劉天順(甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司 甘肅金昌737000)

DCS控制系統(tǒng)在造氣系統(tǒng)的應(yīng)用總結(jié)

劉天順
(甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司 甘肅金昌737000)

1 改造原因

甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司合成氨裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為150 kt/a。造氣系統(tǒng)共有18臺(tái)固定層煤氣爐，其控制系統(tǒng)按煤氣爐設(shè)備配置分為3個(gè)部分：10臺(tái)Φ2 400 mm煤氣爐和5臺(tái)Φ2 600 mm煤氣爐的控制系統(tǒng)均為單片機(jī)；3臺(tái)Φ2 800 mm煤氣爐配備PLC和WINCC。由于控制系統(tǒng)技術(shù)落后，基本屬于半自動(dòng)操作，生產(chǎn)很不穩(wěn)定，運(yùn)行成本居高不下。原控制系統(tǒng)存在缺陷：①監(jiān)視記錄數(shù)據(jù)不全，不能為優(yōu)化工藝提供必須的數(shù)據(jù)顯示；②操作和數(shù)據(jù)被分割成不同小塊；③控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，安全性較低；④聯(lián)鎖嚴(yán)重不足，信息處理能力幾乎為零，基本沒(méi)有自動(dòng)控制的功能。

2 改造思路

采用DCS集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)造氣全自動(dòng)操作控制。10臺(tái)Φ2 400 mm煤氣爐為“一”字排列在同一廠房?jī)?nèi)；3臺(tái)Φ2 800 mm煤氣爐和5臺(tái)Φ2 600 mm 煤氣爐呈L形排列在另一個(gè)區(qū)域。根據(jù)此布局情況，DCS硬件布局共設(shè)計(jì)2個(gè)系統(tǒng)：10臺(tái)Φ2 400 mm煤氣爐為一個(gè)系統(tǒng)，控制柜和操作員計(jì)算機(jī)放置在崗位操作室；5臺(tái)Φ2 600 mm和3臺(tái)Φ2 800 mm煤氣爐為另一個(gè)系統(tǒng)，2個(gè)崗位各設(shè)置1個(gè)控制柜，操作員計(jì)算機(jī)都設(shè)置在Φ2 800 mm 煤氣爐崗位操作室。2個(gè)系統(tǒng)之間由網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，可以共享數(shù)據(jù)；調(diào)度室設(shè)置1臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控制站，可監(jiān)測(cè)所有煤氣爐數(shù)據(jù)，但沒(méi)有修改數(shù)據(jù)權(quán)限，供調(diào)度員隨時(shí)監(jiān)測(cè)煤氣爐的運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，保持生產(chǎn)最優(yōu)化。

3 工作原理

造氣系統(tǒng)DCS工作原理示意(單爐)見(jiàn)圖1。

由圖1可看出：生產(chǎn)過(guò)程的工藝參數(shù)由通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊總線傳輸?shù)娇刂普?，在控制站中，由?shù)據(jù)采集站、邏輯控制站、過(guò)程控制站3個(gè)核心高性能處理器獲得各種I/O卡件交換信息(圖1右側(cè)的各項(xiàng)工藝參數(shù))，進(jìn)行多種過(guò)程控制運(yùn)算和數(shù)字邏輯運(yùn)算后，由CPU主卡件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡等卡件傳輸?shù)较乱患?jí)通訊總線。工程師站是完成軟件組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)維護(hù)任務(wù)的處理器，也是實(shí)時(shí)監(jiān)視、操作、記錄、打印、事故報(bào)警等功能的人機(jī)接口。各種工藝參數(shù)通過(guò)控制站、工程師站處理后轉(zhuǎn)換成執(zhí)行信息傳輸?shù)讲僮髡緦?shí)行閥門控制動(dòng)作(圖1左側(cè)的命令執(zhí)行)。通訊網(wǎng)絡(luò)由信息管理網(wǎng)、過(guò)程控制網(wǎng)構(gòu)成。信息管理網(wǎng)采用在多功能計(jì)算站上安裝雙重網(wǎng)絡(luò)接口(信息管理網(wǎng)和過(guò)程控制網(wǎng))轉(zhuǎn)接和大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，獲取集散控制系統(tǒng)中過(guò)程參數(shù)和系統(tǒng)的運(yùn)行信息，同時(shí)向下傳送上層管理計(jì)算機(jī)的調(diào)度指令和生產(chǎn)指導(dǎo)信息，并實(shí)現(xiàn)信息共享。過(guò)程控制網(wǎng)采用雙高速速冗工業(yè)以太網(wǎng)，直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過(guò)程控制實(shí)時(shí)信息的通道。

圖1 造氣系統(tǒng)DCS工作原理示意(單爐)

造氣系統(tǒng)實(shí)施DCS集散控制系統(tǒng)后，生產(chǎn)系統(tǒng)的控制點(diǎn)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖、各爐溫度趨勢(shì)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(jī)/風(fēng)機(jī)/油泵變頻器顯示表、炭層顯示表、開(kāi)停車安全報(bào)警顯示等所有工藝參數(shù)，以控制狀況的動(dòng)態(tài)信息都在界面屏幕上顯示，并可隨時(shí)在操作臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)造氣系統(tǒng)的全自動(dòng)化操作控制，從而避免了半自動(dòng)操作經(jīng)常出現(xiàn)的炭層控制不穩(wěn)、不能根據(jù)爐況及時(shí)加焦或下灰、百分比調(diào)節(jié)不及時(shí)以及壓力、液位、氧含量控制不好易造成安全事故等問(wèn)題，促進(jìn)了造氣工藝穩(wěn)定與優(yōu)化，提高了生產(chǎn)率。

4 DCS系統(tǒng)發(fā)揮的功能

DCS系統(tǒng)發(fā)揮的功能：①全面的數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，即提供了對(duì)所有過(guò)程數(shù)據(jù)的監(jiān)視、記錄、報(bào)警、報(bào)表功能；②每個(gè)最小級(jí)別的參數(shù)界面操作員擊鍵次數(shù)不超過(guò)3次，重要數(shù)據(jù)授權(quán)后可直接修改，方便操作；③軟件占用資源小、運(yùn)行穩(wěn)定，所有修改都可進(jìn)行無(wú)擾下裝，將對(duì)生產(chǎn)影響降至最??；④硬件從各方面保證了產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)。

對(duì)造氣生產(chǎn)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(kāi)、停車和制惰時(shí)的閥門控制功能)和單閥操作功能(調(diào)試閥門時(shí)使用的功能)；②汽包水位自調(diào)功能；③爐條機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能；④入爐蒸汽壓力調(diào)節(jié)功能；⑤入爐蒸汽流量遞減調(diào)節(jié)功能；⑥參數(shù)鎖定功能；⑦制惰功能；⑧吹風(fēng)排隊(duì)功能，即可實(shí)現(xiàn)任意分配煤氣爐排隊(duì)吹風(fēng)功能；⑨聯(lián)鎖功能包括風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖、油壓聯(lián)鎖、油泵啟動(dòng)備泵功能、閥位檢測(cè)及聯(lián)鎖、下灰聯(lián)鎖；⑩與秤煤系統(tǒng)通訊功能；炭層控制功能包括自動(dòng)加煤和炭層高度檢測(cè)。

5 效益分析

改造前、后工藝參數(shù)比較見(jiàn)表1。

表1 改造前、后工藝參數(shù)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(jià)0.34元/(kW·h)、年產(chǎn)150 kt合成氨計(jì)，則噸氨可降低生產(chǎn)成本217元，年獲得經(jīng)濟(jì)效益為 3 255萬(wàn)元左右。

2014- 02- 18)