刘家胜

（荆门盈德气体有限公司，湖北 荆门 448000）

0 引 言

荆门盈德气体有限公司（简称荆门盈德）煤化工项目产能为300kt/a合成氨、500kt/a甲醇及60000m3/h氢气，配套3台150t/h的9.8 MPa蒸汽锅炉（分别称作锅炉A、锅炉B、锅炉C）、2套60000m3/h汽拖空分装置（分别称作1700空分装置、1800空分装置）、4台有效气（CO+H2）产量100000m3/h的水煤浆水冷壁清华炉（三开一备），以及耐硫变换系统、低温甲醇洗系统、液氮洗系统、氨合成系统、甲醇合成及精馏系统、PSA制氢系统等。本项目于2019年8月底全线贯通，投入正常生产。

荆门盈德锅炉运行模式为两开一备，空分装置运行模式为两开无备（2套空分装置各配套1台汽轮机，汽轮机同时拖动空压机与增压机，汽轮机所用蒸汽产自9.8MPa蒸汽锅炉，富余的9.8MPa蒸汽经减温减压后补入3.82MPa蒸汽管网）。9.8MPa蒸汽管网设有1台高压蒸汽放空阀（HV1001），HV1001全开（HV1001为FO型，断电时HV1001全开）放空量为1台锅炉的产汽量150t/h。锅炉与空分装置及蒸汽放空阀三者之间的联锁逻辑关系比较复杂，设计院最初设计的联锁逻辑为：锅炉为两开一备，运行中的1台锅炉跳车空分装置无联锁动作，运行中的2台锅炉跳车则2套运行空分装置全停；2套空分装置任意停1套则HV1001全开；2套空分装置全停则2台锅炉全停。

1 联锁逻辑第一次修改

1.1 问题分析

锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑第一次修改是在2019年5月。2019年5月空分装置临近开车，发现设计院设计的联锁逻辑存在如下问题。

（1）锅炉两开一备，单台锅炉产汽量150t/h，空分装置2台汽轮机，单台汽轮机耗汽量122t/h，按照最初设计的联锁逻辑，1台锅炉跳车空分装置无联锁动作，单台锅炉是无法满足2套空分装置同时运行需求的，而空分装置汽轮机停车条件比较苛刻，汽轮机转速降至额定转速的96%（即4827r/min，额定转速为5028r/min）延时10s触发汽轮机停车，如此一来势必会造成2套空分装置跳车，空分装置操作员此时只能迫停1台汽轮机，即此时工艺上要求迫停1台汽轮机而保另一台汽轮机正常运行，以维持1套空分装置运行；同时，根据设计院最初的设计，停1套空分装置高压蒸汽放空阀（HV1001）联锁全开，会导致9.8MPa蒸汽管网压力迅速下降，后果依然是2套空分装置跳车。

（2）锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑设计为2套空分装置全停则2台锅炉全停，而此时通常需要的是保留1台锅炉运行以迅速恢复生产。

1.2 解决办法

2台锅炉+2套空分装置运行模式下，1台锅炉跳车时，联锁停车信号送空分装置，选择1700空分装置或1800空分装置联锁停车（1700空分装置和1800空分装置设置“投入”和“切除”按钮，1700空分装置和1800空分装置此时只能投入1套联锁）；换言之，1台锅炉跳车造成的空压机跳车HV1001不能打开，而其他原因造成的空压机跳车HV1001仍旧联锁打开。

3台锅炉两开一备，停1台运行锅炉实际上按照锅炉运行三选二即为锅炉原因跳车，联锁动作后触发空分装置跳车，此时通过一个触发器（SR101）使其输出为“1”，与空分装置其他跳车条件一起经过或门 （OR），来控制电磁阀（HV1001）SR101输出为“1”，使HV1001仍旧得电，HV1001不打开；当2台锅炉运行时，SR101输出为“0”，此时空分装置跳车触发即非锅炉原因，经过或门（OR），HV1001失电，HV1001打开。

对于2套空分装置全停则2台运行锅炉全停的联锁，修改为2台运行锅炉只有1台运行锅炉投用此联锁，2台运行锅炉中有1台锅炉联锁跳车时，可以实现2套空分装置全停但保留1台锅炉运行。

2 联锁逻辑第二次修改

2.1 问题分析

锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑第二次修改是在2019年8月。锅炉投运初期，由于操作经验不足等，其运行状况较差，需要3台锅炉全开才能够满足2套空分装置运行及全厂蒸汽管网所需。2019年8月16日锅炉C跳车，因当时是3台锅炉运行，跳停1台，没有触发任何联锁，但由于锅炉运行状况不好，不能满足2套空分装置运行及全厂蒸汽管网所需，当时操作工想降负荷或卸载1700空分装置（卸载空分装置，意指汽轮机仍在运转，但空压机和增压机的回流阀、放空阀均已经全开了，此时没有产品产出了，汽轮机耗蒸汽也少了）来保生产，但是锅炉C跳车3min后，1700空分装置还是因汽轮机转速低跳车，1700空分装置跳车后，联锁触发蒸汽放空阀（HV1001）打开，进而拖垮了蒸汽管网压力，导致2套空分装置跳车，由此造成整个生产系统停车。当1700空分装置因汽轮机转速低联锁跳车而造成HV1001打开时，操作工也想赶紧将HV1001关闭，迅速保住蒸汽管网压力，但因具体操作比较麻烦，需经历调出联锁画面、解除联锁、复位电磁阀（HV1001）、调出HIC1001（HIC1001为对应HV1001的手操器，在DCS界面上操作）操作面板、改为手动模式、手动操作调整阀门等步骤而延误了处理时间。

2.2 解决办法

3台锅炉运行为非常态，以后锅炉炉况调整好了仍会恢复为两开一备，对于两开一备，所有的联锁也都是运行正常的，关键就是1套空分装置自身联锁跳车造成蒸汽放空阀（HV1001）全开后，HV1001复位等比较麻烦。于是，修改为当1套空分装置跳车发出脉冲信号触发电磁阀（HV1001）断电而全开，增加HV1001联锁自复位功能——当蒸汽管网压力（PZT-1002）降至9.0MPa时，HV1001自动得电复位，并按照蒸汽放空量100t/h核算，复位预设HIC1001开度为56%，此时HV1001已具备手动操作条件。对于已跳车的那一套空分装置，事后必须进行对HV1001跳车联锁旁路操作，防止再次发出跳车信号。

实际上在其后的运行中，还存在一个特殊的时期——当锅炉倒炉的时候，2台锅炉正常运行+1台锅炉点火升温升压，待备用锅炉运行正常后，再停下在运的1台锅炉，恢复为两开一备状态，此倒炉过程大约耗时6～7h。由于疏忽了这个问题，对这个正常倒炉过程的预案没有引起重视，2020年10月3日锅炉倒炉时，在运的2台锅炉跳停了1台，而处于点火升温升压状态的锅炉还没有产出蒸汽，当时表象为3台运行锅炉跳了1台，生产系统运行2台锅炉停1套空分装置且HV1001不动作，但此时蒸汽供应已经严重不足，操作工赶紧紧停1700空分装置，而此时HV1001打开，又导致蒸汽管网被拖垮，1800空分装置也迫停了，即2套空分装置全停，由此造成整个生产系统停车。后经研究分析，决定对于锅炉倒炉的这特殊的6～7h，制定好倒炉预案，锅炉和空分装置操作员时刻盯住屏幕，如果出现上述情况，等HV1001联锁复位后将HIC1001及时关到零位，保住蒸汽管网压力，如此可保住1套空分装置正常运行。

3 联锁逻辑第三次修改

3.1 问题分析

锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑第三次修改是在2020年4月。2020年3月份受新冠疫情影响，原料煤和燃料煤供应不足、产品销售不畅，当时系统维持低负荷运行，即2台锅炉（锅炉A、锅炉C） +1套空分装置运行模式；2020年3月9日因锅炉A跳车造成1700空分装置跳车，同时由于1800空分装置本就处于停车状态，导致触发空分装置全停停1台锅炉联锁，而当时联锁正好挂在锅炉C，造成锅炉C跳车，即造成整个锅炉系统全停，而实际上生产中是希望保留1台锅炉运行以迅速恢复生产的。当时有人提议，将空分装置全停停1台锅炉联锁改为空分装置全停且蒸汽管网压力高于10.1MPa时1台锅炉联锁，但笔者认为此举恐存在以下不足。

（1）2台锅炉+1套空分装置运行模式下，当空分装置跳车时，蒸汽放空阀（HV1001）打开，因此时2台锅炉负荷低而HV1001打开，正常情况下蒸汽管网压力根本达不到10.1MPa，换言之，空分装置全停且蒸汽管网压力高于10.1 MPa时1台锅炉联锁这一逻辑修改不起作用。

（2）2台锅炉+2套空分装置运行模式下，当2套空分装置全停时，1套空分装置的蒸汽通过HV1001放空，且要等到蒸汽管网压力升到10.1MPa才动作停1台锅炉，这里存在一个信号滞后的问题，并且锅炉停车的瞬间还会继续产蒸汽，势必造成蒸汽管网超压，远不如空分装置全停停1台锅炉联锁来得迅速、安全、可靠。

3.2 解决办法

原来这个联锁设计是针对2台锅炉+2套空分装置的运行模式，当2套空分装置全停的时候，1套空分装置的蒸汽通过HV1001放空，另外再通过空分装置全停联锁停1台锅炉，使蒸汽能够得到平衡，这样动作非常迅速，并可保证还有1台锅炉在运，这个联锁逻辑是没有问题的，但在2台锅炉+1套空分装置运行模式下，就会出现2020年3月9日这种情况。

针对2台锅炉+1套空分装置的运行模式，笔者建议将空分装置全停停1台锅炉的联锁旁路，如此就可避免2020年3月9日的那种情况发生，原因如下：①2台锅炉+1套空分装置运行模式下，1台锅炉跳车，空分装置因蒸汽供应问题自然停车，而由于空分装置全停停1台锅炉联锁被旁路，因此剩下的这台锅炉就还能继续运行；②2台锅炉+1套空分装置运行模式下，如果是由于空分装置自身原因跳车，HV1001打开，放空的蒸汽量正好也是1套空分装置运行所需的蒸汽量，此时2台锅炉仍处于运行状态，蒸汽量也是平衡的，具体操作可根据当时的生产情况保留2台锅炉运行或保留1台锅炉运行。

3.3 优化完善措施

以上联锁逻辑修改从理论分析角度而言是没有问题的，对于空分装置全停停1台锅炉联锁，为保留停车后有1台锅炉在运，可采取1套空分装置运行的时候不挂此联锁、2套空分装置全开的时候才挂此联锁的方式，由操作工来进行选择和操作。但后来笔者仔细分析，认为还存在以下不足：①操作工有时候可能会忘记挂此联锁或是忘记摘除此联锁；②当2套空分装置运行，突然停1套空分装置的时候，此时可能就保留1套空分装置运行或是马上准备开停下的那套空分装置，有时候操作工不好判断是立刻摘除此联锁还是继续挂此联锁。

后来通过深入分析与研究，决定对此联锁进行如下完善：当只有1台锅炉运行的时候（信号取自锅炉运行三选二联锁取反，当锅炉运行三选二联锁动作即输出跳车信号为“0”，而将其取反则为“1”，代表此时锅炉最多为1台运行了，利用这个信号来旁路空分装置全停停1台锅炉联锁），即使此台锅炉挂了空分装置全停停1台锅炉联锁也不会跳车，只有当2台及以上锅炉运行的时候，空分装置全停停1台锅炉联锁才动作。如此一来，可以一直将需挂联锁的那台锅炉一直挂着，不论是2台锅炉+2套空分装置运行模式、2台锅炉+1套空分装置运行模式、1台锅炉+1套空分装置运行模式，联锁都可以一直挂着；当只剩下1台锅炉运行的时候，系统会自动将空分装置全停停1台锅炉联锁旁路，不过锅炉自身的联锁没有被旁路，压力、流量、风机运行等联锁还是起作用的。

对于2020年3月9日的那种生产模式，即2台锅炉+1套空分装置运行工况，1台锅炉（锅炉A）跳车造成在运的1700空分装置跳车（当时1800空分装置本就处于停车状态，相当于触发了2套空分装置全停停1台锅炉联锁），此时只有1台锅炉（锅炉C）运行，若空分装置全停停1台锅炉联锁被旁路，此时不论剩下的那台锅炉（锅炉C）是否挂着此联锁均可维持运行，由此即可避免出现2020年3月9日那种锅炉全停的局面。

4 结束语

荆门盈德锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑，从设计之初就开始讨论并成型，运行实践中发现问题并进行了三次修改才得以完善，使其更能应对各种非正常生产情况。目前的应用情况表明，锅炉与空分装置及蒸汽放空阀的联锁逻辑设置非常安全可靠。在锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑的修改与完善过程中，笔者认识到，系统间的联锁设置一定要考虑周全，若联锁设置不当，有时可能会造成巨大的安全隐患与经济损失，甚至还不如系统之间不设联锁、而是系统之间各自为政或完全靠人员操作会更好，但只要系统之间的联锁设置得当，将大大提高整个生产系统的安全性与运行效能。