1 引言
為適應(yīng)環(huán)保要求的不斷提高，硫磺回收裝置在石油化工生產(chǎn)中越來越受到重視。2×104噸/年硫磺回收裝置是石化的重點(diǎn)環(huán)保裝置，其生產(chǎn)原理是將酸性氣中大部分化合態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化成硫磺回收利用，并將尾氣中極少量剩余的硫化氫焚燒，生產(chǎn)二氧化硫后排放。該裝置采用SIEMENS的PCS7作為過程控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控，獲得了良好的效果。

2 工藝流程簡介
硫磺回收裝置的工藝過程分為硫磺回收部分和尾氣處理部分，參見圖1。

圖1 工藝流程簡圖

經(jīng)過預(yù)熱后的酸性氣和空氣以一定的比例進(jìn)入主燃燒爐混合燃燒，產(chǎn)生的高溫過程氣（其中SO2和H2S的比例為2∶1）經(jīng)廢熱鍋爐和冷卻器冷卻后進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下，發(fā)生CLAUSE反應(yīng)，捕集分離產(chǎn)生的液態(tài)硫后，尾氣進(jìn)入尾氣處理部分。
尾氣進(jìn)入還原爐發(fā)生次化學(xué)當(dāng)量反應(yīng)后進(jìn)入SCOT反應(yīng)器，在催化劑作用下，尾氣中的SO2被還原為H2S，經(jīng)過降溫后的尾氣進(jìn)入吸收塔，大部分H2S和少量CO2被乙醇胺溶液吸收，凈化后的尾氣（H2S的體積濃度為400ppm）送入焚燒爐，經(jīng)焚燒后，尾氣中殘留的H2S及其它硫化物幾乎完全轉(zhuǎn)化為SO2，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻后，送入煙囪排放。

3 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
3.1 系統(tǒng)組成
某石化公司2×104噸/年硫磺回收裝置選用PCS7系統(tǒng)作為過程控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。根據(jù)設(shè)計規(guī)范配置了3個控制器（AS），2個操作站（OS），1個工程師站（ES）。系統(tǒng)總線的通訊介質(zhì)采用5類屏蔽雙絞線。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集接口站（OPC Server）與全廠管理信息網(wǎng)連接。操作站和工程師站的操作系統(tǒng)都采用微軟公司的bbbbbbs XP，配置了PCS7系統(tǒng)軟件包，用于實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控和組態(tài)功能。

圖2 2×104噸/年硫磺回收裝置PCS7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的I/O卡件根據(jù)該裝置儀表信號類型和數(shù)量進(jìn)行配置，參見表1。通訊網(wǎng)絡(luò)、控制站的控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要性高的I/O卡件都采用冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性，參見表2。

表1 硫磺回收裝置儀表信號類型匯總表

表2 硫磺回收裝置I/O卡件類型匯總表

3.2 系統(tǒng)特點(diǎn)
PCS7系統(tǒng)具有如下幾個主要特點(diǎn)：
（1）高速、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)總線采用1∶1冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，總線型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，通訊速率為100Mbps。
（2）規(guī)模可變、配置靈活的自動化站
自動化站通過CPU、IM153-2和I/O卡件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場過程信號的采集、處理、控制等功能。系統(tǒng)配置規(guī)?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場要求的不同配置?？刂普镜碾娫?、CPU卡、IM153-2卡及模擬量卡都可按冗余或不冗余的要求配置，既保證了系統(tǒng)的可靠性，也增強(qiáng)了配置的靈活性，使價格更趨合理。
（3）簡單易用的組態(tài)手段和工具
PCS7系統(tǒng)的組態(tài)軟件包包括:基本組態(tài)軟件Step 7和流程圖制作軟件WinCC。軟件界面友好，功能豐富，支持各種控制方案的組態(tài)。
（4）實(shí)用的實(shí)時監(jiān)控界面和豐富的事件記錄功能
實(shí)時監(jiān)控軟件WinCC具備分組顯示、趨勢圖、動態(tài)流程、報警管理、報表及記錄、存檔等監(jiān)控功能，完全滿足操作人員進(jìn)行生產(chǎn)過程監(jiān)控的功能；而系統(tǒng)的事件記錄、操作記錄和報警記錄等功能對于事故分析和加強(qiáng)管理提供了很好的幫助。

4 主燃燒爐控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1 主燃燒爐控制方案
在硫磺回收部分中，發(fā)生CLAUSE反應(yīng)的條件是將高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制為2∶1，而主燃燒爐則是創(chuàng)造這一條件的主要設(shè)備。為了達(dá)到反應(yīng)條件，設(shè)計了如圖3所示的主燃燒爐控制方案。

圖3 主燃燒爐控制方案原理圖

主燃燒爐控制方案說明如下：
（1）當(dāng)自保聯(lián)鎖系統(tǒng)（ESD）送來一個觸點(diǎn)信號時，把相應(yīng)的PID點(diǎn)置到手動位置，并且該P(yáng)ID回路輸出一個預(yù)先指定的值（可調(diào)），確保裝置的安全。
（2）開工期間，酸性氣還沒有進(jìn)入爐內(nèi)，為使主燃燒爐達(dá)到所需溫度，燃料氣流量和空氣（主）流量組成雙閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)燃料氣流量調(diào)節(jié)所需空氣量，由于有兩個流量閉合回路（燃料氣和主空氣），可以克服各自的外界干擾，使主、副流量都比較平穩(wěn)，流量間的比值通過比值計算器實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)的總負(fù)荷也將是平穩(wěn)的，這種控制方案的優(yōu)點(diǎn)是在主流量（燃料氣）受干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設(shè)定值這段時間內(nèi)發(fā)揮作用，比較安全，而當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其它干擾引起主參數(shù)變化時，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。
（3）在裝置正常生產(chǎn)的情況下，爐內(nèi)只燒酸性氣，酸性氣流量和空氣（主）流量組成單閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)酸性氣流量調(diào)節(jié)所需空氣量，其優(yōu)點(diǎn)是兩種物料流量的比值精確，實(shí)施方便，而當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其它干擾引起主參數(shù)變化時，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。
（4）為了保證高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制達(dá)到2∶1，過程氣比值分析和空氣（微）流量組成串級控制系統(tǒng)，過程氣比值分析作為主回路，空氣（微）流量作為副回路。根據(jù)比值分析的結(jié)果微調(diào)所需的空氣量。
4.2 主燃燒爐控制方案組態(tài)
所有的控制方案都是由CFC（Continual Function Chart）完成的。CFC是一種簡潔的圖形組態(tài)工具,它采用了IEC-61131的標(biāo)準(zhǔn)。用CFC有助于節(jié)省時間和費(fèi)用，同時大大地簡化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。用CFC進(jìn)行組態(tài)時是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現(xiàn)。每個功能塊都有一個參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)。功能塊在CFC中的連接直接用鼠標(biāo)器點(diǎn)接。每個CFC由6頁組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC之間的不同的頁面上進(jìn)行，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動標(biāo)出。因此，采用CFC可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。

5 結(jié)束語
上述控制方案實(shí)施后，較好地實(shí)現(xiàn)了高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制，充分發(fā)揮了主燃燒爐的效率，最大限度地把SO2轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，取得了令人滿意的效果。