刘家胜
（荆门盈德气体有限公司，湖北 荆门448000）
［摘 要］荆门盈德气体有限公司2019年8月底投产的煤化工项目产能为300 kt/a合成氨、500 kt/a甲醇及60 000 m3/h氢气，配套3台150 t/h的9.8 MPa蒸汽锅炉（两开一备）、2套60 000 m3/h汽拖空分装置（两开无备），9.8 MPa蒸汽管网设有1台放空阀（HV1001），HV1001全开放空量为1台锅炉的产汽量。锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑设计院起初设计为：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。鉴于锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑初始设计存在一些问题，以及锅炉投运初期需投用3台锅炉与新冠疫情初期系统维持低负荷运行等特殊情况，分别于2019年5月、2019年8月、2020年4月进行了3次联锁逻辑的修改与优化。目前的运行情况表明，修改与优化完善后的锅炉与空分装置及蒸汽放空阀联锁逻辑设置非常安全可靠。
［关键词］煤化工项目；蒸汽锅炉；空分装置；蒸汽放空阀；联锁逻辑；问题分析；解决办法；优化完善措施
［中图分类号］TK284.1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）01-0065-04
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300 kt/a合成氨、500 kt/a甲醇及60 000 m3/h氢气，配套3台150 t/h的9.8 MPa蒸汽锅炉（分别称作锅炉A、锅炉B、锅炉C）、2套60 000 m3/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100 000 m3/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9.8 MPa蒸汽锅炉，富余的9.8 MPa蒸汽经减温减压后补入3.82 MPa蒸汽管网）。9.8 MPa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150 t/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150 t/h，空分装置2台汽轮机，单台汽轮机耗汽量122 t/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4 827 r/min，额定转速为5 028 r/min）延时10 s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98 MPa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3 min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9.0 MPa时，HV1001自动得电复位，并按照蒸汽放空量100 t/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6～7 h。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6～7 h，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10.1 MPa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10.1 MPa，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10.1 MPa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：① 2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；② 2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
更多内容详见《中氮肥》2022年第1期