域共8个控制站，循环水场、动力站、空分空压远程火炬单元各1个控制站，全厂装置共27个DCS系统控制站。

实施系统扩容改造后，四域共12个控制站，循环水场、动力站、空分空压远程火炬单元各2个控制站，全厂装置共31个DCS系统控制站。

4.3 中控室SIS系统分区扩容改造

中控室单元SIS系统，采用的是德国HIMA公司的H41Q逻辑控制器，主要实现紧急情况下气田的一、二级联锁关断，确保装置的安全。

在原1套控制器的基础上新增1套控制器，更换辅助操作台，并对原有的25台操作站和工程师站软硬件升级，从而实现2套控制系统分别控制净化厂东、西区装置，达到分区运行，独立检修的目的。

5 结论

针对大型高含硫天然气净化厂控制系统存在的问题进行分析研究，提出具体整改措施，通过实施升级、分区改造后，控制系统运行速度提高，稳定性增强，故障率降低，风险减小，不再受淘汰产品的制约，同时公用工程循环水场、动力站、火炬单元DCS控制系统扩容改造后，可实现净化厂低负荷运行工况下DCS控制系统检修。