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鲁洲化工

日期:2015年8月28日 11:16

化工建材-----化工
  山东鲁洲集团沂水化工有限公司主要生产尿素和碳酸氢铵,年产量达10余万吨.合成氨联醇尿素采用了和利时MACS控制系统,于2011年建成投产,本工程共设置四个现场控制站,10个操作员站,系统总点数3000多点,主要控制回路冗余配置,采用了带HART通讯协议的IO模块,为生产的安全稳定运行提供了保障。自投运以来系统运行稳定可靠,主要工艺指标符合工艺设计要求,赢得了客户信任。
其系统架构如下:

主要控制策略如下:
1、制气
  间歇式造气中心设备为造气炉,按大小分一般有¢2.3m,¢2.6m, ¢3.3m,¢3.6m四种规格,按加煤的方式可分为自动加焦和手动加焦两种方式。造气过程分为五个阶段,包括吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净,每一个生产循环已完成,设备马上进入下一循环的第一阶段吹风,重新开始新的生产过程。此工艺最大的特点要求各阶段时间修改的灵活性,根据煤气炉状况和煤质量调整时间、这是生产中降低煤耗和蒸汽消耗的关键。
  其主要控制策略有:阀门群控互锁安全、完备程序设计。提供为自动、手动、停炉、暂停延时、步进、制惰、上加氮、全上吹、吹风回收、人工回收等操作功能,任意功能键的操作允许并严格符合操作关联的要求,防止误操作,切换时始终处于安全状态,以确保装置的安全。典型的生产过程中有自动.手动.停车和锁定四种状态。
2、变换工段
  换热式全低变耐硫低温变换的工艺特点是没有传统工艺的中温变换炉,因此它有变换触媒温度低的特点,该工艺能减少蒸汽的消耗,提高转换率,但因没有中温变换炉作缓冲,相对教难操作,因此要在控制上要有别于传统的控制方案。针对该工艺,和利时公司采用内外环串级加变比例控制,即根据进工段的气量先调节加蒸汽的比例,同时根据工况调整内外环切入及联锁。半水煤气,与补加蒸汽混合,经预热器、热交换器换热升温后由顶端进入低变炉。变换炉热点温度存在一反对象特性,因变换炉是放热反应,进气量大反应剧烈温度升高,但因进变换炉气体温度较低,刚开始时还没反应不放热,所以刚开始加大进气量时温度不但不升高反而先降低,后来再升高,这就是我们常说的反对象特性,针对这种现象,用普通的PID控制就会出现温度反应滞后,控制的反应曲线摇摆不定,这也为什么很多甲醇情愿用手动的原因,和利时公司针对这种情况,利用超前-滞后算法可解决这个问题,即利用将变换炉进气量取一微分,将进气量的变化取出,这就是控制温度所需的超前量,我们将此超前量进行系数运算后滞后处理,再将滞后处理后的数据与热点触媒温度叠加,通过调整滞后时间和比例系数,使之刚好填平测量温度的凹下去的曲线,这时虽然测量的温度具有反对象特性,但给PID的温度曲线已是我们常用的正常曲线了,这样就可以用常规PID进行控制了。

3、PSA脱碳和PSA制氢
  PSA脱碳和PSA制氢都是利用变压吸附原理的生产过程,其关键在开关阀门动作的准确性实时性,为保证工艺参数的稳定和品质,需细化每个塔的时序,并再逆放、顺放、终冲采用斜率控制,初始开度、斜率都可调。和利时MACS系统有大大快于一般DCS的扫描周期,一般DCS扫描周期为一秒,而和利时MACS系统工作扫描周期可达60ms,已接近PLC的速度,远高于别的DCS一秒的周期,是用于变压吸附的理想DCS,它更有PLC不能比拟的显示直观和修改参数方便的特性,可在屏幕上很直观显示循环设时间、到了那一步,及当前步的已进行时间和剩余时间,进行时间和剩余时间我们设计用光柱填充的方式显示,操作工一眼通过从左至右的填充的光柱进度知道生产到了那一步。和利时的做了大量的类似循环开关量控制工程,都能做到用鼠标点击屏幕上弹出数字键盘,就能方便修改循环时间和每一步时间。并有完善的安全联锁,防止阀门误动作。
4.合成氨装置
  4.1热点温度自动高选控制:
  传统的32Mpa高压合成塔气体出口、塔的下部,气体出口也在下部。塔型有轴径向冷激或层间换热型,但该技术的副线和冷激气一样,也是从塔上部两侧进气,也是用热电偶插入不同深度测温,触媒分布也分三床层或四床层。和利时曾经在河南骏马集团¢1600合成塔做过一套较完善的控制方案,具体方案是:选用24点中的可能成为热点14点为触媒温度,一般为5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18点。用一自动高选功能块自动选出当前温度最高的一个点来控制合成塔温度,这样才能保证触媒温度交替上升时始终是热点在控制合成塔的工作状态,在选用这14个点前,先要进行坏点判断,因为热电偶断路时显示最大,如这时选它就没法控制了,因此我们是在坏点去掉的基础上进行自动高选。这时用该点来控制进气量,才能保证触媒温度稳定。和利时系统在有自动高选择的基础上,还具有手动选择功能,因为在生产中每层触媒都有不同的温度要求,甚至每层触媒的进出口根据不同阶段工艺需要,也有不同的温度要求。因此,和利时公司设计控制合成塔方案时,尽量提供多选择、多组合的控制方案,由用户根据每以阶段的不同需要进行灵活组合。用户选择手动时可任意选择任一点作为热点来控制。不但可控制副线,还可有选择地投入/切除东西环隙温度控制、冷激气控制。因为触媒温度有一定的滞后性,因此还要兼顾流量的变化,即要将流量变化的超前量提前引入控制中,补偿温度的滞后。
  4.2合成塔冷激气,环隙温度控制:
  合成塔另还有三个冷激气控制回路分别调节三层触媒温度,东西两个环隙温度调节回路。 和利时根据长期的经验将合成塔的触媒分布,画在图中,同时也将端面热偶的分布也画在图中,有每个热偶的位号、插入深度、温度值、单位、报警上下限设置、和趋势。这样负责合成塔的操作工能一目了然地了解塔内部的情况,方便操作。
  4.3安全联锁
  针对放氨易出现超压的故障,和利时公司设计有氨库超压保护,即在正常氨库没超压时,放氨阀受氨分、冷交液位控制,当氨库压力超标时,氨分、冷交放氨阀紧急关死,并声光报警提示防止带液,只要氨库压力一正常,氨分、冷交液位又恢复正常受氨分、冷交液位控制。同时氨库超压联锁值设成可很方便修改的设定方式,用密码进行保护,只需输入工段长级别密码(普通操作员不允许修改),就可进行修改设定值。具体工程实例如下图:

5.双甲精制工艺
  氮肥厂在综合利用、多种经营的办厂方针下,很多工厂已建成联醇装置。这部分工厂大多用串联式流程,即甲醇合成是串联在制氨系统内的,如造气>脱硫>变换>脱碳(或碳化)>甲醇合成>铜洗>氨合成。这种流程的优点是:变换工序出口一氧化碳指标适度放宽,降低变换的蒸汽消耗;压缩机前几段输送的一氧化碳成为有效气体,降低能耗;进入铜洗工序的CO含量降低,减轻铜洗负荷,仅此几项可使每吨氨节电约50kWh、节蒸汽约0.4t;折合能耗约2GJ。但由于甲醇是串联在氨流程中的,因此合成氨与甲醇相互牵制,彼此影响;由于造气气量全部通过为甲醇所设的精脱硫装置负荷增大;碳化流程进行甲醇合成的新鲜气要脱氨;醇后气进铜洗要脱醇。
  5.1甲醇合成塔热点温度超前-滞后补偿:
  甲醇塔触媒热点温度存在一反对象特性,因甲醇合成是放热反应,进气量大反应剧烈温度升高,但因进合成塔气体温度较低,刚开始时还没反应不放热,所以刚开始加大进气量时温度不但不升高反而先降低,后来再升高,这就是我们常说的反对象特性,针对这种现象,用普通的PID控制就会出现温度反应滞后,控制的反应曲线摇摆不定,这也为什么很多甲醇情愿用手动的原因,和利时公司针对这种情况,利用超前-滞后算法可解决这个问题,即利用将甲醇合成塔进气量取一微分,将进气量的变化取出,这就是控制温度所需的超前量,我们将此超前量进行系数运算后滞后处理,再将滞后处理后的数据与热点触媒温度叠加,通过调整滞后时间和比例系数,使之刚好填平测量温度的凹下去的曲线,这时虽然测量的温度具有反对象特性,但给PID的温度曲线已是我们常用的正常曲线了,这样就可以用常规PID进行控制了。
  5.2安全联锁
  甲醇生产有一个最关键的安全条件,是甲醇分离器液位联锁,甲醇生产高压低压串在一起,最怕高压气体串到低压设备上,甲醇是易燃易爆的,就会引起安全事故,和利时特别设计了超压保护程序,在正常情况下,甲醇分离器用液位控制,在粗甲醇中间槽压力超高时,紧急关门甲醇分离器到粗醇中间槽阀门,打开粗醇中间到驰放气去燃烧炉,甲醇分离器是隔离高压设备与第压设备的关键设备,液位低低时会将高压气体串入低压设备引起事故,因此甲醇分离器液位低低时要停循环机并放空,并强制关闭甲醇分离器出口阀。
  5.3双甲实施流程如图:

6.尿素装置
  6.1、尿素主装置工艺流程:
  本尿素主装置采用二氧化碳汽提法尿素生产工艺,其工艺流程主要包括:二氧化碳压缩机和脱氢、液氨升压、合成和汽提、循环、蒸发造粒、产品贮存和包装、解吸和水解等工序。
  6.2、控制策略
  根据设计要求和和利时公司丰富的工程实践经验,主要围绕减少原料损失,降低HH3耗、增加产量和尿素质量、提高工艺的自控水平和仪表的可靠性、方便生产管理等方面对项目进行了整体控制方案设计。
  HOLLiAS MACS具有强大约反馈控制、逻辑顺序控制和各种运算功能。根据工艺要求,灵活地把这些功能有机地组合,实现了先进复杂的控制策略,在年产30万吨大颗粒尿素CO2汽提法工艺装置中,设计了NH3/C02控制,尿素负荷控制,氧合量O2控制、情气排放控制等25套典型复杂控制系统。●具有分区、分级别控制功能。操作员站理论上可以控制全系统所有点,但为了操作的安全性,可以定义每个操作员站的操作权限,便于专人专控。
●具有冗余控制功能,将工艺上关键的参数都进行了冗余配置。
●具有完善的报警功能,有工艺模拟量报警、工艺开关量报警、模块报警,系统报警,报警摘要,操作员可以很方便了解系统状态及生产过程。

  6.3尿素装置控制回路一览表

序号

控制系统名称

系统结构与功能说明

1

高压系统NH3/C02控制

前馈比值三串级纯滞后补偿控制

2

C02流量负荷控制系统

带温压补偿及运算三串级控制

3

高压冷凝器压力控制

分程控制

4

O2含量控制

前馈串级控制

5

高压系统压力控制

优化控制

6

汽提塔蒸汽压力控制

优化控制

7

高压系统惰气排放控制

前馈、串级、反馈控制

8

高压洗涤器热负荷控制

人工干预开环系统

9

循环系统温度控制

分程控制

10

低压吸收器液位控制

逻缉自适应顺控串级控制

11

循环加热器温度控制

串统调节

12

蒸发系统流量控制

串级调节

13

一段蒸发组分控制

两变量串级控制

14

一段蒸发温度控制

串级调节

15

二段蒸发温度控制

串级调节

16

二段蒸发组分控制

温压计算组分

17

解吸塔温度控制

串统调节

18

合成塔液位控制

自动反馈控制

19

中压冷凝器压力控制

分程调节

20

汽包液位控制

分程调节

21

中压冷凝器液位控制

分程调节

22

低压冷凝器液位控制

分程调节

23

造粒机尿液槽液位控制

分程调节

24

造粒机进料压力控制

逻辑控制

25

造粒机温度控制

串级调节

  6.4、开关量控制策略---开关输入三取二逻辑冗余控制
  开关量的采用三取二逻辑冗错控制方案,其可靠性远远大于冗余控制,可为紧急停车系统、重要联锁控制提供可靠的检测、控制手段。采用冗错控制的子系统如下:
  合成氨系统故障、大颗粒紧急停车、停三台高压液氨泵、停三台CO2压缩机、停三台高压甲铵泵、手动关进尿液阀PV-2221、手动停雾化CR101、液氨快开阀复位、液氨快开阀关、CO2快开阀复位、CO2快开阀关、手动开旁路阀HV-2220、旁路阀HV-2220复位、低压蒸汽包a液位开关、锅炉给水罐液位开关、进界区仪表空气压力低报警。
  6.5、实施流程如图: 

 

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