IT工程師數位筆記本

摘 要：在散料輸送的國際成套項目中，P&ID的設計占據著十分重要的位置，它是工藝系統的設計核心，其他專業都在為了實現P&ID中的功能而工作。而在火電廠輸煤系統中，P&ID的設計工作則主要集中在控制與儀表方面。控制與儀表的自動化程度是一個項目現代化程度的重要指標，因此火電廠輸煤系統的P&ID設計就顯得尤為重要。文章闡述了火電廠輸煤系統P&ID的設計方法，并結合具體項目提出了一種可行的電氣自動化實施方案。

　　關鍵詞：輸煤系統；P&ID；電氣自動化
　　1 火電廠輸煤系統
　　火電廠輸煤系統是指從卸煤設備起到鍋爐原煤料斗的整個工藝流程，它是火電廠最大的輔助系統，一般包括卸煤系統、儲煤系統、上煤系統、配煤系統[1]。
　　卸煤系統是將來自公路、鐵路、海運的煤卸載至火電廠用于發電。目前國際項目中基本上是通過公路或者海運進行煤的運輸。
　　為防止特殊情況下原煤供應中斷，火電廠需儲存一定量的原煤以保證鍋爐的連續運轉。通過皮帶輸送機與堆取料機完成堆取料的工藝過程，儲煤系統通常有自己的控制系統，并配備抑塵等輔助系統。
　　上煤系統即通過斗輪機、皮帶輸送機將原煤輸送至鍋爐原煤料斗的過程。本系統既是原煤的輸送過程，也是原煤的處理過程，通常有稱重、破碎、除鐵、金屬探測、抑塵、采樣等多道工序。
　　配煤系統即通過卸料小車與皮帶輸送機將原煤卸至鍋爐的原煤料斗，是整個輸煤系統的終點。
　　2 P&ID設計
　　2.1 什么是P&ID
　　P&ID（Piping & Instrumentation Diagram），即管道與儀表流程圖，通常是在一張A0或A1圖紙中表示出整個項目的工藝流程、所用設備、設備編號、管道信息、設備互鎖、信號傳輸、電機驅動以及儀表參數等信息，在國際成套項目中，它應當是設計階段的核心文件，是指導設備和管路安裝、運行、維修等最重要的工藝設計資料[2]，廣泛應用在石化、電廠項目中。
　　2.2 P&ID設計前的準備工作
　　2.2.1 PFD
　　PFD（Process Flow Diagram），即工藝流程圖，一般來說，它只需將整個生產過程表述明白就可以了，不必將所有的閥門、管件、儀表都畫出來，而P&ID設計則包括上述信息[3]。但是PFD是P&ID設計的基礎，在進行P&ID設計之前，設計者應熟悉PFD，在PFD的基礎上進行下一步工作。
　　2.2.2 編號系統
　　P&ID設計要求有一套詳細的編號原則，并對項目所有設備進行編號。在進行編號原則設計時，需充分考慮總體工藝流程及各單機設備的運行原理，按照區域與功能設計出盡可能合理的編號原則。由于火電廠的輸煤系統涉及的設備多且工藝復雜，不嚴謹的編號原則會造成編號的混亂，影響P&ID整體質量。
　　2.2.3 標準依照
　　目前P&ID的設計有三個可依照的標準：歐標：ENISO10628-2000，美標：ANSI/ISA-5.1～5.5，國標：《過程測量與控制儀表的功能標志及圖形符號》HG/T 20505-2000。在進行火電廠輸煤系統P&ID設計時，需根據業主要求或項目所在地選擇相關標準，現階段國際火電廠輸煤系統P&ID設計以美標應用為主。
　　2.3 火電廠輸煤系統P&ID設計工作要點
　　2.3.1 圖例
　　在P&ID設計中，首先要完成的就是圖例的設計，有了圖例，才能讓看圖的人讀懂設計者所想要表達的信息。圖例設計需嚴格按照相關標準與項目實際情況，設計出儀表代號、儀表符號、連線符號等的圖例。
　　2.3.2 儀表標注
　　對于火電廠輸煤系統中所涉及的儀表，P&ID中需要表示出以下信息：（1）儀表大致位置。雖然P&ID中無法量化標注儀表安裝位置，但是在作圖的時候也應該按照實際的工藝情況表示出儀表的大概安裝位置，否則會影響最終的HAZOP（Hazard and Operability Analysis，危險與可操作性分析）結果。（2）儀表信息。通過圖例中的圖形與文字符號，表示出儀表的作用、儀表編號、是否有計算功能、是否本地安裝、是否本地顯示、是否有指示燈等信息。（3）信號傳輸與互鎖。對于儀表所傳輸的信號，也應對其進行編號，多數情況下信號的編號可以與儀表編號相同，特殊情況應按照統一標準進行調整。信號類型、傳輸方式、模擬量閾值、互鎖關系等信息均需要在P&ID中表示出來。
　　2.3.3 電機標注
　　由于設備中驅動電機的控制邏輯往往比較復雜，想在P&ID中完整地表示出相關邏輯關系多數情況下是不現實的，但是為了項目HAZOP研究的需要，驅動電機的部分信息還是需要在P&ID中表示出來的，如：電機編號、電機類型、是否有機旁控制，是否有運行反饋，是否有遠程控制，遠程控制如何進行，是否有急停按鈕以及相關的互鎖信息等。
　　3 電氣自動化實現方案
　　下面以巴基斯坦FFBL自備電廠項目輸煤系統為例，淺談在P&ID設計之后電氣自動化的實現方案。
　　3.1 系統搭建
　　隨著電站控制技術水平和管理水平的提高，電站輔助控制系統聯網一體化已逐漸成為新建電站的典型設計[4]。本項目使用兩臺西門子S7400 PLC組成冗余系統，通過以太網交換機實現與上位機DCS系統的數據傳輸，通過光纖將主PLC與4個遠程分站通訊，每個遠程分站下掛西門子ET200M構成PROFIBUS-DP光纖子網，利用13個接線箱采集單機設備PLC以及各個儀表的信號并傳輸至遠程分站，從而形成完整的集控系統。
　　3.2 儀表
　　本項目輸煤系統涉及的主要儀表如下：地磅、雷達料位計、行程開關、皮帶秤、拉繩開關、跑偏開關、零速開關、聲光報警器、堵料開關、金屬探測器。由于每種儀表均有不同的型號，不同型號儀表性能均有不同，選型時按照P&ID中所設計的功能及現場工況進行具體選擇。
　　3.3 電機控制
　　本項目皮帶驅動電機由煤系統主PLC所在電力室進行集中供電與控制。在驅動電機附近設置按鈕盒，可以實現本地/遠程控制的轉換與調試過程中設備的單動，并設有急停按鈕，當出現緊急狀況時工作人員可以通過急停按鈕實現設備的急停，避免了危險情況的發生。通過對電機運行信號的采集與PLC程序邏輯的設計，可大大提高電機運轉的可靠性與安全性，從而保障整個系統的平穩運行。
　　4 結束語
　　一套完整的P&ID并非一個人或單一專業可以完成的，其中涉及機械、儀表、控制、給排水等多個專業，各專業需通力協作才能更好地完成工作。通過P&ID設計可以有效地分析出項目當前設計階段的隱患，提高系統合理性。而電氣自動化作為火電廠輸煤系統P&ID設計中的主角，P&ID對整體電氣自動化設計工作的幫助更是巨大的。隨著國內裝備制造業的蕭條，越來越多的有實力的大公司將目光投向了海外，但是機遇往往伴隨著風險，國際項目相比國內項目來說，往往有著更嚴格的技術審查與要求，實力不足的公司稍不注意就會折戟沉沙。面對更加嚴峻的挑戰，作為設計人員就不能故步自封，一定要積極地學習新鮮知識，提升自身的國際化水平。
　　參考文獻
　　[1]陳錚.火力發電廠輸煤控制系統的研究[D].2011.
　　[2]吳偉中.油脂工藝流程圖PFD/P&ID系統的研制[J].糧油加工，2009（10）.
　　[3]謝文寧.國際工程散貨裝卸工藝（P&ID）設計方法研究[J].港口裝卸，2013（3）.
　　[4]許應宏.電站輔助DCS及全功能控制系統發展展望[J].中國電力，2000（1）.
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