陶衛(wèi)君

(中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依，834003)

隨著中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱克拉瑪依石化公司)煉油加工規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煉油及輔助裝置不斷增加，全廠水系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。由于各類介質(zhì)泄漏和互竄導(dǎo)致水質(zhì)污染事故也頻繁發(fā)生，近幾年曾發(fā)生過幾次嚴(yán)重水質(zhì)污染事故，給裝置安全運(yùn)行帶來(lái)重大隱患。

改造前克拉瑪依石化公司全廠所有的水質(zhì)監(jiān)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(zhì)互竄導(dǎo)致水質(zhì)污染事故的頻繁發(fā)生也使得人工取樣分析反應(yīng)滯后、不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染的弊端越來(lái)越凸顯。因此亟需完善全廠各類水質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能，提高水質(zhì)監(jiān)控的自動(dòng)化程度和可靠性[1-2]。

1 全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技改方案

1.1 在線監(jiān)測(cè)儀表取樣方式

在線監(jiān)測(cè)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(cè)的介質(zhì)通過取樣管集中引到一間分析室，通過分析室內(nèi)設(shè)置的取樣設(shè)施對(duì)介質(zhì)進(jìn)行降溫降壓處理，再接入裝有在線監(jiān)測(cè)儀表的流通池中，最終排入下水系統(tǒng)。在線儀表在流通池中對(duì)采集的水樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)集中進(jìn)入專門的分布式控制系統(tǒng)(DCS)。分散取樣，即將取樣設(shè)施布置在原有取樣點(diǎn)附近，對(duì)監(jiān)測(cè)介質(zhì)進(jìn)行降溫降壓處理后或者直接進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)就近接入進(jìn)入所屬裝置的DCS系統(tǒng)。由于克拉瑪依石化公司此次全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)改造涉及面廣，熱電廠、各煉油裝置、甲醇廠取樣點(diǎn)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(zhì)在線監(jiān)測(cè)改造采用分散取樣方式。

1.2 在線監(jiān)測(cè)儀表選型

在線監(jiān)測(cè)儀表選型基于以下原則：技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、使用方便、易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性好。在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所儀表選用本安型，防爆等級(jí)不低于iaⅡCT4。根據(jù)熱電廠化學(xué)車間500 t/h水處理裝置及生產(chǎn)回水裝置水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀表使用的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，國(guó)產(chǎn)在線分析儀表在測(cè)量準(zhǔn)確度、運(yùn)行穩(wěn)定性、使用故障率及日常維護(hù)量等方面與國(guó)外知名品牌相比還是有很大的差距，為保證在線監(jiān)測(cè)儀表的使用效果，本次在線電導(dǎo)率表、pH表均選用進(jìn)口產(chǎn)品ROSEMOUNT 1056型工業(yè)電導(dǎo)率/pH表。

1.3 在線監(jiān)測(cè)儀表安裝方式

在線監(jiān)測(cè)儀表安裝方式分為：(1)流通浸入式安裝方式，取樣時(shí)利用新增取樣設(shè)施，檢測(cè)電極安裝在流通池內(nèi)；(2)管道插入式安裝方式，檢測(cè)電極在管線上直接插入安裝。管道插入式安裝方式無(wú)需新增取樣冷卻設(shè)施，安裝簡(jiǎn)單，但是監(jiān)測(cè)的水樣溫度、壓力必須符合在線監(jiān)測(cè)儀表的適用溫度和壓力范圍。選用的ROSEMOUNT 1056型工業(yè)電導(dǎo)率/pH表可以在0～160 ℃，0～4.0 MPa的介質(zhì)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(jiān)測(cè)儀表的適用溫度、壓力范圍。因此，對(duì)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(jiān)測(cè)儀表所能承受的最大范圍，因此采用新增取樣冷卻設(shè)施，先對(duì)爐水樣品降溫降壓，再在流通池內(nèi)以浸入式安裝檢測(cè)電極對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.4 在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

在全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，考慮到此次需要安裝在線監(jiān)測(cè)儀表涉及的面廣點(diǎn)散的實(shí)際情況，全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)充分利用了熱電廠、煉油裝置、甲醇廠各個(gè)裝置現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，以及全廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。即通過先在各個(gè)裝置分散取樣，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就近接入各裝置DCS系統(tǒng)，再將數(shù)據(jù)上傳到MES系統(tǒng)，在MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有在線儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該設(shè)計(jì)思路僅僅通過在現(xiàn)有的DCS和MES兩個(gè)系統(tǒng)之間增加通信設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)與集中取樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)入專門的DCS系統(tǒng)相同的功能，大大減少投資成本。而且今后可以根據(jù)需要，隨時(shí)增加新的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以靈活擴(kuò)展。

2 全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技改實(shí)施內(nèi)容

2.1 在線監(jiān)測(cè)儀表安裝

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀表安裝主要包括熱電廠、各煉油裝置和甲醇廠，共計(jì)安裝在線監(jiān)測(cè)儀表22臺(tái)。其中全廠冷凝水、除鹽水、疏水在線監(jiān)測(cè)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(shè)備安裝

由于甲醇廠加熱爐頂部來(lái)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(duì)高溫高壓的爐水樣品進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要先通過取樣設(shè)備對(duì)爐水樣品進(jìn)行降溫降壓處理，然后再進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。爐水取樣設(shè)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(xiàn)有取樣器閥門開始，經(jīng)過過濾器、兩級(jí)冷卻器，進(jìn)入流通池，最后排入下水道。

2.3 在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)安裝調(diào)試

本次安裝的所有水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)分別就近接入熱電廠鍋爐、汽機(jī)、化學(xué)裝置、各煉油裝置、甲醇廠制氫裝置DCS系統(tǒng)。所有在線監(jiān)測(cè)儀表在DCS系統(tǒng)調(diào)試正常后，再將水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)從所在裝置的DCS系統(tǒng)上傳到全廠MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在線儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，所有裝置通過DCS或者M(jìn)ES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握自己裝置內(nèi)監(jiān)測(cè)的各類水質(zhì)情況。熱電廠化學(xué)車間通過MES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握熱電廠、煉油裝置、甲醇廠全部22個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)情況。一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可以及時(shí)通知裝置切出系統(tǒng)，避免系統(tǒng)水質(zhì)受到污染，進(jìn)而避免因系統(tǒng)水質(zhì)污染導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故。

3 全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技改實(shí)施效果

(1)全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入使用后，對(duì)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(zhì)監(jiān)測(cè)起到了較好的作用，尤其是對(duì)全廠冷凝水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)效果顯著。2016年全年在線儀表監(jiān)測(cè)到冷凝水水質(zhì)異常11次，其中有3次冷凝水電導(dǎo)率嚴(yán)重超標(biāo)，1次冷凝水中嚴(yán)重竄油。全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，相關(guān)裝置能夠及時(shí)停止往冷凝水系統(tǒng)母管回水，從源頭將污染源與冷凝水系統(tǒng)隔離，避免受污染的不合格冷凝水進(jìn)入鍋爐、加熱爐給水系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的水質(zhì)污染事故。

(2)有效減少全廠冷凝水系統(tǒng)因水質(zhì)污染產(chǎn)生的放空損失，相應(yīng)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(jié)能效果顯著，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)人工分析頻次大大減少，全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，人工分析主要用于在線監(jiān)測(cè)儀表的定期比對(duì)和標(biāo)定，有效緩解了全廠水質(zhì)分析人員緊張的矛盾。

4 結(jié)論

(1)克拉瑪依石化公司實(shí)施的基于MES系統(tǒng)的全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技改項(xiàng)目，創(chuàng)造性地采用了分散取樣、管道插入式安裝方式，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就近接入各裝置DCS系統(tǒng)，再上傳到全廠MES系統(tǒng)的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全廠所有水質(zhì)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。該方案可以減少取樣冷卻設(shè)施，節(jié)省投資成本，而且系統(tǒng)可以靈活擴(kuò)展，今后可以根據(jù)需要，隨時(shí)增加新的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)全廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入使用后，有效提高了全廠水質(zhì)監(jiān)測(cè)的可靠性，避免嚴(yán)重水質(zhì)污染事故的發(fā)生，同時(shí)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(jīng)濟(jì)效益。

[1] 曹杰玉，張昔國(guó)，劉瑋.電廠電導(dǎo)率表在線檢驗(yàn)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].熱力發(fā)電,2006(12):49-51.

[2] 曹杰玉，宋敬霞.火電廠水汽化學(xué)監(jiān)督的技術(shù)關(guān)鍵及其對(duì)節(jié)能降耗的影響[J].中國(guó)電力,2011,44(7):61-65.