DCS控制系統在造氣系統的應用總結

劉天順(甘肅金昌化學工業集團有限公司 甘肅金昌737000)

DCS控制系統在造氣系統的應用總結

劉天順
(甘肅金昌化學工業集團有限公司 甘肅金昌737000)

1 改造原因

甘肅金昌化學工業集團有限公司合成氨裝置設計規模為150 kt/a。造氣系統共有18臺固定層煤氣爐，其控制系統按煤氣爐設備配置分為3個部分：10臺Φ2 400 mm煤氣爐和5臺Φ2 600 mm煤氣爐的控制系統均為單片機；3臺Φ2 800 mm煤氣爐配備PLC和WINCC。由于控制系統技術落后，基本屬于半自動操作，生產很不穩定，運行成本居高不下。原控制系統存在缺陷：①監視記錄數據不全，不能為優化工藝提供必須的數據顯示；②操作和數據被分割成不同小塊；③控制系統的響應速度慢，安全性較低；④聯鎖嚴重不足，信息處理能力幾乎為零，基本沒有自動控制的功能。

2 改造思路

采用DCS集散控制系統，實現造氣全自動操作控制。10臺Φ2 400 mm煤氣爐為“一”字排列在同一廠房內；3臺Φ2 800 mm煤氣爐和5臺Φ2 600 mm 煤氣爐呈L形排列在另一個區域。根據此布局情況，DCS硬件布局共設計2個系統：10臺Φ2 400 mm煤氣爐為一個系統，控制柜和操作員計算機放置在崗位操作室；5臺Φ2 600 mm和3臺Φ2 800 mm煤氣爐為另一個系統，2個崗位各設置1個控制柜，操作員計算機都設置在Φ2 800 mm 煤氣爐崗位操作室。2個系統之間由網絡聯系，可以共享數據；調度室設置1臺遠程監控制站，可監測所有煤氣爐數據，但沒有修改數據權限，供調度員隨時監測煤氣爐的運行狀況，及時調節整個系統的生產負荷，保持生產最優化。

3 工作原理

造氣系統DCS工作原理示意(單爐)見圖1。

由圖1可看出：生產過程的工藝參數由通訊網絡的通訊總線傳輸到控制站，在控制站中，由數據采集站、邏輯控制站、過程控制站3個核心高性能處理器獲得各種I/O卡件交換信息(圖1右側的各項工藝參數)，進行多種過程控制運算和數字邏輯運算后，由CPU主卡件、數據轉發卡等卡件傳輸到下一級通訊總線。工程師站是完成軟件組態、系統監視、系統維護任務的處理器，也是實時監視、操作、記錄、打印、事故報警等功能的人機接口。各種工藝參數通過控制站、工程師站處理后轉換成執行信息傳輸到操作站實行閥門控制動作(圖1左側的命令執行)。通訊網絡由信息管理網、過程控制網構成。信息管理網采用在多功能計算站上安裝雙重網絡接口(信息管理網和過程控制網)轉接和大型網絡數據庫的方法，獲取集散控制系統中過程參數和系統的運行信息，同時向下傳送上層管理計算機的調度指令和生產指導信息，并實現信息共享。過程控制網采用雙高速速冗工業以太網，直接連接了系統的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道。

圖1 造氣系統DCS工作原理示意(單爐)

造氣系統實施DCS集散控制系統后，生產系統的控制點調節動態顯示工藝流程圖、各爐溫度趨勢圖、各爐液位顯示圖、蒸汽流量顯示表、煤氣流量顯示表、氣柜高度顯示表、爐條機/風機/油泵變頻器顯示表、炭層顯示表、開停車安全報警顯示等所有工藝參數，以控制狀況的動態信息都在界面屏幕上顯示，并可隨時在操作臺進行調節，實現造氣系統的全自動化操作控制，從而避免了半自動操作經常出現的炭層控制不穩、不能根據爐況及時加焦或下灰、百分比調節不及時以及壓力、液位、氧含量控制不好易造成安全事故等問題，促進了造氣工藝穩定與優化，提高了生產率。

4 DCS系統發揮的功能

DCS系統發揮的功能：①全面的數據監視功能，即提供了對所有過程數據的監視、記錄、報警、報表功能；②每個最小級別的參數界面操作員擊鍵次數不超過3次，重要數據授權后可直接修改，方便操作；③軟件占用資源小、運行穩定，所有修改都可進行無擾下裝，將對生產影響降至最小；④硬件從各方面保證了產品質量和品質。

對造氣生產控制的具體功能：①煤氣爐閥門控制功能分為順序控制功能(開、停車和制惰時的閥門控制功能)和單閥操作功能(調試閥門時使用的功能)；②汽包水位自調功能；③爐條機轉速調節功能；④入爐蒸汽壓力調節功能；⑤入爐蒸汽流量遞減調節功能；⑥參數鎖定功能；⑦制惰功能；⑧吹風排隊功能，即可實現任意分配煤氣爐排隊吹風功能；⑨聯鎖功能包括風機聯鎖、油壓聯鎖、油泵啟動備泵功能、閥位檢測及聯鎖、下灰聯鎖；⑩與秤煤系統通訊功能；炭層控制功能包括自動加煤和炭層高度檢測。

5 效益分析

改造前、后工藝參數比較見表1。

表1 改造前、后工藝參數比較

由表1可知：改造后，噸氨煤耗、蒸汽消耗及電耗均有所下降；按焦炭820元/t、蒸汽90元/t 、電價0.34元/(kW·h)、年產150 kt合成氨計，則噸氨可降低生產成本217元，年獲得經濟效益為 3 255萬元左右。

2014- 02- 18)