炼油厂的升级改造

得益于完备的控制系统升级改造策略,道达尔旗下阿瑟港炼油厂成功完成老旧 DCS 到最新Experion® PKS的技术升级改造。

道达尔股份公司是一家综合性石油和天然气跨国公司,业务从原油到天然气开采再到发电、运输、精炼,以及石油制品市场营销及贸易,覆盖整个石油和天然气供应链。道达尔同时也是一家大型化学品制造商。

道达尔石化和炼油美国公司总部位于美国田纳西州休斯顿市,是聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、化工品和聚乙烯的主要生产商。

道达尔的阿瑟港炼油厂建于二十世纪初期。起初是斯平德尔托普(Spindletop)的一座油码头,自 1936 年起成为炼油厂,目前日产量为 174,000 桶 (174 MBPD) 运输燃油。炼油厂处理原油的主要是焦化、液化催化裂化装置 (FCCU) 和重整等装置。该厂可以与相邻的石脑油蒸气裂解厂商(道达尔和巴斯夫共合资公司)交换使用原料和公用设施。

优势

得益于完备的集散控制系统 (DCS) 升级改造策略,道达尔延长现有自动化控制系统的使用寿命,同时成功完成了旧有 TDC 2000 控制系统到霍尼韦尔( Honeywell) 的 Experion® 过程知识系统( PKS) 技术的升级改造。Experion 为开放式系统,其设计注重于改进工厂操作、增强避免事故、优化决策机制,最终完善工作流程的能力。

阿瑟港炼油厂采用全新开放式自动化系统结构,在不同生产单元上安装多套Experion 系统,可以互相通信、交换数据以及紧密协同工作。工厂人员可直接连接信息和控制网络,全面、即时地访问关键数据。Experion 系统可轻松地将所有装置内的人机界面 (HMI) 集成在一起,并与所有的过程相连接的控制器和网络模块进行通信。

挑战

与其它石化炼油厂一样,道达尔也面临着全球竞争日益激烈的问题,这要求他们不断改进自身的过程自动化技术。自 2005 年开始,公司一直在推进阿瑟港炼油厂TDC2000系统的现代化改造进程。控制系统最早从1982至1992 年期间安装使用,早已超负荷运行。现在实际I/O已达18,000 点,原先根据生产装置分配为8个数据高速网络(data Hiway)和相应控制单元的分配方式现早已经被打乱。

该项目在开始现代化改造之前,项目执行团队在申请公司批准 DCS 升级改造时遇到困难。这涉及到说服高层管理人员,项目执行团队必须展示升级后的控制系统解决方案能为炼油厂带来怎样的经济利益。

在正常生产期间,我们不希望过程生产装置因为非关键性维护或替换自动化设备而发生非计划停车。因此,为了消除装置停车带来的经济损失,经常需要以“热切换”的方式执行控制系统的在线升级,控制回路逐个从旧系统系统转移到新系统,每次只进行一个回路转移,保持装置单元正常运行。

解决方案

道达尔管理层同意了炼油厂的大规模扩大产能计划,称之为“深度转化项目 (DCP)”,共增加 12,000 个 I/O点,并在老装置区域单元增设两个新的操作台。这次扩展还包括在新装置过程区域安装了九台最新一代 DCS 控制器。

道达尔与霍尼韦尔过程控制部(HPS)展开合作,培养操作人员具备与不同代 DCS 系统进行操作的能力。炼油厂的中央控制室和本地控制室中一共换下 45 个过时的控制台,约 400 个原有旧操作画面被迁移到新的DCS上。炼油厂两套旧的控制通信网络被分为四个网络,全厂范围安装了容错以太网(FTE)作为主干网络。

对于 DCS 升级改造,项目执行团队分为三个专职角色:项目设计师、DCS 项目经理和 SIS 项目经理,其他团队成员也都根据需要临时作了重新分配。炼油厂还招募了一个组态/图形专家参与其中。炼厂人员亲身参与了这个他们今后要使用的系统的设计和实施。

道达尔阶梯式地DCS 升级改造项目分为八个步骤,每步骤实施一个数据高速网络(data Hiway)段,根据装置规模、设备年限和维修历史设定优先级。最初的计划是每隔12个月开始一个新步骤,这样可以分散资本投入,同时满足系统质量的保证期。

由于炼油厂停车时间没有确定,项目执行团队采取了在接线盒处执行带电在线热切换的方式。每次完成一个回路从硬接线到回路的升级,这种方法可将风险降至最低,易于操作人员切换,解决了项目执行和生产操作的矛盾。

确定在线热切换顺序的原则是:装置单元从下游到上游、回路从简单到复杂。如果下一步包括 HMI 升级,在进行下一步前,工程师会尽可能切换该图形上的所有点。

道达尔建立两个外部热切换 (HCO) 团队,一个执行当前切换,另一个计划下一步,每个团队都有一名系统硬件专家以及两名外聘技术人员和一名道达尔仪表技术人员。由施工协调人员指挥现场活动,DCS 系统管理员则指挥控制室团队,控制室团队包括一名额外的控制台操作人员、两名外聘组态专家和两名外聘自动化工程师。这些团队按每周四天、每天 10 小时排班,每天大约完成35个点。

道达尔发现操作工对项目成功起到了关键作用。从电缆槽布线和接线盒位置到切换顺序和风险分析,操作工对有关热切换展开的活动都至关重要。

项目团队成员记录了所有差异(例如回路表错误、量程变更、组态问题、图形出错等),使用快速变更管理 (MOC)程序找到最急迫需解决的问题,并且将这个问题立即切换到其它问题之前转给过程支持工程师进行跟进。

阿瑟港炼油厂将从目前正在进行的升级改造工作中发现问题吸取经验,以利于改进下一步的DCS 升级改造工作。

Experion® 是 Honeywell International Inc. 的注册商标。

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