DCS系統(tǒng)折線表控制方案在硫酸熱回收系統(tǒng)中的應(yīng)用

蘇春霞，康 健，皮良年，劉 亭

（湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北 鐘祥 431910）

0 引言

在企業(yè)環(huán)保意識日益增強(qiáng)，節(jié)能減排、資源再利用成為第一話題的背景下，化工生產(chǎn)過程中采用集散控制系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)成為主流趨勢。DCS 系統(tǒng)集分散式儀表控制系統(tǒng)和集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有技術(shù)先進(jìn)、操作簡單等特點(diǎn)，使用成本較低［1］。

筆者研究DCS 系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，重點(diǎn)研究其在硫酸低溫余熱回收（HRS）塔中硫酸濃度分析中的應(yīng)用。以橫河DCS 控制系統(tǒng)為平臺，利用折線表控制方案，建立一個(gè)溫度-電導(dǎo)率隨動控制系統(tǒng)，根據(jù)HRS 酸管線中濃硫酸的溫度和電導(dǎo)率變化，對硫酸濃度分析折線表進(jìn)行分析，得出結(jié)果。這一結(jié)果可以直接、有效地監(jiān)測HRS 塔的熱回收情況，也可以檢測HRS 系統(tǒng)中硫酸管線是否有泄漏情況，以保證HRS 系統(tǒng)的熱回收效率、減少排放，同時(shí)也對設(shè)備起到了良好的監(jiān)視作用［2］。

1 硫酸熱回收系統(tǒng)簡介

硫酸熱回收系統(tǒng)主要由HRS 塔、酸循環(huán)泵、鍋爐及稀釋器4 臺設(shè)備組成。該塔裝有上下兩級填料層，下一級填料層的上塔酸是溫度220 ℃、w（H2SO4）99%以上的硫酸，上一級填料層的上塔酸則是與傳統(tǒng)吸收工藝濃度和溫度相似的硫酸，以確保三氧化硫吸收率。兩股酸都從塔底流入與塔相連的泵槽，然后由酸循環(huán)泵送入鍋爐，生產(chǎn)0.3～1.0 MPa 飽和蒸汽。由于硫酸吸收SO3后濃度增加，需通過稀釋器加水以維持濃度，稀釋后的循環(huán)酸回到熱回收塔的下一級填料層。由于熱回收塔上一級填料層加入的硫酸、吸收SO3后產(chǎn)生的硫酸以及熱回收塔下一級填料層循環(huán)多余的高溫硫酸需串出系統(tǒng)外，一般采用加熱器和預(yù)熱器來冷卻該串出酸，用此熱量加熱鍋爐給水和進(jìn)除氧器的脫鹽水。硫酸熱回收系統(tǒng)帶蒸汽噴射流程，通過在熱回收塔入口氣體煙道噴入部分低壓蒸汽，使蒸汽中的潛熱進(jìn)入循環(huán)酸后再轉(zhuǎn)移到鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽中，從而實(shí)現(xiàn)低壓蒸汽向中壓蒸汽的熱量傳遞。高效熱回收系統(tǒng)則是將中壓蒸汽的熱量傳遞到高壓蒸汽中去，在常規(guī)熱回收工藝上增加一個(gè)中間汽包，用出鍋爐的中壓蒸汽直接加熱高壓蒸汽鍋爐給水，將鍋爐給水溫度提高到中壓蒸汽飽和溫度［3-6］。

硫酸熱回收系統(tǒng)工藝流程示意見圖1。

圖1 硫酸熱回收系統(tǒng)工藝流程

2 橫河DCS 系統(tǒng)折線（FUNC-VAR 塊）表控制方案

可變折線函數(shù)塊（FUNC-VAR） 的功能塊見圖2。

圖2 可變折線函數(shù)塊（FUNC-VAR）的功能塊

FUNC-VAR塊執(zhí)行將適合于所設(shè)定折線的X坐標(biāo)的輸入信號變換為折線Y坐標(biāo)值的運(yùn)算處理。變換值乘以增益（GAIN） 值就成為運(yùn)算輸出值（CPV）。即CPV=GAIN×可變折線函數(shù)輸出。

FUNC-VAR 塊的參數(shù)設(shè)定：區(qū)間數(shù)（SECT），1～14；X坐標(biāo)（輸入端），輸入信號由工業(yè)單位數(shù)據(jù)設(shè)定X01～X015（1～折線分割數(shù)+1個(gè)）；Y 坐標(biāo)（輸出目標(biāo)），運(yùn)算輸出值（CPV）由工業(yè)單位數(shù)據(jù)設(shè)定Y01～Y015（1～折線分割數(shù)+1個(gè)）。

該折線坐標(biāo)的設(shè)定，由操作監(jiān)視功能或者其他的功能塊來進(jìn)行。

8份分割的可變折線函數(shù)范例見圖3。

圖3 8份分割的可變折線函數(shù)范例

3 溫度-電導(dǎo)率隨動控制系統(tǒng)

以孟莫克公司給出現(xiàn)場分析儀對照折線表（見表1）為依據(jù)，現(xiàn)場分析儀最近溫度點(diǎn)T1，對照表1中系數(shù)R1，然后再以分析儀表輸出的電導(dǎo)率值乘以R1 得到對照電導(dǎo)率，最后通過表2 得出硫酸在熱回收系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)上述折線表控制原理，在HRS熱回收系統(tǒng)中的硫酸管線上執(zhí)行溫度-電導(dǎo)率隨動控制方案。

表1 溫度與系數(shù)

表2 電導(dǎo)率與硫酸濃度關(guān)系

以圖1 HRS塔熱回收主設(shè)備工藝示意為例：

（1）通過酸管線上的溫度點(diǎn)（TI-13205）與表1中可變折線函數(shù)塊設(shè)定其X、Y坐標(biāo)中的值，得出R1 值；（2）表2 中電導(dǎo)率量程為244～29 mS/cm，但在橫河系統(tǒng)中對應(yīng)的信號為4～20 MA（4 MA對應(yīng)電導(dǎo)率為244 mS/cm，20 MA 對應(yīng)電導(dǎo)率為29 mS/cm），在量程定義值中出現(xiàn)上限比下限值小的問題，該問題在參數(shù)設(shè)定中是不允許的。故以“鏡像”量程解決這一問題，即將電導(dǎo)率量程改為-244～-29 mS/cm，4 MA 對應(yīng)-244 mS/cm，20 MA對應(yīng)-29 mS/cm。將現(xiàn)場測量電導(dǎo)率值與R1 值相乘，之后再通過表2 中可變折線函數(shù)塊設(shè)定X、Y的坐標(biāo)值。折線（FUNC-VAR 塊）表可變?yōu)?5 點(diǎn)14 段，但是表2 中存在33 點(diǎn)32 段。這樣在功能塊的應(yīng)用中出現(xiàn)容量不夠的問題，故將32 段中比較線性的點(diǎn)段進(jìn)行部分歸類，減少點(diǎn)段數(shù)滿足折線（FUNC-VAR 塊）表的要求。可變折線函數(shù)塊中設(shè)定其X、Y坐標(biāo)中的值：

X01=-244，X02=-233，X03=-219，X04=-217，X05=-214，X06=-202，X07=-198，X08=-170，X09=-164，X10=-136，X11=-127，X12=-100，X13=-90，X14=-29；

Y01=96，Y02=96.5，Y03=97，Y04=97.1，Y05=97.2，Y06=97.6，Y07=97.7，Y08=98.4，Y09=98.5，Y10=98.9，Y11=99，Y12=99.3，Y13=99.4，Y14=100.0。

通過上述方式充分利用可變折線函數(shù)塊（FUNC-VAR）的功能，實(shí)現(xiàn)了硫酸熱回收系統(tǒng)中硫酸濃度的分析。

4 結(jié)束語

筆者將實(shí)際與理論相結(jié)合，以橫河DCS控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，充分實(shí)現(xiàn)根據(jù)工藝系統(tǒng)中實(shí)際溫度-電導(dǎo)率的變化情況來實(shí)現(xiàn)硫酸裝置熱回收系統(tǒng)中硫酸濃度的分析，確定了DCS折線表控制方案。實(shí)際應(yīng)用表明，該折線表方案可對硫酸裝置熱回收系統(tǒng)進(jìn)行良好、有效地監(jiān)控，使工藝操作人員準(zhǔn)確無誤地掌握工況，為節(jié)能減排發(fā)揮巨大作用。