DCS控制系統在40 kt/a合成氨聯醇裝置中的應用

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DCS控制系統在40 kt/a合成氨聯醇裝置中的應用

王磊

威海恒邦化工有限公司

山東威海264501)

威海恒邦化工有限公司現有1套40 kt/a合成氨聯醇裝置，采用變壓吸附工藝和非等壓醇烷化工藝。雖然該裝置各系統配置了DCS控制系統，例如：造氣系統的尋優微機優化控制系統、脫碳系統的變壓吸附控制系統等，但存在控制點分散、控制聯鎖水平低、系統需要優化等弊端。為此，決定利用檢修機會，對分散的控制系統及相關聯鎖進行優化，以提高系統自控水平、強化安全生產、降低用工成本。

1原有自控現狀

1.1　造氣系統

(1) 尋優控制站。充分利用造氣爐上、下行煤氣溫度這2個最能反應爐內宏觀運行狀態的參數，將造氣爐視作一個蓄熱的容器，運用模糊控制和優選法的原理，分析上、下行煤氣溫度的動態變化帶來爐內蓄熱狀況的變化，結合工藝控制規律，對控制參數進行優化，逐步使造氣爐達到單位時間內蓄熱能力最大、熱損最小、穩定性最高的生產狀態。

(2) 閥位檢測。承擔由尋優微機繼電器輸出控制閥門在每個步序是否開啟或關閉到位，分上檢測、下檢測和上下檢測；能實時監控閥門動作是否到位，并提供報警和歷史數據記錄等功能，發現異常情況及時處理，確保造氣爐安全運行。

(3) 聯鎖。配合尋優微機能實現停爐與下灰操作聯鎖，確保造氣爐安全運行。

1.2　脫碳系統

脫碳系統采用變壓吸附技術對原料氣進行凈化，主要硬件有8臺吸附塔、72只程序控制閥、2只流量計，主要軟件有控制調節系統和流量計量系統，彼此之間通過工藝、儀表管線連接構成，可隨時切除故障塔進行檢修，可實現8臺塔運行或7臺塔運行之間的切換。該控制調節系統靠周期性地進行閥門切換來實現，為實現整個過程穩定連續，要求自動控制水平極高，整個過程的完成基本在程序控制下實現；人工操作極少，主要對吸附周期進行修正。該系統主要包括：自動調節控制系統、手動參數修正系統及運行程序控制系統各1套。運行程序控制系統按照預先設置的運行方式輸出4～20 mA直流信號，經過電磁先導閥進行信號切換，并由功率放大器放大后驅動程序控制閥，可實現裝置自動化運行。

1.3　水處理系統

配備超濾、反滲透等水質處理設備，含電導率、流量、壓力、壓力變送器、自動取樣等自動控制儀表。控制系統由1臺西門子S7系列PLC、電動閥等組成，可通過人機界面實現全程自動化控制及就地現場控制。

1.4　其他

目前除以上系統可全部實現自動化運行外，其他生產系統雖然也采用DCS控制系統進行操作，但僅實現了生產指標、系統運行狀況及異常報警等參數的輸出，供操作人員生產時參考，操作人員可根據反饋的信息手動輸入控制指令，對生產狀態進行調整。由于存在自動化控制回路少、控制繁瑣、工藝控制狀態偏離最優狀態及配備人員數量多等弊端，故在智能協調控制以及控制回路增設、聯鎖方面需進一步優化。

2新增自控措施

2.1　蒸汽自調回路

實現入爐蒸汽自動調節，可有效地解決制氣階段后期爐溫下降快、蒸汽分解率低、熱量損失大、消耗高等弊端。該系統選用“可調程、可調速油壓調節裝置”結合DCS控制系統，可實現入爐蒸汽階段性遞減節能自調，主要由可調程電磁閥、可調速油缸、自控閥門、閥位檢測及控制部分組成。

控制系統根據造氣DCS系統設置上吹實際時間A、上吹蒸汽調節時間B、下吹實際時間C、下吹調節時間D。投入運行后，裝置在上吹階段時間運行到B和D步序時，分別由控制微機系統階段性輸出信號，入爐蒸汽調節閥勻速關閉，實現入爐蒸汽量逐漸減少，使爐內蒸汽趨于穩定，爐溫降低少，蒸汽分解率保持在較高的水平。裝置自投用以來，消耗指標表明效果較好。入爐蒸汽自調回路控制原理示意見圖1。

圖1　入爐蒸汽自調回路控制原理示意

2.2　半脫安全控制回路

根據安全標準化以及合成氨工藝的安全控制系統改造要求，對本崗位的重點設備羅茨風機設置2套安全聯鎖系統，其中：壓縮機運行保護聯鎖系統主要是控制出現下游的氫氮壓縮機一段入口壓力低于最低限壓力情況時，氫氮壓縮機主動停止運行；氣柜防抽負壓保護聯鎖系統主要是控制出現上游氣柜處于最低限儲量而羅茨風機依然在運行、存在氣柜抽癟風險時，羅茨風機主動停止運行。2套安全聯鎖系統互相配合，當其中任意聯鎖系統觸發時，均可保證生產裝置處于安全停車狀態，避免發生安全事故，確保操作人員的安全。安全聯鎖系統示意見圖2。

圖2　安全聯鎖系統示意

2.3　液氨蒸發調節聯鎖系統

威海恒邦化工有限公司生產的液氨主要應用于磷復肥生產，當磷復肥生產負荷增大時，僅靠合成工段氨冷器產生的氣氨量難以滿足生產的要求，需要啟動備用液氨蒸發器。由于磷復肥生產需要壓力穩定的氣氨源，液氨蒸發器的壓力、液位、溫度調節過于頻繁，故設置了專人負責該裝置操作。為此，對該液氨蒸發器進行改造，配置蒸發自動調節系統，當外送氣氨壓力波動時，系統自行對蒸汽量以及液氨進入量等參數進行修正，保證工藝參數的穩定及裝置安全運行。液氨蒸發自動調節系統示意見圖3。

圖3　液氨蒸發調節聯鎖系統示意

該液氨蒸發調節聯鎖系統涉及到壓力-流量、液位-流量以及壓力-液位-流量之間互相銜接和聯鎖。

2.4　合成安全聯鎖回路

合成安全聯鎖回路與半脫聯鎖類似，也是從安全操作、安全生產角度出發，對裝置關鍵點進行聯鎖。主要是在裝置嚴重超壓、超溫運行時，自動聯鎖進、出口閥門關閉，并啟動放空系統、停止相關循環機等關鍵設備。

2.5　變換爐一段出口氣體溫度調節回路

變換爐一段運行壓力基本穩定，在穩定生產水汽量的情況下，調節回路的被控變量為出口溫度，原料氣的流量成為控制變量，兩者進行聯鎖，形成出口氣體溫度-原料氣流量的調節回路。引入原料氣流量作為前饋信號，在反應負荷加減時，通過此前饋信號改變原料氣流量的設定值，使原料氣的氣汽比符合工藝要求，保證變換反應穩定進行。變換爐熱點溫度控制原理示意見圖4。

圖4　變換爐熱點溫度控制控制原理示意

2.6　氫氮比自調回路(計劃增設)

原料氣氫氮比調節系統由生產過程、微機系統、信號檢測和執行機構四大部分組成，形成一個閉路循環調節。從氣柜、脫碳、合成3處引入在線氫分析儀信號，通過前置放大器對信號進行轉化，將信號送入氫氮比調節器接口；總輸出信號為脈沖信號，向造氣DCS控制系統尋優微機發出控制吹風階段純加氮時間(單設)和上吹加氮時間，以進行氫氮比調節。

3生產控制模式

通過采取以上措施，合成氨聯醇生產裝置的自控水平得到很大提高，考慮到現各崗位控制站分布于生產裝置內部，不符合合成氨安全生產的基本要求，而且存在生產人員配置過多、用工成本高等問題，威海恒邦化工有限公司決定借此次檢修改造機會，在裝置現場增設視頻監控點，對各分散的控制站進行集中搬遷匯總，進一步利用DCS控制系統的各大優點，設立DCS集中控制大廳，配置視頻監控墻、集中操作平臺、巡檢對講系統等，實現人員遠離危險源，達到符合安全、快捷生產的要求。

人員配置較改造前減少15～20人，指令的傳達簡潔有效，并且提高了控制過程的效率、降低操作人員的勞動強度及生產的用工成本?？刂浦行闹饕藛T配置見表1(三廢硫化混燃爐指綜合利用造氣吹風氣、造氣爐爐渣、合成弛放氣3個部分熱量副產過熱蒸汽的裝置)。

表1　控制中心主要人員配置

注：人員實現三班倒連續生產制度。

4結語

DCS控制系統可有效地實現生產裝置的自動化生產、保證生產裝置正常穩定運行、減少消耗、降低生產成本、減輕勞動強度、確保安全生產，尤其在合成氨生產這樣一個高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、連續性生產的作業環境中，需要DCS控制系統聯鎖、循環、遠程控制的地方還有很多，例如：變換爐出口CO含量與氣汽比的串級調節、合成塔床層溫度聯鎖控制系統、惰性氣采樣含量控制系統、余熱回收鍋爐蒸汽壓力及液位聯鎖控制等，此方面的改造均可有效地提高自控水平，使DCS控制系統的優勢更加突出。

(收到修改稿日期2015- 11- 16)