ABC控制系统

企业：控制网日期：2004-06-02领域：电源点击数：484

胡来贵，王成林

1 装置简介

中国石化总公司安庆分公司的Ⅲ套硫磺回收联合装置(Ⅲ.S.R.U)是1995年经总厂批准进行设计的一项“绿色工程”，其设计能力为年产2万吨硫磺。联合装置包括富液再生、硫磺回收、尾气焚烧、硫磺造粒包装机及第Ⅲ套循环水场。过程控制仪表选用美国SMAR公司的现场总线控制系统(简称FCS系统) 。而本装置的一个最特殊的、在工艺上与常规硫磺回收不同之处是增加了超级克劳斯反应，从而保证了硫的回收率达98.9％。而控制超级克劳斯(Super clause)反应的控制方案就是本文所要讨论的先进燃烧器控制系统，是本装置除FCS外的一个独立的控制系统，它所使用的控制仪表是日本横河的YS170可编程调节器。

2 工艺概况

主燃烧器是主燃烧炉的一部分，它是和主燃烧炉组合在一起的。主燃烧器是国外进口的专用设备，是荷兰达卡公司的专利产品。主燃烧器中放置一支点火枪，点火时点火头进入到空气与燃料气混合室。

主燃烧器工作原理是空气从主燃烧器的空气分配室中通过，空气配风器中的径向叶片获得很强的旋转速度。当空气从气鼻中出来后就能达到最大风速。在这个点上，燃料和空气流相混合。主燃烧炉带有一个锥形扩散器，气体从这里离开。火焰前部分区域的高等级湍流大大提高了燃烧效率，这种设计导致有

耐火衬里材料的燃烧炉中靠近对角壁和气枪的区域形成强的涡流，这种涡流使火焰较稳定并在反应室的前部获得很高的热强度，在最高温度下发生氧化反应。在燃烧器中适量空气和酸性气或燃料气强烈混合，在主燃烧炉中进行高温热反应。主燃烧器所需空气量是由先进的燃烧器控制系统进行控制的。

在常规克劳斯运行模式时，所需空气量使得第二级克劳斯反应器出口过程气中硫化氢含量与二氧化硫含量比值等于2；在超级克劳斯运行模式时，使得进入超级克劳斯反应器的过程气的浓度达到0.6%～0.9%。工艺是否开超级克劳斯的控制，通过切换开关HS007来实现。

在操作方面，空气与酸性气的比值控制器QIC001输出信号是非常重要的一个信号。正常情况下它随酸性气对空气量的特殊要求在极为狭窄的范围内变化。为避免干扰、如900型硫化氢在线分析仪不正常操作时，该信号应略超出正常操作量程极限。如控制器QIC001已被切换到手动方式，则可使用QIC001手操输出作为比例设定值，使空气与酸性气流量-流量比例控制仍处于自动方式操作，该设定值非常缓慢而仔细地调节，精确地读出该信号是非常重要的。

QIC001的过程值应该是实际测量的硫化氢的百分数。若QIC001和FIC008都是手动方式，QIC001输出信号的跟踪功能将有效地使切换开关无扰动地切换至自动方式。

3 问题的提出

3.1 进行改造的原因

先进燃烧器控制系统(Advance Burner Control System，简称ABC控制系统)，是荷兰达卡(Comprimo)

公司的专利产品。装置在设计时，全部引进进口设备及其控制系统。由于本装置的FCS系统是进行数字化通讯的，而ABC系统是模拟量信号，故设计院在引进ABC全套产品时，考虑到应用二台CD600可编

程调节器来为ABC系统服务，将ABC系统的过程变量信号在CD600内进行处理，而后再将信号送至ABC系统。ABC系统使用了三台YS170可编程调节器，在这三台调节器之间组成YSNET网进行通讯，以进行其控制的参数传递。

ABC系统专为超级克劳斯工艺而设计的主燃烧炉F401控制方案。其主要的控制目的是控制最佳的空气量，以达到使酸性气中的硫元素能最大限度地转化为硫，提高硫磺的回收率。充分燃烧是硫磺回收装置获得最佳操作和最佳转化率的关键因素之一。主燃烧炉是硫磺回收装置的核心设备，它对保证硫回收转化率98.9％，乃至对整个联合装置安全平稳生产都起着举足轻重的作用。

装置在开工之初，出现了制约ABC系统正常投用的三个问题：首先是三台YS170有其中一台的通讯模板坏了，ABC系统的YSNET不能进行正常的通讯，过程变量的参数不能进行传递；其次是在工艺生产上是否开超级克劳斯的控制器选择不能很好地切换，ABC系统的工艺过程参数不能在FCS的CRT上指示，严重影响了操作员的正常操作；另外，没有充分发挥具有先进技术的FCS的功能，重复投资。通过分析ABC系统控制原理后发现它将简单的操作复杂化了，需将其组态编程简化。

针对以上所提三个问题，加上本装置使用的是先进的现场总线控制系统，有能力用现场总线仪表的所有功能，来实现用YS170所实现的控制方案。

3.2 ABC系统控制原理

主燃烧器的工艺控制流程图如图1所示。

当主燃烧器的空气太少时，过量的硫化氢将进入超级克劳斯段，这将使超级克劳斯转化器的温度失去控制而引起催化剂中毒。控制系统包括两个控制回路：

(1) 空气与酸性气的比例控制回路（前馈流量控制回路）；

(2) 硫化氢分析仪控制回路（反馈流量控制回路）。

在第一个控制回路中，所需的空气流量通过测量酸性气流量(FT001)和燃料气流量(FT010)使各自的流量信号乘以各自的空气与酸性气比值（由Y002和Y001表示）计算得出，结果即为各自所需的空气量。两股空气量相加(Y007)，就是所需的空气流量信号，这用来决定流量调节器FIC008的设定值。调节器(FIC008)的测量值为实际的总空气量，即主燃烧空气和旁路空气流量之和。FIC008控制旁路流量（微空气）调节阀。由于设定复位时间短，该回路保证快速而又准确地随进料气流量变化而变化。

FIC008输出信号控制旁路空气调节阀，同时也是调节器FIC009的测量值。调节器FIC009的输出信号控制主空气调节阀。短时间内，调节器FIC009的设定值决定该系统缓慢地使旁路空气调节阀回到其初始设定位置。通常情况下（除去装置负荷非常低的情况），旁路空气流量的最佳位置为额定量程的50%，由于调节阀的压降为实际装置负荷的一个功能函数，阀的最佳位置也是实际装置负载一个功能函数，该功能函数由Y009决定。为避免多余的相互干扰，该功能函数必须提供一个低流量的过滤器。

尾气分析仪的输出信号(H2S%)代表尾气中硫化氢的浓度，为了获得所需求的自动增益，该阀与设定值(H2S SP)之间的偏差必须乘以实际酸性气流量信号。QIC001减去实际H2S测量信号得出的设定值(HIC003)，再加上设定值信号，即为修正的过程值。部分仪表系统不能执行负信号，这种情况下必须应用不同的算法来执行同一功能，但要避免负信号，调节器QIC001的输出信号表示空气与酸性气的比值要求，也就是调节器FIC008的设定值。实际空气总量，即Y008的输出信号是调节器FIC008的测量值。