空分設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙強(qiáng)

摘要：空分設(shè)備自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)能夠有效強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行的智能化程度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)、控制與保護(hù)，降低了操作人員.的工作量及工作難度，從而為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。文中首先簡(jiǎn)要介紹了空分設(shè)備工藝流程及自動(dòng)化設(shè)計(jì)，然后分別從DCS系統(tǒng)、分子篩自動(dòng)控制、壓縮機(jī)自動(dòng)控制以及其他系統(tǒng)的自動(dòng)控制對(duì)空分設(shè)備的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了介紹，供相關(guān)工作人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制;空分設(shè)備;設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB663

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0013-02

0引言

對(duì)空分設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話，使操控過(guò)程及控制原理更為清晰、直接的呈現(xiàn)出來(lái)，降低了系統(tǒng)操控的復(fù)雜程度。并且，自動(dòng)化控制的空分設(shè)備具有良好的聯(lián)鎖保護(hù)功能，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。文中以天津鋼鐵有限公司兩套28000m'/h空分設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用為例，對(duì)空分設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

1空分設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備工藝流程

空分設(shè)備自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的涵蓋范圍較為廣泛，涉及到循環(huán)水、加壓汽化、原料空氣過(guò)濾、貯槽、空壓機(jī)、氮壓機(jī)、空氣預(yù)冷、氧壓機(jī)、分子篩純化、精餾塔以及增壓膨脹機(jī)等各個(gè)功能系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中將DCS系統(tǒng)作為空分設(shè)備的樞紐控制系統(tǒng)，中央控制室對(duì)系統(tǒng)中的全部設(shè)備進(jìn)行集中控制”?？辗衷O(shè)備的工藝流程如圖1所示。

2DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)

DCS系統(tǒng)包括2臺(tái)工程師站、1臺(tái)交換機(jī)、3臺(tái)操作站、3個(gè)報(bào)警鍵盤(pán)以及若干1/0卡件、端子板。PKSC200系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架可具體細(xì)化為3層：以太網(wǎng)層、監(jiān)控網(wǎng)層以及I/0控制網(wǎng)層。以太網(wǎng)層采用C1ient/Server結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝置運(yùn)行信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并能夠通過(guò)ODBC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制站與操作站之間的數(shù)據(jù)交換，使得操作站可以通過(guò)訪問(wèn)服務(wù)器及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程監(jiān)控。監(jiān)控網(wǎng)層主要采用C200系列混合控制器，該層網(wǎng)絡(luò)控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空分過(guò)程進(jìn)行連鎖、連續(xù)調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯控制、批處理等多種控制操作，并能夠?qū)ο到y(tǒng)外圍設(shè)備間的通訊進(jìn)行有效協(xié)調(diào)。I/0控制網(wǎng)層采用模塊結(jié)構(gòu)裝有輸入、輸出卡件，能夠在保證系統(tǒng)運(yùn)行不受到影響的前提下實(shí)現(xiàn)帶電熱插拔。除此之外，I/0控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的開(kāi)關(guān)量和模擬量進(jìn)行輸入、輸出處理，能夠?qū)辗诌^(guò)程中不同類別、規(guī)格的信號(hào)進(jìn)行全方位的檢測(cè)及控制。

3分子篩自動(dòng)化控制

在進(jìn)行空分操作時(shí)，經(jīng)壓縮處理的空氣需在冷卻塔中進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度降低至17°C時(shí)，使其按照自，上而下的方向進(jìn)入分子篩，分子篩可以吸附空氣中的有害雜質(zhì)，對(duì)空氣進(jìn)行凈化處理。在進(jìn)行空氣凈化的過(guò)程中，分子篩吸附器通常成對(duì)出現(xiàn)，一只處于工作狀態(tài)、一只處于再生狀態(tài)，兩只分子篩吸附器交替使用8]。吸附器的再生全過(guò)程為排壓處理、系統(tǒng)加熱、空氣吹冷、整體充壓、替換使用。分子篩的自動(dòng)化控制首先嚴(yán)格根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)及流程設(shè)置DCS自動(dòng)控制程序;其次，通過(guò)流程畫(huà)面選擇電加熱器對(duì)吸附顆粒進(jìn)行系統(tǒng)加熱;再次，通過(guò)均壓閥控制將時(shí)間均等分為10份，并采用二折線方式對(duì)均壓閥的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)解;最后，在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)DCS操控或操作工進(jìn)行流程畫(huà)面操控暫停分子篩運(yùn)行，進(jìn)行設(shè)備檢修維護(hù)41。

4壓縮機(jī)自動(dòng)化控制

在進(jìn)行控制機(jī)組的自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，要充分滿足供貨方對(duì)其提出的功能需求，并實(shí)現(xiàn)安全由DCS系統(tǒng)控制運(yùn)行。因此，在進(jìn)行編程設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行多方考量，確保功能詳細(xì)周到并嚴(yán)格控制偏差。使用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的自動(dòng)化控制能夠有效提高空分設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)控制原理可視化，使得中控室對(duì)機(jī)組進(jìn)行更有效的監(jiān)管控制。

4.1空壓機(jī)的自動(dòng)控制

首先，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)確定外界環(huán)境滿足空壓機(jī)的啟動(dòng)要求后，由DCS系統(tǒng)對(duì)其發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)行就地啟動(dòng);然后在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化的加載控制，根據(jù)空壓機(jī)入口導(dǎo)葉的位置，進(jìn)行防震喘的自動(dòng)控制;最后，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中軸承溫度、油壓、震動(dòng)、位移等設(shè)備參數(shù)進(jìn)行聯(lián)鎖停車控制。

4.2氧壓機(jī)的自動(dòng)控制

氧壓機(jī)的自動(dòng)化控制分為3個(gè)步驟，首先根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋對(duì)外界條件進(jìn)行判斷，在滿足運(yùn)行的工藝條件后，點(diǎn)擊流程畫(huà)面中的準(zhǔn)備選項(xiàng)進(jìn)行自啟動(dòng)控制;其次，在接到主控室的調(diào)度指令后，按下正常停車選項(xiàng)，進(jìn)行氧壓機(jī)正常停車控制;最后，在氧壓機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)異?；驀?yán)重故障時(shí)，按下緊急停車選項(xiàng)，進(jìn)行重故障停車控制。

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行壓縮機(jī)防震喘控制過(guò)程中，對(duì)于變速器的選擇應(yīng)更加精準(zhǔn)。普通的變速器無(wú)法滿足防震喘的功能需求，必須使用快速變送器。其次，在進(jìn)行壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使系統(tǒng)配備單獨(dú)的震喘探測(cè)器，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控壓縮機(jī)組的震喘情況。若無(wú)法滿足專門(mén)配置震喘探測(cè)器則應(yīng)考慮在DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)震喘系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[5]。

5其他系統(tǒng)自動(dòng)化控制

首先，在進(jìn)行空氣預(yù)冷系統(tǒng)自動(dòng)化控制過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢測(cè)空冷塔水位高度。當(dāng)其水位穩(wěn)定后若出現(xiàn)超高狀態(tài)，則應(yīng)在一定程度上打開(kāi)控制閥;若穩(wěn)定后的水位偏低，則應(yīng)適當(dāng)關(guān)閉控制閥門(mén)。除此之外，必須保證對(duì)空氣預(yù)冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，避免空冷塔水位過(guò)高流進(jìn)分子篩，造成分子篩運(yùn)行異常：并對(duì)上、下兩段進(jìn)水量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)生異常及時(shí)報(bào)警。其次，在進(jìn)行循環(huán)液泵優(yōu)化設(shè)計(jì)后，用液位控制取代壓力控制實(shí)現(xiàn)對(duì)回流閥進(jìn)行控制。再次，為保證空分設(shè)備運(yùn)行的安全性，將傳統(tǒng)的中控室控制充槽車泵、充瓶泵啟動(dòng)，更改為就地啟動(dòng)。最后，在系統(tǒng)內(nèi)配備備用的增壓膨脹機(jī)，保證系統(tǒng)內(nèi)膨脹機(jī)處于“一運(yùn)行，一備用”的狀態(tài)。進(jìn)行增壓膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速控制時(shí)，可以對(duì)其流閥及噴嘴開(kāi)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，并按照設(shè)備運(yùn)行時(shí)的氣壓、溫度、轉(zhuǎn)速、油供等聯(lián)鎖值對(duì)處于故障運(yùn)行的膨脹機(jī)采取緊急切斷處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)膨脹機(jī)的聯(lián)鎖停運(yùn)6]。

6結(jié)束語(yǔ)

在本次設(shè)計(jì)及應(yīng)用的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)空分設(shè)備的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一次性開(kāi)車成功。據(jù)檢測(cè)，PID調(diào)節(jié)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控均準(zhǔn)確可靠，空分產(chǎn)品中的氧、氮、氬含量及質(zhì)量均符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn);壓縮機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)節(jié)防震喘;分子篩系統(tǒng)“一運(yùn)行，一再生”交替運(yùn)行正常，極大程度地降低了操控人員的工作量及工作難度;系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)運(yùn)行正常，穩(wěn)定性較高。綜上所述，空分設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能夠有效強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性、智能性，從而為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)企業(yè)的具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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