基于MES系統(tǒng)的全廠水質(zhì)在線監(jiān)測技改實踐

陶衛(wèi)君

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依，834003)

隨著中石油克拉瑪依石化有限責任公司(以下簡稱克拉瑪依石化公司)煉油加工規(guī)模的不斷擴大，煉油及輔助裝置不斷增加，全廠水系統(tǒng)越來越復(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)生過幾次嚴重水質(zhì)污染事故，給裝置安全運行帶來重大隱患。

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、不能及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染的弊端越來越凸顯。因此亟需完善全廠各類水質(zhì)的實時在線監(jiān)測功能，提高水質(zhì)監(jiān)控的自動化程度和可靠性[1-2]。

1 全廠水質(zhì)在線監(jiān)測技改方案

1.1 在線監(jiān)測儀表取樣方式

在線監(jiān)測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)施對介質(zhì)進行降溫降壓處理，再接入裝有在線監(jiān)測儀表的流通池中，最終排入下水系統(tǒng)。在線儀表在流通池中對采集的水樣進行檢測，檢測數(shù)據(jù)集中進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附近，對監(jiān)測介質(zhì)進行降溫降壓處理后或者直接進行檢測，檢測數(shù)據(jù)就近接入進入所屬裝置的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)測改造涉及面廣，熱電廠、各煉油裝置、甲醇廠取樣點分散，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)測改造采用分散取樣方式。

1.2 在線監(jiān)測儀表選型

在線監(jiān)測儀表選型基于以下原則：技術(shù)先進、性能可靠、使用方便、易于維護、經(jīng)濟性好。在爆炸危險場所儀表選用本安型，防爆等級不低于iaⅡCT4。根據(jù)熱電廠化學車間500 t/h水處理裝置及生產(chǎn)回水裝置水質(zhì)在線監(jiān)測儀表使用的經(jīng)驗來看，國產(chǎn)在線分析儀表在測量準確度、運行穩(wěn)定性、使用故障率及日常維護量等方面與國外知名品牌相比還是有很大的差距，為保證在線監(jiān)測儀表的使用效果，本次在線電導(dǎo)率表、pH表均選用進口產(chǎn)品ROSEMOUNT 1056型工業(yè)電導(dǎo)率/pH表。

1.3 在線監(jiān)測儀表安裝方式

在線監(jiān)測儀表安裝方式分為：(1)流通浸入式安裝方式，取樣時利用新增取樣設(shè)施，檢測電極安裝在流通池內(nèi)；(2)管道插入式安裝方式，檢測電極在管線上直接插入安裝。管道插入式安裝方式無需新增取樣冷卻設(shè)施，安裝簡單，但是監(jiān)測的水樣溫度、壓力必須符合在線監(jiān)測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)測儀表的適用溫度、壓力范圍。因此，對全廠除鹽水、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，先對爐水樣品降溫降壓，再在流通池內(nèi)以浸入式安裝檢測電極對其進行監(jiān)測。

1.4 在線監(jiān)測控制系統(tǒng)

在全廠水質(zhì)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計方案中，考慮到此次需要安裝在線監(jiān)測儀表涉及的面廣點散的實際情況，全廠水質(zhì)在線監(jiān)測控制系統(tǒng)充分利用了熱電廠、煉油裝置、甲醇廠各個裝置現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，以及全廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。即通過先在各個裝置分散取樣，水質(zhì)在線監(jiān)測數(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)實現(xiàn)對所有在線儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。該設(shè)計思路僅僅通過在現(xiàn)有的DCS和MES兩個系統(tǒng)之間增加通信設(shè)備，就可以實現(xiàn)與集中取樣監(jiān)測數(shù)據(jù)進入專門的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，隨時增加新的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以靈活擴展。

2 全廠水質(zhì)在線監(jiān)測技改實施內(nèi)容

2.1 在線監(jiān)測儀表安裝

水質(zhì)在線監(jiān)測儀表安裝主要包括熱電廠、各煉油裝置和甲醇廠，共計安裝在線監(jiān)測儀表22臺。其中全廠冷凝水、除鹽水、疏水在線監(jiān)測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高溫高壓的爐水樣品進行監(jiān)測，需要先通過取樣設(shè)備對爐水樣品進行降溫降壓處理，然后再進行在線監(jiān)測。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、兩級冷卻器，進入流通池，最后排入下水道。

2.3 在線監(jiān)測控制系統(tǒng)安裝調(diào)試

本次安裝的所有水質(zhì)在線監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)信號分別就近接入熱電廠鍋爐、汽機、化學裝置、各煉油裝置、甲醇廠制氫裝置DCS系統(tǒng)。所有在線監(jiān)測儀表在DCS系統(tǒng)調(diào)試正常后，再將水質(zhì)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)信號從所在裝置的DCS系統(tǒng)上傳到全廠MES系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳，所有裝置通過DCS或者MES系統(tǒng)可以實時掌握自己裝置內(nèi)監(jiān)測的各類水質(zhì)情況。熱電廠化學車間通過MES系統(tǒng)可以實時掌握熱電廠、煉油裝置、甲醇廠全部22個監(jiān)測點的水質(zhì)情況。一旦某個監(jiān)測點的水質(zhì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可以及時通知裝置切出系統(tǒng)，避免系統(tǒng)水質(zhì)受到污染，進而避免因系統(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)測技改實施效果

(1)全廠水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)投入使用后，對熱電廠、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)測起到了較好的作用，尤其是對全廠冷凝水水質(zhì)在線監(jiān)測效果顯著。2016年全年在線儀表監(jiān)測到冷凝水水質(zhì)異常11次，其中有3次冷凝水電導(dǎo)率嚴重超標，1次冷凝水中嚴重竄油。全廠水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)均在第一時間發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，相關(guān)裝置能夠及時停止往冷凝水系統(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入鍋爐、加熱爐給水系統(tǒng)，造成嚴重的水質(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)濟效益。

(3)人工分析頻次大大減少，全廠水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)投入運行后，人工分析主要用于在線監(jiān)測儀表的定期比對和標定，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施的基于MES系統(tǒng)的全廠水質(zhì)在線監(jiān)測技改項目，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，實現(xiàn)了對全廠所有水質(zhì)的在線實時監(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)可以靈活擴展，今后可以根據(jù)需要，隨時增加新的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(2)全廠水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)投入使用后，有效提高了全廠水質(zhì)監(jiān)測的可靠性，避免嚴重水質(zhì)污染事故的發(fā)生，同時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)濟效益。

[1] 曹杰玉，張昔國，劉瑋.電廠電導(dǎo)率表在線檢驗技術(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.火電廠水汽化學監(jiān)督的技術(shù)關(guān)鍵及其對節(jié)能降耗的影響[J].中國電力,2011,44(7):61-65.