基于MES系統的全廠水質在線監測技改實踐

陶衛君

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依，834003)

隨著中石油克拉瑪依石化有限責任公司(以下簡稱克拉瑪依石化公司)煉油加工規模的不斷擴大，煉油及輔助裝置不斷增加，全廠水系統越來越復雜。由于各類介質泄漏和互竄導致水質污染事故也頻繁發生，近幾年曾發生過幾次嚴重水質污染事故，給裝置安全運行帶來重大隱患。

改造前克拉瑪依石化公司全廠所有的水質監督，包括各煉油裝置、熱電廠、甲醇廠所有爐水、蒸汽、除鹽水、除氧水、給水和冷凝水等，均是通過人工取樣分析完成的。介質互竄導致水質污染事故的頻繁發生也使得人工取樣分析反應滯后、不能及時發現水質污染的弊端越來越凸顯。因此亟需完善全廠各類水質的實時在線監測功能，提高水質監控的自動化程度和可靠性[1-2]。

1 全廠水質在線監測技改方案

1.1 在線監測儀表取樣方式

在線監測儀表的取樣方式一般分為集中取樣和分散取樣兩種。集中取樣，即將所有需要檢測的介質通過取樣管集中引到一間分析室，通過分析室內設置的取樣設施對介質進行降溫降壓處理，再接入裝有在線監測儀表的流通池中，最終排入下水系統。在線儀表在流通池中對采集的水樣進行檢測，檢測數據集中進入專門的分布式控制系統(DCS)。分散取樣，即將取樣設施布置在原有取樣點附近，對監測介質進行降溫降壓處理后或者直接進行檢測，檢測數據就近接入進入所屬裝置的DCS系統。由于克拉瑪依石化公司此次全廠水質在線監測改造涉及面廣，熱電廠、各煉油裝置、甲醇廠取樣點分散，若采用集中取樣方式，需要投入的成本比較高，因此此次全廠水質在線監測改造采用分散取樣方式。

1.2 在線監測儀表選型

在線監測儀表選型基于以下原則：技術先進、性能可靠、使用方便、易于維護、經濟性好。在爆炸危險場所儀表選用本安型，防爆等級不低于iaⅡCT4。根據熱電廠化學車間500 t/h水處理裝置及生產回水裝置水質在線監測儀表使用的經驗來看，國產在線分析儀表在測量準確度、運行穩定性、使用故障率及日常維護量等方面與國外知名品牌相比還是有很大的差距，為保證在線監測儀表的使用效果，本次在線電導率表、pH表均選用進口產品ROSEMOUNT 1056型工業電導率/pH表。

1.3 在線監測儀表安裝方式

在線監測儀表安裝方式分為：(1)流通浸入式安裝方式，取樣時利用新增取樣設施，檢測電極安裝在流通池內；(2)管道插入式安裝方式，檢測電極在管線上直接插入安裝。管道插入式安裝方式無需新增取樣冷卻設施，安裝簡單，但是監測的水樣溫度、壓力必須符合在線監測儀表的適用溫度和壓力范圍。選用的ROSEMOUNT 1056型工業電導率/pH表可以在0～160 ℃，0～4.0 MPa的介質操作條件下正常工作，此次全廠除鹽水、冷凝水、疏水的溫度和壓力均符合在線監測儀表的適用溫度、壓力范圍。因此，對全廠除鹽水、冷凝水、疏水采用了管道直接插入式安裝。加熱爐爐水因其溫度和壓力都超出在線監測儀表所能承受的最大范圍，因此采用新增取樣冷卻設施，先對爐水樣品降溫降壓，再在流通池內以浸入式安裝檢測電極對其進行監測。

1.4 在線監測控制系統

在全廠水質在線監測控制系統的設計方案中，考慮到此次需要安裝在線監測儀表涉及的面廣點散的實際情況，全廠水質在線監測控制系統充分利用了熱電廠、煉油裝置、甲醇廠各個裝置現有的DCS系統，以及全廠的制造執行系統(MES)。即通過先在各個裝置分散取樣，水質在線監測數據就近接入各裝置DCS系統，再將數據上傳到MES系統，在MES系統實現對所有在線儀表監測數據的實時監控。該設計思路僅僅通過在現有的DCS和MES兩個系統之間增加通信設備，就可以實現與集中取樣監測數據進入專門的DCS系統相同的功能，大大減少投資成本。而且今后可以根據需要，隨時增加新的在線監測數據，系統可以靈活擴展。

2 全廠水質在線監測技改實施內容

2.1 在線監測儀表安裝

水質在線監測儀表安裝主要包括熱電廠、各煉油裝置和甲醇廠，共計安裝在線監測儀表22臺。其中全廠冷凝水、除鹽水、疏水在線監測儀表采用管道插入式安裝，甲醇廠爐水在線儀表采用流通浸入式安裝方式。

2.2 取樣設備安裝

由于甲醇廠加熱爐頂部來爐水溫度為250 ℃左右，壓力為3.5～4.3 MPa，在線儀表不能直接對高溫高壓的爐水樣品進行監測，需要先通過取樣設備對爐水樣品進行降溫降壓處理，然后再進行在線監測。爐水取樣設備的安裝主要包括過濾、冷卻器和流通池。爐水取樣流程從現有取樣器閥門開始，經過過濾器、兩級冷卻器，進入流通池，最后排入下水道。

2.3 在線監測控制系統安裝調試

本次安裝的所有水質在線監測儀表的數據信號分別就近接入熱電廠鍋爐、汽機、化學裝置、各煉油裝置、甲醇廠制氫裝置DCS系統。所有在線監測儀表在DCS系統調試正常后，再將水質在線監測數據信號從所在裝置的DCS系統上傳到全廠MES系統，實現了在線儀表監測數據實時上傳，所有裝置通過DCS或者MES系統可以實時掌握自己裝置內監測的各類水質情況。熱電廠化學車間通過MES系統可以實時掌握熱電廠、煉油裝置、甲醇廠全部22個監測點的水質情況。一旦某個監測點的水質數據出現異常，可以及時通知裝置切出系統，避免系統水質受到污染，進而避免因系統水質污染導致的安全生產事故。

3 全廠水質在線監測技改實施效果

(1)全廠水質在線監測系統投入使用后，對熱電廠、煉油裝置、甲醇廠的加熱爐爐水、冷凝水、除鹽水、疏水等水質監測起到了較好的作用，尤其是對全廠冷凝水水質在線監測效果顯著。2016年全年在線儀表監測到冷凝水水質異常11次，其中有3次冷凝水電導率嚴重超標，1次冷凝水中嚴重竄油。全廠水質在線監測系統均在第一時間發現水質異常，相關裝置能夠及時停止往冷凝水系統母管回水，從源頭將污染源與冷凝水系統隔離，避免受污染的不合格冷凝水進入鍋爐、加熱爐給水系統，造成嚴重的水質污染事故。

(2)有效減少全廠冷凝水系統因水質污染產生的放空損失，相應增加全廠冷凝水回收量。2016年冷凝水量回收量比2015年增加62 kt，節能效果顯著，產生了較好的經濟效益。

(3)人工分析頻次大大減少，全廠水質在線監測系統投入運行后，人工分析主要用于在線監測儀表的定期比對和標定，有效緩解了全廠水質分析人員緊張的矛盾。

4 結論

(1)克拉瑪依石化公司實施的基于MES系統的全廠水質在線監測技改項目，創造性地采用了分散取樣、管道插入式安裝方式，在線監測數據就近接入各裝置DCS系統，再上傳到全廠MES系統的方式，實現了對全廠所有水質的在線實時監控。該方案可以減少取樣冷卻設施，節省投資成本，而且系統可以靈活擴展，今后可以根據需要，隨時增加新的在線監測數據。

(2)全廠水質在線監測系統投入使用后，有效提高了全廠水質監測的可靠性，避免嚴重水質污染事故的發生，同時有效減少了不合格冷凝水放空損失，增加冷凝水回收量，取得了較好的經濟效益。

[1] 曹杰玉，張昔國，劉瑋.電廠電導率表在線檢驗技術的研究與應用[J].熱力發電,2006(12):49-51.

[2] 曹杰玉，宋敬霞.火電廠水汽化學監督的技術關鍵及其對節能降耗的影響[J].中國電力,2011,44(7):61-65.