MVR蒸發(fā)結(jié)晶裝置的儀表工程實踐

黃光明,馮海臣，饒 佳

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南長沙 410114 )

文章通過蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表安裝和調(diào)試期間所發(fā)生的問題為實例，講述如何解決MVR蒸發(fā)結(jié)晶儀表工程期間所發(fā)生的安裝、設(shè)計及調(diào)試問題，并通過解決所遇到的難題給從事蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表工程管理人員參考和借鑒 。

1 MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目介紹

(1)項目是利用機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù),簡稱MVR是二次蒸汽通過蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生，低效率的蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)機(jī)械做功提升到高效率的蒸汽。項目的建成能極大地提升廢水處理能力，為項目的生產(chǎn)改造、產(chǎn)能擴(kuò)充夯實基礎(chǔ)。

(2)項目儀表工程主要包含蒸發(fā)車間儀表工程和膜車間儀表工程兩部分，主要有現(xiàn)場儀表、分析儀器、自控閥門、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)及DCS控制系統(tǒng)，主要工程量如表1。

表1 項目儀表工程Tab.1 Instrument engineering of the project

(3)工程里程碑。儀表安裝和調(diào)試完成時間為2018-06-15，安裝竣工時間為2018-6-22，工程驗收時間為2018-10-15。

2 儀表工程進(jìn)度和質(zhì)量管理

(1)在MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目開始前，排定工程進(jìn)度計劃及做好相關(guān)程序文件。根據(jù)工程量大小和整體進(jìn)度情況排定工程進(jìn)度計劃，包含設(shè)計進(jìn)度計劃、采購進(jìn)度計劃、安裝進(jìn)度計劃和調(diào)試進(jìn)度計劃；根據(jù)儀表種類及安裝內(nèi)容，結(jié)合自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗收規(guī)范和儀表說明書，編制儀表相關(guān)的質(zhì)量程序文件、儀表施工組織設(shè)計、儀表安裝程序文件和DCS邏輯程序和連鎖調(diào)試文件。

(2)在MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目施工時，需要深入施工現(xiàn)場，掌握工程進(jìn)度、質(zhì)量及施工的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)施工進(jìn)度情況，及時調(diào)整進(jìn)度計劃和人力需求，保證蒸發(fā)結(jié)晶項目的儀表安裝和調(diào)試按時完成，另外每周將剩余儀表安裝剩余工作量告知安裝單位，以便安裝人員調(diào)整安裝計劃和人力需要。

(3)在項目安裝工期只有2個月的情況下通過排定安裝計劃，制定各種安裝程序文件，平常深入現(xiàn)場管理，掌握儀表工程進(jìn)度和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)安裝進(jìn)度跟不上總體進(jìn)度時及時調(diào)整人力需要，改變安裝次序和工法等措施，保證了工程按期完成儀表安裝和調(diào)試，保證了系統(tǒng)正常開車調(diào)試和投運。

3 廢水處理蒸發(fā)結(jié)晶項目常見的儀表選型建議

因廢水處理工藝介質(zhì)復(fù)雜，廢水處理和制鹽行業(yè)工藝介質(zhì)主要有鹵水、酸堿性介質(zhì)以及含氯離子的介質(zhì)含量高，具有很強(qiáng)的腐蝕性，另外鹽漿是顆粒狀，硬度較高，具有一定的沖刷性并容易結(jié)晶，在儀表選型階段需格外注意。

(1)與介質(zhì)直接接觸的壓力變送器、電磁流量計、溫度計套管等需考慮材料的耐腐蝕性、耐沖刷性問題，在選型上一定要選316L或者哈氏合金或鉭材質(zhì)一般選用橫河、ABB、西門子等品牌；溫度計和壓力表一般選用上海自動化儀表和重慶川儀品牌；在制鹽項目中常使用稱重儀，主要使用在增稠器部位，需要選用高性能稱重儀器，對性能和品質(zhì)要求較高，因此需要選用進(jìn)口品牌，比如梅特勒托利多品牌。

(2)對于制鹽項目中，因為鹽漿容易結(jié)晶結(jié)塊等特征，結(jié)晶物硬度很高，控制閥泄漏等級要求較高，對于鹵水、排鹽重要工藝段的控制閥，V型球閥選型要求選用金屬密封、 閥座材質(zhì)要求316L部分為堆焊斯太來合金，閥芯材質(zhì)要求316L整體噴涂碳化鎢處理，硬度需要達(dá)到洛氏70度；對于蝶閥，閥座閥芯需做硬化處理，比如鍍硬鉻處理，控制閥門常選用FISHER品牌。

4 儀表安裝和調(diào)試期間問題處理及對策

MVR蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表方面相對于制漿造紙或石油化工項目來說，儀表控制點和安裝量要少，但儀表種類相差不大，控制邏輯方面也并不簡單?，F(xiàn)場儀表主要類型有孔板流量計、靶式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、流量開關(guān)、壓力變送器、液位變送器、熱電阻、壓力開關(guān)、電動調(diào)節(jié)閥、電動旋塞閥、角閥等以及DCS控制系統(tǒng)和壓縮機(jī)現(xiàn)場控制單元等。DCS程序和組態(tài)方面主要是壓縮機(jī)控制程序和連鎖報警及防喘振控制程序，蒸發(fā)罐溶液密度計算，蒸發(fā)罐液位串級控制程序，壓縮機(jī)出口溫度串級控制及調(diào)節(jié)回路和加熱器壓力比例調(diào)節(jié)等回路以及各類報警連鎖程序，報警畫面等。

4.1 安裝階段問題總結(jié)

在蒸發(fā)結(jié)晶裝置安裝階段主要問題為：材料問題，如到貨材料型號規(guī)格與設(shè)計提資規(guī)格不一致問題；設(shè)計圖紙問題，如DCS操作臺安裝空間問題，液位開關(guān)安裝空間不夠問題以及增稠器設(shè)備未預(yù)留稱重儀安裝孔問題等；儀表安裝問題，比如轉(zhuǎn)子流量計未嚴(yán)格按照下進(jìn)上出，垂直安裝原則進(jìn)行安裝等。

4.1.1 材料問題

(1)到貨的儀表設(shè)備配件缺少或者遺漏問題，比如合同要求電磁流量計配帶法蘭，但實際到貨的設(shè)備沒有配帶或者遺漏。

(2)到貨的儀表設(shè)備與采購品牌不一致問題，比如流量開關(guān)采購的是美國普林柯，但實際到貨的品牌為上海雄風(fēng)。

(3)到貨的儀表材質(zhì)不符合要求或者尺寸不符合國標(biāo)要求，比如氣源不銹鋼管厚度不夠，端面不平，有毛刺，內(nèi)壁生銹等，到貨的鍍鋅鋼管采購要求為熱鍍鋅，實際到貨為冷鍍鋅，而且鍍鋅鋼管厚度不符合要求，很容易彎管變形。

(4)部分到貨的設(shè)備無校驗報告或者合格證。解決方法：需對供應(yīng)商建立懲罰機(jī)制，對供應(yīng)商建立檔案，每年進(jìn)行一次評分，對于多次出現(xiàn)問題的供應(yīng)商，建議打入黑名單，不再進(jìn)入公司采購部門的名單。

4.1.2 設(shè)計圖紙問題

(1)PVC管道上的儀表測點因設(shè)計遺漏，未考慮PVC三通變徑接頭，導(dǎo)致儀表測點無法安裝。

(2)因設(shè)計考慮不周，原控制室操作臺空間不夠，導(dǎo)致部分操作員站和視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法安裝，必須考慮新建控制室。

(3)因設(shè)備與土建專業(yè)溝通原因，設(shè)計階段未進(jìn)行有效的溝通，洗氣塔離土建大梁空間不夠，導(dǎo)致液位開關(guān)安裝的空間不夠，無法安裝上，需重新開孔。

(4)增稠器設(shè)備提資稱重儀安裝孔尺寸，導(dǎo)致到貨的設(shè)備未開孔，稱重儀無法安裝，需要現(xiàn)場開孔安裝，安裝難度加大。

(5)部分測點、材料、通訊電纜設(shè)計遺漏，安裝過程中發(fā)現(xiàn)問題后，再次提資購買，影響工程進(jìn)度。解決方案：藍(lán)圖曬圖前建立審圖制度，在審圖過程中及時發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的設(shè)計遺漏或者明顯的技術(shù)方案錯誤問題；在設(shè)計前期各專業(yè)之前需要提前溝通，將各專業(yè)接口，空間尺寸考慮清楚。

4.1.3 安裝問題

(1)因安裝人員對轉(zhuǎn)子流量計安裝方式理解不清楚，導(dǎo)致未按下進(jìn)上出，垂直安裝的方式安裝轉(zhuǎn)子流量計，導(dǎo)致微小流量計檢測信號時有時無，經(jīng)更換安裝后問題解決。

(2)因安裝期間，部分儀表電纜保護(hù)管未做防堵或者防水措施，導(dǎo)致室外部分儀表進(jìn)水，進(jìn)水原因為電纜保護(hù)管未封堵或者金屬軟管最下端部分未開孔導(dǎo)致水從電纜保護(hù)管處進(jìn)入慢慢從變送器葛蘭頭滲入，以致室外部分儀表進(jìn)水損壞。

(3)因部分儀表在交叉安裝過程中，因儀表防護(hù)措施做的不到位，導(dǎo)致其他專業(yè)在周邊施工時將儀表碰撞損壞。解決方案：安裝前需對安裝人員進(jìn)行安裝交底，闡明重點設(shè)備的安裝要點和方法，讓安裝人員熟悉每種儀表的安裝方式；安裝過程中對儀表做好防水措施，防止儀表進(jìn)水損壞;在安裝期間需做好儀表防護(hù)，以免儀表受到外力碰撞而損壞。

4.2 調(diào)試階段問題總結(jié)

在華友項目一期和二期的蒸發(fā)結(jié)晶裝置調(diào)試及運行階段經(jīng)常出現(xiàn)如下問題:因PID參數(shù)設(shè)置問題，導(dǎo)致閥門開度波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)蒸發(fā)罐液位控制不穩(wěn)問題；壓縮機(jī)出口溫度不穩(wěn)定；蒸發(fā)罐容易密度波動大或者壓力接口堵塞檢測不到密度；壓縮機(jī)喘振、振動大、軸承溫度高引起連鎖跳停等問題；因腐蝕原因?qū)е聝x表或者閥門損壞問題；DCS通訊故障等問題。

4.2.1 調(diào)試運行期間儀表故障原因及解決方案統(tǒng)計表(如表2)

表2 試運行期間代表故障原因及解決方案Tab.2 Reason and solution of instrument failure during trial operation

續(xù)表2 (Continue)

4.2.2 幾種典型的蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表調(diào)試運行期間故障處理方案

問題一：蒸發(fā)罐密度計未安裝導(dǎo)致液位控制不穩(wěn)

(1)液位不準(zhǔn)原因分析：原蒸發(fā)罐液位是通過雙法蘭式壓力變送器測出蒸發(fā)罐內(nèi)部液位的差壓，再通過測量原理，得出蒸發(fā)罐液位L=h=△P/ρg,根據(jù)DCS設(shè)置程序，通過工藝操作人員定期從實驗室測出蒸發(fā)液中的密度，輸入到DCS控制系統(tǒng)中，從而得出蒸發(fā)罐的液位見圖1，這樣測量液位的隨機(jī)性和主觀性較強(qiáng)而且測量密度值不連續(xù)，不能實時測量液位計的密度值，在試車階段或者工藝不穩(wěn)定的狀況下時，因密度不能及時更新，測量的誤差非常大，不能滿足生產(chǎn)要求，為了使液位測量準(zhǔn)確，需增加實時監(jiān)測密度的測量儀表。

圖1 無密度計的液位測量Fig.1 Liquid level measurement without densimeter

(2)改善方案：在蒸發(fā)罐和循環(huán)管上總共安裝三只壓力變送器，來測量蒸發(fā)罐不同部位壓力值P1、P2、P3,再根據(jù)計算公式1:ρ=(VPTn3-VPTn2)/gH,然后代入DCS計算公式2:L=(VPTn2-VPTn1)/ρg，式中:ρ為蒸發(fā)罐內(nèi)物料密度kg/m3，VPTn1為蒸發(fā)罐壓力變送器P1的測量值kPa,VPTn2為蒸發(fā)罐壓力變送器P2的測量值kPa，VPTn3為循環(huán)管壓力變送器P3的測量值kPa，g為重力加速度9.8 m/s2;通過公式1和公式2得出公式3:L=(VPTn2-VPTn1)/(VPTn3-VPTn2)×H，通過此方式就可以實時監(jiān)測到蒸發(fā)罐的實際液位，從而避免了試運行階段和工藝狀況不穩(wěn)定時候的液位測量不準(zhǔn)的缺點，測量原理圖見圖2。

圖2 增加密度計后的液位測量Fig.2 Liquid level measurement after adding densimeter

(3)測量的誤差影響和注意事項。在液位測量過程中，常常受到壓力變送器的沖洗水管道的堵塞以及蒸發(fā)罐和循環(huán)管物料的影響，每次泵啟動過程中密度值就會存在一定的偏差值，主要原因為泵在啟動過程中存在阻力影響以及重力因素和取壓口當(dāng)時的濃度、密封水微小壓力的影響，在運行過程中跟蹤分析，繪制偏差曲線圖進(jìn)行密度補(bǔ)償，誤差問題得以解決。

問題二：蒸發(fā)罐介質(zhì)密度經(jīng)常不穩(wěn)或測量不到

蒸發(fā)罐介質(zhì)密度經(jīng)常不穩(wěn)定或者測量不到，因蒸發(fā)罐密度是通過差壓原理測量測出△P，再通過DCS程序中的計算公式ρ=△P/gh計算出密度ρ，從而得以分析得出，當(dāng)差壓測量不準(zhǔn)時，計算出來的密度值肯定不準(zhǔn)確，通常導(dǎo)致差壓檢測不正?；蛘邫z測不到的原因是壓力變送器法蘭處經(jīng)常結(jié)晶而堵塞，導(dǎo)致差壓經(jīng)常檢測不到。解決方案在法蘭短管出安裝一沖洗水管，為了保證沖洗水管水流恒定而不影響到差壓的測量，在沖洗水管上安裝一微小流量計，通過此措施解決了因堵塞而檢測不到密度的問題，見圖3。

問題三：DCS控制系統(tǒng)通訊及數(shù)據(jù)故障

DCS控制系統(tǒng)在調(diào)試運行期間出現(xiàn)問題如下：①服務(wù)器數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)常無法通訊，解決辦法只能用服務(wù)器將數(shù)據(jù)還原，如果還原失敗，還需重裝系統(tǒng)，解決辦法麻煩而且不能徹底解決問題；②控制器冗余失效，當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)不能正常切換到副控制器上，導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行，當(dāng)通過手動進(jìn)行切換時，主控制器帶有DP通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊設(shè)備數(shù)據(jù)無法傳給副控制器，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷；③硬件交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為以太網(wǎng)，兩臺主副網(wǎng)絡(luò)，由一根網(wǎng)線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，交換機(jī)數(shù)據(jù)交換不冗余，當(dāng)兩對交換機(jī)副網(wǎng)絡(luò)口連接時，會出現(xiàn)通訊異常，服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失情況，操作站死機(jī)情況。該問題發(fā)生后，組織MOX系統(tǒng)專家對控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查情況如下：

a)首先進(jìn)行DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)診斷，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞情況時，操作員站畫面登錄不上，數(shù)據(jù)不刷新；服務(wù)器連接一臺交換機(jī)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)堵塞時，兩臺交換機(jī)之間無法正常通訊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法刷新，解決方案為取消兩臺交換機(jī)的環(huán)網(wǎng)設(shè)置，采用級聯(lián)方式，兩臺管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)之間采用跳線直連，則可以避免上述問題的發(fā)生，此時的網(wǎng)絡(luò)仍為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的安全性是有保障的。

b)DCS下位系統(tǒng)診斷, 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)CP5通訊卡連接的水晶頭接觸不良, 重新制作水晶頭恢復(fù)。

通過以上檢查，廠商給出結(jié)論及建議：目前衢州華友硫酸銨蒸發(fā)一期DCS系統(tǒng)軟件、硬件采用單服務(wù)器模式，可調(diào)整為冗余模式；一期系統(tǒng)DP 通訊只有主CPU有，所以切換至備用CPU無法與壓縮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊；是因為當(dāng)時壓縮機(jī)隨機(jī)PLC系統(tǒng)為單機(jī)結(jié)構(gòu)，如果需要實現(xiàn)，提供一個DP接口。DP通訊冗余，則需在壓縮機(jī)PLC增加冗余DP通訊接口(取決于壓縮機(jī)隨機(jī)PLC的系列是否滿足)，同時增加DCS副CPU的DP通訊接口。

解決方案：將一期DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與二期DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通(已經(jīng)在二期施工時敷設(shè)好了光纖)，DCS系統(tǒng)上位組態(tài)軟件合并成一套，利用二期DCS系統(tǒng)服務(wù)器硬件。在原二期DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加四個客戶端，用于一期的畫面監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖3 密度計沖洗水管安裝流量計Fig.3 Installation of flowmeter for flushing water pipe of densimeter

圖4 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖及配置情況Fig.4 DCS network structure diagram and configuration

通過優(yōu)化，實現(xiàn)了一期和二期 DCS 系統(tǒng)的軟件融合，提高了一期 DCS 系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

通過以蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表安裝和調(diào)試期間所發(fā)生的問題為實例，講述如何解決MVR蒸發(fā)結(jié)晶儀表工程期間所發(fā)生的安裝、設(shè)計及調(diào)試問題，在蒸發(fā)結(jié)晶裝置安裝調(diào)試階段重點需要解決蒸發(fā)罐介質(zhì)密度檢測，壓縮機(jī)出口壓力、溫度控制問題，蒸發(fā)罐液位控制問題，壓縮機(jī)防喘振檢測及控制問題以及各種設(shè)備連鎖保護(hù)問題和各種測點檢測準(zhǔn)確問題，并通過解決所遇到的難題，供從事蒸發(fā)結(jié)晶項目儀表工程管理人員參考和借鑒。