1 引言
為適應環保要求的不斷提高，硫磺回收裝置在石油化工生產中越來越受到重視。2×104噸/年硫磺回收裝置是石化的重點環保裝置，其生產原理是將酸性氣中大部分化合態硫元素轉化成硫磺回收利用，并將尾氣中極少量剩余的硫化氫焚燒，生產二氧化硫后排放。該裝置采用SIEMENS的PCS7作為過程控制系統，對生產過程實施監控，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
經過預熱后的酸性氣和空氣以一定的比例進入主燃燒爐混合燃燒，產生的高溫過程氣（其中SO2和H2S的比例為2∶1）經廢熱鍋爐和冷卻器冷卻后進入反應器，在催化劑的作用下，發生CLAUSE反應，捕集分離產生的液態硫后，尾氣進入尾氣處理部分。
尾氣進入還原爐發生次化學當量反應后進入SCOT反應器，在催化劑作用下，尾氣中的SO2被還原為H2S，經過降溫后的尾氣進入吸收塔，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，經焚燒后，尾氣中殘留的H2S及其它硫化物幾乎完全轉化為SO2，經廢熱鍋爐冷卻后，送入煙囪排放。
3 系統組成及特點
3.1 系統組成
某石化公司2×104噸/年硫磺回收裝置選用PCS7系統作為過程控制系統，其系統結構見圖2。根據設計規范配置了3個控制器（AS），2個操作站（OS），1個工程師站（ES）。系統總線的通訊介質采用5類屏蔽雙絞線。系統通過數據采集接口站（OPC Server）與全廠管理信息網連接。操作站和工程師站的操作系統都采用微軟公司的bbbbbbs XP，配置了PCS7系統軟件包，用于實現過程監控和組態功能。
圖2 2×104噸/年硫磺回收裝置PCS7系統結構圖
系統的I/O卡件根據該裝置儀表信號類型和數量進行配置，參見表1。通訊網絡、控制站的控制器、數據轉發卡及重要性高的I/O卡件都采用冗余配置，提高了系統的可靠性，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 系統特點
PCS7系統具有如下幾個主要特點：
（1）高速、可靠、開放的通訊網絡
系統總線采用1∶1冗余的工業以太網，總線型或星型拓撲結構，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協議和IEEE802.3標準，通訊速率為100Mbps。
（2）規模可變、配置靈活的自動化站
自動化站通過CPU、IM153-2和I/O卡件實現現場過程信號的采集、處理、控制等功能。系統配置規模可以根據現場要求的不同配置。控制站的電源、CPU卡、IM153-2卡及模擬量卡都可按冗余或不冗余的要求配置，既保證了系統的可靠性，也增強了配置的靈活性，使價格更趨合理。
（3）簡單易用的組態手段和工具
PCS7系統的組態軟件包包括:基本組態軟件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。
（4）實用的實時監控界面和豐富的事件記錄功能
實時監控軟件WinCC具備分組顯示、趨勢圖、動態流程、報警管理、報表及記錄、存檔等監控功能，完全滿足操作人員進行生產過程監控的功能；而系統的事件記錄、操作記錄和報警記錄等功能對于事故分析和加強管理提供了很好的幫助。
4 主燃燒爐控制系統設計
4.1 主燃燒爐控制方案
在硫磺回收部分中，發生CLAUSE反應的條件是將高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制為2∶1，而主燃燒爐則是創造這一條件的主要設備。為了達到反應條件，設計了如圖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）當自保聯鎖系統（ESD）送來一個觸點信號時，把相應的PID點置到手動位置，并且該PID回路輸出一個預先指定的值（可調），確保裝置的安全。
（2）開工期間，酸性氣還沒有進入爐內，為使主燃燒爐達到所需溫度，燃料氣流量和空氣（主）流量組成雙閉環變比值控制系統，根據燃料氣流量調節所需空氣量，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，流量間的比值通過比值計算器實現，因此系統的總負荷也將是平穩的，這種控制方案的優點是在主流量（燃料氣）受干擾作用開始到重新穩定在設定值這段時間內發揮作用，比較安全，而當系統中出現除流量干擾外的其它干擾引起主參數變化時，可以通過修改比值來保持主參數穩定。
（3）在裝置正常生產的情況下，爐內只燒酸性氣，酸性氣流量和空氣（主）流量組成單閉環變比值控制系統，根據酸性氣流量調節所需空氣量，其優點是兩種物料流量的比值精確，實施方便，而當系統中出現除流量干擾外的其它干擾引起主參數變化時，可以通過修改比值來保持主參數穩定。
（4）為了保證高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制達到2∶1，過程氣比值分析和空氣（微）流量組成串級控制系統，過程氣比值分析作為主回路，空氣（微）流量作為副回路。根據比值分析的結果微調所需的空氣量。
4.2 主燃燒爐控制方案組態
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工具,它采用了IEC-61131的標準。用CFC有助于節省時間和費用，同時大大地簡化了系統的組態和維護。用CFC進行組態時是以功能塊為基礎的，系統配置了很多預編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現。每個功能塊都有一個參數表，可根據實際工藝要求選擇不同的參數。功能塊在CFC中的連接直接用鼠標器點接。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行，連接標記由系統自動標出。因此，采用CFC可以完成很復雜的大型控制任務。
5 結束語
上述控制方案實施后，較好地實現了高溫過程氣中SO2和H2S的比例控制，充分發揮了主燃燒爐的效率，最大限度地把SO2轉化為單質硫，取得了令人滿意的效果。
：鞏經理
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