DCS在硝酸裝置中的運(yùn)用

摘 要：主要介紹WebField JX-300X集散控制系統(tǒng)在硝酸裝置中的運(yùn)用，著重強(qiáng)調(diào)雙加壓硝酸裝置的控制。

關(guān)鍵詞：DCS 雙加壓硝酸裝置

一、前言

　　解化集團(tuán)公司的硝酸裝置由雙加壓硝酸裝置、全加壓硝酸裝置、常壓1—4#硝酸機(jī)組構(gòu)成。全加壓硝酸裝置是2003年2月剛投產(chǎn)的裝置，常壓1—4#硝酸機(jī)組是60年代初投用的，經(jīng)多次改造一直使用常規(guī)儀表控制;雙加壓硝酸裝置是1997年由美國引進(jìn)的裝置，也一直使用常規(guī)儀表控制。隨著使用年限的增加，儀表腐蝕老化問題突出，故障不斷增多，直接影響工藝安全穩(wěn)定生產(chǎn)。為確保工藝生產(chǎn)，提高自動化水平，增強(qiáng)儀表控制系統(tǒng)的可靠性，2002年5—9月我們對硝酸裝置的儀表進(jìn)行改造，淘 汰了控制室的常規(guī)儀表，改用中控JX—300X DCS集散控制系統(tǒng)控制，從而實(shí)現(xiàn)了解化集團(tuán)公司的硝酸裝置的集中控制。

二、控制系統(tǒng)概述與構(gòu)成

　　中控的JX-300X DCS充分利用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠成熟的先進(jìn)控制算法，使其兼具了高速可靠的數(shù)據(jù)輸入輸出運(yùn)算、過程控制和PLC聯(lián)鎖邏輯控制功能，獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是其性能價格比優(yōu)于同等規(guī)模的常規(guī)儀表系統(tǒng)，成了我們儀表改造首選的產(chǎn)品。

　　JX-300X的基本組成包括工程師站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通訊網(wǎng)絡(luò)SCnet II ，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　1、DCS的配置

　　基于JX-300X DCS系統(tǒng)的硝酸裝置計算機(jī)集散控制系統(tǒng)由一個多功能站（工程師站）、三個操作站、二個控制站和過程控制網(wǎng)絡(luò)組成，。

　　2、制站硬件及卡件配備

　　控制站完成整個工業(yè)過程的實(shí)時監(jiān)控功能，由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、供電單元等組成。控制站的各種卡件均可冗余配置，為了增加系統(tǒng)的可靠性，我們對控制站的主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡進(jìn)行了冗余配置。表1列出了控制站的硬件，表2為系統(tǒng)的I/O信號及卡件配備表。

　　表1控制站硬件

　　表2為系統(tǒng)的I/O信號及卡件配備表

三、工藝流程簡介

　　雙加壓硝酸裝置的流程是首先原料液氨被送入氨蒸發(fā)器和輔助氨蒸發(fā)器。蒸發(fā)出來的氣氨經(jīng)過除霧器除去夾帶液氨后進(jìn)入氨過熱器加熱到95℃后，送至氨過濾器，過濾掉氣氨中油污和雜質(zhì)后，氣氨送到氨混合器中。

　　取自大氣的空氣經(jīng)吸入空氣過濾去灰塵和雜質(zhì)后，進(jìn)入空壓機(jī)，壓至0.795Mpa后,送至壓縮空氣過濾器中進(jìn)一步凈化后送至氨混合器中作原料氣使用。

　　氨氣和空氣在氨混合器中充分均勻混合后，約為80%，在約223℃下被送入氧化爐，并均勻分布鉑網(wǎng)上，氨在高溫下與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，生成NO，并放出大量熱量，氣體經(jīng)過透平加熱器、燃燒室、廢熱鍋爐回收部分熱量后，出口的NOx溫度下降為228℃。經(jīng)過NOx的吸收，脫硝等工序后生產(chǎn)出硝酸，送至成品酸槽。

四、控制方案

　　1 、雙加壓硝酸聯(lián)鎖控制

　　為保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及人身安全而設(shè)置必要的聯(lián)鎖系統(tǒng)，使之能夠及時、準(zhǔn)確地動作。為此根據(jù)工藝要求，提出系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。

　　1.1機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖圖

　　注：聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1

　　例：PSLL-1049C=1即機(jī)組潤滑油壓高 PSLL-1049C=0即機(jī)組潤滑油壓低

　　HY-1044=1即蒸汽透平入口閥關(guān)，電磁閥失電

　　HY-1044=0即蒸汽透平入口閥開，電磁閥得電

　　1.2工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)原理圖
　　

　　注：聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1

　　例:TSHH-1001=1即網(wǎng)溫度高 TSHH-1001=0即網(wǎng)溫度低

　　FY-1012=1即氣氨調(diào)節(jié)閥關(guān),電磁閥失電

　　FY-1012=0即氣氨調(diào)節(jié)閥開,電磁閥得電

　　1.3冰機(jī)與加壓硝酸聯(lián)鎖原理圖

　　注：聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1

　　例：PSH-2222=1即氣氨壓力高 PSH-2222=0即氣氨壓力低

　　PY-2222=1即氣氨壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)，電磁閥失電

　　PY-2222=0即氣氨壓力調(diào)節(jié)閥開，電磁閥得電

　　2、氨濃度控制原理

　　氨濃控制系統(tǒng)主要就是使氨—空混合器中氨含量控制在9—10%范圍內(nèi);避免氨濃度升時,使氧化爐鉑網(wǎng)溫度升高,鉑網(wǎng)發(fā)亮、發(fā)白、損壞或引起氧化爐爆炸。氨濃度低時,會降低氧化效率,增加消耗。

　　3、壓縮機(jī)防喘振控制原理圖
　　

　　PV= P出/ P入-0.083△P

　　喘振是壓縮機(jī)性能反常的一種不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)發(fā)生喘振時，不當(dāng)會使壓縮機(jī)的性能顯著惡化，氣體參數(shù)（壓力、流量）產(chǎn)生大幅度脈動，大大地加劇機(jī)組的振動，而且會使壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)子和定子經(jīng)受交變的動應(yīng)力使密封和軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子相碰，引起爆炸等惡性事故。喘振還會引起氨濃度升高，空氣回流，至使氧化爐溫度升高，損壞鉑網(wǎng)。

　　在通常情況下，壓縮機(jī)的喘振主要是負(fù)荷減少所至，而負(fù)荷的增減則是由工藝所決定的。為避免壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振，要確保在任何轉(zhuǎn)速下，通過壓縮機(jī)的實(shí)際流量都不小于喘振極限所對應(yīng)的最小流量。為避免進(jìn)入喘振區(qū)，在喘振極限旁建立一條“安全操作線”作為安全工作的界限。

　　當(dāng)壓縮機(jī)出口系統(tǒng)阻力升高、壓力增大，壓縮機(jī)入口流量減少，空氣過濾器阻塞，負(fù)荷調(diào)整不當(dāng)，升、降轉(zhuǎn)速過快，引起機(jī)組發(fā)生喘振時;可通過防喘振控制系統(tǒng)減緩或消除喘振，避免機(jī)組機(jī)械損傷,減少事故發(fā)生。

　　4、機(jī)組調(diào)速控制原理圖

　　機(jī)組轉(zhuǎn)速主要是靠手動調(diào)節(jié)蒸汽透平入口蒸汽量來控制,當(dāng)入口蒸汽波動大時,將會引起轉(zhuǎn)速突然下降,造成機(jī)組喘振,甚至停車。機(jī)組的轉(zhuǎn)速一般控制在900-1000rpm,合理的轉(zhuǎn)速可以提高機(jī)組出功功率,降低消耗。確保機(jī)組安全運(yùn)行。

　　5、汽包液位控制原理圖

　　汽包水位是機(jī)組運(yùn)行的一個重要參數(shù)，它反映了給水量與供汽量的動態(tài)平衡關(guān)系。如果水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作,嚴(yán)重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至?xí)蛊啓C(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片。相反，如果水位過低則會破壞水循環(huán)，導(dǎo)致干鍋,水冷壁管道破裂。因此，機(jī)組啟停和正常運(yùn)行時要求保持汽包水位相對恒定。如果水位超出正常范圍，輕則發(fā)出報警，重則停爐停機(jī)。構(gòu)成給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三沖量是汽包水位、主蒸汽流量及給水流量。汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補(bǔ)償后作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。

五、系統(tǒng)運(yùn)行情況

　　自2002年10月JX-300XDCS投入生產(chǎn)至今，沒有因儀表設(shè)備故障影響工藝生產(chǎn)，機(jī)組未發(fā)生過喘振，大大提高了機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率由原來的85%提高到95%以上，降低了儀表故障率,減少了機(jī)組停車次數(shù)，降低了消耗和維修費(fèi)用，穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝，減輕操作工的勞動強(qiáng)度，受到工藝人員的好評。

　　雙加壓硝酸裝置停車后從點(diǎn)火到開車正常一般需要六個小時左右，這期間平均每小時需耗蒸汽16t\h左右,而機(jī)組正常運(yùn)行時平均每小時只需耗蒸汽7-8t\h。由于提高了機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少了機(jī)組停車次數(shù)，從而節(jié)藥蒸汽用量。

六、系統(tǒng)評價

　　硝酸裝置使用的中控JX-300X DCS自運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，安全生產(chǎn)得到保障，產(chǎn)量有明顯提高，設(shè)備故障停車時間明顯減小，相應(yīng)提高了鉑網(wǎng)得使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。與其它DCS產(chǎn)品的使用效果對比，中控的JX-300X DCS產(chǎn)品具有更高的性能價格比，（組態(tài)工作簡單明了，軟件功能豐富，能方便地實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜地控制方案。）可以提供更加完善的技術(shù)服務(wù)，選用國產(chǎn)的集散控制系統(tǒng)，有利于提高國內(nèi)產(chǎn)品的市場竟?fàn)幜Σ槠浒l(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

　　1、《SUPCON JX—300X集散控制系統(tǒng)使用手冊》

　　2、《駐昆解放軍化肥廠氨加工車間工藝操作法》

　　3、《化工自動化控制手冊》