關于制氧機自動化儀表系統(tǒng)應用淺談

魏慶征

摘要：大型空分裝置機組的合理配置對于空分裝置的安全、穩(wěn)定運行至關重要，本文從控制系統(tǒng)角度出發(fā)，以節(jié)能降本，保證設備本質(zhì)安全為目的，對PKS控制系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、L2能源管控系統(tǒng)三部分選擇應用做了簡要分析。

關鍵詞：空分裝置;PKS;SIS;L2

空分裝置是現(xiàn)代煤化工、化肥、鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。隨著科技與工業(yè)的迅速發(fā)展，各行業(yè)對氧、氮、氬需求量的增大，促使空分裝置規(guī)模越來越大，技術越來越先進節(jié)能，運行也日趨穩(wěn)定。

石橫特鋼泰安特種建筑用鋼項目制氧項目為杭州制氧機集團股份有限公司EPC總承包，承建的KDONA-30000/60000/1000低壓全精餾無氫制氬空分設備。設備采用分子篩凈化、增壓透平膨脹機、上、下塔采用規(guī)整填料塔、氧氮外壓縮、全精餾無氫制氬工藝流程。氧氣輸送量為30000Nm3/h，該項目已順利投產(chǎn)。本文主要針對部分自動化系統(tǒng)在本項目中的選用進行淺析。

1.PKS R400控制系統(tǒng)及附件的選用

（1）控制系統(tǒng)能有效地監(jiān)控整套空分設備生產(chǎn)過程，確保設備長期穩(wěn)定可靠運行，操作維護方便。

（2）采用中央控制室集中控制為主，結(jié)合機旁盤儀表和就地儀表控制，整個儀控系統(tǒng)確保可靠。

（3）采用中央控制室（DCS系統(tǒng)），選用霍尼韋爾DCS系統(tǒng)（最新軟件版本R 400），配置安全防火墻功能，配置OPC授權。利用一期視頻集成系統(tǒng)，增加相應攝像頭。DCS配置遠程web訪問授權;卡件或模塊根據(jù)生產(chǎn)工藝需要進行冗余設計;卡件或模塊具備熱插拔和通道隔離的功能。結(jié)合機旁盤儀表和就地儀表控制，整個儀控系統(tǒng)確保可靠、先進。

（4）在中央控制室設置6個工作站（含C站2臺），2臺服務器，共計8個工作站，服務器型號：Dell PowerEdge R430，工作站型號：T7810，配27寸顯示器，對成套空分設備的過程參數(shù)實現(xiàn)監(jiān)控，具有顯示、操作、調(diào)節(jié)、記憶，起動聯(lián)鎖和保護等功能。DCS配置遠程web訪問授權，并配置1臺計算機，具備電子表格功能，實現(xiàn)參數(shù)的在線統(tǒng)計、運行記錄報表自動生成打印。DCS系統(tǒng)配置編程器一個（型號：20L5A004CD），含有進口仿真授權用于DCS程序調(diào)試維護使用;同時對工廠配水泵、調(diào)節(jié)閥、各監(jiān)測點傳感器信號等所有參數(shù)進入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)設備的監(jiān)控，顯示、操作、調(diào)節(jié)、記憶，起動聯(lián)鎖和保護等功能。DCS系統(tǒng)具備防火墻冗余、系統(tǒng)冗余、網(wǎng)絡冗余、CPU冗余、電源冗余功能。所有電源輸出端子必須有熔斷功能。安全柵或隔離器必須使用接線端子，禁止儀表線直接接入安全柵或隔離器;現(xiàn)場儀表線不允許直接接入DCS卡件接線端子，應安裝統(tǒng)一的接線端子，現(xiàn)場儀表線接入接線端子。

（5）所有聯(lián)鎖回路按ISA標準，采用失電安全的原則進行設計，以保證在失電狀態(tài)下的安全停機。在中控室設置緊急停車按鈕臺，用于在緊急狀態(tài)下或計算機故障下的一觸式緊急停車。故障停機與緊急停車分別由兩路停車信號送至停車回路，以保證停車回路的可靠性。

（6）控制系統(tǒng)電源UPS內(nèi)置輸入、輸出隔離變壓器，內(nèi)置蓄電池開關（直流開關），標配干接點和MODBUS通訊接口，實現(xiàn)UPS運行參數(shù)傳輸至DCS監(jiān)控畫面報警顯示。

（7）所有戶外型安裝的現(xiàn)場電子儀表原則上選用IP65。

（8）用于停車聯(lián)鎖的壓力、溫度采用單點雙測形式（聯(lián)鎖采用二選二），要設計防止聯(lián)鎖誤動作判斷程序。

2.儀表選型

（1）壓力、差壓變送器采用智能變送器（帶現(xiàn)場數(shù)顯表頭，可調(diào)節(jié)參數(shù)），BRAIN通訊協(xié)議，配手操器BT-200;HART協(xié)議，配HART手操器，要求實現(xiàn)DCS在線遠程上位機組態(tài)變送器參數(shù)功能。冷凍水和冷卻水系統(tǒng)采用電磁流量計就地變送器設儀表保護箱（保溫伴熱型），出空冷塔壓力取壓檢測點（三選二）室內(nèi)布置。

（2）工藝氬泵采用變頻器調(diào)節(jié)與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，并設置專用控制柜，室內(nèi)布置。

（3）所有接入DCS系統(tǒng)柜的模擬量信號（溫度、壓力、流量、開關量）在信號輸入端和輸出端必須增加信號隔離器、隔離式安全柵，防止信號干擾。產(chǎn)品的選用必須具備在線實時顯示輸入和輸出值的功能。信號隔離器、隔離式安全柵、浪涌保護器產(chǎn)品推薦選用MTL、南京西桓、圖爾克、菲尼克斯品牌產(chǎn)品，并配置編程電纜。

（4）流量測量儀表選用的原則：就地流量計采用轉(zhuǎn)子流量計，氣體流量測量一次元件采用標準孔板，低壓大尺寸氣體管線采用均速管流量計，水流量采用電磁流量計。

（5）調(diào)節(jié)閥定位器采用HART協(xié)議;純化系統(tǒng)三桿閥的口徑與管道同徑。純化器切換閥門杭氧工裝三桿閥必須帶手輪設計，氣缸活塞油耐溫-40～60℃。

（6）二位三通和二位五通電磁閥選用進口產(chǎn)品，純化系統(tǒng)切換閥采用杭氧工裝產(chǎn)品，雙線圈電磁閥，24VDC供電。切換閥門采用三桿閥（配手輪），分餾塔、液體儲槽低溫調(diào)節(jié)閥選用進口系列產(chǎn)品，空壓機、氮壓機放空閥、防喘振閥門選用進口品牌產(chǎn)品，過濾減壓器和定位器，具備在線拆卸維修功能，定位器為HART協(xié)議。閥門定位器的選型：常溫調(diào)節(jié)閥門定位器根據(jù)低溫調(diào)節(jié)閥門定位器選擇具體型號，帶反饋功能。

（7）就地溫度指示（報警）采用雙金屬溫度計。

（8）預冷系統(tǒng)就地液位顯示采用磁浮子液位計。

（9）測振儀采用進口產(chǎn)品。空透、氧透、氮透、膨脹機等設備（含設備電機、增速機）每個軸承，在線監(jiān)測裝置配套廠家納入頻譜分析范圍、具備遠程診斷功能。

3.L2能源管控系統(tǒng)

考慮采用工業(yè)網(wǎng)絡設備部署成若干環(huán)網(wǎng)的方式，實現(xiàn)對現(xiàn)場網(wǎng)絡的覆蓋要求及網(wǎng)絡冗余強壯度的要求。生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集通過工業(yè)級數(shù)采設備實現(xiàn)，并經(jīng)由后臺服務器處理后，提供給頁面展示服務器使用，此環(huán)網(wǎng)為局域網(wǎng)，將主要工序的生產(chǎn)、設備監(jiān)控畫面?zhèn)鬟f至調(diào)度室進行監(jiān)控。

系統(tǒng)采用實時數(shù)據(jù)庫，基于SQL SERVER數(shù)據(jù)庫操作原理，操作簡單，維護快捷。同時數(shù)據(jù)存儲方式可以滿足現(xiàn)有市場所有工業(yè)企業(yè)對于數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控要求。數(shù)據(jù)采集分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)展示層三級架構(gòu)，充分考慮數(shù)據(jù)量增多時系統(tǒng)的穩(wěn)定性與及時性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸及實時性。

參考文獻

[1]吳慧 ?集散控制系統(tǒng)在寶鋼72000m3/h制氧機的應用[J] ? ?深冷技術，2002

[2]夏德海 ?鋼鐵企業(yè)過程檢測和控制自動化設計手冊[M] ?北京，冶金出版社，2000