1 引言
巨化股份公司合成氨廠主要生產(chǎn)碳氨、尿素、甲醇、液氨等產(chǎn)品。在各產(chǎn)品工藝流程中，要求提供大量的制冷量，合成氨廠利用氣氨、液氨進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，通過冷凍冰機(jī)供應(yīng)大量的制冷量。考慮到合成氨廠節(jié)能改造總體規(guī)劃和冷凍量需求，結(jié)合冷凍崗位增產(chǎn)節(jié)能、更新改造要求，針對原有的老工藝活塞式壓縮機(jī)損耗高、打量小，運(yùn)行效率低、電氣設(shè)備過于繁瑣等問題進(jìn)行技改工作。原有的BTD-ICC型活塞式冰機(jī)采用繼電器控制，存在控制回路接線復(fù)雜繁瑣，損壞率高，機(jī)械傳動部件多，操作麻煩，故障頻繁，維修不便等問題。因此合成氨廠決定以制冷量100萬大卡/小時，功耗450kW的螺桿冰機(jī)更新原活塞式冰機(jī)。
在電氣控制回路中采用PLC控制，由于PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);控制程序可變，具有很好的柔性;編程簡單，使用方便;功能完善;擴(kuò)充方便，組合靈活;體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計運(yùn)用在實(shí)踐中取得了預(yù)計的效果。
2 工藝流程介紹
冷凍冰機(jī)的工作過程是依據(jù)物理轉(zhuǎn)換:(壓力×體積)/溫度=常數(shù)(即P1V1/T1= P2V2/T2)使氣氨轉(zhuǎn)為液氨的物理工藝過程。所以氣氨的壓力、溫度是工藝控制的重要參數(shù)。
生產(chǎn)中將壓力低于2kg/m3的氣氨通過系統(tǒng)的氣氨總管進(jìn)入進(jìn)口處的氨分離器，分離出液氨霧滴，濾去液氨霧滴的氣氨流過系統(tǒng)管進(jìn)入壓縮機(jī)組的吸氣過濾器，再通過過濾器中的過濾網(wǎng)濾去氣氨夾帶的小雜物(其中吸氣過濾器設(shè)有溫度計指示吸氣溫度，并由一截止閥連接吸氣壓力表來指示吸氣壓力)。干凈的氣氨進(jìn)入螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮升壓(即氣壓由0.3Mpa上升至1.57MPa)，壓縮后的氣體至排氣口排出。在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，油泵向壓縮機(jī)內(nèi)噴入大約占體積流量0.5～1%的潤滑油，這部分潤滑油起著冷卻、密封、潤滑的作用，此時要求油噴入的壓力必須大于壓縮機(jī)內(nèi)氣氨的壓力，保證潤滑油順利噴入，這里的油氣壓差檢測點(diǎn)為重要參數(shù)。這些潤滑油隨排氣排入油分離器，進(jìn)行油分離，油分離器中裝有一安全閥，作用是當(dāng)分離器內(nèi)的壓力過大，則通過安全閥放空。此后系統(tǒng)分為氣路過程和油路過程。
從氣路過程來看:經(jīng)過油分離的氨氣以溫度為60～70℃、1.35～1.40MPa的壓力進(jìn)入冷凝器冷凝成液氨，液氨進(jìn)入液氨收集器;從油路過程來看:在油分離器中分離出的油經(jīng)過油冷卻器，冷卻后的油經(jīng)過逆止閥(只能單方向流通)進(jìn)入到油粗過濾器，濾去鐵屑等大顆粒雜質(zhì)后到噴油油泵進(jìn)口，由油泵升壓后，再經(jīng)油精過濾器進(jìn)一步過濾后回流到噴油總管進(jìn)入壓縮機(jī)。油泵并接了附線閥來調(diào)節(jié)油泵壓力，油精過濾器接有壓力表(正常時壓力值應(yīng)較小≤0.07MPa，壓力值較大時說明過濾器中濾網(wǎng)被堵，需清理)，其基本工藝流程框圖如圖1所示:

圖1 基本工藝流程框圖

由于壓縮機(jī)主機(jī)前后軸瓦因長期運(yùn)行發(fā)熱，需加油進(jìn)行冷卻、潤滑。為此，增設(shè)2臺稀油站油泵從油箱吸油經(jīng)濾油器、油冷卻器向軸瓦噴油。一般壓力足夠時，由一臺油泵供油，另一臺作備用機(jī);當(dāng)油泵壓力不夠時，則啟動兩臺泵同時供油，要求噴入軸瓦的油壓一般為0.15MPa。
3 PLC控制
可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)控制產(chǎn)品，是在硬接線邏輯控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。通常把PLC認(rèn)為是由等效的繼電器、定時器、計數(shù)器等元件組成的裝置。PLC不同于繼電器控制要接許多真正的硬件繼電器，它由一些“軟繼電器”組成，避免了因元件磨損維修，及一系列繁雜的接線工作。
(1) 主要特點(diǎn)
l 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);
l 控制程序可變，具有很好的柔性;
l 編程簡單、使用方便;
l 功能完善;
l 擴(kuò)充方便，組合靈活;
l 減少了控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的工作量;
l 體積小、重量輕，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品。
從電氣儀表角度出發(fā)，采用集控的接口，可靈活利用PLC控制、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)或集散系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的顯示和控制。就本次改造規(guī)模、投資價格、工藝控制點(diǎn)而言，我們采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)電氣指標(biāo)顯示和跳閘、報警。

(2) PLC選型
PLC選型主要是根據(jù)所需功能和容量進(jìn)行選擇，并考慮維護(hù)的方便性，備件的通用性，是否易于擴(kuò)展，有無特殊功能要求等。通過比較，我們選用三菱微型可編程控制器的FXON系列。FXON系列是將眾多功能凝聚在超小型機(jī)殼內(nèi)的微型可編程控制器。
與F1/F2系列相比，F(xiàn)XON系列安裝面積只有F1/F2系列的41%，體積只有37%，并在控制器內(nèi)備有模擬電位器與RUN/STOP開關(guān)等方便功能。通過擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊與基本的連接，可自由地選擇使用輸入輸出點(diǎn)數(shù)。FXON系列繼承了原有系列的固定搭配和靈活性。
(3) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計
根據(jù)工藝提出的條件及控制要求，具體設(shè)計思路如下:螺桿冰機(jī)有1臺循環(huán)油泵，運(yùn)行時，油壓的高低通過副線閥來調(diào)節(jié)。2臺稀油泵，油壓正常時，1臺運(yùn)行，1臺備用并可自動切換。油壓低時，2臺稀油泵同時啟動;當(dāng)油壓差超低時，延時6s跳車。另外，排氣溫度高，油溫度高，北軸承溫度高，南軸承溫度高，排氣壓力高，油精濾器壓差高，都將引起跳車。但在稀油站油壓低，油氣壓差低，直流電源失壓，循環(huán)油泵過載，1#、2#稀油泵過載時不跳車，而只發(fā)報警信號。要實(shí)現(xiàn)上述功能，中間繼電器需要數(shù)十只，而且接線非常復(fù)雜，檢修極其困難，可靠性差，而采用PLC后接線相當(dāng)簡單，而且可靠性大大提高。其梯形圖如圖2所示。